項(xiàng)目資助：北方民族大學(xué)自治區(qū)級大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)（項(xiàng)目編號：2019-QJ-021）

摘要：室內(nèi)環(huán)境檢測和調(diào)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)溫度、空氣濕度、氧氣含量、甲醛濃度等進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，本文基于ARM操作平臺，采用C/S模式，設(shè)計一套穩(wěn)定、可靠、實(shí)用的遠(yuǎn)程檢測控制系統(tǒng)，具備無線網(wǎng)絡(luò)連接功能和LED終端顯示功能，并借助智能設(shè)備讀取數(shù)據(jù)庫存儲的數(shù)據(jù)，調(diào)用程序指令，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，這對室內(nèi)環(huán)境優(yōu)化調(diào)整具有重要意義，實(shí)用性強(qiáng)，市場前景十分廣闊。

關(guān)鍵詞：ARM;環(huán)境檢測;智能處理;顯示模塊

隨著人們生活水平的不斷提升，對所居住環(huán)境要求也越來越高，當(dāng)前由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們家居裝修需求，空氣質(zhì)量不佳，對此能夠檢測環(huán)境各方面指數(shù)的系統(tǒng)設(shè)備受到社會各界高度關(guān)注。當(dāng)前對室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測方面主要包括了對溫度、濕度以及空氣優(yōu)良指數(shù)相關(guān)的數(shù)值，其中溫度和濕度的測試在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)相對簡單，但是裝修和其他活動產(chǎn)生的甲醛、苯氨、甲苯等有害物質(zhì)，人們并不能直觀的感受到，長期生活在這樣的環(huán)境下，影響人們身體健康，因此設(shè)計出一套具備遠(yuǎn)程操控和智能監(jiān)測系統(tǒng)對人們生活具有指導(dǎo)幫助作用[1]。當(dāng)前，主流方式是采用GPRS和彩信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，并集成先進(jìn)的處理器、傳感器模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸功能，通過手機(jī)和電腦等終端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)智能化分析處理。

一、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理

（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)總體上包括兩大部分，分別是本地檢測采集設(shè)備和遠(yuǎn)程操控設(shè)備兩部分，其中本地檢測采集是該系統(tǒng)主要部分，根據(jù)功能可以劃分為數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)三部分，這些系統(tǒng)集成了傳感器模塊、USB無線網(wǎng)卡、LED顯示、環(huán)境調(diào)控模塊、報警模塊等功能。在實(shí)際應(yīng)用中，將需要測量的區(qū)域放置檢測采集設(shè)備，通過各種模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析處理，例如：各類傳感器模塊可以對空氣中的溫度、濕度、甲醛、氣壓、二氧化碳含量等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并通過無線傳輸?shù)竭h(yuǎn)程終端，根據(jù)需要反饋相應(yīng)指令，通過環(huán)境調(diào)控模塊的紅外操控功能，實(shí)現(xiàn)對周圍空調(diào)、加濕器、凈化器等智能的控制，達(dá)到遠(yuǎn)程操控的目的[2]。

（二）工作原理

首先根據(jù)對外監(jiān)測傳感器傳入的環(huán)境參數(shù)在處理器中進(jìn)行分析加工，然后通過電信號轉(zhuǎn)換成具體數(shù)值，并將數(shù)據(jù)保存到固定的儲存卡內(nèi)，這些數(shù)值便是整個系統(tǒng)對周圍環(huán)境監(jiān)測所采集分析出來的結(jié)果，通過與系統(tǒng)內(nèi)部預(yù)設(shè)數(shù)值以及自身歷史數(shù)值進(jìn)行對比，可以得出當(dāng)前環(huán)境參數(shù)的前后變化和空氣優(yōu)良指數(shù)，一旦監(jiān)測數(shù)值超過預(yù)警線，系統(tǒng)將自動發(fā)送短信或者手機(jī)APP彈窗進(jìn)行提醒，用戶則根據(jù)提醒掌握室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，并進(jìn)行下一步操作，可以將提前設(shè)定好的數(shù)值反饋到處理器中，處理器根據(jù)預(yù)設(shè)對帶有紅外功能的設(shè)備進(jìn)行操控。除此之外，監(jiān)測系統(tǒng)的各個模塊也可以通過用戶發(fā)送的指令進(jìn)行開關(guān)控制，達(dá)到節(jié)省能耗和節(jié)約資源的目的。

二、系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計

（一）硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件方面包括了核心處理器、傳感器、無線傳輸以及電源電路等硬件，其中核心處理器是數(shù)據(jù)處理分析的中樞，具有重要地位，通過各方面的綜合對比，發(fā)現(xiàn)STM32系列處理器，可以很好的實(shí)現(xiàn)目標(biāo)需求，且能耗成本較低，性價比高，因此，本文采用的是型號為STM32F103ZET6的處理器，內(nèi)部集成USB、CAN、定時器等功能[3]。

傳感器是系統(tǒng)的觸覺，是真實(shí)反映環(huán)境各項(xiàng)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵部分，傳感器的優(yōu)劣將直接影響數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確程度，最終影響系統(tǒng)的性能和功效。氣壓測量選用BMP180傳感器，這是一種高精度數(shù)字壓力傳感器，具有低功耗、低電壓的優(yōu)點(diǎn)，穩(wěn)定性強(qiáng)，可以測量30—110kPa壓力范圍。對于氣溶膠顆粒檢測，本文選用GP2Y1050AU0F傳感器，其光散射原理能夠?qū)M1以上的顆粒準(zhǔn)確檢測出來。溫度和濕度是基本的環(huán)境參數(shù)，采用AM2320溫濕度復(fù)合型傳感器進(jìn)行相關(guān)參數(shù)測量，該傳感器適用性強(qiáng)，溫度測量范圍上限可達(dá)75攝氏度，下限達(dá)負(fù)35攝氏度，濕度測量能夠準(zhǔn)確反映空氣0%—99.5%的濕度。除此之外，人們對環(huán)境中的甲醛含量較為關(guān)注，MS1100傳感器能夠準(zhǔn)確偵測環(huán)境中0～100×10-6kg/m3濃度范圍內(nèi)的氣體甲醛含量。

無線傳輸模塊起到了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄鹤饔?，一般情況下傳感器監(jiān)測的各類數(shù)據(jù)都要通過無線傳輸模塊進(jìn)行傳輸，與處理器之間的數(shù)據(jù)交換一般采用的是串口通信的方式，單電源供電。在GPRS模塊中SIM900A是一個比較實(shí)用的，供電范圍寬：3.2～4.8V;支持頻段：GSM/GPRS 900/1800MHz;易于封裝，能耗也低，性價比較高。

（二）軟件設(shè)計

系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)除了具備必要的硬件基礎(chǔ)外，還需要搭建軟件平臺，數(shù)據(jù)是固定的，但是如何通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為人們所能看懂的數(shù)值并且準(zhǔn)確反映環(huán)境參數(shù)，是軟件分析工具所需要完成的任務(wù)，首先需要將底層硬件初始化，通過處理器自帶的A/D轉(zhuǎn)換功能，將傳感器采集的參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，在經(jīng)過無線傳輸和人工反饋后，各項(xiàng)指令會通過處理器發(fā)送到各個帶有紅外功能的設(shè)備中，如何保證設(shè)備準(zhǔn)確接受這些參數(shù)，并正確反映，需要軟件不斷進(jìn)行測試和調(diào)整。以氣溶膠懸浮顆粒傳感器為例，我們通過不同環(huán)境溫度下測得具體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：

如上表所示，其傳感器測試存在誤差，這就對測量精度有一定的影響，因此需要在軟件設(shè)計方面進(jìn)行優(yōu)化，防止因?yàn)閱蝹€數(shù)值誤差較大，產(chǎn)生不必要的反應(yīng)，或者發(fā)出錯誤的指令，影響系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

三、結(jié)語

基于ARM的遠(yuǎn)程室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與調(diào)控系統(tǒng)能夠?qū)κ覂?nèi)溫濕度、各類氣體含量、氣壓大小等方面進(jìn)行準(zhǔn)確的探測，并且通過軟件優(yōu)化后，能夠智能化處理分析相關(guān)數(shù)據(jù)，做出科學(xué)判斷，其穩(wěn)定性和可靠性較強(qiáng)，能夠滿足人們對室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測控制要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張加宏， 潘周光， 劉進(jìn)，等. 基于ARM的遠(yuǎn)程室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與調(diào)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)， 2017（02）：12-15.

[2]樊清，陳一民. 基于ARM嵌入式技術(shù)的室內(nèi)環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J]. 可編程控制器與工廠自動化（5期）：93-95.

[3]盧令，蔡樂才，高祥， 等.基于物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)空氣質(zhì)量智能感知與凈化系統(tǒng)[J].四川理工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2018，31（4）：63-67.

作者簡介：

黃正淦，北方民族大學(xué)。