基于物聯網技術的溫濕度監測系統設計

林君 錢志軒

摘要：本文開發了一個基于物聯網技術的環境監測系統，主要包括系統的硬件、軟件和數據庫等幾個部分。傳感器節點采集到的溫度、濕度信息能夠通過上位機分類存儲到數據庫，再經過統計和處理，實時顯示環境參數。

關鍵詞：物聯網技術；溫濕度監測；數據庫設計

物聯網環境監測系統是一個新生產物，在延續傳統環境監測監控系統優勢基礎上研發而成，可以實現自動監控系統中安全可靠的數據采集、處理和傳輸。數據采集終端設備納入物聯網系統，并且它們可以直接互聯互通、實現自組局域網，相互協作完成特定的業務（比如目前人們日常生活最敏感的溫度濕度、光線和PM2.5等）。通過在環境終端布置傳感器節點，采集相關環境數據，然后通過無線傳輸技術將數據傳送至中心服務器進行分類存儲，再經過統計和處理；最后用戶可通過手持設備（比如手機、平板電腦等）實時查看當前環境數據[1]。這些產品應用范圍廣闊，可應用于環保、農業、工礦、電信、市政、交通等工業和公用事業中的各種類型自動監測站的數據采集與傳輸領域。

本項目在傳統環境監測監控系統建設的基礎上，結合物聯網的技術，根據環境監測監控系統建設的新形勢和新要求而提出來的一個全新的嵌入式項目。

一、設計思路

1、軟硬件資源：

硬件：PC機，ARM Cortex-A9開發板，Zigbee模塊，手機等智能設備終端。

軟件：微軟 Windows 7操作系統，Linux系統，德州儀器 IAR，BOA服務器，Sqlite數據庫

2、項目框架（如圖1所示）：

本項目主要分為三大模塊：

（1）數據采集終端，此終端主要由傳感器節點構成，用以采集環境信息，比如溫度、濕度、光線強弱及煙霧等信息。采集到的數據通過ZigBee技術傳送至中心服務器上。

（2）中心服務器，采用基于ARMCortexA9的三星Exynos4412開發板，此開發板具有接口豐富性能強大等特點[1]。在此硬件上布置android4.0操作系統，然后開啟網絡服務器與路由器相連。

（3）移動手持終端，平板或智能手機。開發一個普通的 APP程序，可以通過WIFI連接到路由器，并且能實現與中心服務器的數據交換，實時查詢當前環境數據。

二、ZigBee環境搭建

此項一共有四個軟件的安裝：IAR集成開發環境、TI協議棧、仿真器驅動、USB轉串口驅動。搭建過程如圖2所示：

三、數據采集

1、傳感器硬件——溫濕度度傳感器DHT11

DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，確保產品具有極高的可靠性和卓越的長期穩定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接，具有超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點[2]。

2、采集步驟

（1）安裝溫濕度驅動模塊 DHT11的驅動程序

（2）將程序添加到協議棧代碼中

（3）將終端節點采集到的數據打包并以指定的方式發送給指定的設備

觀察終端設備的顯示屏，將協調器連接到電腦，讀取從終端發來的數據信息。以終端方式下載到開發板，連接上協調器，可以看到屏幕顯示當前環境溫度、濕度信息，如圖4所示。

四、交叉編譯環境搭建

PC機器進行程序的編輯編譯，然后到開發板運行程序。安裝調試過程如圖3、圖4所示。

五、系統測試

經過POSIX系統編程、創建SQLite數據庫、串口編程后，可以進行系統測試，測試結果如圖5所示。

六、結論

本項目利用物聯網技術構建了一個環境監測系統，給出了系統的總體設計思路，包括網絡中各節點的軟硬件選型、項目整體框架，詳細介紹系統設計的各個步驟[3]。通過系統測試，表明本系統具有良好的測量準確性和工作穩定性，另外，由于系統體積小，安裝、拆卸比較方便，可應用于較多的嵌入式領域。

參考文獻

[1] 黃川. 基于物聯網的溫濕度監測系統[J]. 科技資訊，2018（2）：1-3

[2] 鐘偉雄. 一種簡單方法實現自動澆花控制[J]. 福建電腦，2011（6）：157-158，192

[3] 趙鑫. 實驗室遠程溫濕度監測系統的設計與開發[J]. 中國科技信息，2011（9）：164-167

作者簡介：林君，女，福建南平人，副教授，研究方向為電氣控制與PLC技術。

此項目為四川省教育廳2018年立項課題，課題編號18ZB0382。

（作者單位：四川航天職業技術學院）