基于物联网的智慧城市数据采集技术实现研究

刘军 吕刚磊 沈华刚

摘   要：文章通过无线互联技术，利用单片机把温湿度传感器检测到的温度、湿度数据传输到主机，从而将智能控制、气体检测和烟雾检测数据组成一个系统，完成对城市环境温湿度、危险气体和烟雾报警的检测，通过无线传输发送主机，由主机进行数据处理，判断城市环境的危险状况，控制声学报警模块和远程报警模块向警察报告危险情况。

关键词：无线互联技术;智慧城市;数据采集

目前，物联网技术已经成为通信技术一个重要的发展方向，“万物互联”即利用互联网技术把许多的物体联网，时时分享这些互联网的数据，为人们过上智能城市化、舒适、便利的生活提供了可能。本文通过无线传输技术检测城市中的温度，如果温度过高，可能会出现失火的情况，那么就可以把这个信息发送给用户，用户可以第一时间知道城市的情况，采取必要的措施，降低损失[1]。

智慧城市的理念来源于美国，智慧城市系统应该具有安防报警、照明控制的功能，实现人们对安全、便捷城市生活的要求[2]。论文所涉及的智慧城市系统能够检测城市的温湿度、危险气体和烟雾，通过无线传输发送至主机，由主机数据处理判断城市环境的危险状况。实时予以控制。系统所涉及的硬件价格便宜、灵敏度高，为系统的广泛使用奠定了基础，对实现现代化的城市生活方式有一定借鉴作用。

1    系统的硬件介绍

本监测系统由主机部分和分机部分组成。主机部分使用键盘输入模块来初始化系统，通信模块与分机商之间进行数据传输，由液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）模块实时显示控制元件状况。主机系统由4个模块组成，这4个模块相互独立，并且与主机交互信息。这4个模块是：控制湿度的湿度控制模块、控制燃气流量大小的燃气开关控制模块、根据检测的声光信号进行控制的声光报警模块、向警察报告危险情况的拨号报警模块。智慧城市系统职能是对城市的运作情况进行管制，将安防、传感器、湿度和温室气体烟雾感应器进行测试，分机模块得到各种传感器的信息，这些信息通过PTR8000无线传输技术传输到整个系统的主机模块，由主机模块进行显示和控制[3]。

实际操作中主机模块和分机模块的信息是利用ESP8266  WiFi无线传输技术传输的，不需要利用网线传输信号，节约成本、节省人工。与此同时，由于无线电和无线电技术也被使用，所以具有节省电力、可靠性、低成本的优点。系统的组成如图1所示。

1.1  温湿度检测模块

在本设计中，用来检测温湿度的芯片是SHT11芯片，由瑞士生产，可以直接连接在各种单片机和可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）上，连线简单，不需要调试，是一个可以独立使用的模块。在本次设计中利用C51单片机的P2.1端口连接SHT11芯片的DATA端口，利用C51单片机的P2.0端口连接SHT11芯片的SCK时钟端口;并在C51单片机的P2.1端口和SHT11芯片的DATA端口之间连接一个4.7 KΩ的电阻，作用是使电压稳定，处于高电平，即上拉电阻，同时，在SHT11芯片的VCC及GND端接入一个0.1 μF的电容，作用是稳定电压[4]。

1.2  气体检测模块

本系统的气体检测模块使用的是af30l/38L气体传感器，它的原理是当该气体检测模的导体表面发生氧化还原反应时，半导体的电阻会发生改变。当半导体与空气中的氧气发生反应时，半导体表面形成一层因氧化还原反应而产生的晶体颗粒，该晶体颗粒使传感器的导电能力下降、电阻升高。

1.3  烟雾检测模块

烟雾传感器主要由红外发射管D1和红外接收管组成，主要作用是预防火灾，光电传感器作为捕获外界信息的敏感元件，使用信号放大电路连接在AD转换芯片上用于数据转换。本系统使用的烟雾传感器内部由两个红外发射管D1、红D2组成，烟雾传感器检测到的外部信号经过外部放大电路放大后被系统的C51单片机接收，系统中的两个红外发射管在没有烟雾的时候不通，当有烟雾进入后，系统中的两个红外发射管相通，这样就可以证明有烟雾的存在，检测到的模拟信号运用运算放大器对信号进行处理再输入AD转换器[5]。

1.4  通信模块

系统使用的无线通信模块是PTR8000，该模块与系统的51单片机连接，其内置nRF905无线发射芯片完成数据传输，使用简单。由于51单片机没有串行外设接口，在与PTR8000无线传输模块通信时，用中断的方式读取PTR8000传输的数据[6]。

2    系统的软件介绍

2.1  温湿度数据采集实现

在系统工作开始时，需要对各模块进行初始化。当SCK时钟高时，数据被切取到低水平，然后，SCK被转化为低水平，再转化为电能，数據在正常水平上，DATA再次翻转为高电平。温湿度采集流程如图2所示。

2.2  采集数据传输实现

系统利用传感器检测数据，并将数据传送到系统的主机，传输方式为无线传输，其传输流程如图3所示。

3    结语

综上所述，本文介绍了智慧城市的温湿度检测模块、气体检测模块和烟雾检测模块，并将3个模块采集的数据联合起来，通过通信模块传输到主机进行处理，为构建安全、环保的智慧城市环境提供了条件。

[参考文献]

[1]周娜.物联网技术在智能家居中的应用综述[J].网络安全技术与应用，2015（5）：126.

[2]孙杰.物联网技术在智能家居中的应用研究[J].硅谷，2014（15）：105.

[3]程春.物联网技术在智能家居中的应用[J].数字技术与应用，2014（2）：29-30.

[4]查红胜，陈艳.基于云平台智能家居系统的设计[J].电子技术与软件工程，2018（22）：161.

[5]陈赫，赵丹梅.基于单片机的智能家居远程控制系统的设计与实现[J].电子技术与软件工程，2018（22）：253.

[6]蒋开伟，孙凌杰.基于云平台的智能家居控制系统设计[J].电子世界，2018（21）：141-142.