智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的應用研究

王蓉 殷俠

摘 要：文章介紹了一種利用物聯(lián)網的傳感器技術對環(huán)境參數(shù)進行采集并由云平臺進行統(tǒng)一監(jiān)控管理的智能化室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，并介紹了系統(tǒng)在現(xiàn)代化工業(yè)生產中的具體使用。

關鍵詞：物聯(lián)網；云平臺；室內環(huán)境監(jiān)控

經濟的發(fā)展和科學技術水平的不斷提升使得人們的生活和工作越來越便利，但同時也給環(huán)境造成了負面的影響，因環(huán)境原因帶來的安全問題也屢見諸媒體，在人們的生活和工作中留下了安全隱患，環(huán)境問題開始越來越受到人們的重視。隨著物聯(lián)網和云計算技術的發(fā)展，為環(huán)境監(jiān)控提供了一種新出路。本文立足于當下發(fā)展最熱門的物聯(lián)網傳感器技術和大數(shù)據分析方法，開發(fā)了一個智能化的室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，實時的對室內環(huán)境因素進行有效地監(jiān)控，及時地分析當前的環(huán)境情況和安全隱患，當環(huán)境因素會導致安全問題時，一方面采取有效的措施控制室內環(huán)境，另一方面智能地通知用戶進行安全防護。

隨著國家對環(huán)境監(jiān)管和控制的重視，環(huán)境監(jiān)管和控制是未來的一個重要工作。系統(tǒng)不但是對廠房內人員生命健康的保證，也是未來國家統(tǒng)計和監(jiān)管國內生產環(huán)境的一個重要依據。

基于先進的物聯(lián)網技術、云計算平臺，合理利用國家的自動監(jiān)測監(jiān)控技術，構建出完善、先進的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。在系統(tǒng)中利用物聯(lián)網和地理信息軟件（Geographic InformationSystem，GIS）等先進技術，來監(jiān)測室內環(huán)境的溫度、濕度、有毒有害氣體的濃度、光照強度、粉塵含量等，全方位構建安全的室內生產環(huán)境安全防控系統(tǒng)。

1 智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)概述

1.1智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)功能

智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)對工廠生產、倉庫、實驗室等環(huán)境的實時監(jiān)測，實時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)網傳感器技術，將多臺不同的傳感器分布至工業(yè)環(huán)境的采集點，傳感器可隨時測量被采樣室內環(huán)境因素的信息，如溫度、濕度、各種有毒有害氣體的濃度、光照強度、粉塵含量等，并將這些信息統(tǒng)一上傳到后臺的云平臺控制中心進行管理，當室內環(huán)境的任一參數(shù)超出正常標準或安全范圍時，后臺服務系統(tǒng)立即作出響應，自動發(fā)出安全警報并采取應急措施，保障室內人員和環(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備、基于物聯(lián)網通信協(xié)議的集中控制器、基于云計算架構的管理系統(tǒng)，包括終端采集設備、集中控制器、基于云計算架構的管理系統(tǒng)。

1.2智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)架構

本室內生產環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)在架構上主要包含3個層次：感知層、網絡層、應用層[1]。

感知層包括傳感器等數(shù)據采集終端以及基于ZigBee協(xié)議的無線傳感器網絡。

網絡層主要負責網絡接入、網絡傳輸以及相應的管理與控制，包括局域網以及監(jiān)控平臺和服務器的網絡接入程序。 應用層解決信息處理與人機界面的問題，主要包括基于云計算技術的大數(shù)據分析、服務器人機交互和控制管理程序等。

2 智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的設計

系統(tǒng)采用STM32、集成電路、無線通信、智能控制、無線傳感TEEN協(xié)議、工業(yè)以太網等技術的綜合運用，研制工業(yè)生產環(huán)境智能監(jiān)控器和專用軟件系統(tǒng)，對各大中型企業(yè)環(huán)境參量進行在線檢測、傳信、實時監(jiān)控、顯示、報警等。

智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)采用模塊化無線通信集成電路芯片為核心，在簡化結構、優(yōu)化電路的基礎上，充分利用移動、電信、聯(lián)通等現(xiàn)有資源，通過無線通信網絡將企業(yè)生產設備現(xiàn)場的環(huán)境參數(shù)的信息直接發(fā)送到軟件監(jiān)控數(shù)據平臺及環(huán)境安全管理人員手機上，以此構建工業(yè)生產環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)網絡平臺，本控制器信號頻率符合國家無線電管理機構的要求。

智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的軟件數(shù)據平臺，采用瀏覽器/服務器模式（ Browser/Server，BS）架構，可跨平臺使用，系統(tǒng)移植性較好，以保證系統(tǒng)數(shù)據的穩(wěn)定性與安全性。其前端通信服務平臺通過無線通信設備及兼容無線通信協(xié)議的處理軟件接收專用無線自動傳信控制器或管理員手機發(fā)送的信息，經過適當處理后提交給后臺數(shù)據庫應用系統(tǒng)處理，后臺數(shù)據庫應用系統(tǒng)進行信息編碼加密數(shù)據的解密、查詢數(shù)據庫及相關數(shù)據處理，同時把相關信息通過前端通信服務平臺發(fā)回給發(fā)收終端智能控制器或管理員手機。

該智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)是根據企業(yè)工廠現(xiàn)場的煙霧、有毒氣體、風機風速、粉塵等環(huán)境異常進行在線檢測、傳信、監(jiān)控、顯示、傳輸、報警等，設計出各不相同的工業(yè)生產專用環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，從而形成完整可用的工業(yè)生產環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，達到可產業(yè)化的目的，產生實際的社會效益。

3 智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的應用

3.1智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在工業(yè)生產上的應用

在封閉的工業(yè)生產車間里，智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以有效地監(jiān)控生產車間內的環(huán)境，時刻提醒管理人員車間內的溫度、濕度，確保車間內生產人員和產品的安全，對于一些較特殊的生產車間，如無塵車間還可以檢測空氣中的粉塵濃度，或車間生產物質容易散發(fā)出有毒有害物質或氣體，則可以另外檢測空氣中有毒有害物質或氣體的含量，一旦發(fā)生泄漏等突發(fā)事件，導致空氣中這些物質超出安全標準閾值，智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的管理軟件會立即向安全人員和生產人員發(fā)出警報并進行換氣，采取應急措施，保障車間內生產人員的安全，減少經濟損失。

3.2智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在科研實驗上的應用

在高校和企業(yè)的科研項目和實驗室上，智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)也有它的用武之地。高校的化學實驗通常都會產生特殊的化學煙霧，微生物實驗環(huán)境也需要嚴格的環(huán)境才能存活，利用智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可以隨時探測封閉實驗室或實驗箱中的環(huán)境，確保科學實驗的順利進行。在監(jiān)控系統(tǒng)中還可以添加視頻采集攝像頭，實時地記錄下實驗過程，為科研提供生動的實驗數(shù)據和狀態(tài)。

3.3智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的延伸與拓展

3.3.1智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在智能安防上的拓展應用

智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在設計可應用于相對封閉室內溫濕度、粉塵含量等空氣環(huán)境的監(jiān)控，同時也可以通過在傳感器采集終端設備上嵌入其他類型的傳感器來探測其他環(huán)境因素，例如利用煙霧探測傳感器和火焰?zhèn)鞲衅骺梢员O(jiān)控是否是火災隱患，利用人體紅外傳感器探測重要消防通道內是否有人員存在等情況，從而在安全與消防上進行智能化的監(jiān)控與管理。

在家居生活中，我國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備上嵌入甲烷探測傳感器或CO探測傳感器，便可以起到安全報警的作用，當天然氣或煤氣發(fā)生泄漏時可以立即向用戶進行預警，透過后臺的服務器，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產損失。

3.3.2智能室內環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)在環(huán)保的拓展應用

環(huán)境保護是我國目前大加倡導的發(fā)展主題，而我國仍屬制造業(yè)大國，大量的工業(yè)廢氣廢水廢物排放到環(huán)境中，嚴重影響了人們的生存環(huán)境，借由智能室內環(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)域部署大量的水質探測傳感器進行水質探測，定期向網絡控制中心上報水質數(shù)據，從而高效地定位水源污染的源頭，高效地解決環(huán)境污染無責任人的問題。

4結語

隨著國家對環(huán)境監(jiān)管和控制的重視.環(huán)境監(jiān)測和控制必然是企業(yè)和社會需要正面面對的問題。此系統(tǒng)不但是對廠房內人員生命健康的保證，也是未來國家統(tǒng)計和監(jiān)管國內生產環(huán)境的一個重要依據。智能室內監(jiān)控系統(tǒng)是基于目前高速發(fā)展的物聯(lián)網應用技術上的應用產品，通過合理地部署傳感器終端采集數(shù)據，再利用網絡通信上傳到后臺云服務器中心進行數(shù)據分析和處理，實現(xiàn)了物聯(lián)網“端一管一云”3個層次的綜合應用。同時，我們也可以知道，物聯(lián)網行業(yè)的技術發(fā)展已經比較成熟，如何在創(chuàng)新的角度上準確地把握物聯(lián)網產品的定位，解決在生產和生活過程中的痛點問題，都勢必給相關的產品帶來巨大的市場機會和利潤空間。

[參考文獻]

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