基于移動互聯的環境監測系統

叢玉華 張爽爽 杜思舟

摘要：隨著人們健康意識的提高，對環境的關注也隨之加強，為此，本文設計并實現一套輕型、實時環境監測系統，用于監測室內外環境參數，對采集信息進行管理，可實時查詢環境情況。系統分為信息采集、安卓終端、數據庫系統三個部分，主要運用了Zigbee無線傳感網技術、ARM嵌入式技術、數據庫技術和移動互聯技術。

關鍵詞：環境監測;ZigBee傳感網;安卓;MYSQL

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）11-0102-03

0 引言

近年來，由于國家對于綠色環境、綠色生活的大力宣傳，人們對環境和健康綠色生活意識的不斷增強，環境質量檢測成為環保領域中重要的環節。目前，環境質量檢測產品可分為兩大類：一種是高級別的專業大型檢測儀器，一般是專業檢測部門才會使用，由于價格昂貴，操作難度大，幾乎不可能被普及化;另一種小型但是不能夠移動的產品，它們的主要特點是：雖然成本比較低、操作使用略簡單的設備，但是不夠智能。所以小型、低成本的智能環境質量檢測產品越來越受廣大的消費者的熱愛。鑒于此要設計一款智能環境檢測系統。

1 系統總體結構

1.1 系統的功能

智能環境檢測系統功能包括：用戶可以通過安卓終端訪問數據庫，查詢數據庫中存儲的信息采集模塊所采集的信息。包括室內空氣的溫濕度、甲醛、煙霧、苯系物、一氧化碳等影響人體舒適感的物質的含量，還可以查詢室外的風速、風向、光照、雨量、PM2.5、二氧化硫、二氧化氮等影響人體舒適的空氣環境因素。為了讓用戶更加直觀的了解自己的生活環境，還可以查詢監測物質的近期發展趨勢，監測物質的歷史信息。其中信息傳輸的過程如圖1所示。

1.2 系統的架構

該系統主要用于室內外小范圍內環境狀態的監測和顯示。系統主要分為信息采集模塊、智能終端和數據庫管理系統三大模塊。信息采集模塊由Zigbee傳感網絡組成;智能終端模塊由Android手機終端和ARM控制臺兩部分組成，Android手機終端主要由用戶使用，ARM控制臺重在負責協調數據庫管理系統和Android手機終端的信息傳輸;另外數據庫管理系統負責信息的記錄及管理。系統的功能模塊圖如圖2所示。

2 系統具體設計

2.1 信息采集模塊

信息采集模塊由Zigbee傳感網構成主要包括：Zigbee網絡和傳感器兩部分。

（1）Zigbee網絡。分布在所觀測區域里的大量的ZigBee節點構成ZigBee無線傳感器網絡， ZigBee節點類別主要分為協調者、路由器、終端。協調者是啟動和配置網絡的一種設備，是整個網絡的信任中心，一個網絡中有一個用于協助綁定的協調器;路由用于擴展網絡覆蓋面，為數據的續傳接力;終端發送或接收一個信息但是不能執行任何路由操作。ZigBee具有很強的組網能力，可以形成星型網絡、樹形網絡和MESH網狀網絡。ZigBee通信方式主要有點播、組播和廣播。點播，即是點對點的通信，也就是2個設備之間通訊，不許有第三個設備接收到信息;組播，即把網絡中的節點分組，每個組員發送的信息只有相同組號的成員才能夠收到。廣播，也就是1個設備上發出的信息所有設備都能接收到。本系統采用的是無路由的星型拓撲以及點播的組網方式。

（2）傳感器。傳感器分布在Zigbee節點上，室內傳感器有：溫濕度、甲醛、煙霧、苯系物、一氧化碳等，室外傳感器有：風速、風向、光照、雨量、PM2.5、二氧化硫、二氧化氮等，后續可根據環境參數擴展傳感器類型。各Zigbee節點與Zigbee協調者構成無線網絡，通過Zigbee協調者將采集環境參數傳給安卓主控器，并能接收安卓主控器的命令。

該模塊的架構如圖3所示。

2.2 智能終端模塊

智能終端模塊分為兩部分：分別為安卓主控器和安卓移動終端。

（1）安卓主控器。安卓主控器負責接收并處理Zigbee傳感網傳來的參數信息，然后將信息以一定的數據格式輸送給數據庫。主控器選用Smart210作為核心開發平臺。平臺采用高性能的Cortex-A8核心板，三星S5PV210作為主處理器，運行主頻可高達1GHz，可流暢運行Android， Linux和WinCE6等高級操作系統。

（2）安卓移動終端。安卓移動終端可采用安卓操作系統的手機，主要功能是通過移動網絡可通過瀏覽器遠程訪問數據庫內信息，一方面可實時獲取室內外環境參數，另一方面可以發送遠程控制命令。

2.3 數據庫管理系統

數據庫管理系統負責存儲主控器傳輸來的參數信息，并將參數信息提供給安卓移動終端訪問。本系統采用高速、靈活的MySQL數據庫實現數據管理。

3 功能實現

在該系統中，Android客戶端上實現了三大功能，環境參數顯示，參數趨勢變化，和歷史數據查詢。系統的實物如圖4所示，主界面如圖5、6所示。

在環境參數顯示模塊中主要實現了：Android手機終端通過無線網絡訪問數據庫中的環境參數信息。在室內參數顯示界面上實現了對兩個節點采集參數的顯示，用戶可以通過該界

面進行同一參數的比較，從而了解室內不同地點的環境參數的差異。在室外參數顯示界面上實現了室外一個節點的參數采集。參數界面如圖7所示。

在參數趨勢變化模塊主要實現了：通過折線圖體現參數的最近變化趨勢，用戶通過折線圖能夠更加清楚地了解到身處環境的變化。折線圖如圖8所示。

在歷史數據查詢模塊中實現了：將存放于數據庫的數據通過服務器傳輸到客戶端，并通過表格形式顯示，用戶可以通過該界面了解過去測到的數據。歷史數據瀏覽如圖9所示。

4 結語

該環境監測系統，特點在于輕便、靈活。用于家庭或辦公場所小范圍內的監測。目前限于傳感器技術，有部分參數還不能實現采集。但系統保留了軟硬件的擴展功能。后期可隨時添加。

Environmental Monitoring System Based on Mobile Interconnection

CONG Yu-hua，ZHANG Shuang-shuang，DU Si-zhou

（Nanjing University of Science and Technology ZiJin College，Nanjing Jiangsu? ?210046）

Abstract：With the improvement of people's health awareness， environmental concerns are also strengthened. Therefore， this paper designs and implements a light and real-time environmental monitoring system， which can monitor indoor and outdoor environmental parameters， manage the collected information and query the environmental situation in real time. The system is divided into three parts： information collection， Android terminal and database system. It mainly uses Zigbee wireless sensor network technology， ARM embedded technology， database technology and mobile interconnection technology.

Key words：environmental monitoring; ZigBee sensor network; Android; MYSQL