基于物聯網的家居環境監測預警系統設計分析

張卓

摘要：隨著生態綠色發展理念的提出，我國的環境問題得到了有效的治理，環境質量越來越高，空氣越來越清新干凈，水質質量也逐步的得到提高。室外污染與室內污染都會對人民群眾的身心安全造成損害，影響人民群眾的生活質量，因此，人民群眾需要加強家居環境的監測力度，提高環境監測意識。本文將結合物聯網下的家居環境監測預警系統設計分析提出家居環境監測管理的發展前景，并闡述開展家居環境監測活動的意義。

關鍵詞：物聯網 家居環境 監測預警系統 傳感器 設計策略

Design and Analysis of Home Environment Monitoring and Early Warning System Based on Internet of Things

ZHANG Zhuo

（Suzhou Zhangjiagang environmental monitoring station， Suzhou， Jiangsu? Province，215600? China）

Abstract： With the proposal of the concept of ecological green development， China's environmental problems have been effectively treated， the environmental quality is higher and higher， the air is fresher and cleaner， and the water quality is gradually improved. Both outdoor pollution and indoor pollution will damage people's physical and mental safety and affect people's quality of life. Therefore， people need to strengthen the monitoring of home environment and improve their awareness of environmental monitoring. Combined with the design and analysis of home environment monitoring and early warning system under the Internet of things， this paper puts forward the development prospect of home environment monitoring and management， and expounds the significance of carrying out home environment monitoring activities.

Key Words： Internet of things;Home environment;Monitoring and early warning system;Sensors;Design strategy

隨著我國經濟發展速度的加快，開展環境保護和節約資源活動能夠促進我國的可持續發展，提高人民群眾的生活質量，營造安全、健康的社會發展環境。我國是人口大國，保障人民群眾的身體健康安全是我國的重要戰略目標，也是在發展過程中需要牢記的重要事項。環境污染會影響人民群眾的生活質量，為人民群眾帶來健康安全隱患。室內污染是影響人民群眾身體健康的重要因素，人民群眾需要加強家居環境監測，并對家居環境進行管理，提高安全意識。

1開展家居環境監測活動的意義

隨著時代的發展，人民群眾對家居環境的要求越來越高，健康的生活環境是大多數人的基本要求。影響家居環境的因素有很多，加強家居環境監測十分的重要，這是保障住戶居民身體健康安全的重要措施。隨著經濟的快速發展與科學技術水平的不斷提高，物聯網得到了有力的發展，為了提升家居環境的監測效果，加強監測的力度，需要積極將物聯網技術與家居環境監測預警系統整合起來。規范監測家居環境對于人民群眾的身體健康安全和國家的發展來說具有重要的作用，不僅住戶居民要提高家居環境監測的重視程度，相關的環境監測部門也需要加強監測力度，對居住環境監測工作進行宣傳，并積極為住戶居民配備良好的監測設備，加快家居環境監測工作的進度。

對家居環境進行監測具有重要的意義，一方面，有利于為人們提供良好的居住環境。家庭居住環境分為室內與室外2個方面，室內環境質量與建設材料、家具質量和家庭居住地址等因素有關，建設材料的質量標準在一定程度上決定著室內環境質量高低。家居室內環境的濕度、溫度、二氧化碳濃度等都是重點的監測指標，加強監測力度，可以為住戶居民提供全面的監測報告，提高他們的監測意識，讓他們了解自家的居住環境情況。住戶居民可以根據監測報告對家庭居住環境進行整改，打造安全、健康的居住場所，提升居住環境的安全性能。

另一方面，可以加快我國的發展進程。人民群眾的身體安全影響著我國整體的發展速率，只有充分保障人民群眾的身體健康，才能充分發揮人民群眾的智慧，使人民群眾能夠精力充沛地進行工作。否則，一旦人民群眾的身體安全得不到保障，人民群眾就無法進行工作，企業和相關單位的工作活動就會被擱置，不利于我國的快速發展。因此，對家居環境開展監測工作十分的重要，住戶居民與相關部門都需要提高家居環境監測的意識，為營造良好的居住環境做出努力。

2在物聯網下家居環境監測預警系統設計分析

2.1系統的整體架構

影響家居環境的因素有很多，為了提高監測力度，保障監測角度的全面性，需要建立科學、合理的監測預警系統來保障家居環境的安全。監測預警系統的總體架構是由三方面組成的，分別是感知層、網絡層和應用層。這3種層面的功能與構造都不一樣，加強三方面的配合與應用，能夠提高監測的效率，保障監測的準確性。感知層可以實現對各種物質和人群活動的監測，當室內的某一物質含量超標，或者是室內有人員進行活動，感知層都可以對以上情況進行監測和記錄，再通過網絡層的網絡通信技術將記錄報告發送到住戶手中，方便住戶進行處理，降低居住環境的風險，提高居住地的安全性能。

環境監測預警系統的感知層主要是由無線傳感器網絡子系統與信息處理子系統兩部分構成的。網絡傳感器有一級節點和二級節點，其中一級節點是這個無線傳感器網絡的核心組成部分，對整個監測工作具有重要的作用。一級節點主要是將無線傳感器網絡所監測到的環境信息傳送給信息處理子系統，二級節點起著保證傳感器節點與一級節點保持順暢通信與聯絡的作用。不同住戶居民有著不同的監測需求，用戶可以根據自身的需求設立安裝傳感器。例如：溫度傳感器、濕度傳感器、甲醛傳感器、二氧化碳傳感器等。用戶可以通過信息處理子系統來掌握家居環境情況，芯片是信息處理子系統的核心，將芯片與家居網絡服務器進行整合。當家居環境出現異常情況時，用戶可以接收到相關的環境異常信息，掌握家居環境情況。

2.2系統硬件設計

2.2.1 WIFI模塊設計

通過互聯網技術可以將家居環境信息實時發送到用戶的手機上，用戶可以通過聯網WIFI無線網絡來接收。WIFI模板的種類多樣，用戶可以根據自身的需求，自行選擇相應的WIFI模板，ESP8266WIFI模板是市場上應用的比較廣泛的一個網絡模板。因為該模板的制作成本比較低、消耗的能量較少、用戶使用起來十分的方便。同時，它還添加了一些新的板塊內容，例如：外圍電路、串口等，因此這種設備受到了廣大用戶的青睞，相比其他的WIFI模板來說，有著自己獨特的優勢，具有一定的市場競爭力。WIFI模板是軟件與硬件進行連接的重要橋梁，將WIFI模塊與串口的波特率設置成一樣后，用戶可以直接通過串口來相關的指令來對WIFI模塊進行配置[1]。

2.2.2 溫濕度傳感器

為了給住戶提供舒適的居住環境，保證居住空氣中的溫濕度滿足住戶的需求與要求，提高住戶對居住環境的滿意度與幸福感，需要對居住環境的溫濕度進行監測。SHT20溫濕度傳感器是溫濕度傳感器中性能與質量比較好的一款傳感器，其用戶使用率比較高，應用范圍比較廣泛。一些溫濕度傳感器對于監測環境有著較高的要求，當監測環境的濕度比較高時，會影響數據監測的結果，不利于整體的家居環境監測。而SHT20溫濕度傳感器相比其他的溫濕度傳感器來說，具有獨特的優勢，其可以在高濕度的環境下進行工作，性能十分穩定。

2.2.3空氣質量傳感器

隨著人民群眾對家居環境的要求越來越高，住戶也加強了空氣質量監測工作。家居空氣質量影響著住戶的居住體驗與身心健康，而且，空氣質量與其他物質有著密切的聯系，當空氣中的灰塵、二氧化碳、甲醛等物質超出一定的標準范圍時，就會影響空氣的質量問題。因此，在開展家居環境的監測工作時，需要選擇質量與性能較好的空氣質量傳感器，為住戶身心安全提供保障。GP2Y1051AUOF空氣傳感器是一款較為靈敏的傳感器，監測力度比較高、質量較好，住戶以及相關部門人員開展監測工作時，可以對該設備進行運用，提高監測工作的效率，營造健康、舒適的家居環境[2]。

2.2.4無線傳感器網絡設計

無線傳感器網絡節點主要有3種節點，分別是一級節點、二級節點與傳感器節點，它們的結構與主體結構沒有多大差別。無線傳感器網絡節點可以將CC2530F256單片機作為核心部件，因為該部件不僅使用性能比較高、消耗的功率比較少，而且它的內核比較大，外圍設備比較豐富。更重要的是它能夠與傳感器進行進行整合，實現通信工作。要想順利開展通信工作，需要有相關的天線作為支撐，天線不僅可以節省節點的體積，還能提升網絡節點的穩定性能。不同傳感器完成監測工作后，會將數據成功的傳送到天線中，確保通信工作的順利開展。

2.2.5信息處理子系統設計

信息處理系統是監測系統的重要系統之一，住戶可以根據信息處理系統了解到環境監測情況，從而對環境出現的異常情況進行處理和整改。該系統主要是由中央處理單元、存儲單元以及GSM模塊構成的。在進行監測工作時，可以采用STM32F103RET6微處理器和ARM Cortex M3內核等一系列部件，這樣能夠加快監測的工作頻率。同時，存儲單元還能夠存儲重要的數據資料，運用以太網控制器能夠加快數據的傳輸速率。對于GSM來說，可以運用AT指令實現對GSM的控制，提高GSM的穩定性，減少數據傳輸所造成的功率[3]。

2.3系統軟件設計

2.3.1無線傳感器網絡系統設計

無線傳感器網絡子系統主要以CC2530的Basic RF無線通信協議為基礎，構建一級節點、二級節點和傳感器節點。一級節點作為無線傳感器的核心部件，當傳感器節點完成家居環境監測時，需要利用無線傳感器網絡將該數據傳送到一級節點中。二級節點是數據重要的中轉部件，傳感器將數據傳輸到一級節點的過程中，需要先將數據傳輸到二級節點上，然后才能繼續傳輸到一級節點上。如果一級節點已經收到相關的數據信息，二級節點會收到尋找反饋信息，那么傳感器就能夠保證自身已經完成數據的傳輸過程了[4]。

2.3.2信息處理子系統設計

STM32微控制器是信息處理子系統的核心，它能夠與其他的部件進行整合，然后通過太空網顯示出家居環境信息，并且會設立一定的數據標準。當家居環境監測出來的數據超過設立的標準，那么STM微控制器會通過GSM模塊發送指令，然后住戶就會收到相關的數據超標信息。當家居環境監測活動結束時，會產生相應的數據信息，信息處理子系統中具有存儲部件，能夠將每一次的監測信息保存下來，方便住戶對監測結果進行查詢和收集分析[5]。

3 家居環境監測預警系統的發展前景

對家居環境進行合理、科學的監測，并設立監測預警系統可以加強住戶對家居環境的管理，方便住戶了解家居環境信息，提升家居環境的安全性能。在現代化的社會發展下，各種建設材料層出不窮，有一些不良商家為了謀取利益，使用一些危害性較大的建筑材料和粉刷顏料。人民群眾對于建筑材料的了解不深，對這些材料加以使用，長此以往，會逐漸損害自身的身體健康[6]。

因此，住戶與相關政府部門需要提高對家居環境監測工作重要性的認識，積極設立監測預警系統。家居環境監測預警系統要想在市場中占有一席之地，擴大應用范圍，提高該系統的安裝覆蓋面積，就需要不斷的進行改革創新，簡化住戶的使用操作步驟，同時，還需要注重該系統的性價比，減少住戶的經濟支出，減緩該系統的購買壓力。最后還需要保障該系統的綠色、環保性，防止造成二次環境污染。

4 結語

人民群眾長期生活在家居環境中，家居環境的質量影響著人民群眾的身心健康，要想營造良好的家居環境，需要加強家居環境監測。可以設立安全可靠的家居環境監測預警系統，對有害物質進行檢查，并通過物聯網技術將監測報告及時地傳輸到住戶手中，讓住戶了解到自身的居住環境情況，提高環境監測意識，并根據環境監測報告采取相應的措施，減少有害物質對自身身體安全造成的傷害。

參考文獻

[1]李兵，肖茂翔.基于物聯網的家居環境監測預警系統設計[J].物聯網技術，2021，11（11）：18-21.

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[3]張婭琳，吳偉強.基于WiFi的環境信息云平臺監測系統設計[J].物聯網技術，2021，11（10）：26-29.

[4]周慧怡.基于WSN的智能家居環境監測服務平臺[J].工業控制計算機，2021，34（7）：131-132.

[5]張恒. 基于WiFi的室內環境監測系統設計[D].合肥：安徽大學，2019.

[6]王娜.淺析智能家居環境監測系統的研究[J].現代鹽化工，2018，45（6）：42-43.

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