基于物联网的室内环境甲醛监控专业系统设计与实现

基于物联网的室内环境甲醛监控专业系统设计与实现

基于物联网的室内环境甲醛监控

系统设计与实现

目录

第一章绪论 (1)

1.1 选题背景 (1)

1.2小结 (1)

第二章作品方案设计 (2)

2.1 作品方案 (2)

2.1.1 作品概述 (2)

2.1.2 上位机软件设计及WEB服务

器设计 (3)

2.1.3 网关设计 (4)

2.1.4 ZigBee无线传感器网络的设计 .. 5

2.2 预期目标 (5)

2.3 小结 (5)

第三章上位机与WEB服务器设计 (6)

3.1上位机软件设计 (6)

3.1.1功能模块 (7)

3.2 小结 (12)

第四章网关数据收发软件设计 (12)

4.1硬件系统 (13)

4.1.1 SIM900A 开发板 (13)

4.1.2 协调器 (13)

4.2 软件系统 (14)

4.2.1 GPRS模块程序设计 (14)

4.2.3 ZigBee协调器程序设计 (16)

4.3小结 (17)

第五章底层ZigBee节点软硬件设计 (18)

5.1硬件系统 (18)

5.1.1 ZigBee节点底板电路设计 (18)

5.1.2 甲醛检测传感器MS1100-P111 19

5.2软件设计 (20)

5.3小结 (21)

第六章测试和结果分析 (22)

6.1测试目的与方案 (22)

6.2 上位机软件测试 (22)

6.3 网关测试 (24)

6.4 底层ZigBee网络测试 (24)

参考文献 (25)

附件 (26)

第一章绪论

1.1 选题背景

甲醛具有比较高的毒性并且被我国列入在有毒化学品优先控制名单上。甲醛己经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质。它是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物质之一。甲醛问题己成为全球公共卫生关注的焦点。

近年来，家庭装修成为人们时尚的追求，但在美化了居室环境的同时，也因很多装饰材料中含有毒物质，造成室内空气污染，特别是室内甲醛污染更为严重，对人体的健康造成了极大的危害。

因此加强对甲醛污染的监测和控制，对于保护人类日常生活的健康具有要的理论意义和实践意义。除采用常规方法将其去除外，对存在甲醛的环境及时通风是关键。本项目针对甲醛检测、开风扇或其他排气装置进行通风、报警展开设计，稀释甲醛浓度，使其达到允许浓度，同时报警，提醒人们注意健康。当然，本系统不仅仅只是适用于家庭室内，也适用于生产装演材料、家具厂等场合。

1.2小结

结合以上所述，研究一套低成本，高效率的甲醛监控系统，对于解决家庭室内环境甲醛浓度监测难、不好控制、保障人们日常生活安全具有重要意义，同时也具有很大的市场前景和现实意义。

第二章作品方案设计

本章详细介绍了基于室内环境甲醛监控系统设计框架与流程，包括上位机软件及WEB服务器的设计方法、网关的设计过程以及底层ZigBee无线传感器网络的相关设计方案。

2.1 作品方案

2.1.1 作品概述

作品总体由3层网络组成：底层为无线传感器网络，中层为GPRS网络，上层为Internet网络。底层和中层通过无线网关连接，中层和上层则利用GPRS网络交互信息。

底层无线传感器网络由基于ZigBee无线通讯协议传感器节点构成。ZigBee技术作为一种新兴的无线通信技术，具有微功耗、低成本、自组网和节点布置灵活等特点，非常适合在多点监测、无人值守的环境监控中应用。

中层GPRS网络由各网关节点组成，完成传感器节点的信息交汇、数据转发、指令收发等功能。

上层Internet网络由上位机组成，上位机作为用户对室内环境甲醛监测数据进行实时查看，确保室内时刻安全正常。总体结构图如2-1所示。

室内环境

Zigbee 感知

节点1Zigbee 感知

节点2Zigbee 感知节点3采集甲醛浓

度信息协调器

信息上传信息上传

网关模块电脑数据

显示

手机实时查询打开通风排

气装置

报警浓度超标

图2-1 室内环境甲醛监控总体框图

2.1.2 上位机软件设计及WEB 服务器设计

上位机采用HTML 、Css 、Javascript 、MySQL 、PHP 编写的网站，运行于Windows 系统，连接数据库服务器，数据可视化操作，以及远程参数的设置。其总体框图，如图2-2所示。

图2-2 上位机软件结构框图

数据接收部分利用TCP网络协议提供了与Internet 的标准接口，简化了ZigBee网络采集环境参数；数据处理则是室内甲醛监控系统上位机软件的核心部分，提供了友好的图形用户界面、直观展示网络拓扑结构、节点参数曲线对比，并提供手机安卓APP下载功能，用户通过下载手机APP，无论身在何处，即可时刻查询相关甲醛浓度数据，快捷方便，而在WEB服务器方面，则通过AppServ配置系统环境，搭建Apache WEB服务器，配置MySQL数据库以及PHP解释器[11]。选用PHP语言开发WEB服务器程序，连接数据库服务器，实现最新数据更新以及历史数据查询。

2.1.3 网关设计

ZigBee节点采集的数据要想通过GPRS网络上传至Internet远程服务器，实现ZigBee网络与互联网的数据互通，就必须用到网关。网关作为无线传感器网络的关键器件，其性能直接关系到整体系统的稳定性，实用性，健壮性。由于设计开发的网关针对的是数据传输量少的ZigBee网络，故接收环境参数可选用串口接口。网关接收ZigBee数据，解析处理后，经GPRS网络转发至Internet，因此网关兼具TCP/IP协议[12]，方便数据网络转发。网关结构框图，如图2-3所示。

图2-3 网关硬件结构框图

网关采用了重庆DQ电子的SIM900A开发板，此开发板集成了SIM900A GSM功能通信模块，各种接口如2.4G 模块接口等等，对于物联网的开发提供了很大的便利条件。开发板上使用的SIM900A模块设计成熟，市场使用率