智能室内环境监控系统的应用研究

王蓉 殷侠

摘 要：文章介绍了一种利用物联网的传感器技术对环境参数进行采集并由云平台进行统一监控管理的智能化室内环境监控系统，并介绍了系统在现代化工业生产中的具体使用。

关键词：物联网；云平台；室内环境监控

经济的发展和科学技术水平的不断提升使得人们的生活和工作越来越便利，但同时也给环境造成了负面的影响，因环境原因带来的安全问题也屡见诸媒体，在人们的生活和工作中留下了安全隐患，环境问题开始越来越受到人们的重视。随着物联网和云计算技术的发展，为环境监控提供了一种新出路。本文立足于当下发展最热门的物联网传感器技术和大数据分析方法，开发了一个智能化的室内环境监控系统，实时的对室内环境因素进行有效地监控，及时地分析当前的环境情况和安全隐患，当环境因素会导致安全问题时，一方面采取有效的措施控制室内环境，另一方面智能地通知用户进行安全防护。

随着国家对环境监管和控制的重视，环境监管和控制是未来的一个重要工作。系统不但是对厂房内人员生命健康的保证，也是未来国家统计和监管国内生产环境的一个重要依据。

基于先进的物联网技术、云计算平台，合理利用国家的自动监测监控技术，构建出完善、先进的环境监控系统。在系统中利用物联网和地理信息软件（Geographic InformationSystem，GIS）等先进技术，来监测室内环境的温度、湿度、有毒有害气体的浓度、光照强度、粉尘含量等，全方位构建安全的室内生产环境安全防控系统。

1 智能室内环境监控系统概述

1.1智能室内环境监控系统功能

智能室内环境监控系统主要实现对工厂生产、仓库、实验室等环境的实时监测，实时为用户提供可靠并且全面的环境信息。系统使用物联网传感器技术，将多台不同的传感器分布至工业环境的采集点，传感器可随时测量被采样室内环境因素的信息，如温度、湿度、各种有毒有害气体的浓度、光照强度、粉尘含量等，并将这些信息统一上传到后台的云平台控制中心进行管理，当室内环境的任一参数超出正常标准或安全范围时，后台服务系统立即作出响应，自动发出安全警报并采取应急措施，保障室内人员和环境的安全，系统如图1所示。

本智能系统组成包括环境传感器终端采集设备、基于物联网通信协议的集中控制器、基于云计算架构的管理系统，包括终端采集设备、集中控制器、基于云计算架构的管理系统。

1.2智能室内环境监控系统架构

本室内生产环境智能监控系统在架构上主要包含3个层次：感知层、网络层、应用层[1]。

感知层包括传感器等数据采集终端以及基于ZigBee协议的无线传感器网络。

网络层主要负责网络接入、网络传输以及相应的管理与控制，包括局域网以及监控平台和服务器的网络接入程序。 应用层解决信息处理与人机界面的问题，主要包括基于云计算技术的大数据分析、服务器人机交互和控制管理程序等。

2 智能室内环境监控系统的设计

系统采用STM32、集成电路、无线通信、智能控制、无线传感TEEN协议、工业以太网等技术的综合运用，研制工业生产环境智能监控器和专用软件系统，对各大中型企业环境参量进行在线检测、传信、实时监控、显示、报警等。

智能环境监控系统采用模块化无线通信集成电路芯片为核心，在简化结构、优化电路的基础上，充分利用移动、电信、联通等现有资源，通过无线通信网络将企业生产设备现场的环境参数的信息直接发送到软件监控数据平台及环境安全管理人员手机上，以此构建工业生产环境监控系统网络平台，本控制器信号频率符合国家无线电管理机构的要求。

智能环境监控系统的软件数据平台，采用浏览器/服务器模式（ Browser/Server，BS）架构，可跨平台使用，系统移植性较好，以保证系统数据的稳定性与安全性。其前端通信服务平台通过无线通信设备及兼容无线通信协议的处理软件接收专用无线自动传信控制器或管理员手机发送的信息，经过适当处理后提交给后台数据库应用系统处理，后台数据库应用系统进行信息编码加密数据的解密、查询数据库及相关数据处理，同时把相关信息通过前端通信服务平台发回给发收终端智能控制器或管理员手机。

该智能环境监控系统是根据企业工厂现场的烟雾、有毒气体、风机风速、粉尘等环境异常进行在线检测、传信、监控、显示、传输、报警等，设计出各不相同的工业生产专用环境监控系统，从而形成完整可用的工业生产环境监控系统，达到可产业化的目的，产生实际的社会效益。

3 智能室内环境监控系统的应用

3.1智能室内环境监控系统在工业生产上的应用

在封闭的工业生产车间里，智能室内环境监控系统可以有效地监控生产车间内的环境，时刻提醒管理人员车间内的温度、湿度，确保车间内生产人员和产品的安全，对于一些较特殊的生产车间，如无尘车间还可以检测空气中的粉尘浓度，或车间生产物质容易散发出有毒有害物质或气体，则可以另外检测空气中有毒有害物质或气体的含量，一旦发生泄漏等突发事件，导致空气中这些物质超出安全标准阈值，智能室内环境监控系统的管理软件会立即向安全人员和生产人员发出警报并进行换气，采取应急措施，保障车间内生产人员的安全，减少经济损失。

3.2智能室内环境监控系统在科研实验上的应用

在高校和企业的科研项目和实验室上，智能室内环境监控系统也有它的用武之地。高校的化学实验通常都会产生特殊的化学烟雾，微生物实验环境也需要严格的环境才能存活，利用智能室内环境监控系统可以随时探测封闭实验室或实验箱中的环境，确保科学实验的顺利进行。在监控系统中还可以添加视频采集摄像头，实时地记录下实验过程，为科研提供生动的实验数据和状态。

3.3智能室内环境监控系统的延伸与拓展

3.3.1智能室内环境监控系统在智能安防上的拓展应用

智能室内环境监控系统在设计可应用于相对封闭室内温湿度、粉尘含量等空气环境的监控，同时也可以通过在传感器采集终端设备上嵌入其他类型的传感器来探测其他环境因素，例如利用烟雾探测传感器和火焰传感器可以监控是否是火灾隐患，利用人体红外传感器探测重要消防通道内是否有人员存在等情况，从而在安全与消防上进行智能化的监控与管理。

在家居生活中，我国居民家庭普遍使用的是天然气或煤气，在传感器采集终端设备上嵌入甲烷探测传感器或CO探测传感器，便可以起到安全报警的作用，当天然气或煤气发生泄漏时可以立即向用户进行预警，透过后台的服务器，甚至可以通知用户居住的物业公司，从而有效避免不必要的人身伤害和财产损失。

3.3.2智能室内环境监控系统在环保的拓展應用

环境保护是我国目前大加倡导的发展主题，而我国仍属制造业大国，大量的工业废气废水废物排放到环境中，严重影响了人们的生存环境，借由智能室内环境监控系统的传感器采集终端，可以在重要的水源区域部署大量的水质探测传感器进行水质探测，定期向网络控制中心上报水质数据，从而高效地定位水源污染的源头，高效地解决环境污染无责任人的问题。

4结语

随着国家对环境监管和控制的重视.环境监测和控制必然是企业和社会需要正面面对的问题。此系统不但是对厂房内人员生命健康的保证，也是未来国家统计和监管国内生产环境的一个重要依据。智能室内监控系统是基于目前高速发展的物联网应用技术上的应用产品，通过合理地部署传感器终端采集数据，再利用网络通信上传到后台云服务器中心进行数据分析和处理，实现了物联网“端一管一云”3个层次的综合应用。同时，我们也可以知道，物联网行业的技术发展已经比较成熟，如何在创新的角度上准确地把握物联网产品的定位，解决在生产和生活过程中的痛点问题，都势必给相关的产品带来巨大的市场机会和利润空间。

[参考文献]

[1]ZIGBEE ALLIANCE.ZigBee specification[EB/OL]. （2014-05-02） [2018-02-05].https：//wenku.baidu.com/view/f2e3042laflffc4fff47ac20html.