基于物联网的室内环境监控系统
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基于WSN的室内环境监控系统
目录
市场调研 产品设计方案 可行性分析 系统整体概述 经费预算
项目任务分工
市场调研
由于社会的发展和需求，人们的生活方式和工作习惯的改变， 对家庭任务的工作日求简化，人们对现代居家方式的理念产生 了重大的变化，人们想要一种安全、方便、舒适、高效和快捷 的生活环境，由此生产一套室内监测及控制系统对于人们的日 常生活来说显得及其重要，自然有着广阔的发展前景。
网关：网关摒弃了传统连线以太网的构造，各网关
节点组成了中层GPRS网络。采用了Sim900和GPRS技术， 提高了资源利用率和传输效率，大大降低数据传输时 间，实现了快捷方便网络服务的随时随地的效果。有 效地解决了底层无线传感器网络与中层GPRS网络的协 调、通信问题。
8
上位机： 远程服务器从各网关节点接收信息，完成数据解析、处 理、存储、查询、统计、图表绘制等其他信息系统集成整合 的功能。 一方面使用QTcreator设计图形界面，可在电脑上方便 进行数据的显示； 同时可使用android编写手机APP，用户也可通过手机 实时查询数据观察室内变化情况，及时进行检测控制。
市场调研
虽然目前我国在智能家居系统得到了一定程度的发展，但 总体上还是没有完全成熟，在这片领域还有着很大的空白。现 在的监控系统还远远没能够完全满足人们的要求，这与人们对 该服务日益提升的需求存在着明显的矛盾。是故研究一套安全、 文定、便宜的室内环境监控系统有着极大的意义和市场需求。
产品设计方案
项目进程计划
本项目大致分四个阶段完成，如下所示： 第一阶段：在选定项目后，我们组协商规定每个组员 在每个星期日晚上将进行探讨，并且将该计划随着项目的 进程不断改进，一直沿用到项目结束。 第二阶段：我们积极的从网上查询文献，向图书馆借来 书籍，力求对该监控系统有了更深的认识。
项目进程计划
第三阶段：经过两个阶段的理论学习后，我们将会对 该项目进行了切割分块，根据我们每一个组员学习方面的 不同，让他们负责自己擅长的模块，并每一星期日晚上再 我们规定的小组会议上讲解自己这段时间以来的进度和状 况。 第四阶段：在这一阶段，我们主要制板，焊接电路， 相关程序的编写，软硬件检测并反复调试。 第五阶段：设计外围的封装，实地试验等。
本监控系统将设计出一套基于ZigBee的无线传感器网络室内 环境监控系统，主要由三部分对家庭室内环境进行检测及控制
室内监控 系统 底层 Zigbee 中间层网 关 上位机界 面
底层是对家庭室内环境数据进行采集，利 用基于ZigBee通信协议的无线传感器网络 技术进行数据传输
设计 方案
网关负责将底层采集到的数据打包，通过sim900 模块与Internet网连接，将数据发送至上位机 上位机主要是接收上传的数据数据，处理然后数 据分析处理，方便人们实时查询，同时可下发指 令进行相应控制
电视机
ZigBee
智能电饭煲控 制器 电饭煲
ZigBee
ZigBee
ZigBee万能 遥控器
分控 制器
ZigBee
智能窗帘控制 器
窗帘
ZigBee燃气探 测器
ZigBee
ZigBee
智能灯光控制 器
日光灯
图1 室内监控系统整体框图
室内温度监控部分
采用ZigBee技术对家庭室内空调进行智能化控制，通 过SHT10或DHT11温湿度传感器采集监测室内温度情况，当 监测到温度过高或者过低时，可实现自动控制打开空调调 节温度，也可选择通过上位机手动控制。当我们下班回家 时我们可以手机发送指令代码传到次监控系统通过空调控 制器让空调自行启动，当回到家时家里就已达到自己需要 的温度等要求
系统整体概述
本室内监控系统主要从以下几个方面开展研究工 作： （1）无线传感器体系； （2）数据采集，处理模块； （3）无线传输模块； （4）串口通信技术； （5）显示模块； （6）下行控制模块。
系统主要框架如下图所示
ZigBee
智能空调控制 器
空调
RS232
智能网关
ZigBee
智能电视控制 器
图3 室内气体监测
经费预算
底层方面：光照传感器GY-30模块：8元； 温湿度DHT11模块：6元； MQ135传感器：9元； PM2.5传感器模块：30元； 节点底板+核心板: 120； 网关方面： sim300+GPRS模块：100左右； 上位机方面：0元 其余硬件设施：50元； 总经费预测：300+。
产品可行性分析
底层：本系统的传感器节点模块采用ZigBee技术，其凭借
低成本、低功耗、组网方便等诸多优势在无线传感器网络中 逐渐脱颖而出。ZigBee技术具备的强大的网络功能,它支持 目前三种主要的自组织无线网络类型,且具有很强的鲁棒性和 系统可靠性,加上其丢包率小于0.1%，大大保证了信息传输 的精准可靠性。使得ZigBee网络更加高效、灵活地被应用。
日光灯监控Байду номын сангаас分
光照传感器采集光强信息，当天黑时自动打开日光灯， 睡觉时可通过上位机关闭日光灯
ZigBee
智能空调控制 器
空调
RS232
智能网关
ZigBee
智能灯光控 制器
日光灯
图1 空调和日光灯的监制
室内气体监控部分
此模块对家庭进行CO2、和PM2.5煤气等常见有害气体 的检测，当检测的数据发生异常时，进行警报响应，首先 将煤气源、电源关闭，并通过其中的报警系统报警，同时 将警报信号以短信方式发给主人,同时可启动排风系统换气。 如图3所示：
目录
市场调研 产品设计方案 可行性分析 系统整体概述 经费预算
项目任务分工
市场调研
由于社会的发展和需求，人们的生活方式和工作习惯的改变， 对家庭任务的工作日求简化，人们对现代居家方式的理念产生 了重大的变化，人们想要一种安全、方便、舒适、高效和快捷 的生活环境，由此生产一套室内监测及控制系统对于人们的日 常生活来说显得及其重要，自然有着广阔的发展前景。
网关：网关摒弃了传统连线以太网的构造，各网关
节点组成了中层GPRS网络。采用了Sim900和GPRS技术， 提高了资源利用率和传输效率，大大降低数据传输时 间，实现了快捷方便网络服务的随时随地的效果。有 效地解决了底层无线传感器网络与中层GPRS网络的协 调、通信问题。
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上位机： 远程服务器从各网关节点接收信息，完成数据解析、处 理、存储、查询、统计、图表绘制等其他信息系统集成整合 的功能。 一方面使用QTcreator设计图形界面，可在电脑上方便 进行数据的显示； 同时可使用android编写手机APP，用户也可通过手机 实时查询数据观察室内变化情况，及时进行检测控制。
市场调研
虽然目前我国在智能家居系统得到了一定程度的发展，但 总体上还是没有完全成熟，在这片领域还有着很大的空白。现 在的监控系统还远远没能够完全满足人们的要求，这与人们对 该服务日益提升的需求存在着明显的矛盾。是故研究一套安全、 文定、便宜的室内环境监控系统有着极大的意义和市场需求。
产品设计方案
项目进程计划
本项目大致分四个阶段完成，如下所示： 第一阶段：在选定项目后，我们组协商规定每个组员 在每个星期日晚上将进行探讨，并且将该计划随着项目的 进程不断改进，一直沿用到项目结束。 第二阶段：我们积极的从网上查询文献，向图书馆借来 书籍，力求对该监控系统有了更深的认识。
项目进程计划
第三阶段：经过两个阶段的理论学习后，我们将会对 该项目进行了切割分块，根据我们每一个组员学习方面的 不同，让他们负责自己擅长的模块，并每一星期日晚上再 我们规定的小组会议上讲解自己这段时间以来的进度和状 况。 第四阶段：在这一阶段，我们主要制板，焊接电路， 相关程序的编写，软硬件检测并反复调试。 第五阶段：设计外围的封装，实地试验等。
本监控系统将设计出一套基于ZigBee的无线传感器网络室内 环境监控系统，主要由三部分对家庭室内环境进行检测及控制
室内监控 系统 底层 Zigbee 中间层网 关 上位机界 面
底层是对家庭室内环境数据进行采集，利 用基于ZigBee通信协议的无线传感器网络 技术进行数据传输
设计 方案
网关负责将底层采集到的数据打包，通过sim900 模块与Internet网连接，将数据发送至上位机 上位机主要是接收上传的数据数据，处理然后数 据分析处理，方便人们实时查询，同时可下发指 令进行相应控制
电视机
ZigBee
智能电饭煲控 制器 电饭煲
ZigBee
ZigBee
ZigBee万能 遥控器
分控 制器
ZigBee
智能窗帘控制 器
窗帘
ZigBee燃气探 测器
ZigBee
ZigBee
智能灯光控制 器
日光灯
图1 室内监控系统整体框图
室内温度监控部分
采用ZigBee技术对家庭室内空调进行智能化控制，通 过SHT10或DHT11温湿度传感器采集监测室内温度情况，当 监测到温度过高或者过低时，可实现自动控制打开空调调 节温度，也可选择通过上位机手动控制。当我们下班回家 时我们可以手机发送指令代码传到次监控系统通过空调控 制器让空调自行启动，当回到家时家里就已达到自己需要 的温度等要求
系统整体概述
本室内监控系统主要从以下几个方面开展研究工 作： （1）无线传感器体系； （2）数据采集，处理模块； （3）无线传输模块； （4）串口通信技术； （5）显示模块； （6）下行控制模块。
系统主要框架如下图所示
ZigBee
智能空调控制 器
空调
RS232
智能网关
ZigBee
智能电视控制 器
图3 室内气体监测
经费预算
底层方面：光照传感器GY-30模块：8元； 温湿度DHT11模块：6元； MQ135传感器：9元； PM2.5传感器模块：30元； 节点底板+核心板: 120； 网关方面： sim300+GPRS模块：100左右； 上位机方面：0元 其余硬件设施：50元； 总经费预测：300+。
产品可行性分析
底层：本系统的传感器节点模块采用ZigBee技术，其凭借
低成本、低功耗、组网方便等诸多优势在无线传感器网络中 逐渐脱颖而出。ZigBee技术具备的强大的网络功能,它支持 目前三种主要的自组织无线网络类型,且具有很强的鲁棒性和 系统可靠性,加上其丢包率小于0.1%，大大保证了信息传输 的精准可靠性。使得ZigBee网络更加高效、灵活地被应用。
日光灯监控Байду номын сангаас分
光照传感器采集光强信息，当天黑时自动打开日光灯， 睡觉时可通过上位机关闭日光灯
ZigBee
智能空调控制 器
空调
RS232
智能网关
ZigBee
智能灯光控 制器
日光灯
图1 空调和日光灯的监制
室内气体监控部分
此模块对家庭进行CO2、和PM2.5煤气等常见有害气体 的检测，当检测的数据发生异常时，进行警报响应，首先 将煤气源、电源关闭，并通过其中的报警系统报警，同时 将警报信号以短信方式发给主人,同时可启动排风系统换气。 如图3所示：