基于物聯網的環境監控設備的設計

王志 南京德宏數碼技術有限公司

基于物聯網的環境監控設備的設計

王志 南京德宏數碼技術有限公司

本文介紹了一種基于物聯網的環境監控器，包括溫度檢測模塊、濕度檢測模塊、光強檢測模塊、主控制器、電源模塊、控制模塊和物聯網模塊；所述溫度檢測模塊、光強檢測模塊和濕度檢測模塊分別連接主控制器的信號輸入端，所述主控制器還分別連接物聯網模塊、語音輸出模塊、觸摸顯示屏、語音輸入模塊、電源模塊和控制模塊，控制模塊分別連接負載A、負載B和負載C。該環境監控裝置以單片機為核心對多種環境參數進行監測，可以分別通過傳感器采集溫度、濕度和光強的環境參數進行顯示和語音播報，如果超出限定范圍可以報警，同時使用物聯網作為遠程通訊模塊，實現了遠程監控，因此具有智能程度高、遠程監控、使用方便的優點。

物聯網 環境監控 設備 設計

1 引言

在某些工業領域中，對生產現場環境的要求較為嚴格，要對多種指標進行監控以確保生產的安全、經濟、有效進行。在檢測這些環境參數時往往需要很多設備獨立使用，造成資源的浪費，而且傳統的環境監控和調節裝置大多需要人工操作，費時費力，不利于綜合控制和遠程操作。

2 系統設計

圖1 為環境監測儀的結構框圖

如圖1所示，一種基于物聯網的環境監控器，包括溫度檢測模塊、濕度檢測模塊、光強檢測模塊、主控制器、電源模塊、控制模塊和物聯網模塊；所述溫度檢測模塊、光強檢測模塊和濕度檢測模塊分別連接連接主控制器的信號輸入端，所述主控制器還分別連接物聯網模塊、語音輸出模塊、觸摸顯示屏、語音輸入模塊、電源模塊和控制模塊，控制模塊分別連接負載A、負載B和負載C。

（1）溫度檢測模塊包括熱敏電阻RS、電阻R1、電位器RP1和芯片IC1，熱敏電阻RS的一端連接電阻R1、電阻R2和電源VCC，熱敏電阻RS的另一端接地，電阻R1的另一端連接電阻R4、電阻R3和芯片IC1的引腳，電阻R2的另一端連接電位器RP1的固定端，電位器RP1的另一個固定端連接電阻R5，電阻R5的另一端接地，芯片IC1的引腳連接電位器RP1的滑動端，芯片IC1的引腳連接電阻R3的另一端和電阻R4，電阻R4的另一端連接電阻R6和芯片IC2的引腳，芯片IC2的引腳接地，芯片IC2的引腳連接電阻值R6的另一端并輸出信號OUT。

（2）濕度檢測電路的檢測元件為濕敏電容。光強檢測模塊采用熱敏電阻作為檢測元件。語音輸入模塊采用拾音器結合語音控制芯片。觸摸顯示屏的顯示屏為7寸液晶屏。物聯網模塊通過3G無線網絡連接手機和監控中心。

3 設計原理

工作原理是：監測儀采用SPCE061A單片機作為主控芯片，SPCE061A是一種高性能、低功耗、帶32K閃存(FLASH)的16位單片微型計算機芯片，采用CMOS制造工藝，同時增加了軟件激發的弱振方式、空閑方式和掉電方式，極大地降低了功耗，該處理器工作電壓范圍大，能在低電壓供電時正常工作，且能用電池供電。這對于其在便攜儀器領域中的應用具有特殊的意義。

SPCE061A可靠性高、速度快、系統掉電后數據不會丟失，較高的處理速度使其能夠非常容易、快速地處理復雜的數字信號。熱敏電阻RS采集溫度信號，通過運放IC1得到反應溫度大小的電壓值，再通過運放IC2調整放大比例，得到滿足一定靈敏度要求的電壓值來表征當前環境溫度，電路中用電位器RP1對IC2的增益進行調整。監測儀通過傳感器及接口電路對數據進行采集、轉換后得到一個模擬電量送到單片機進行A/D轉換，單片機通過其內部的編碼譯碼器對輸入數據進行處理，控制電路采用82C55A對CPU端口進行擴展，經光電隔離、驅動放大后對繼電器的分、合進行控制，其中驅動放大采用MC1416B，它是由7個NPN達林頓管并排組成，具有較大的驅動能力，系統中負載A、B、C主要是控制一些溫控設備、加濕器其設備的啟動，用于調節環境參數，系統使用的顯示屏是帶有觸摸功能的LED液晶顯示屏，可以圖形、字符以及二者合成的方式進行顯示，還可以實現字符方式下的特征顯示和屏拷貝操作，該系統可以顯示當前數據和參數。觸摸屏，可以完成人工設定或功能切換等操作，CPU可根據當前LCD上顯示或語音播報的參數對操作進行控制。系統使用物聯網模塊作為遠程通訊裝置，能夠通過3G無線網絡實現環境監控裝置和使用者手機、監控中心的遠程數據傳輸，實現了遠程控制和監控功能。

4 小結

該環境監控裝置以單片機為核心對多種環境參數進行監測，可以分別通過傳感器采集溫度、濕度和光強的環境參數進行顯示和語音播報，如果超出限定范圍可以報警，同時使用物聯網作為遠程通訊模塊，實現了遠程監控，因此具有智能程度高、遠程監控、使用方便的優點。

[1]嚴新平,張月雷.物聯網環境下的機械系統狀態監測技術展望[J].中國機械工程,2011,(24):3011-3015

[2]蒙海濤,張驥,易曉娟,薛嬌嬈.物聯網技術在環境監測中的應用[J].環境科學與管理,2013,(01):10-12+86

[3]朱恒軍,于泓博,王發智.環境監測物聯網傳感器節點設計與實現[J].計算機科學,2012,(08):126-129