王蓉 殷俠

摘 要：文章介紹了一種利用物聯(lián)網(wǎng)的傳感器技術(shù)對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集并由云平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控管理的智能化室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，并介紹了系統(tǒng)在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的具體使用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；云平臺(tái)；室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升使得人們的生活和工作越來(lái)越便利，但同時(shí)也給環(huán)境造成了負(fù)面的影響，因環(huán)境原因帶來(lái)的安全問(wèn)題也屢見(jiàn)諸媒體，在人們的生活和工作中留下了安全隱患，環(huán)境問(wèn)題開(kāi)始越來(lái)越受到人們的重視。隨著物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，為環(huán)境監(jiān)控提供了一種新出路。本文立足于當(dāng)下發(fā)展最熱門(mén)的物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析方法，開(kāi)發(fā)了一個(gè)智能化的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)的對(duì)室內(nèi)環(huán)境因素進(jìn)行有效地監(jiān)控，及時(shí)地分析當(dāng)前的環(huán)境情況和安全隱患，當(dāng)環(huán)境因素會(huì)導(dǎo)致安全問(wèn)題時(shí)，一方面采取有效的措施控制室內(nèi)環(huán)境，另一方面智能地通知用戶進(jìn)行安全防護(hù)。

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境監(jiān)管和控制的重視，環(huán)境監(jiān)管和控制是未來(lái)的一個(gè)重要工作。系統(tǒng)不但是對(duì)廠房?jī)?nèi)人員生命健康的保證，也是未來(lái)國(guó)家統(tǒng)計(jì)和監(jiān)管?chē)?guó)內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境的一個(gè)重要依據(jù)。

基于先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算平臺(tái)，合理利用國(guó)家的自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)，構(gòu)建出完善、先進(jìn)的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。在系統(tǒng)中利用物聯(lián)網(wǎng)和地理信息軟件（Geographic InformationSystem，GIS）等先進(jìn)技術(shù)，來(lái)監(jiān)測(cè)室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度、有毒有害氣體的濃度、光照強(qiáng)度、粉塵含量等，全方位構(gòu)建安全的室內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境安全防控系統(tǒng)。

1 智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)功能

智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠生產(chǎn)、倉(cāng)庫(kù)、實(shí)驗(yàn)室等環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)為用戶提供可靠并且全面的環(huán)境信息。系統(tǒng)使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)，將多臺(tái)不同的傳感器分布至工業(yè)環(huán)境的采集點(diǎn)，傳感器可隨時(shí)測(cè)量被采樣室內(nèi)環(huán)境因素的信息，如溫度、濕度、各種有毒有害氣體的濃度、光照強(qiáng)度、粉塵含量等，并將這些信息統(tǒng)一上傳到后臺(tái)的云平臺(tái)控制中心進(jìn)行管理，當(dāng)室內(nèi)環(huán)境的任一參數(shù)超出正常標(biāo)準(zhǔn)或安全范圍時(shí)，后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)立即作出響應(yīng)，自動(dòng)發(fā)出安全警報(bào)并采取應(yīng)急措施，保障室內(nèi)人員和環(huán)境的安全，系統(tǒng)如圖1所示。

本智能系統(tǒng)組成包括環(huán)境傳感器終端采集設(shè)備、基于物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議的集中控制器、基于云計(jì)算架構(gòu)的管理系統(tǒng)，包括終端采集設(shè)備、集中控制器、基于云計(jì)算架構(gòu)的管理系統(tǒng)。

1.2智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

本室內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)在架構(gòu)上主要包含3個(gè)層次：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層[1]。

感知層包括傳感器等數(shù)據(jù)采集終端以及基于ZigBee協(xié)議的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)接入、網(wǎng)絡(luò)傳輸以及相應(yīng)的管理與控制，包括局域網(wǎng)以及監(jiān)控平臺(tái)和服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)接入程序。 應(yīng)用層解決信息處理與人機(jī)界面的問(wèn)題，主要包括基于云計(jì)算技術(shù)的大數(shù)據(jù)分析、服務(wù)器人機(jī)交互和控制管理程序等。

2 智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用STM32、集成電路、無(wú)線通信、智能控制、無(wú)線傳感TEEN協(xié)議、工業(yè)以太網(wǎng)等技術(shù)的綜合運(yùn)用，研制工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境智能監(jiān)控器和專(zhuān)用軟件系統(tǒng)，對(duì)各大中型企業(yè)環(huán)境參量進(jìn)行在線檢測(cè)、傳信、實(shí)時(shí)監(jiān)控、顯示、報(bào)警等。

智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化無(wú)線通信集成電路芯片為核心，在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、優(yōu)化電路的基礎(chǔ)上，充分利用移動(dòng)、電信、聯(lián)通等現(xiàn)有資源，通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境參數(shù)的信息直接發(fā)送到軟件監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)平臺(tái)及環(huán)境安全管理人員手機(jī)上，以此構(gòu)建工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，本控制器信號(hào)頻率符合國(guó)家無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)的要求。

智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的軟件數(shù)據(jù)平臺(tái)，采用瀏覽器/服務(wù)器模式（ Browser/Server，BS）架構(gòu)，可跨平臺(tái)使用，系統(tǒng)移植性較好，以保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與安全性。其前端通信服務(wù)平臺(tái)通過(guò)無(wú)線通信設(shè)備及兼容無(wú)線通信協(xié)議的處理軟件接收專(zhuān)用無(wú)線自動(dòng)傳信控制器或管理員手機(jī)發(fā)送的信息，經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后提交給后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)處理，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行信息編碼加密數(shù)據(jù)的解密、查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)及相關(guān)數(shù)據(jù)處理，同時(shí)把相關(guān)信息通過(guò)前端通信服務(wù)平臺(tái)發(fā)回給發(fā)收終端智能控制器或管理員手機(jī)。

該智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)企業(yè)工廠現(xiàn)場(chǎng)的煙霧、有毒氣體、風(fēng)機(jī)風(fēng)速、粉塵等環(huán)境異常進(jìn)行在線檢測(cè)、傳信、監(jiān)控、顯示、傳輸、報(bào)警等，設(shè)計(jì)出各不相同的工業(yè)生產(chǎn)專(zhuān)用環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，從而形成完整可用的工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，達(dá)到可產(chǎn)業(yè)化的目的，產(chǎn)生實(shí)際的社會(huì)效益。

3 智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用

在封閉的工業(yè)生產(chǎn)車(chē)間里，智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以有效地監(jiān)控生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)的環(huán)境，時(shí)刻提醒管理人員車(chē)間內(nèi)的溫度、濕度，確保車(chē)間內(nèi)生產(chǎn)人員和產(chǎn)品的安全，對(duì)于一些較特殊的生產(chǎn)車(chē)間，如無(wú)塵車(chē)間還可以檢測(cè)空氣中的粉塵濃度，或車(chē)間生產(chǎn)物質(zhì)容易散發(fā)出有毒有害物質(zhì)或氣體，則可以另外檢測(cè)空氣中有毒有害物質(zhì)或氣體的含量，一旦發(fā)生泄漏等突發(fā)事件，導(dǎo)致空氣中這些物質(zhì)超出安全標(biāo)準(zhǔn)閾值，智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的管理軟件會(huì)立即向安全人員和生產(chǎn)人員發(fā)出警報(bào)并進(jìn)行換氣，采取應(yīng)急措施，保障車(chē)間內(nèi)生產(chǎn)人員的安全，減少經(jīng)濟(jì)損失。

3.2智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在科研實(shí)驗(yàn)上的應(yīng)用

在高校和企業(yè)的科研項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)室上，智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)也有它的用武之地。高校的化學(xué)實(shí)驗(yàn)通常都會(huì)產(chǎn)生特殊的化學(xué)煙霧，微生物實(shí)驗(yàn)環(huán)境也需要嚴(yán)格的環(huán)境才能存活，利用智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以隨時(shí)探測(cè)封閉實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶒?yàn)箱中的環(huán)境，確?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。在監(jiān)控系統(tǒng)中還可以添加視頻采集攝像頭，實(shí)時(shí)地記錄下實(shí)驗(yàn)過(guò)程，為科研提供生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和狀態(tài)。

3.3智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的延伸與拓展

3.3.1智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在智能安防上的拓展應(yīng)用

智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)可應(yīng)用于相對(duì)封閉室內(nèi)溫濕度、粉塵含量等空氣環(huán)境的監(jiān)控，同時(shí)也可以通過(guò)在傳感器采集終端設(shè)備上嵌入其他類(lèi)型的傳感器來(lái)探測(cè)其他環(huán)境因素，例如利用煙霧探測(cè)傳感器和火焰?zhèn)鞲衅骺梢员O(jiān)控是否是火災(zāi)隱患，利用人體紅外傳感器探測(cè)重要消防通道內(nèi)是否有人員存在等情況，從而在安全與消防上進(jìn)行智能化的監(jiān)控與管理。

在家居生活中，我國(guó)居民家庭普遍使用的是天然氣或煤氣，在傳感器采集終端設(shè)備上嵌入甲烷探測(cè)傳感器或CO探測(cè)傳感器，便可以起到安全報(bào)警的作用，當(dāng)天然氣或煤氣發(fā)生泄漏時(shí)可以立即向用戶進(jìn)行預(yù)警，透過(guò)后臺(tái)的服務(wù)器，甚至可以通知用戶居住的物業(yè)公司，從而有效避免不必要的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失。

3.3.2智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在環(huán)保的拓展應(yīng)用

環(huán)境保護(hù)是我國(guó)目前大加倡導(dǎo)的發(fā)展主題，而我國(guó)仍屬制造業(yè)大國(guó)，大量的工業(yè)廢氣廢水廢物排放到環(huán)境中，嚴(yán)重影響了人們的生存環(huán)境，借由智能室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的傳感器采集終端，可以在重要的水源區(qū)域部署大量的水質(zhì)探測(cè)傳感器進(jìn)行水質(zhì)探測(cè)，定期向網(wǎng)絡(luò)控制中心上報(bào)水質(zhì)數(shù)據(jù)，從而高效地定位水源污染的源頭，高效地解決環(huán)境污染無(wú)責(zé)任人的問(wèn)題。

4結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境監(jiān)管和控制的重視.環(huán)境監(jiān)測(cè)和控制必然是企業(yè)和社會(huì)需要正面面對(duì)的問(wèn)題。此系統(tǒng)不但是對(duì)廠房?jī)?nèi)人員生命健康的保證，也是未來(lái)國(guó)家統(tǒng)計(jì)和監(jiān)管?chē)?guó)內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境的一個(gè)重要依據(jù)。智能室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)是基于目前高速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)上的應(yīng)用產(chǎn)品，通過(guò)合理地部署傳感器終端采集數(shù)據(jù)，再利用網(wǎng)絡(luò)通信上傳到后臺(tái)云服務(wù)器中心進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)“端一管一云”3個(gè)層次的綜合應(yīng)用。同時(shí)，我們也可以知道，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，如何在創(chuàng)新的角度上準(zhǔn)確地把握物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的定位，解決在生產(chǎn)和生活過(guò)程中的痛點(diǎn)問(wèn)題，都勢(shì)必給相關(guān)的產(chǎn)品帶來(lái)巨大的市場(chǎng)機(jī)會(huì)和利潤(rùn)空間。

[參考文獻(xiàn)]

[1]ZIGBEE ALLIANCE.ZigBee specification[EB/OL]. （2014-05-02） [2018-02-05].https：//wenku.baidu.com/view/f2e3042laflffc4fff47ac20html.