基于Arduino的远程环境监测系统的实现

基于Arduino的远程环境监测系统的实现作者：郑旭颜孟凡王娟娟汪琦顾逸枫陈万培
来源：《中国新通信》 2018年第13期
【摘要】随着当今社会经济与消费水平的提高，人们越发注重生活的质量与舒适度，这促进了高级疗养院、先进幼儿园，以及其他度假休闲场所的兴起。

这对管理者提出了很高的要求，其中最重要的一点便是提供给消费者健康的环境。

而本项目所介绍的环境监测与监控设备恰好
满足了这一需求，管理者可以在其最贴身的设备——手机上查看各项环境数据，实时做出反应。

【关键词】 Arduino PM2.5 温湿度检测检测仪无线通信安卓
引言：近年来，多地雾霾天气频繁，空气质量堪忧，而人们对于健康舒适生活的需求和渴
望在增加。

人们渴望生活在各项环境指标均良好的地方，对不良的环境能够做出及时的措施来
净化空气。

用于疗养场所的环境监测设备则是针对这一需求，提供给疗养院管理方所使用，同
样也可以投入家用。

它可以实时监控环境温湿度、PM2.5 浓度，并将数据反馈到工作人员的手
机上，方便实时保证环境质量。

即使管理员不在疗养院内，也能远程观测环境指标。

一、项目概述
本设计基于Arduino 单片机，综合运用数字电路和模拟电路技术、多传感器融合技术、通
信技术，进行对环境参数的监测。

市面上的监测设备多基于51 单片机，而本设计所采用的Arduino 单片机具有小巧、便携的特点。

多种传感器的综合利用，提供给设备非常全面的环境
参数。

远程监控是本设计的亮点所在，装置通过蓝牙与手机连接，使数据可以在手机上实时查看。

二、电路设计
首先，通过按键预设空气参数的良好区间，利用传感器对指定地点进行数据的采集并与标
准区间进行比对，若超出上限值或低于下限值，则启动警报并通过蓝牙模块向终端发送示警信息。

显示模块可以显示空气当前参数。

终端设备可以通过蓝牙模块随时读取当前空气质量参数。

2.1 系统总体框图
2.2 硬件设计
1、电源模块。

作为便捷式移动设备，一个便于移动的稳定电源是必需的。

我们使用的是最新的Arduino 开发板——UNO。

UNO 不仅可以直接通过USB 连接移动电源进行供电，也可以通
过现有的Arduino 电池扩展板连接3.7V 的锂电池，即使停电后也不间断对数据的采集。

2、传感器监测模块。

我们采用了粉尘传感器GP2Y1010AU0F、温度传感器DS18B20 和湿度传感器DHT11分别测量PM2.5 浓度、空气温度与湿度。

粉尘传感器GP2Y1010AU0F 有效量程是500 微克/ 立方米，可测量粉尘颗粒直径最低可达0.8 微米。

完全符合对于PM2.5 浓度的测量要求。

而且其工作温度为-10℃—65℃，可以在各种复杂气象条件下正常工作，拥有大约5 年的使用寿命。

温度传感器DS18B20 是一线制数字温度传感器，它可以将采集到的温度信号转化为串行的数字信号给单片机，而且DS18B20 成本低廉，结构简单，易于扩展，便于多点测量。

湿度传感器DHT11 是一种新型的单总线数字湿度传感器，DHT11 具有体积小、功耗低、响应速度快、抗干扰能力强、控制简单、性价比高等优点。

3、显示模块。

显示模块采用LCD1602 液晶，LCD1602是一种工业字符型液晶，便于显示字符和数字，成本较低，控制简单，能够同时显示16x02 即32 个字符，满足需要。

单片机对传感器采集到的数据进行处理后，与预设值对比，在液晶上显示出PM2.5 的浓度、空气温度、湿度和健康等级，以供用户参考。

并且将之传送到移动终端上，通过按键可以对PM2.5 浓度的上下限健康值进行修改。

4、报警模块。

当PM2.5 浓度超出预设值时，该模块的蜂鸣器将发出警报，同时通过蓝牙模块向手机终端发送示警信息，每隔五分钟发送一次，直至人为采取措施令室内PM2.5 浓度恢复至正常值。

5、蓝牙通讯模块。

蓝牙技术采用的是蓝牙HC—05 模块。

HC-05 是主从一体的蓝牙模块，可以有效地实现向手机终端示警功能和手机控制调节功能。

该系统通过蓝牙与安卓手机连接，用户可以使用手机对数据进行实时查看或设置PM2.5浓度的上下限。

三、结语
本设计相对市面上常见的常见的环境监测装置，优点一是采用了Arduino 这款便捷灵活的单片机，其硬件部分采用Arduino UNO 型号电路板，软件部分是Arduino IDE，它不仅使用较简单明了的C 语言编写，而且能在Windows、MacOS、Linux 三大主流操作系统上运行；优点二是通过蓝牙以问答的形式与安卓手机实现通信，使数据可以在手机端实时查看。

成本低廉，设备轻巧，功能全面，灵敏度较高，稳定性好，具有很高的使用价值，以给人们带来更好的生活体验。