用移動設(shè)備完成環(huán)境監(jiān)測

齊京

摘 要：環(huán)境監(jiān)測是通過對人類和環(huán)境有影響的各種物質(zhì)的含量、排放量的檢測，跟蹤環(huán)境質(zhì)量的變化，確定環(huán)境質(zhì)量水平，為環(huán)境管理、污染治理等工作提供數(shù)據(jù)分析和保證。簡單地說，了解環(huán)境水平，進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，是開展一切環(huán)境工作的前提。環(huán)境監(jiān)測的目的是為了準(zhǔn)確、及時、全面地反映環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，為環(huán)境管理、污染源控制、環(huán)境規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：傳感器 客戶機(jī)/服務(wù)器 串口

中圖分類號：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（c）-0102-01

大氣環(huán)境保護(hù)事關(guān)人民群眾根本利益，事關(guān)經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康發(fā)展，事關(guān)全面建成小康社會，事關(guān)實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國夢。當(dāng)前，我國大氣污染形勢嚴(yán)峻，以可吸入顆粒物（PM10）、細(xì)顆粒物（PM2.5）為特征污染物的區(qū)域性大氣環(huán)境問題日益突出，損害人民群眾身體健康，影響社會和諧穩(wěn)定。為了培養(yǎng)學(xué)生的軟硬結(jié)合的產(chǎn)品開發(fā)意識和用戶體驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，激發(fā)學(xué)生對移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件開發(fā)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和研究興趣，提高其軟件編程能力和職業(yè)素養(yǎng)，使學(xué)生順應(yīng)移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，現(xiàn)需要設(shè)計(jì)一套用于環(huán)境空氣移動智能監(jiān)控調(diào)節(jié)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)機(jī)作為數(shù)據(jù)采集器，和沙盤的單片機(jī)板通過串口相連，用于采集各種傳感器的數(shù)據(jù)；同時用實(shí)驗(yàn)機(jī)作為服務(wù)器，和客戶端進(jìn)行通訊，將采集到的傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時發(fā)送到客戶端進(jìn)行顯示，并根據(jù)設(shè)置的閾值打開和關(guān)閉沙盤中的報(bào)警裝置。

1 系統(tǒng)概述

智能環(huán)境監(jiān)測是指通過計(jì)算機(jī)、傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)，動態(tài)實(shí)時的獲取和監(jiān)測環(huán)境的各項(xiàng)指標(biāo)。智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)包括幾個組成部分：客戶端：客戶端運(yùn)行在平板電腦上，操作系統(tǒng)采用Android系統(tǒng)，用戶可以通過平板電腦實(shí)時看到當(dāng)前環(huán)境指標(biāo)數(shù)值；服務(wù)器端：服務(wù)器端運(yùn)行在定制實(shí)驗(yàn)箱硬件上，操作系統(tǒng)采用Android系統(tǒng)，服務(wù)器端一方面接受客戶端數(shù)據(jù)讀取請求，給予響應(yīng)；另一方面通過串口讀取外接模塊?？蛻舳伺c服務(wù)器端連接：通過wifi網(wǎng)絡(luò)連接；協(xié)調(diào)器：一個單片機(jī)，與外部各種傳感器以及繼電器通信，協(xié)調(diào)器與傳感器連接；服務(wù)器端與協(xié)調(diào)器：通過串口數(shù)據(jù)線連接。

2 服務(wù)器端系統(tǒng)架構(gòu)

服務(wù)器端系統(tǒng)主要是負(fù)責(zé)創(chuàng)建Http服務(wù)和通過串口讀數(shù)據(jù)，創(chuàng)建完畢，串口周期采集數(shù)據(jù)，串口數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存變量中，而Http服務(wù)則負(fù)責(zé)接收來自客戶端的請求，當(dāng)請求到達(dá)時創(chuàng)建一個線程處理該請求，線程內(nèi)部首先解析請求，根據(jù)請求的參數(shù)區(qū)分進(jìn)行后續(xù)的業(yè)務(wù)邏輯處理，業(yè)務(wù)邏輯處理過程會從內(nèi)存變量中讀取采集到的串口數(shù)據(jù)，處理完畢后構(gòu)造響應(yīng)消息應(yīng)答客戶端設(shè)備。Http服務(wù)器負(fù)責(zé)接收來自客戶端的請求，當(dāng)請求到達(dá)時創(chuàng)建一個線程處理該請求，線程內(nèi)部首先解析請求，根據(jù)請求的參數(shù)區(qū)分進(jìn)行后續(xù)的業(yè)務(wù)邏輯處理，業(yè)務(wù)邏輯處理過程會從消息隊(duì)列中讀取采集到的串口數(shù)據(jù)，處理完畢后構(gòu)造響應(yīng)消息應(yīng)答客戶端設(shè)備。

3 采集串口傳感器數(shù)據(jù)

采集串口傳感器數(shù)據(jù)完成定時任務(wù)，任務(wù)開始時，延時一秒發(fā)送外設(shè)請求。數(shù)據(jù)回傳。循環(huán)讀取外部設(shè)備數(shù)據(jù)，當(dāng)讀滿一個采樣周期完整的數(shù)據(jù)時，對該讀到的數(shù)據(jù)按接口協(xié)議進(jìn)行解析，解析出每個傳感數(shù)據(jù)的數(shù)值，并將原始采樣數(shù)值按照約定算法進(jìn)行處理。設(shè)備連接后，應(yīng)用程序發(fā)送命令。外設(shè)接收到指令后，返回設(shè)備物理地址，后續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，解析需要依據(jù)這些地址。

4 關(guān)鍵設(shè)計(jì)

主程序負(fù)責(zé)服務(wù)器端界面的繪制，響應(yīng)來自界面的用戶操作。通過按鈕打開和關(guān)閉串口和http服務(wù)。控制串口，讀取串口數(shù)據(jù)有單獨(dú) service控制。http服務(wù)也是有單獨(dú)service控制。它還要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)android平臺下的http服務(wù)，在此基礎(chǔ)上完成了客戶端http請求消息的解析處理，并生成響應(yīng)消息應(yīng)答客戶端的請求。另外還需SQLite編寫，SQLite為移動客戶端提供數(shù)據(jù)存儲功能，它負(fù)責(zé)保存用戶信息，提供用戶登錄驗(yàn)證和用戶添加等。

5 我們的任務(wù)

我們的任務(wù)是設(shè)計(jì)客戶端程序，它包括（1）正確登陸后，出現(xiàn)顯示界面，在該界面下實(shí)現(xiàn)如下功能：時間及日期顯示，PM2.5當(dāng)前數(shù)值顯示，PM2.5閾值設(shè)置，PM2.5超閾值后告警，PM2.5監(jiān)測數(shù)值曲線顯示，二氧化碳當(dāng)前數(shù)值顯示，二氧化碳閾值范圍設(shè)置，二氧化碳超閾值后告警。（2）時間及日期顯示：在主界面左下角能正確顯示當(dāng)前時間、日期及星期。（3）PM2.5當(dāng)前數(shù)值顯示：在主界面中能夠正確顯示當(dāng)前PM2.5的數(shù)值。（4）PM2.5閾值設(shè)置：點(diǎn)擊圖中“設(shè)置”按鈕，能夠彈出PM2.5告警閾值設(shè)置對話框，在該對話框左側(cè)會顯示當(dāng)前PM2.5的監(jiān)測值，并能顯示當(dāng)前告警狀態(tài)，可以設(shè)置PM2.5告警的閾值，點(diǎn)擊確定按鈕后可以正確修改PM2.5閾值并返回環(huán)境監(jiān)測界面。（5）PM2.5超閾值后告警：在性能監(jiān)測界面的PM2.5當(dāng)前數(shù)值顯示右上側(cè)有告警狀態(tài)顯示。（6）PM2.5監(jiān)測數(shù)值曲線顯示：在環(huán)境監(jiān)測主界面能夠動態(tài)顯示PM2.5的狀態(tài)曲線，顯示出PM2.5的變換狀況。每個繪圖點(diǎn)的高度要能夠反映出所對應(yīng)時間點(diǎn)的數(shù)值高度，在每個繪圖點(diǎn)的上方有所對應(yīng)數(shù)值顯示。（7）二氧化碳當(dāng)前數(shù)值顯示：在主界面右下角能夠顯示二氧化碳濃度的當(dāng)前監(jiān)測值。（8）二氧化碳閾值范圍設(shè)置：點(diǎn)擊圖中“設(shè)置”按鈕，能夠彈出如下圖所示對話框，在該對話框中，能夠顯示出二氧化碳的當(dāng)前監(jiān)測值，以及目前告警狀態(tài)。用戶能夠輸入二氧化碳的閾值上限及下限。設(shè)置完成后點(diǎn)擊“確定”按鈕能夠返回主界面，并正確修改報(bào)警閾值。（9）二氧化碳超閾值后告警：當(dāng)二氧化碳濃度超過所設(shè)定的上門限或下門限時，主界面中將顯示二氧化碳告警，遠(yuǎn)程控制功能：用戶可以通過點(diǎn)擊主界面上的按鈕來打開遠(yuǎn)程的告警燈，或點(diǎn)擊主界面上的按鈕來關(guān)閉遠(yuǎn)程的告警燈?？蛻舳伺c服務(wù)器端通信采用http消息通信，消息的body采用jason格式描述。系統(tǒng)包括登錄部分、多個指標(biāo)顯示、單個指標(biāo)動態(tài)顯示、指標(biāo)閥值設(shè)置界面等。產(chǎn)品主要功能模塊展示，涉及“空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳”共6個模塊的實(shí)時數(shù)據(jù)展示，以及當(dāng)某參數(shù)超過設(shè)置的數(shù)值范圍后，將采用顏色高亮（紅色）的方式，提醒用戶，單個指標(biāo)動態(tài)顯示更詳細(xì)的展示波動曲線。曲線圖根據(jù)設(shè)定的閥值，顯示兩種狀態(tài)（正常、預(yù)警）。預(yù)警狀態(tài)，顯示為紅色。

參考文獻(xiàn)

[1] 傳感器采集串口通訊協(xié)議.endprint