基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)研究

摘要：室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)是改善居住和工作環(huán)境的重要工具。文章設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）技術(shù)的室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)通過無線傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測空氣質(zhì)量參數(shù)，網(wǎng)關(guān)機(jī)通過LoRa采集傳感器數(shù)據(jù)后以4G的方式上傳至云服務(wù)器，傳輸過程采用加密技術(shù)保障數(shù)據(jù)安全。系統(tǒng)集成了多種數(shù)據(jù)庫，確保了數(shù)據(jù)的高效管理。文章設(shè)計(jì)了直觀簡潔的用戶界面，支持多平臺(tái)訪問，在空氣質(zhì)量超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)預(yù)警并通過多種渠道通知用戶。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)空氣質(zhì)量；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；云服務(wù)器；數(shù)據(jù)傳輸；實(shí)時(shí)監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快和人們生活質(zhì)量的提升，室內(nèi)環(huán)境的舒適性和安全性逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾P(guān)注點(diǎn)。室內(nèi)空氣質(zhì)量直接影響人們的健康狀態(tài)、工作效率以及生活質(zhì)量［1-2］。室內(nèi)空氣污染來源眾多，有來自外界環(huán)境的污染，還有來自室內(nèi)裝修材料、家具、家用電器的污染。常見的污染物有空氣中的有害氣體、顆粒物、揮發(fā)性有機(jī)物。當(dāng)前，室內(nèi)空氣污染已經(jīng)成為全球公共健康的隱形殺手，因此如何提高室內(nèi)空氣質(zhì)量已成為亟待解決的重要課題。

室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控空氣中的有害物質(zhì)和污染物，減少因空氣污染引發(fā)的健康問題，還能通過優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境，提升工作效率和居住舒適度［3］。監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用還可以有效應(yīng)對(duì)室內(nèi)外環(huán)境變化，提供智能化調(diào)節(jié)措施，推動(dòng)智能家居和綠色建筑的發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)可持續(xù)生活方式和環(huán)保理念的實(shí)施。此外，室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)還能夠?yàn)檎拖嚓P(guān)部門提供數(shù)據(jù)支持，推動(dòng)環(huán)境保護(hù)政策和公共衛(wèi)生政策的制定。因此，建設(shè)室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 關(guān)鍵物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

在室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)成為提升空氣質(zhì)量管理精度、實(shí)時(shí)性和智能化的重要手段。通過在物理環(huán)境中部署多個(gè)傳感器設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控并傳輸空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，為智能系統(tǒng)提供精確的數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)通常通過多種傳感器聯(lián)合采集環(huán)境參數(shù)，通過數(shù)據(jù)傳輸與分析算法實(shí)現(xiàn)環(huán)境的智能調(diào)節(jié)。其基本理論框架涉及傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理與分析方法、智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及能效管理4個(gè)核心領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理以及智能控制等技術(shù)的協(xié)同作用，使得室內(nèi)空氣質(zhì)量的監(jiān)測與調(diào)節(jié)可以更大范圍、更高精度地實(shí)現(xiàn)。

1.1 傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)是室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的核心組成部分，其作用是實(shí)時(shí)采集環(huán)境中的各項(xiàng)氣體、顆粒物以及溫濕度等相關(guān)數(shù)據(jù)，提供精確的空氣質(zhì)量信息［4-5］。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳感器在體積、精度、靈敏度、響應(yīng)時(shí)間以及成本等方面的性能均有顯著提升，尤其是在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，傳感器技術(shù)的發(fā)展為智能化、自動(dòng)化和大規(guī)模監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)施提供了關(guān)鍵支持。氣體傳感器主要用于檢測空氣中各種有害氣體的濃度變化，如二氧化碳、甲醛、揮發(fā)性有機(jī)物、氨氣、一氧化碳等，這些氣體常常是室內(nèi)空氣污染的重要來源。近年來，通過多種傳感器（氣體傳感器、顆粒物傳感器、溫濕度傳感器等）的融合，系統(tǒng)能夠獲得更加豐富和多維度的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，從而提供更精確的分析結(jié)果和控制決策。

1.2 無線通信技術(shù)

無線通信技術(shù)用于確保傳感器節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)處理平臺(tái)之間的有效連接，常用無線通信方式包括Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee、LoRa等。無線通信技術(shù)能夠顯著提升室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。采用無線通信技術(shù)后，各傳感器節(jié)點(diǎn)可以自由布置，無須依賴固定的電纜或線路，從而極大地提高了系統(tǒng)的安裝效率與靈活性。這種靈活性不僅使得系統(tǒng)部署更加簡單，同時(shí)大大降低了系統(tǒng)的安裝與維護(hù)成本，在不同空間、建筑結(jié)構(gòu)及環(huán)境場景下，也能快速進(jìn)行調(diào)整和擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣質(zhì)量的全面監(jiān)控。物聯(lián)網(wǎng)中的無線通信技術(shù)使得不同廠商的傳感器、設(shè)備和系統(tǒng)之間能夠?qū)崿F(xiàn)互操作性，促進(jìn)了異構(gòu)設(shè)備的無縫對(duì)接。無線通信還能夠在多路徑傳播、信號(hào)衰減和環(huán)境干擾等復(fù)雜環(huán)境中保持良好的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。無線通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)和5G技術(shù)的應(yīng)用，使得在大規(guī)模傳感器網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)的傳輸效率和穩(wěn)定性得到了顯著提高。

1.3 數(shù)據(jù)處理

室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)的主要目標(biāo)是實(shí)時(shí)監(jiān)測環(huán)境的空氣質(zhì)量，對(duì)異常情況做出及時(shí)響應(yīng)。因此，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。大量來自不同傳感器的數(shù)據(jù)需要迅速并準(zhǔn)確地進(jìn)行處理，以生成實(shí)時(shí)的空氣質(zhì)量評(píng)估報(bào)告或自動(dòng)調(diào)節(jié)控制策略。

傳感器產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)可能包含噪聲、漂移和異常值，因此，數(shù)據(jù)預(yù)處理環(huán)節(jié)顯得尤為重要。常見的預(yù)處理方法包括數(shù)據(jù)濾波、異常值檢測、缺失數(shù)據(jù)填充等。通過這些方法，原始數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為可用于分析的清潔數(shù)據(jù)，提升了后續(xù)分析的準(zhǔn)確性。采用多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)，可以通過不同傳感器之間的數(shù)據(jù)互補(bǔ)，提供更精確的空氣質(zhì)量判斷。通過快速計(jì)算和數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)評(píng)估室內(nèi)空氣質(zhì)量并生成相應(yīng)的空氣質(zhì)量指數(shù)。這些評(píng)估結(jié)果不僅用于環(huán)境監(jiān)測，也為自動(dòng)控制提供數(shù)據(jù)支持。通過引入機(jī)器學(xué)習(xí)算法，系統(tǒng)能夠通過數(shù)據(jù)的歷史趨勢進(jìn)行預(yù)測，識(shí)別長期和短期的空氣質(zhì)量變化趨勢。例如：基于歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，AI模型可以預(yù)測室內(nèi)空氣質(zhì)量的變化趨勢，例如預(yù)測接下來幾小時(shí)內(nèi)PM2.5或二氧化碳的濃度變化。這種預(yù)測能力可以幫助用戶提前采取措施，避免空氣質(zhì)量達(dá)到有害水平。

1.4 智能控制與優(yōu)化

智能控制技術(shù)通過引入自動(dòng)化控制理論與智能算法，使得室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)能夠在沒有人工干預(yù)的情況下，自動(dòng)調(diào)整室內(nèi)環(huán)境參數(shù)［6］。自適應(yīng)控制算法能夠根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測到的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)和環(huán)境變化自動(dòng)調(diào)整控制策略。它不僅依賴于系統(tǒng)的反饋來做出調(diào)整，還能根據(jù)不斷變化的環(huán)境條件進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。模糊控制作為智能控制技術(shù)的一種，適用于處理系統(tǒng)模型不精確、難以建立數(shù)學(xué)模型的情形。模糊控制算法能夠通過模糊邏輯推理，根據(jù)傳感器采集到的空氣質(zhì)量信息，推斷出系統(tǒng)需要采取的控制動(dòng)作。例如：當(dāng)PM2.5濃度處于臨界值附近時(shí)，模糊控制算法可以根據(jù)濃度變化趨勢調(diào)整空氣凈化器的工作強(qiáng)度，而不是僅僅基于單一的閾值判斷。模糊控制技術(shù)的優(yōu)勢在于其對(duì)環(huán)境變化的靈活響應(yīng)能力，它能夠在復(fù)雜且不確定的環(huán)境中，避免過度反應(yīng)或遲緩響應(yīng)，從而提供更加平滑的控制效果。智能控制不僅僅局限于傳統(tǒng)的反饋控制，更可以通過優(yōu)化算法對(duì)系統(tǒng)的整體性能進(jìn)行優(yōu)化，以降低能源消耗、提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和精確度，確保空氣質(zhì)量維持在理想水平。未來的室內(nèi)空氣質(zhì)量管理系統(tǒng)可能涉及多個(gè)子系統(tǒng)之間的協(xié)同工作，例如：空氣凈化、溫濕度調(diào)節(jié)、照明、窗簾等智能家居系統(tǒng)。這些系統(tǒng)需要通過協(xié)同控制進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)更好的整體效益。這種集成優(yōu)化不僅要求各個(gè)設(shè)備之間的信息共享，還需要通過多傳感器融合和多變量控制技術(shù)，形成一個(gè)協(xié)調(diào)一致的優(yōu)化方案，以在多變的環(huán)境中使系統(tǒng)處于高效能、低能耗、舒適的工作狀態(tài)。

2 系統(tǒng)軟件

2.1 數(shù)據(jù)采集

LoRa是一種低功耗局域網(wǎng)無線標(biāo)準(zhǔn)，其最大特點(diǎn)是在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)了低功耗和遠(yuǎn)距離的統(tǒng)一，具有良好的室內(nèi)穿透性，抗干擾能力強(qiáng)。因此，無線空氣質(zhì)量傳感器通過LoRa與網(wǎng)關(guān)機(jī)進(jìn)行通信，每個(gè)網(wǎng)關(guān)機(jī)可連接多個(gè)無線空氣質(zhì)量傳感器。

網(wǎng)關(guān)機(jī)通過4G的方式與云服務(wù)器的數(shù)據(jù)接口通信，網(wǎng)關(guān)機(jī)采用透明傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)關(guān)機(jī)基于C++編寫Modbus通信接口，使用Socket庫進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。上電后，網(wǎng)關(guān)機(jī)向指定云服務(wù)器IP和端口發(fā)送注冊(cè)幀以表明設(shè)備信息，之后，通信接口周期性地請(qǐng)求現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給空氣質(zhì)量傳感器，獲取回復(fù)后再將數(shù)據(jù)上傳至云服務(wù)器。

通信接口采用阻塞模式，同時(shí)設(shè)置通信接口的發(fā)送超時(shí)與接收超時(shí)時(shí)間，當(dāng)一個(gè)線程發(fā)起一個(gè)I/O操作后，調(diào)用函數(shù)會(huì)等待直至I/O操作完成才繼續(xù)執(zhí)行。主線程使用一個(gè)循環(huán)來檢查連接是否成功，若超時(shí)則退出，自動(dòng)進(jìn)行下一個(gè)網(wǎng)關(guān)機(jī)的詢問操作。

網(wǎng)關(guān)機(jī)將空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆品?wù)器的通信接口接收模塊后，接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過初步的清洗和處理，確保后續(xù)分析的準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)清洗過程通過中值濾波或均值濾波等方法去除噪聲和異常值，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性。系統(tǒng)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式，以便進(jìn)行后續(xù)的存儲(chǔ)和分析。在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段，系統(tǒng)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間序列分類，根據(jù)網(wǎng)關(guān)機(jī)的編號(hào)進(jìn)行標(biāo)記，便于存儲(chǔ)和后續(xù)分析。

室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)通過無線協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，傳輸過程中數(shù)據(jù)面臨著被竊取、篡改的風(fēng)險(xiǎn)。因此，本系統(tǒng)采用SSL/TLS加密協(xié)議實(shí)現(xiàn)端到端的數(shù)據(jù)加密，確保數(shù)據(jù)傳輸過程中的保密性和完整性。為了防止非法訪問，系統(tǒng)通過設(shè)備和用戶雙重認(rèn)證機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問控制，確保只有授權(quán)設(shè)備和用戶能夠接入數(shù)據(jù)流。此外，通過使用MD5數(shù)據(jù)完整性校驗(yàn)算法，進(jìn)一步保證數(shù)據(jù)在傳輸中的準(zhǔn)確性和一致性。網(wǎng)絡(luò)防火墻和入侵檢測系統(tǒng)的部署，則可以實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)流量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在安全威脅。

2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的傳感器數(shù)據(jù)，尤其是在大規(guī)模部署時(shí)，數(shù)據(jù)量可能非常龐大。因此，如何高效地存儲(chǔ)和管理這些數(shù)據(jù)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。

在傳統(tǒng)的室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)一般會(huì)存儲(chǔ)在本地設(shè)備中。然而，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的系統(tǒng)選擇將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在云平臺(tái)中。云存儲(chǔ)的優(yōu)勢在于能夠提供更大規(guī)模的存儲(chǔ)空間和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，能夠?qū)崿F(xiàn)跨設(shè)備、跨地點(diǎn)的數(shù)據(jù)訪問與共享，本文采用云存儲(chǔ)方法。

對(duì)于大量的空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，本文采用分布式數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方案，以提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的效率和擴(kuò)展性。系統(tǒng)需要能夠隨著傳感器數(shù)量的增加或監(jiān)測區(qū)域的擴(kuò)展，靈活增加存儲(chǔ)空間和計(jì)算能力。

采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫高效地存儲(chǔ)和管理來自各個(gè)傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)能夠及時(shí)響應(yīng)空氣質(zhì)量的變化。由于室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)通常涉及大量傳感器和不斷變化的數(shù)據(jù)流，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫需要能夠提供低延遲的數(shù)據(jù)寫入和讀取能力，確保數(shù)據(jù)在產(chǎn)生后能立即存儲(chǔ)并供后續(xù)分析使用。同時(shí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫支持?jǐn)?shù)據(jù)的高并發(fā)訪問。時(shí)序數(shù)據(jù)通過時(shí)序數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫則用于存儲(chǔ)設(shè)備信息、用戶信息等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)冗余和備份機(jī)制是確保數(shù)據(jù)高可用性的關(guān)鍵。在多個(gè)地點(diǎn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)副本，能夠有效避免因設(shè)備故障或網(wǎng)絡(luò)中斷導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。此外，定期的數(shù)據(jù)備份可以保證歷史數(shù)據(jù)的完整性和安全性。

2.3 智能預(yù)警

智能預(yù)警功能能夠在室內(nèi)空氣質(zhì)量出現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)發(fā)出警報(bào)或采取相應(yīng)的調(diào)節(jié)措施，確保室內(nèi)環(huán)境始終處于一個(gè)健康、安全的狀態(tài)。本文通過對(duì)多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，進(jìn)行多參數(shù)數(shù)據(jù)融合，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和環(huán)境變化，判斷空氣質(zhì)量是否達(dá)到預(yù)設(shè)的安全標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)監(jiān)測到的空氣質(zhì)量參數(shù)超出預(yù)設(shè)閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)預(yù)警機(jī)制，進(jìn)行警告、自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備或通知用戶。利用基于規(guī)則的異常檢測與決策樹機(jī)器學(xué)習(xí)模型來識(shí)別是否存在異常空氣質(zhì)量事件。

傳統(tǒng)的空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)通常是根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值來觸發(fā)報(bào)警，但這種方法可能存在滯后性或不靈活的問題。現(xiàn)代智能預(yù)警功能不僅依賴于固定的閾值，還會(huì)結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和環(huán)境變化，采用動(dòng)態(tài)閾值或自適應(yīng)閾值的方式，更加靈活地應(yīng)對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的變化。

系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)和動(dòng)態(tài)算法對(duì)空氣質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。一旦監(jiān)測到空氣質(zhì)量達(dá)到或超過某個(gè)動(dòng)態(tài)預(yù)定閾值，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)預(yù)警。預(yù)警的觸發(fā)條件主要依據(jù)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合用戶個(gè)性化需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。例如：室內(nèi)的二氧化碳濃度超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)設(shè)定的閾值觸發(fā)預(yù)警。同時(shí)，系統(tǒng)還能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)變化趨勢，提前預(yù)測空氣質(zhì)量變化，從而實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警。預(yù)警信息一旦觸發(fā)，系統(tǒng)會(huì)通過多種渠道（如短信、電子郵件、App推送通知等）向用戶發(fā)送通知。用戶可以根據(jù)自己的需求選擇接收通知的方式和頻率。

由于室內(nèi)環(huán)境種類繁多，不同環(huán)境下的空氣質(zhì)量監(jiān)測需求存在顯著差異，現(xiàn)有研究多集中于特定環(huán)境或單一應(yīng)用場景，缺乏對(duì)跨場景應(yīng)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文創(chuàng)新性地提出了一種跨場景自適應(yīng)空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)模型，能夠根據(jù)不同的室內(nèi)環(huán)境（如辦公室、住宅、商場、學(xué)校等）自動(dòng)調(diào)整監(jiān)測和預(yù)警策略。通過模塊化設(shè)計(jì)與自適應(yīng)算法，該系統(tǒng)能夠應(yīng)對(duì)各種環(huán)境變化和場景需求，提升系統(tǒng)的通用性和適應(yīng)性，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在不同類型的室內(nèi)環(huán)境中的普及應(yīng)用提供支持。

3 工程應(yīng)用

針對(duì)某企業(yè)開發(fā)了室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，采用的無線空氣質(zhì)量傳感器為LT-CG-S/T-001-M32420-2-12型號(hào)，實(shí)現(xiàn)空氣溫濕度、CO2、PM2.5、PM10、甲醛傳感器5合1監(jiān)測。作為現(xiàn)場采集從站，按照標(biāo)準(zhǔn)MODBUS-RTU通信協(xié)議RS485數(shù)字信號(hào)輸出，能兼容組態(tài)等多種上位機(jī)組態(tài)軟件。

設(shè)計(jì)的Web用戶界面如圖1所示，圖1中標(biāo)記了目標(biāo)監(jiān)測房間在整個(gè)樓層戶型圖中的位置，實(shí)時(shí)顯示了溫度、濕度、PM2.5、PM10、甲醛、CO2含量以及主要污染物的超標(biāo)指數(shù)，將數(shù)據(jù)通過條形圖、曲線圖、餅圖和儀表盤等可視化形式展示給用戶。對(duì)室內(nèi)當(dāng)天的空氣質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行評(píng)定，方便用戶準(zhǔn)確直觀地獲取室內(nèi)空氣質(zhì)量情況。給出了一個(gè)月內(nèi)各類空氣質(zhì)量天數(shù)的占比，還給出了未來7 d以及未來24 h天氣預(yù)報(bào)信息，包括溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)力。

為了提高用戶的使用體驗(yàn)，本文設(shè)計(jì)的Web用戶界面簡潔直觀，能夠展示空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)、預(yù)警信息以及空氣質(zhì)量報(bào)告。用戶可以方便地查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和空氣質(zhì)量指數(shù)等，直觀地了解室內(nèi)環(huán)境狀況。系統(tǒng)還提供個(gè)性化設(shè)置選項(xiàng)，允許用戶根據(jù)自己的需求設(shè)置報(bào)警閾值、通知方式等，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和可操作性。為了提升用戶體驗(yàn)，界面設(shè)計(jì)支持PC端、手機(jī)端等多平臺(tái)訪問，確保用戶可以在不同終端上順利操作。

4 結(jié)語

本文基于物聯(lián)網(wǎng)、無線通信、云平臺(tái)及數(shù)據(jù)安全保護(hù)等多種先進(jìn)技術(shù)，提供了一種智能、高效的空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)解決方案。系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)采集、傳輸和分析數(shù)據(jù)，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，還能根據(jù)污染物變化提供及時(shí)預(yù)警，有效保障了用戶的健康。此外，系統(tǒng)采用分布式數(shù)據(jù)庫和高效的數(shù)據(jù)處理架構(gòu)，確保了大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和快速訪問。在用戶體驗(yàn)方面，系統(tǒng)通過簡潔直觀的界面設(shè)計(jì)和多平臺(tái)支持，增強(qiáng)了操作便捷性，提高了用戶的滿意度。提出的室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，可為同類型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供參考。

參考文獻(xiàn)

［1］董玉奇.新型氣體傳感器技術(shù)在空氣質(zhì)量監(jiān)測中的應(yīng)用探索［J］.黑龍江環(huán)境通報(bào)，2024（11）：139-141.

［2］高如正.基于LoRa的智慧校園空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電腦與電信，2024（8）：75-78.

［3］周成虎，張利，王麗娜，等.上海市某典型住宅空氣質(zhì)量與能耗監(jiān)測分析［J］.綠色建筑，2024（4）：147-151.

［4］張鵬.基于LoRa的智慧農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2024（12）：7-10，14.

［5］付淵，任瑞仙，王麗琴.基于物聯(lián)網(wǎng)的校園環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2024（9）：47-49.

［6］韓靜，田晶，喬記平.基于多傳感器信息融合的大型場館室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.中國設(shè)備工程，2022（23）：186-188.

（編輯 王永超編輯）

Research on indoor air quality monitoring system based on IoT technology

WANG "Ben， YAN "Wenjuan， LU "Ke

（Nanjing Vocational Institute of Mechatronic Technology， Nanjing 211306， China）

Abstract： "The indoor air quality monitoring system plays a crucial role in enhancing the comfort and safety of indoor environments. The article presents the design and development of an indoor air quality monitoring system leveraging Internet of Things technology. The system utilizes wireless sensors to continuously monitor key air quality parameters， with data collected by the gateway device via LoRa and transmitted to a cloud server through a 4G connection. To safeguard data integrity and confidentiality， encryption protocols are implemented during the transmission process. The system integrates a range of databases， ensuring efficient and scalable data management. A streamlined and user-friendly interface is designed to provide intuitive access across multiple platforms. When air quality levels exceed predefined thresholds， the system triggers an alert and notifies users through various communication channels， ensuring timely awareness and response.

Key words： indoor air quality; IoT technology; cloud server; data transmission; real-time monitoring