基于开源物联网平台的环境监测系统设计

陈凯 谭宋 朱恒

摘要

经济快速发展带来的环境污染日益严重，空气质量的优劣成为社会广泛关注的问题。集中式空气质量监控系统存在监控点少，数据更新缓慢的问题，无线传感器网络（WSN）可以实现对于多项参数的实时采集和分析。本文提出了基于开源软硬件的环境监测系统，每个节点能够感知温度、湿度、气压、PM2.5、有害气体等环境参数，通过Wi-Fi网络将数据上传物联网平台，通过移动终端可以实时查看分析和控制，具有广泛的应用前景。

【关键词】物联网 环境监测 传感器网络

随着经济的持续增长，空气污染成为重要环境健康问题。近年来，由于燃煤、汽车尾气、工业烟尘等原因造成严重的雾霆问题，已经成为影响城市永续发展的重要因素。户外污染物可以通过空气流动室内，直接影响人员的舒适度和健康。本文提出了运行于无线传感器网路（WSN）的室内环境监测系统，采用开源硬件，如Wi-Fi模块、传感器模块，采集温度、湿度、PM2.5等环境参数，通过Wi-Fi网络将数据上传到开源物联网平台（IoT）——Domoticz，通过移动终端实时查看分析。结合继电器模块，可以进行照明、换气控制，实现远程调控。

本文分别描述了系统的硬件设计和软件设计，并介绍了实验过程。最后总结论文，并提出可能的进一步工作。

1 硬件设计

服务器采用树莓派（Raspberry Pi）3代微型电脑，安装GNU/Linux-ARM操作系统。通过板载的802.11b/g/n无线局域网或10/100M以太网端口，与无线路由器连接。

传感器模块主要包括温湿度传感器Si7021，气压传感器BMP180，颗粒物浓度传感器攀藤PMS5003，有害气体传感器MQ-135。

无线节点采用基于ESP8266和CP2102的开发板EasyMcu开发板。基于ESP8266的NodeMcu开发板，具有GPIO、PWM、I2C、1-Wire、ADC等功能，结合NodeMcu固件为您的原型开发提供最快速的途径。ESP8266是乐鑫公司生产的低功耗、高集成度的Wi-Fi芯片，仅需7个外围元器件，高度集成，结构简单，价格低廉且性能稳定

2 软件设计

服务器采用树莓派微型电脑，其功能必须包括传感器数据采集、数据存储和控制器功能Domoticz是一个开源的智能家居系统，不仅具有以上功能，而且支持Linux、Windows、树莓派及各种嵌入式设备。通过它你可以监测和控制各种设备比如：灯、开关，各种传感器、仪表。例如温度、雨水、风速、紫外线强度、电压电流、气体等等。用户界面是一个可扩展的HTML5网页，兼容所有主流浏览器，能够自动适应桌面浏览器及移动设备。

在安装Domoticz之前，需要先为树莓派安装RaspianJessy Lite。在运行终端中输入：

“sudo curl-L in、tall.domoticz.cn|bash”。系统安装完毕后，传感器模块分别与Wi-Fi模块连接后，接入Domoticz。

颗粒物浓度传感器PMS5003与Domoticz连接成功后，进入事件触发器，编写lua脚本，将PM的文本数据分成PM1.0、PM2.5、PM10。

3 实验过程

温湿度传感器、颗粒物浓度传感器分别与Wi-Fi模块连接后，接入无线局域网，并将数据上传到服务器端运行的Domoticz平台，结果如图1、图2所示。

4 结论与展望

近年来现代科技技术的不断提升，物联网的应用也将不断地提高，未来它势必会与人类生活息息相关，因此“物联网”被人们称为第三次信息技术革命。物联网技术是一个新型的将数据、集成传感器等合为一体的技术，其现在已经在家居、交通、环境等领域得到应用，将来其应用范围会一步步的扩大。

5 主要结论

本文讨论了基于开源物联网平台的室内环境監测系统，详细介绍了硬件和软件设计过程，并在实际环境中进行实验证明。目前的工作重点是温湿度和颗粒物浓度的监测。未来可以扩展到更多的传感器，并实现基于物联网的控制系统的研究。

参考文献

[1]张小曳，孙俊英，王亚强，等.我国雾-霾成因及其治理的思考[J].科学通报，2013，58（13）：1178-1187.

[2]王江伟，刘青.玩转树莓派RaspberryPi[M].北京航空航天大学出版社，2013.