基于物聯網的環境監控系統設計與實現

杜朝 仙曉寧

摘 要：在新時期環境下，物聯網技術的發展十分迅速，它在各行各業中都得到了廣泛使用，這也為環境監控工作的開展提供了良好的技術支撐。在環境監控中，借助物聯網來進行監控系統的設計，能夠有效改變傳統環境監控的弊端，促進環境監控水平的提升，因此基于物聯網的環境監控系統也成為了人們的關注重點。文章就主要針對基于物聯網的環境監控系統設計與實現進行分析，希望對相關工作開展提供參考。

關鍵詞：物聯網;環境監控;系統設計;系統實現

0 引言

人們生活水平得到了顯著提升，他們對生活環境也提出了更高的要求，為了實現對生活環境的智能化控制，基于物聯網的環境監控系統成了人們關注的焦點。物聯網技術有著顯著的特點，它有效實現了環境監控和互聯網等技術的結合，促進智能化環境監控系統的發展，而基于物聯網的環境監控系統如何設計和實現，就是文章主要研究的內容。

1 物聯網概述

所謂物聯網，主要是借助各類先進的設備（掃描器和傳感器等）和技術（射頻識別的技術和GPS的技術等），對任何所要監控、互動、連接的物體或者過程信息實時采集，采集的信息涉及到聲、光、電、熱、化學、力學和生物等各種信息，并通過各類網絡的接入，達到物和物、物和人泛在的連接效果，對物品以及過程實現智能化的感知、管理與識別。往往物聯網主要包括感知層部分、傳輸層部分和應用層部分，在內部感知層中，主要功能是實現信息采集以及短距離的信息傳送;在傳輸層中，主要功能是對感知層內獲得數據實現長距離的傳送;在應用層中，主要功能是對此類數據處理以及決策而用，涉及各類應用的服務，比如工業化控制、智能化的電網建設、環境智能監控和智能家居等[1]。

2 系統的總體實現

2.1 系統功能實現

對此系統的感知層設計中，對其兩個終端實施節點的合理部署，此節點分別為信息采集傳感器、燈泡控制。以此傳感器能夠對環境內的T（溫度）、H（濕度）、L（光強）等信息采集，終端的節點借助ZigBee向網關的協調器內實現數據傳送，其網關使用以太網向設備實現數據上傳，而此時則借助本地的瀏覽器或相應客戶端就能對感知層的節點監控。

2.1.1 系統內T/H/L的傳感器和燈泡的執行器相關節點分析

此系統內，對T/H/L的傳感器相應節點選擇XBee的傳感器，此模塊能夠對T/H/L參數實現實時讀取，且使用ZigBee對數據完成傳送。對燈泡的執行器相應節點設計中，選擇XBee的數字化I0的適配器，在此適配器內設置4個接口，主要對電極開路實現上拉與下拉的操作處理，且以配置引腳的模式對適配器相應的端口狀態實現控制。兩者都能夠和網關配合，把數據送到設備云內，還可以借助網關對指令實施下達，從而依據指令對適配器輸出引腳實際高低的電平清理實現有效管控[2]。

2.1.2 對物聯網的網關分析

對于物聯網的網關來說，它主要的功能是實現感知層部分與應用層部分的銜接，常用功能有節點的管理、數據信息的記錄和管理、多種類型信息的交互和云端信息的安全性管理等。此系統內，使用的是DIGI所研發的一種網關類型，在此網關中主要借助ZigBee和其他的XBee相應模塊達到連接目的，以開源式Python對環境實施開發，達到設備云以及感知層的節點相關數據的有效交互。

此系統內，網關核心的處理器是Fresscale所生產的一種處理器類型，它對ZigBee的網絡信息通過DIGI所生產的一種ZigBee模塊實現交互目的。在此模塊中，采取SMT的封裝方式，能夠達到很遠的傳輸距離;且它選用Ember357型號的單片機，其與XBee S2具有Ember ZigBee的協議棧相同，兩者間能夠完成互相的通信。

2.1.3 對移動的客戶端使用

對此部分的設計主要是借助移動的客戶端來達到移動式監控的效果，因為Qt的研發框架是一種跨平臺性C++的應用程序，而且還具備對自由軟件相關用戶實現協議的有效提供，所以它在各個平臺中開放源的代碼軟件研發中廣泛使用，則此系統選用Qt實施開發工作的開展，以此來對一樣的代碼可借助任何相關的支持平臺實現編譯、運行，并不必對源代碼進行修改，依據平臺變化而對平臺特有圖形的界面風格使用和呈現。在本系統內，所開發移動式客戶端，以安卓的操作系統為例設計分析。

3 系統的軟件設計和實現

3.1 設計網關的應用程序

3.1.1 設計燈泡控制的程序

在XBee的數字適配器內，其一輸出端口位置以MOSFET的三極管柵極實施連接，其適配器內+12 V的電源輸出位置以燈泡和漏極實現連接，且把適配器底部位置和源極做好連接，此時對輸出口位置電平控制就可以對燈泡亮滅狀態實現管控。

對適配器的輸出端位置電平來說，主要通過對XBee的封裝庫函數調用來實現，此程序內主要對xbee.ddo_ set_ param （） 和idigidata.register_ callback （）模塊使用，其中后者函數發揮回調的功能。此應用的程序依據預先所制定協議來對指令內容進行解析處理，并對適配器的端口狀態實現控制。在此系統內，一共具備6條指令的協議，它們分別是HUI4、HUI5、DA4、DA5、WU和WU5，4表示開燈，而5表示關燈，數字前面的字母表示位置不同。完成網關程序的部署后，借助設備云所提供API實施調試處理，能夠對網關程序運行的效果及時驗證，且對后續App的開發實現可靠依據的提供。

3.1.2 設計傳感器的數據讀取程序

傳感器完成數據采集后，向設備云對數據實施上傳，此時網關的應用程序發揮數據獲取、數據格式封裝和數據上傳等功能。

在數據獲取功能中，主要對sock.recvfrom（）的模塊實施調用，依據此函數通過近似于Socket套接字的通信方式把底層的傳感器數據向網關上傳，按照I/O的采樣數據手冊就能夠分別對溫度、光強和濕度提取。

在數據格式的封裝中，主要是把數據封裝成可標記的語言格式，即XML，此語言是簡單化數據存儲的一種語言，在數據交換中也是當作公共語言來使用。借助所設計fmt_ dp（）的函數能夠把數據通過XML格式實施封裝，其部分的代碼如下表示，其中的payload參數是上一步所采集數據類型。

upload_ data=fmt_dp （payload，serial _data_ 0621hz，time.time（） * 1000，String ，b6 encoded ）

在數據上傳中，主要是把已完成封裝的數據借助idigidata.send_to_idigi（）的函數向設備云傳輸，此主要的程序如下表示，其中的upload_data參數是上一步所封裝的XML數據。

status， number， error_msg = idigidata.send_to_idigi（upload_data，DataPoint/stream_ _0703dxc.xml ）

上述程序內，DataPoint/stream _0703dxc.xml主要是在設備云內事先所建立數據點，其數據最終在此文件內保存[6]。

最后，依據傳感器完成數據采集工作，且向設備云實施數據上傳處理，人們就能夠以設備云載體對數據直接查看和掌握。

3.2 設計移動式客戶端的應用

移動式客戶端的設計主要包括用戶登錄、燈泡控制、燈泡顯示、T/H/L顯示和系統信息5個模塊。在客戶端UI設計中，遵循簡潔明了的原則，對監測模式以及控制模式實施設計。

4?系統驗證

對系統采取試運行，各個傳感器的所在地相關的環境信息均能夠在App得到顯示，且能夠使用App對燈泡打開，還能夠在設備云內數據服務的窗口對各類的參數走勢查看。在實驗后證明了，此系統能夠對傳感器的所在環境實際溫度、光強和濕度實現監測，還能夠對開關進行控制，且可把監控的結果在移動的終端展示。

5 ? 結語

綜上所述，物聯網是現階段社會發展中的重要形式，它對推動社會的現代化發展具有重要的價值，將物聯網在環境監控中有效使用，來進行環境監控系統的設計和實現，能夠有效實現環境監控的智能化和遠控化，它就有很大的應用價值和發展潛力，還需要對相關技術不斷研究。

[參考文獻]

[1]戴楊，張晴暉，李俊萩，等.基于LoRa物聯網的森林環境監測系統的架構與實現[J].現代電子技術，2020（22）：52-56.

[2]朱丹，張學儉，李鋒，等.基于物聯網技術的茨園環境監測系統設計[J].寧夏農林科技，2019（1）：55-57，61，67.

（編輯 王永超）