基于物联网技术的室内环境控制方案研究

闻国才

(淮南师范学院 计算机学院，安徽 淮南 232038)

近年来，由于我国经济建设得到了迅猛发展，人民生活水平也得到了很大程度的提高，同时，促进了我国室内环境控制的不断发展，但由于室内装修带来的问题，严重影响了室内环境，并且造成了一定的污染，不仅影响了人们的生活质量，同时，也不利于人们的身体健康。随着我国经济建设的不断发展，4G、5G的普及及推广，无线信号设施和各种设备也能进行直接控制。目前，由于物联网技术的高速发展，因此，在物联网技术上开发出新的室内环境控制方案能够对改善和控制室内环境有着明显的推动作用和深远影响。

1 室内环境控制的重要性

1.1 我国室内环境控制的背景

室内环境污染是指在室内环境中存在的各种因素，这些因素或多或少地影响人的身体及身心健康。而室内环境中出现的这些因素往往是由于在对室内环境进行装修时，由于装修材料释放的各种不健康的污染因子汇集而对人身体造成伤害。近年来，在我国由于室内环境污染而对生活引发了诸多不便，引起了我国相关部门的重视，因此，出台相关的室内环境控制方案至关重要。

1.2 我国室内环境控制的技术

目前，我国环境中的监测行业所采用的监测技术设备并不先进，而且在很多地方环境采样仍然是人工进行现场采样的方式，这样检测的效率不高，而且极大地浪费了相应的人力物力资源，也导致检测成本较高，因此，不能广泛地推广。目前，由于室内环境的污染严重以及互联网技术的快速发展，很多电气设备都具有连接互相联网的功能。除此之外，WIFI功能也基本实现了全社会的普及，人们可直接借助智能手机对室内环境中的各种电气设备进行操控。也可根据物联网的这一基础特征发明一种新的室内环境监测技术。这种检测技术就是为方便我国室内环境的监测，从而解决室内环境参数在进行采集和信息交换时的技术问题。

2 物联网技术

2.1 物联网技术的概念

从网络搜索中有很多不同的关于物联网技术的概念定义，但如果从物联网技术的角度对物联网进行定义。物联网其实就是把生活中的各种能够进行信息传感的设备和装置与现实中的互联网两者之间进行结合，以此来实现对现实中物品的管理、识别及应用。从一定程度上来说，物联网技术其实就是在互联网技术上进行发展的。但互联网技术所针对的是人与人之间的信息沟通交流。而物联网技术则是借助于互联网技术的高速发展，在物与物之间进行信息交流和信息传递，并在经过互联网中的计算技术进行处理后，再反馈到物上，以此来控制物品的信息。

2.2 物联网技术的基本特征

由于物联网技术主要是物与物之间的信息传递，因此，物联网技术有三个基本特征，即物与物之间的感知、智能及传输。要想实现互联网，就必须要使物联网系统具备感知传输控制及智能技术。在物联网技术中，首先，要对物品有一种感知功能，这样才可利用识别装置及传感器或二维码，可以方便用户在任何地方都能够通过手中的智能设备对物品进行信息识别[1]。而可靠传输则指通过互联网或其他能够进行信息传导的手段，将所得物品的信息及时地传递。智能处理是指利用目前研发出来的智能计算技术，在对传递出来的大量数据和信息进行多方面的分析和处理，再在对物体进行控制。可以说这是一个智能化的控制过程，且这个控制过程类似于人通过感官传递到大脑，通过大脑再反馈信息，对人的行为进行控制的过程。

2.3 物联网技术的体系结构

物联网技术是基于互联网技术的基础上建立的，所以，具备一定的互联网功能技术，如互联网技术中的计算机能力技术。物联网技术具备三个基本层次，即感知层、网络层、应用层，这三个结构层构成了物联网技术的体系结构。感知层是指通过多媒体信息采集能够对物体进行详细的数据采集和感知；而网络层则指是通过传感器网络和移动通信技术，把所传达到的物品详细信息进行安全传递[2]；应用层则是指要与物联网技术的应用需求相互结合，也就是物联网技术发展的目标。

2.4 物联网技术中的核心技术

在物联网领域中涉及很多关键技术，主要包括射频识别技术、传感器技术，无线网络技术、人工技能技术及云计算技术。射频识别技术是通过物品上的具体标签来识别物品标识，可以用于控制和跟踪物体。如在公交车上进行刷卡投票技术都是采用的射频技术。传感器技术是指为对基础数据进行信息采集，也就是说传感器技术是有自己的规律来变换成具体的电信号，再进行各种形式的传出，这样才能满足人们对数据的传输和处理要求。无线网络技术是指主要用于网络上的信息相互传递，可以说在物联网技术领域中，必须要借助网络通信来进行数据的无线传输。人工智能技术就是研究如何采用计算机来模拟人的思维。在物联网中，采用人工智能技术的主要应用则是对物品的信息进行计算和分析。在计算和分析后得出最佳的信息处理途径再反馈。云计算技术中的云端其实就是互联网技术，借助于互联网网络的强大计算能力进行计算分析后，将相应的结果传递给用户，这样物联网的终端计算和存储能力就可借助互联网进行一定程度的延伸和扩展，从而方便互联网进行数据的存储和计算。因此，可以得出信息感知网络通信，人工智能和云计算技术这些物品的相互研究和应用都会直接与物联网的发展有很大的关系，同时，物联网的发展也会影响相应产业的不断发展。因此，应该着重解决这几种关键的技术问题，这样才能有利于物联网技术的快速发展。

3 基于物联网技术室内环境控制方案

3.1 物联网技术室内环境控制方案的系统架构

基于物联网技术的室内控制方案来说，室内环境的智能控制系统都有着很多复杂的结构。主要包括房间控制器及前端检测传感器、末端控制系统受控部分等。其中对于前端检测传感器来说，不仅包含了室内环境中在装修时所安装的温湿度传感器，同时，也包括对装修材料甲醛浓度十分敏感的甲醛传感器，以及对于太阳光照十分敏感的照度传感器。除此之外，在现在室内环境中，由于存在一氧化碳中毒的风险[3]，因此，一氧化碳感受器对末端控制装置来说，这种装置其中不仅包括了智能控制器，同时还包括红外遥控器等。而受控部分则是指室内环境中的各种能够直接被人们所利用的电器设备，如室内环境中安装的空调、电动窗帘及加湿器等。

在这种新提出的基于物联网技术的室内环境控制方案的系统架构中，首先，由前端检测传感器检测到物品的使用数据，并把这些数据及时发送到房间的控制器中。在房间中的控制器对所接收到的各种数据进行相应的分析和处理，在处理过程中，房间控制器往往要根据互联网中的算法控制得出具体操作后，再对末端的控制装置进行发出指令，从而控制末端控制装置的相应工作，保证受控部分的相应工作状态处在可控范围之内，以此来保证室内环境的安全性。

3.2 基于物联网技术的室内环境控制方案的系统模块设计

由于室内环境的智能控制系统包括很多在室内环境中进行检测传感器的相应设计，所以，要分别对这种基于物联网技术的室内环境控制方案模块进行系统化的设计，这样才能保证每个传感器之间信息传递传输，从而有利于控制室内环境的各种因素，进而保证室内环境的舒适和安全。在系统模块设计中，除要对前端检测传感器进行设计外，同时，也要终止末端的控制，还有房间的控制器设计及无线通信的模块设计等。下面对这四种主要的模块进行分别讨论和设计。

3.2.1 前端检测传感器设计中的温湿度传感器设计

温湿度传感器首先要实现室内环境中的温湿度的具体测量，所以要明确室内温湿度的范围，由于各地区的不同，因此，对温湿度传感器设计来说，所能感受到的测量范围往往是-20℃—50℃之间；而湿度的测量范围则是0%到99%。选择SHT10温湿度传感器设计，由于其不仅方便携带，而且设计轻便小巧，易于室内环境的安装。同时又不耗电，因此，往往在室内环境安装中得到广泛应用。除此之外，这种产品同样与其他同类的温湿度传感器产品相比来说，还具有价格低廉及质量好的特点，因此，往往被广泛应用于传感器设计中[4]。

3.2.2 前端检测传感器设计中的照度传感器设计

目前，我国室内环境照度传感器的设计中，照度模块必须要负责室内环境中的照度测量，因此，测量的照度范围也必须要满足室内的照度要求。在具体地针对照度传感器地设计中，往往采用的是BH1750FVl芯片，采用两线式串行的总线接口的数字型光强度传感器集成电路。这种芯片相比于市场上的其他芯片来说，更容易适用在传感器设计中。由于这种芯片的特殊材质，与其他芯片相比，也具有耐用性强的特点，因此，能够被应用在我国室内环境的照度传感器设计中。

3.2.3 前端检测传感器设计中的一氧化碳传感器设计

在室内环境中，由于各种因素经常会出现一氧化碳气体，极大地影响了人的身心健康。如果室内的一氧化碳含量过高，很可能会对人体造成致命的伤害[5]。因此，在室内环境中对一氧化碳浓度范围来说，往往采用MS2200模块来设计室内的一氧化碳传感器。这个模块中的传感器主要是用于检测还原性气体。而一氧化碳中是还原性气体，因此，这种半导体的氧化厚膜在一氧化碳中，有毒气体浓度越高，阻值越大。如果采用这种模块后，室内环境中的一氧化碳超过正常值之后，设置就会进行自动的报警功能。这也反映出了这种传感器设计的方便之处，极大地保障了室内环境地安全。

3.2.4 前端检测传感器设计中的甲醛传感器设计

对于甲醛传感器设计来说，由于在室内环境中经常会出现由于各种材料进行装修，造成室内环境甲醛浓度过高的状况，因此，需要测量室内环境中甲醛的正确浓度，在对市面上的各种甲醛传感器进行参考之后，选用WSP2110作为甲醛的传感器。当检测有相应甲醛存在时，空气中的气体浓度越高，则传感器的电导率也就会增高，这种电路可以把甲醛传感器甲醛浓度中的具体变化反应出来。因此，对于室内环境监测来说十分重要，极大地保证了室内环境的安全。

4 控制方案的末端控制装置设计

对于末端控制装置设计来说，往往由红外遥控器和智能控制器组成，这样可以实现室内环境中各种电气设备的相互控制。

4.1 红外遥控器的相应设计

对于红外遥控器设计来说，红外遥控器应该能够学习各种遥控器的相映指令。红外接头选用VS1838，之所以选择这种，是因为这种接头内部会有一种集成放大电路，因此可以实现远距离的信息传输功能。

4.2 智能控制器的设计

对于智能控制器的设计来说，由于智能控制器需要对控制器进行通断功能，所以智能控制器的负载功率必须要达到2 000瓦，这样才能够实现对大功率电器的相应控制，如电饭锅等功率高的电器。

5 结语

通过分析目前我国室内环境及室内环境的监测和手段技术，本文提出了一种新的基于物联网技术的室内环境控制方案，这种控制方案不仅能对房间内的各种环境参数进行及时的显示，同时，也能够通过末端的控制装置来对电器进行控制工作，以此来保证室内环境的舒适和安全。除此之外，也可以用户通过自己的智能手机进行控制，极大地利用物联网的相关技术，同时又能够方便用户的使用。