基于移动互联的环境监测系统

丛玉华 张爽爽 杜思舟

摘要：随着人们健康意识的提高，对环境的关注也随之加强，为此，本文设计并实现一套轻型、实时环境监测系统，用于监测室内外环境参数，对采集信息进行管理，可实时查询环境情况。系统分为信息采集、安卓终端、数据库系统三个部分，主要运用了Zigbee无线传感网技术、ARM嵌入式技术、数据库技术和移动互联技术。

关键词：環境监测;ZigBee传感网;安卓;MYSQL

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）11-0102-03

0 引言

近年来，由于国家对于绿色环境、绿色生活的大力宣传，人们对环境和健康绿色生活意识的不断增强，环境质量检测成为环保领域中重要的环节。目前，环境质量检测产品可分为两大类：一种是高级别的专业大型检测仪器，一般是专业检测部门才会使用，由于价格昂贵，操作难度大，几乎不可能被普及化;另一种小型但是不能够移动的产品，它们的主要特点是：虽然成本比较低、操作使用略简单的设备，但是不够智能。所以小型、低成本的智能环境质量检测产品越来越受广大的消费者的热爱。鉴于此要设计一款智能环境检测系统。

1 系统总体结构

1.1 系统的功能

智能环境检测系统功能包括：用户可以通过安卓终端访问数据库，查询数据库中存储的信息采集模块所采集的信息。包括室内空气的温湿度、甲醛、烟雾、苯系物、一氧化碳等影响人体舒适感的物质的含量，还可以查询室外的风速、风向、光照、雨量、PM2.5、二氧化硫、二氧化氮等影响人体舒适的空气环境因素。为了让用户更加直观的了解自己的生活环境，还可以查询监测物质的近期发展趋势，监测物质的历史信息。其中信息传输的过程如图1所示。

1.2 系统的架构

该系统主要用于室内外小范围内环境状态的监测和显示。系统主要分为信息采集模块、智能终端和数据库管理系统三大模块。信息采集模块由Zigbee传感网络组成;智能终端模块由Android手机终端和ARM控制台两部分组成，Android手机终端主要由用户使用，ARM控制台重在负责协调数据库管理系统和Android手机终端的信息传输;另外数据库管理系统负责信息的记录及管理。系统的功能模块图如图2所示。

2 系统具体设计

2.1 信息采集模块

信息采集模块由Zigbee传感网构成主要包括：Zigbee网络和传感器两部分。

（1）Zigbee网络。分布在所观测区域里的大量的ZigBee节点构成ZigBee无线传感器网络， ZigBee节点类别主要分为协调者、路由器、终端。协调者是启动和配置网络的一种设备，是整个网络的信任中心，一个网络中有一个用于协助绑定的协调器;路由用于扩展网络覆盖面，为数据的续传接力;终端发送或接收一个信息但是不能执行任何路由操作。ZigBee具有很强的组网能力，可以形成星型网络、树形网络和MESH网状网络。ZigBee通信方式主要有点播、组播和广播。点播，即是点对点的通信，也就是2个设备之间通讯，不许有第三个设备接收到信息;组播，即把网络中的节点分组，每个组员发送的信息只有相同组号的成员才能够收到。广播，也就是1个设备上发出的信息所有设备都能接收到。本系统采用的是无路由的星型拓扑以及点播的组网方式。

（2）传感器。传感器分布在Zigbee节点上，室内传感器有：温湿度、甲醛、烟雾、苯系物、一氧化碳等，室外传感器有：风速、风向、光照、雨量、PM2.5、二氧化硫、二氧化氮等，后续可根据环境参数扩展传感器类型。各Zigbee节点与Zigbee协调者构成无线网络，通过Zigbee协调者将采集环境参数传给安卓主控器，并能接收安卓主控器的命令。

该模块的架构如图3所示。

2.2 智能终端模块

智能终端模块分为两部分：分别为安卓主控器和安卓移动终端。

（1）安卓主控器。安卓主控器负责接收并处理Zigbee传感网传来的参数信息，然后将信息以一定的数据格式输送给数据库。主控器选用Smart210作为核心开发平台。平台采用高性能的Cortex-A8核心板，三星S5PV210作为主处理器，运行主频可高达1GHz，可流畅运行Android， Linux和WinCE6等高级操作系统。

（2）安卓移动终端。安卓移动终端可采用安卓操作系统的手机，主要功能是通过移动网络可通过浏览器远程访问数据库内信息，一方面可实时获取室内外环境参数，另一方面可以发送远程控制命令。

2.3 数据库管理系统

数据库管理系统负责存储主控器传输来的参数信息，并将参数信息提供给安卓移动终端访问。本系统采用高速、灵活的MySQL数据库实现数据管理。

3 功能实现

在该系统中，Android客户端上实现了三大功能，环境参数显示，参数趋势变化，和历史数据查询。系统的实物如图4所示，主界面如图5、6所示。

在环境参数显示模块中主要实现了：Android手机终端通过无线网络访问数据库中的环境参数信息。在室内参数显示界面上实现了对两个节点采集参数的显示，用户可以通过该界

面进行同一参数的比较，从而了解室内不同地点的环境参数的差异。在室外参数显示界面上实现了室外一个节点的参数采集。参数界面如图7所示。

在参数趋势变化模块主要实现了：通过折线图体现参数的最近变化趋势，用户通过折线图能够更加清楚地了解到身处环境的变化。折线图如图8所示。

在历史数据查询模块中实现了：将存放于数据库的数据通过服务器传输到客户端，并通过表格形式显示，用户可以通过该界面了解过去测到的数据。历史数据浏览如图9所示。

4 结语

该环境监测系统，特点在于轻便、灵活。用于家庭或办公场所小范围内的监测。目前限于传感器技术，有部分参数还不能实现采集。但系统保留了软硬件的扩展功能。后期可随时添加。

Environmental Monitoring System Based on Mobile Interconnection

CONG Yu-hua，ZHANG Shuang-shuang，DU Si-zhou

（Nanjing University of Science and Technology ZiJin College，Nanjing Jiangsu   210046）

Abstract：With the improvement of people's health awareness， environmental concerns are also strengthened. Therefore， this paper designs and implements a light and real-time environmental monitoring system， which can monitor indoor and outdoor environmental parameters， manage the collected information and query the environmental situation in real time. The system is divided into three parts： information collection， Android terminal and database system. It mainly uses Zigbee wireless sensor network technology， ARM embedded technology， database technology and mobile interconnection technology.

Key words：environmental monitoring; ZigBee sensor network; Android; MYSQL