物联网环境监测

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物联网环境监测范文第1篇

关键词：环境监测；物联网技术；信息传递

随着改革开放的推进，各种工业不断发展，加剧了对自然资源的需求和生态环境的破坏，人们逐步意识到环境保护的重要性，传统的环境监测是使用人工采取样品进行检测的方式，这种监控方式：（1）无法进行长期的远程实时监控；（2）不能够及时地反应环境变化等信息；（3）由于依靠人力，劳动强度大，这些不足使得传统监测方式无法满足现代监测对于环境的信息化管理要求。随着污染源在线监控系统的开始推广，物联网技术在我国环境监测领域开始了最早的探索和应用，它的出现克服了传统环境监测方法的缺陷，降低了监测成本，也使得环境监测向自动化、信息化、网络化、智能化方向发展，我国目前的环境监测手段还很落后，物联网技术的出现为我国环境监测的发展提供了一个很好的契机，为复杂、多样的环境进行自动实时监测提供了可行的思路和方案。

1物联网

1.1概念

物联网（TheInternetofthings，IOT）是指在互联网的基础上扩展和延伸到物体与物体之间信息交流的一种新型信息技术，物联网的定义是实现物体与物体、人与物体、人与人之间的信息交流。物联网在国内的应用一般是使用定位系统、红外线感应仪、全球定位系统（GPRS）、激光扫描仪和气体感应器等设备间的信息，进行交换和记录，实现检测、定位、监测和扫描的一种信息技术，实现各种设备之间信息的交流，让使用者能够在物联网中得到需要的信息，让监测和管理的信息具有时效性和保证其准确性，达到人工智能化的监控，提高工作效率和生产力，弥补传统工作中的不足。物联网在现代被广泛运用于各个领域中，如医疗健康、道路交通、店铺监控等，它们都体现了物联网的智能化与实用性。随着信息技术、网络技术、自动化技术、芯片技术的不断发展，物联网已经开始应用到生活的各个方面，很多地方的环境监测已经开始广泛使用物联网技术。

1.2组成结构

环境监测物联网主要由采集层、网络层、应用层3大部分组成。其中采集层通过传感器、智能卡、电子标签、识别码、摄像头等感知设备实现环境因子的识别、监测分析等信息的捕获、采集，以达到智能感知的目的；网络层利用无线网、移动网、固定网、互联网、广电网等传输网络实现感知层所采集信息的传输与处理，是整个环境监测物联网的核心组成部分，是将采集层所采集的数据进行大范围的传输与共享，并且实现多方的交互；应用层主要包括环境监测中的特定应用服务以及实现网络层和应用服务间接口和能力调用功能的中间件，用于完成信息的分析处理和决策，以实现环境监测信息的识别、感知、分析和预测，发挥智能作用。

2在环境监测中的应用

2.1大气污染监测

如今我国很多城市存在空气污染现象，空气质量较差，尤其在一些大中城市，由于重工业和城市交通的发展以及人口持续增长，导致了城市大气污染相当严重，其中就有人们熟知的PM2.5。大气污染监测主要包括大气污染物监测、空气质量自动监测和大气降尘监测等几个方面，由于物联网技术所具有的强大沟通等功能，它能够有效地应用到对大气污染监测的整个过程中，如监测空气中可吸入颗粒物的含量，空气中有毒有害物质的含量，甚至能够监测大气中的氧气含量、二氧化碳含量、氮气含量等，可以快速地发现空气中存在的问题，并且通过实时传输功能把监测器上的相关数据传输到气象控制中心，再由气象控制中心传输给电视台新闻中心等告知民众，让民众及时做好自我防护，降低污染的危害，保证身体健康。从中央到地方各级天气气象预报的准确和适时就表明我国在城市空气质量监测的物联网应用上确实已经有一个完善的体系。

2.2水污染监测

当今世界水污染现象已到了相当严重的程度，应当引起全人类的重视。由于物联网技术所具有的自动监测功能也被广泛用于对河流河道水质、水库水质、污水处理质量等监测中。通过传感器监测水体中含有的各种固体污染物含量，各种气体含量，其他有毒有害物质含量；而后将数据传送到中央控制系统，再由那里的计算机自动进行对比分析判断水质好坏情况、水质安全情况并提供两种相应系数，所有的数据都会自动进行储存备案，一旦发现问题或异常情况，计算机还能够自动报警，引起人们的警觉。而且物联网技术具有的“物物相联”的特点使得人也能够对系统进行人工干预，人为地进行实时的监测观察，以便为及时整改服务。

2.3海洋污染监测

我国对于海洋污染监测的物联网系统建设还处于初级阶段，而世界很多国家都很早就对海洋污染监测的物联网系统建设进行着研究，它们的研究成果能够为我们提供借鉴和帮助。海洋污染物联网系统建设能够监测一个国家海洋的水质情况、污染物情况，能够在发生一些人为灾害或者自然灾害时做到及时发现，从而为及时处理争取时间。比如在发生核泄露造成核污染时及时发现污染物是否到达国家的近海，为及时有效的防范争取时间；在发生油船原油泄漏时也能够及时地判断原油泄露产生的污染情况并及时地做出处理，有效控制污染的范围和规模，把损失降到最低。

2.4生态环境监测

生态环境的物联网监测系统尽管是一个较为宽泛的系统概念，但也已经逐步地被接受应用，并发生着作用。一般来说，这样的一个监测系统不仅仅包括前面提及的几个已经投入使用的环境监测系统，它还包括视频监控系统和对生态环境中的植物、动物生存情况的监测等一系列的监控，所有的信息、数据等最终汇集到中央控制系统中，由中央控制系统做出反应发出指令。目前生态环境的物联网监测的应用主要是在一些自然保护区、沙漠绿植研究、生态环境恶化监测中，已经体现出了收集、预报等功能和功效。

3存在的问题

3.1监测要素不全

在关于生态环境的物联网技术系统性监测中，监测的对象其实较为简单，很多监测系统的构成也较为单纯，因而离实际需要还有很大距离。比如只能够对海洋中几种特定的污染物进行监测，对空气定的污染物进行监测，监测范围非常有限，因而监测的功效也大受影响，这些与对全球整个生态环境的监测需求是极不匹配的，缺乏完善、全面的整体性环境监测势必制约着环境保护与防治，所以监测要素亟待补充和完善，方能担当重要使命。

3.2监测技术还较为初级

世界上物联网环境监测系统建设其实也并不完善，尤其是我国环境监测中的物联网系统建设还处于较初级的阶段，硬件、软件上都还有很多欠缺的地方需要完善和加强，还有很多课题亟待人们去研究和论证，还有很多未知领域等待我们去认知和开拓；不仅仅是完善传感器、传输器、运算器等硬件；更多的是在软件系统的研究控制上要加大力气，加强技术攻关，努力改变监测技术的初级化制约着监测成效的现状。

3.3监测缺乏统一规划和标准

我国在环境监测的物联网系统建设上起步晚，缺乏相关的经验和技术，逐步在摸索中前进，逐步在积累中提高，迄今还没有一个统一的标准和尺度，整个国家的环境监测物联网系统建设也还缺乏统一规划，有着各自为政的特点，因而显得混乱；甚至同一个地方、不同监测系统每天向公众播报的空气污染物种类、污染程度及等级都不相同，这样的环境监测效果确实不尽人意。因此实行监测的统一规划和标准，有利于提升监测效果。

3.4公众的认知度较低

物联网是一种较为新颖的名词概念，其技术应用在我国尚未得到大范围的推广，而且宣传力度也不够，甚至对于已经应用了一定物联网技术的领域也没有对公众进行宣传，由此可见，物联网技术对于普通公众的关注度还不是很高，有隔膜的。这样一来，关注度低自然导致相应的政策无法进行完善，物联网技术应用便不能有效地扩大范围。虽然公众对于这样一项技术是有着巨大的需求前景，但是市场和生产研发之间出现了巨大脱节，这也与技术的宣传力度不足存在着一定的联系。

4未来发展

4.1加大技术研发的力度

对于相关设备技术的研发、生产，国家要不断加大加强政策支持，同时国家也要加强对相关研发企业、生产企业的政策补贴，在提高物联网相关附属设施质量、性能的同时不断地降低成本价格，让物联网技术能够更好地应用到环境监测中，服务国家，服务社会。

4.2加强环境监测物联网建设规划

必须加强环境监测物联网建设的系统规划，统一监测的标准，统一国家层面的系统建设标准。同时对整个环境监测物联网系统的建设进行统一的规划，杜绝地方性差异，与此同时还要不断进行完善，提高质量和水平。

4.3加大宣传，提高民众对于物联网的认知

必须要通过科学教育频道、有关新闻频道、社会活动以及公共产品展示等方式来提高人们对于物联网技术的认识和了解，增加普通民众对于物联网技术研发的支持，因为物联网技术的研发归根到底要惠及民生幸福。

5结语

物联网技术是新一代信息技术的重要组成部分，随着社会和信息技术的发展，它必然会融入人们日常生活中的方方面面，促进生活的改善和优化，使得人们的生活越来越智能化。尤其对于现代环境监测系统的建设，其建设的物联网监测系统对于节能型社会的发展，新时期环境保护以及国家实行节能减排都有巨大的促进作用，也使得现代经济得到持续、健康、稳定发展。

参考文献

[1]王双森,韩世鹏.物联网技术推进GIS在环境监测中的应用[J].信息通信，2011，(03):78-79.

[2]李敏,张丽萍,蔡晓波,孟刚.基于物联网技术的放射源管理系统设计[J].舰船防化，2011，(02):80-81.

[3]李国刚,李旭文,温香彩.物联网技术发展与环境自动监控系统建设[J].中国环境监测，2011，(01):79-81

物联网环境监测范文第2篇

【关键词】环境监测 物联网技术 应用研究

1 前言

现阶段，随着高新科技的快速发展，物联网在各行各业的应用逐渐增多，物联网技术由于集成了远程的监控与遥测、自动化采集与传输等最新技术，对环境监测工作将起到重要的作用，将会彻底改变现有环境监测工作的理念与方式。

2 物联网的概念

物联网（The Internet of things，IOT）是指在互联网的基础上扩展和延伸到物体与物体之间信息交流的一种新型信息技术，物联网的定义是实现物体与物体、人与物体、人与人之间的信息交流。物联网在国内的应用一般是使用定位系统、红外线感应仪、全球定位系统（GPRS）、激光扫描仪和气体感应器等设备间的信息，进行交换和记录，实现检测、定位、监测和扫描的一种信息技术，实现各种设备之间信息的交流，让使用者能够在物联网中得到需要的信息，让监测和管理的信息具有时效性和保证其准确性，达到人工智能化的监控，提高工作效率和生产力，弥补传统工作中的不足。物联网在现代被广泛运用于各个领域中，例如智能交通、医疗服务以及环境监测等各种方面，也体现了物联网的智能化与实用性。

3 环境监测中物联网技术的应用

我国传统的环境监测技术，在技术限制和设备设施不完善的情况下，环境监测的范围、内容、准确度、时效性以及数据的应用，都无法从根本上满足环境保护的需要。随着物联网技术在环境监测中的应用，可以让我们更加准确、及时的获取环境监测信息并充分应用到环境管理工作中，保证对环境的科学高效化管理。

3.1 大气监测中物联网技术的应用

大气质量自动监测，是利用物联网技术在监控范围内布设各种特定的传感器，通过各种传感设备对大气环境中的二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳、可吸入颗粒物、细颗粒物等指标进行数据采集，将数据通过网络实时向监控中心进行传输，不仅仅可以实现同步监测的基础功能，同时也能实现预报功能的一种全面监测。目前随着物联网技术应用的不断深入，对大气环境数据的分析、利用、综合评价以及预警等方面都在向广度和深度扩展。

3.2 水质监测中物联网技术的应用

在我国水资源日益紧缺的时代背景之下，水质环境监测工作的重要性也越来越突出，只有做好水质环境监测工作才能为水资源的合理开发、利用以及保护提供科学的资料依据。在水质监测过程中通过运用物联网新技术，在重点水质监控位置上布放传感器，通过无线传输方式24小时在线监测水质的各项变化，提高监测数据的准确性和时效性。水质监测通过与物联网技术的进一步融合，不仅为水环境治理提供了有力的数据支撑，而且还能有效地搭建水质监测预警平台，在水污染事件中发挥出重要作用。

3.3 重金属污染监控中物联网技术的应用

随着现代化工业化进程的加快，更加注重对重金属的环境监测，由于重金属污染不仅具有持久性的特征，同时也难以进行根本上的消除。通过物联网技术的应用，在监测的范围内，一旦水中重金属因子含量出现异常就会报警，为重金属的清理争取更多的处理时间，对污染进行及时的补救，同时可以为后续处理工作提供准确、可靠的技术支持。

4 物联网应用于环境监测所面临的问题和趋势

近年来，物联网技术虽然在环境监测中有着相对广泛的应用，推动了环境监测信息化的快速发展，但物联网在环境监测领域的发展仍然存在一些问题需要解决。

4.1 存在的问题

（1）相关技术设备还需提升。环境监测的感知层包括环境传感器、在线监测仪器、传感器网络等，由于这些技术设备普遍存在着功能单一、可靠性不够、成本高以及维护难度大等诸多问题，制约了物联网在该领域的广泛应用。（2）监测信息不能共享。目前由于各种环境信息系统的开发缺少顶层设计，系统之间不能很好的共享，使得环境监测数据不能进行有效整合，造成数据不能共享，工作中各自为政。（3）监测数据应用开发不够。随着物联网在环境监测中应用范围的拓展，各种监测数据都通过网络源源不断传递到各级环保部门，海量的数据由于缺乏深度的处理和分析，不能为环境决策提供科学的保障。（4）环境监测系统的整体管理水平较低。由于监测系统整体素质以及体制等诸多因素的束缚，造成整体管理水平较低，直接影响到物联网在环境监测中作用的发挥。

4.2 发展趋势

未来随着物联网技术的发展，可以深入挖掘其在环境监测智能化、自动化、信息化等各方面的应用，同时不断扩大环境监测领域，逐步开展生态、土壤、生物、电磁等监测内容，建立完善的环境监测网络。

5 结语

物联网作为一种新兴信息技术，能够弥补传统环境监测过程中的不足，为环境监测工作提供新的发展模式。因此，物联网技术在环境监测中的应用，前景会十分广阔。

参考文献：

[1] 赵富安，赵宇.物联网技术浅析[J].科技致富向导，2013（3）：45-46.

物联网环境监测范文第3篇

关键词：物联网；环境；检测（监控）；平台

哥本哈根气候峰会在2009年12月举行，许多国家希望达成一份具有约束力的二氧化碳减排协议。与此同时，各国都陆续将物联网的建设上升到国家战略的层面，旨在通过物联网的应用实现节能减排，成就低碳经济。物联网作为低碳经济革命的技术创新之一，是要在能源流的整个过程中提高能源生产率和降低二氧化碳的排放。低碳经济社会的特点是要建立能源互联网，使得不同形式、不同时空的能源可以得到聪明的使用。这既可以大幅度地减少能源消耗和二氧化碳排放，同时又可以大幅度地提高人们的生活质量和便利性。

1 系统总体设计

1.1 异构自组织无线传感器网络

拟采用三层架构：底层节点包括信息采集设备等；中间层由车载设备节点或多跳转发设备构成；上层由位置固定的网关节点组成。

1.2 平面型环境监测气体传感器

气体传感器：一是提高灵敏度和工作性能，降低功耗和成本，缩小尺寸，简化电路，与应用整机相结合，这也是气体传感器一直追求的目标。二是增强可靠性，实现元件和应用电路集成化，多功能化，发展MEMS技术，发展现场适用的变送器和智能型传感器。

1.3 环境与气象监测信息处理中心及通讯终端

监控中心采用标准的B/S系统架构，同时采用通用的软、硬件产品，并规范数据存储格式，使系统具有兼容性强、规模易扩展的特性。定制移动终端采用CPU+DSP核的硬件架构，可以实现高速的数据处理能力。丰富的外部接口和高亮度大屏幕，坚实的外壳能很好满足特殊要求。终端采用VISION公司的VISION225+TI公司的OMAP5910构成的硬件平台。

2 系统技术难点分析

基于物联网的智能化环境监测系统主要研究的内容是异构自组织无线传感器网络与平面型环境监测气体传感器。

2.1 异构自组织无线传感器网络系统架构

信息采集节点：由传感模块和数据处理传输模块组成，能够自组织成无线网络的节点。传输距离50-100米，功耗休眠期10mW，工作时间100mW，传输距离可扩展为500米，接口包括模拟4-20MA和RS485接口。车载节点和多跳转发节点：是具有较强数据收集能力的中心节点，把传感节点汇集来的数据进行接收和处理，传输距离500-1000米，功耗随传输距离变化。网关节点：把车载节点和多跳转发节点通过Internet转发给中央控制系统，具有无线接入网络和宽带接入网络功能。终端设备：是由能够上网的PC、PDA或智能手机构成，实现远程浏览。中央控制管理：通过节点收集的各类信息最终汇总到中央控制系统，自主设计开发的中央控制系统可以实现多方面的功能。监测区域的可视化展示：可以以三维立体的方式观察到监测区域和各节点所处位置。数据分析处理：可实时显示目前的状态数据，并对历史数据进行显示、分析、绘图和管理等操作。节点控制：可通过中控系统，实时查看各节点的工作状态、路由信息，并对其进行控制。反馈控制：可通过系统预设的下行通道，对相应的设备发出指令，进行反馈控制。

2.2 电化学传感器技术方案特点

化学气体传感器由贵金属催化电极、铂丝引线、气体传感器外壳、电解液及其它辅助材料组装而成，所用材料中贵金属催化电极、电解液为自加工配套生产，铂丝引线、气体传感器外壳为外部购件。综合运用了纳米材料制备技术合成核心功能材料、采用催化剂表面修饰技术、传感器表面选择性介孔分子筛制造技术、机械片式高分子材料自动拉伸复合透气膜制造技术、精密丝网印刷技术等先进技术，创新性强，技术含量高。

2.3 高效的数据链路层协议

基于各种特定应用环境特征（基于时间、空间特征和网络、终端属性）和规律，提取适用于资源极度受限条件下的微型特征库。进一步根据环境特征动态协同调整数据传输策略，减少信号冲突，降低资源开销。提出网络自适应、协同动态感知环境上下文算法，基于上下文感知设计自适应优化MAC协议，提出适应于多信道多收发器（MIMO）的协作式MAC协议。

2.4 跨层优化设计

基于最优提供不同协议层之间信息的交换与控制的机制，以改善异构网络，尤其是无线传感器网络的性能；基于信息返回的事件驱动模型和跨层数据共享与同步机制模型；定义新型可扩展的层间接口和各层之间的边界，提出各层之间协同的联合调度机制。

2.5 安全机制

基于多种异构网络环境下（现有的安全机制），结合各子网络的特征，在资源（如：电池能量、计算能力等）严重受限的情况下，研究多网络协同的安全体系结构；在多种异构网络环境下，研究以安全性为目标的新型路由机制；针对资源严重受限的异构网络（传感器网络）环境，提出高效率的加密算法。

异构自组织无线传感器网络是一种低成本、低功耗、多跳、多频、多点对多点通信的自组织的无线传感网解决方案。可根据不同的需求特征分为四种系列产品，可以广泛应用于气象与环境监测、建筑、矿山、仓储、工业、农业、医疗、军事等领域。

其中，A系产品是首要研发的基础系列有功能全、功耗低等特点；D系和B系拓展A系产品的通信能力，在稳定性、距离和带宽方面均有提高，其中D系侧重距离，B系侧重带宽；C系产品是外挂通信模块、自身只具有核心组网协议但运算速度很高系列产品，用于一些特殊应用场合。

3 系统硬件架构

定制移动终端采用CPU+DSP核的硬件架构，可以实现高速的数据处理能力。丰富的外部接口和高亮度大屏幕，坚实的外壳能很好满足特殊要求。终端采用VISION公司的VISION225+TI公司的OMAP5910构成的硬件平台。主处理器OMAP5910为ARM9内核心+DSP构架，运行操作系统和进行图像，数据的处理，VISION225实现无线数据的传输通讯。软件采用Windows Mobile 6.0操作系统。

4 系统主要研究目标

4.1 异构自组织无线传感器网络部分

选择评估不同无线频率的传输特性，测试抗干扰性指标和电磁兼容指标，确定异构自组织无线传感器网络中各设备的基本工作方式。基于自适应的拓扑结构和路由机制，在具有多种异构网络的环境下实现零配置动态组网机制，设计异构网络的拓扑管理和自动诊断与恢复机制，实现高容错的特征并进行验证。基于上下文感知设计自适应的数据链路协议，基于跨层优化思想设计高效的路由协议，开发信息采集节点、信息节点、车载设备、转发设备和网关节点，实现基本的网络管理和路由。

4.2 平面型环境监测气体传感器部分

按照高精度、高敏感的要求，开发新型气体传感器，达到批量生产的工艺要求。检测VOC的气体传感器，对甲苯，苯，丙酮检测下限在1ppm以下；测硫化氢的气体传感器，其检测下限在1ppm以下，而且响应恢复时间快，响应时间小于10秒， 恢复时间小于30秒；用于检测二氧化氮的气体传感器，对二氧化氮有很高灵敏度，检测下限在0.5ppm以下，而且元件功耗低，小于160毫瓦；用于检测氟利昂的气体传感器，对氟利昂有高灵敏度，检测下限在30ppm以下。

4.3 环境与气象监测信息处理中心部分

对信息中心的技术平台进行搭建；做出需求分析并完成信息中心的系统设计。完成信息中心进行代码设计、编写并进行整体的系统测试达到交付使用的目标。

5 系统实现的功能

⑴实现了环境监控网络系列节点平台，满足小型化、低功耗、长距离通信和功能可扩展等实际应用需求。在节点小型化、低功耗设计上，采用软硬件协同设计，合理利用处理器多种工作模式，采用片上系统（SOC），实现了系统功耗最低化；在长距离通信节点设计上，通过低噪放大器和功率放大器提高信号接收灵敏度和发送功率满足长距离通信需求。

⑵实现了适用性强、低功耗、高连通度的异构自组织无线传感器网络路由协议，并针对节点定位需求，设计了盲节点定位方案。

基于跨层优化设计的协议，具有报文负载小、网络通信量少、易于部署和维护等特点，很好地解决了安全监控系统的实际应用需求。

⑶实现了基于CDMA/GPRS/3G技术的远程监控网络，满足安全监控系统的远程实时监控需求。

同时，异构自组织无线传感器网络的不同系列产品还在此基础上，有针对性地对实现性能的进一步提升，以满足各行业不同的需求。

物联网环境监测范文第4篇

关键词：物联网技术；GPRS数据传输；STM32；Web服务器；环境监测与管理

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）17-0032-03

Abstract： In order to carry out effective interior environment monitoring and management for the remote scenic hotels， this paper designed a remote wireless environment monitoring system in which GPRS data transmission technology was adopted based on the Internet of things technology. The system can transmit the data collected by sensors installed in the hotels and send to GPRS modules automatically through STM32 equipment， and then exchange the data to Web server through the internet and display the real monitoring results on the screen based on the CGI technology. The application of this system can guarantee the effective management and control for the shower equipment and interior environment air quality in the scenic hotels and improve the hotels’ service quality greatly for the customers. The system is of great benefit and significance of application.

Key words： the Internet of things technology； GPRS data transmission； STM32； Web sever； environment monitoring and management

1 概述

伴随信息技术的高速发展，物联网技术和产业异军突起，成为新一轮产业革命的重要发展方向和世界产业格局重构的重要推动力量。同时伴随着社会经济的高速发展，越来越多的人外出旅游，对景点酒店住宿环境也提出了更高的要求。当前，一方面国内很多酒店内部管理不是很科学，存在淋浴设施的水流量浪费现象，与国家推行的“节能减排，低碳经济”政策相悖；另一方面，又由于大多数景区处于地形复杂，远离市郊，采用有线通信管理方式投入成本高，难以实现高效的管理。根据调查，很多景区的酒店淋浴设施的水温条件以及室内的空气条件不达标[1]，导致了服务质量的下降，影响了酒店的声誉，以致给景点旅游产业的发展带来不利影响。近年来，移动无线通讯技术的发展，为偏远景区酒店的环境监测管理提供了有效的途径。其中，在各种无线通信技术中，GPRS最受青睐。通过GPRS网络系统，采用Internet技术与服务器间的数据交换，能便利地实现酒店环境的远程无线监测与互联网的连接。基于这样的背景，本文依托物联网技术设计了景区酒店环境远程无线监测系统平台，可为酒店和当地景区管理部门提供有益的参考，具有很强的社会价值和实用意义。

2 系统总体设计

本设计以ST推出的STM32作为主控核心，加以用于数据采集的传感器，并结合嵌入式 Web服务器Boa完成系统构建。旨在实现将温度传感器DS18B20的采集水温数据，水流量传感器采集的水流量数据，DHT11采集的室内温湿度数据，MQ-135气体传感器采集的室内有害气体数据并通过 STM32芯片控制并发送到GSM模块SIM900A，利用SIM900A的GPRS数据网络将采集到的数据实时上传至Web服务器中[2]，并利用CGI技术使得景区管理人员可以通过浏览器获取监测数据。其中Web服务器Boa主要完成创建套接字、接收和分析Web浏览器的请求、 调用后台CGI脚本程序以及向Web浏览器发送处理请求的结果。同时在进行酒店中淋浴设施的设计中，增加了利用VS1053模块播放音乐的功能，提高用户在淋浴时的舒适性。系统的功能结构图如图1所示：

3 系统硬件设计

3.1 STM32 核心模块

STM32处理器是ST（意法半导体）公司基ARM的Crotex-M4内核开发的一系列新型单片机。具有门数少，中断延迟少，调试容易等特点，而且具有丰富的GPIO引脚。STM32作为本模块的核心，可以很好地满足本系统对现场环境的数据采集。STM32通过与各种传感器连接构成数据采集模块。通过数据采集模块实时采集酒店环境参数等信号，交由STM32处理器进行处理。

3.2室内空气环境监测

3.2.1有害气体监测

系统采用气体传感器MQ135进行室内污染气体浓度的采集监测，MQ135的工作原理是当其处在有污染气体的地点时，其内部的气敏材料（SnO2）的电导率会随污染气体的浓度的增大而增大，随后通过相应的转换电路即可将电导率转换成与污染气体浓度对应的输出电压。此传感器可用于检测多种气体，例如氨气、芳族化合物、硫化物、苯系蒸汽、烟雾等气体，气敏元件测试浓度范围：10to1000ppm。MQ135输出是模拟信号，通过STM32的ADC接口进行模数转换成数字信号，完成对于室内有害气体浓度的采集[3]。

3.2.2室内温湿度采集

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点[4]。系统采用DHT11温湿度传感器对室内的温度以及湿度数据进行采集。STM32与DHT11之间的通讯采用单总线数据格式，一次通讯时间4ms 左右，数据分小数部分和整数部分：一次完整的数据传输为 40bit，高位先出。数据格式：8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验和。

3.3淋浴设施监测

3.3.1水温采集

水温采集使用温度传感器DS18B20，与DHT11温湿度传感器一样具有独特的单总线接口方式，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现与微处理器的双向通讯。测温范围为 -55℃至 +125℃[5]。DS18B20硬件连接如图2所示：

单总线上的所有通信都是以初始化序列开始，初始化过程包括复位过程和从机应答过程，按照DS18B20的时序图，相应的写0和写1并保持一定的时间，初始化之后，就可对DS18B20进行读写了，根据读写时序就可以对其进行一个字节的读取，读取到的数据是一个16位的带符号的二进制补码，对其进行相应的转换便能得到所需要的温度数据。

3.3.2水流量采集

水流量传感器是利用霍尔元件的霍尔效应来测量磁性物理量。在霍尔元件的正极串入负载电阻，同时通上5V的直流电压并使电流方向与磁场方向正交。由于霍尔元件的输出脉冲信号频率与磁性转子的转速成正比，转子的转速又与水流量成正比。

STM32拥有强大的定时器功能，通用定时器拥有捕获/比较寄存器，在对PWM脉冲输入进行分析的时候，将流量传感器的脉冲通过引脚输入到定时器的脉冲检测通道，通过相应的寄存器对捕获数据便进行计算可以得出输入脉冲的频率以及水流量的数据。

3.3.3音乐播放

VS1053是继VS1003后荷兰VLSI公司出品的又一款高性能解码芯片。该芯片可以实现对MP3/OGG/WMA 等音频格式的解码。主控通过对VS1053进行复位，相关寄存器的配置，发送音频数据即可进行音乐播放了。用户可以根据自身需要选择该功能。

3.4 GPRS数据传输

3.4.1 GPRS无线传输原理

基于GPRS的无线网络通信系统结构主要由位于数据采集现场的GPRS数据采集模块 、网络运营商提供GPRS网络与远程服务器三部分构成。数据采集模块位于景区酒店中，由于运营商的基站建设的普及，通信范围已覆盖我国的绝大部分地区，所以各数据采集模块可分散地使用在分布于各种不同地理环境的景区酒店中，从而避免了使用有线通信时线路铺设所带来的成本与施工难度问题，有利于推动了本系统的建设和布局。GPRS网络是现场数据采集系统与远程监控中心数据交换的桥梁[7]。GPRS网络机构如图3所示：

数据采集模块与位于酒店中的子系统主控STM32进行数据通信 ， 将各传感器采集到的数据通过移动基站实时发送到GPRS网络服务商所提供的GGSN服务器，GGSN分配给GPRS数据采集终端相应的IP地址，从而实现了数据采集终端与Internet 的连接。

3.4.2 GPRS数据采集

系统使用SIM900A模块进行GPRS通信，SIM900A是通过AT指令进行控制的，通过AT指令可以对模块进行各种参数的设置，数据的查询和发送，将传感器采集到的数据进行实时的上传[8]。其中常用到的AT指令如下所示：

AT+CSQ 查询当前信号质量，AT+CGREG？ 查询模块是否有注册网络，AT+CGATT？ 查询模块是否附着GPRS 网络，AT+CIICR 激活移动场景，AT+CIFSR 获得本地IP地址，AT+CIPSTART="TCP"，"124.235.160.149"，12345 建立TCP/IP连接，AT+CIPSEND 模块向服务器发送数据。SIM900A结构图如图4所示：

GPRS网络通信是以GSM网络为基础，GSM网络的语音通信优先级较高，在景区旅游的淡季时，可能会有有酒店接待游客较少的情况，由此会造成GPRS虽然在线但却没有数据流量传输， 由此造成数据业务的优先级会自动降低，GGSN服务器则会为了提高带宽利用效率而断开网络连接，此时对于GPRS模块来说，虽然IP地址还在，但已无法进行正常的数据传输。为了防止由此导致的网络中断 ，可在系统中设定每隔一段时间向服务器发送一个TCP数据包，以保证系统的网络连接不断线 。数据包发送的频率根据不同时间的需求做出调整，且不宜过高，免产生过高的额外流量带来的成本问题。

4 系统设计

4.1 主控移植UCOS操作系统

嵌入式操作系统在系统实时高效性、软件固态化、硬件的相关依赖性低以及应用的专用性等方面具有较为突出的特点。在位于酒店中的主控STM32中移植嵌入式UC0SIII操作系统，系统程序中采用时间轮偏转切换，每个任务具有相同的优先级，按顺序进行工作。该操作系统具有精简的内核，性能高、稳定，能提供很好的实时性[8]。

4.2 Web服务器与Boa移植

在远程监测系统中，为了使景区管理人员能够远程检测到酒店环境信息，需要在系统中移植一个支持CGI和脚本功能的Boa服务器，Boa服务器是一种单任务的服务器，支持CGI，而且源代码开放[10]。 Boa服务器的执行流程如图5所示。

Web服务器的初始化工作由Boa服务器来完成，当景区管理员在浏览器上做出数据请求时，Web服务器接受浏览器的请求后分析并解析出请求的方法、URL目标、可选的查询信息以及表单信息，Web服务器完成相应的处理后，向Web浏览器反馈相应信息，嵌入式Boa服务器为系统提供了网络接入和数据服务功能。系统基于TCP/IP协议、HTTP 协议，通过调用具有数据请求和控制功能的CGI程序，从而实现对远程端浏览器的请求处理，达到远程监控的目的。在服务器网页设计中，景区管理人员在浏览器中输入服务器的IP地址，得到登录界面，输入用户名和密码之后便可进入远程酒店环境监测界面。

5 结论

系统实现了酒店环境远程的功能，景区管理人员通过远程Web浏览器便可以对酒店环境进行实时监控，系统主要特点：1）温度传感器通过单总线与STM32进行通信；2）CGI控制界面动态刷新快，采用将文件保存到数组中的方式，数据处理和输出速度快，保证了对酒店环境的实时性监测；3）将酒店环境数据采集与Internet互联，是物联网技术在现代生活中的又一具有使用价值的应用；4）同时系统主控引脚众多，可以根据需要增加相应的传感器模块。本系统的设计旨在对景区酒店的服务质量进行监督，为旅客提供更好的住宿环境，对于景区旅游业的可持续发展以及拉动地方经济有着深远的影响，具有广泛的市场价值和社会价值。

参考文献：

[1] 姚蔚蔚.低碳旅游视角下酒店管理模式研究[J].生产力研究，2012（5）：203-204.

[2] 李笑涛，李智.基于GPRS和Web远程管理系统的设备监控终端设计[J].计算机与数字工程，2012，40（8）：136-138.

[3] 胡晓芳.基于AVR单片机的室内环境检测系统[J].自动化技术与应用，2014，33（7）：117-119，123.

[4] 范治政，刘永春.基于ARM9的大棚远程温湿度监控系统设计[J].湖北农业科学，2015，54（3）：705-708

[5] 向阳，曾超尘，熊瑛，等.基于GPRS网络的育苗温室远程监控系统研究[J].农机化研究，2015（10）：228-231

[6] 宫鹏，宫h，王瑞宝，等.基于嵌入式系统的多媒体音乐播放器[J].现代电子技术，2011，34（12）：100-103.

[7] Walke， B.H..The roots of GPRS： the first system for mobile packet-based global internet access[J].IEEE wireless communications，2013，20（5）：12-23

[8] 李涛，马殷元，杨东，等.基于STM32的GPRS远程监测终端设计[J].电子世界，2012（11）：126-127.

物联网环境监测范文第5篇

1物联网技术

1.1物联网的基本概念物联网，简称IOT，是一种基于互联网并将信息交流范围朝物与物之间联系的方向进行扩展和延伸而产生的一种新型的信息技术。物联网的定义源于1999年的麻省理工学院的专家们，其将物联网定义为按照相关协议，利用各种信息传感设备如射频识别、红外感应器等，连接互联网与物体，并通过对信息进行交换和通信的方式，从而实现物体识别、定位、跟踪、监控及管理等方面智能化和网络化的一种新型网络技术[1]。总体而言，物联网就是利用传感器，通过连接互联网和物体，从而实现物体的智能化管理。物联网技术的使用将人类的生产和生活与互联网相互连接，再对资源进行充分利用，提高社会劳动生产率的基础上实现了人类生产、生活的智能化、网络化。

1.2物联网的架构物联网的架构有三层，包括感知层、网络层和应用层。感知层主要是指物联网系统的传感设备，如RFID标签、GPS、传感器、摄像头等。感知层就像是人类的皮肤和感官，用于与外界事物进行接触并感知外界事物，感知层主要是用于识别并采集物体的各类信息。网络层主要是指物联网系统的通信信号和网络中心，如网络管理中心、监控中心、信息处理中心等。网络层就像是人类的神经中枢和大脑，将所收集的信息传输至监控中心并进行处理。应用层主要是指物联网系统的应用范围和方向。应用层就像是人类社的行业分工。现物联网技术已广泛应用于各行各业，根据行业物点，不同领域在利用物联网技术的基础上建立了具行业特色的物联网系统，物联网技术的使用有效实现了行业发展的智能化和网络化。

2物联网技术在生态环境监测中的应用

2.1大气监测物联网技术应用于大气监测主要是对大气进行流动监测和固定在线监测两种方法。流动监测不但可实现监测功能，同时还可具预报功能。流动监测是未来我国物联网技术应用于大气监测的主要方式。固定监测是指通过在排污口安装监测设备，同时在监测范围内以网格的形式安装传感器的方式对大气进行监测的一种方法。一旦监测范围内的大气发生了变化，相关工作人员通过网络迅速接收到传感器所感知到的信息并对其进行分析，加快了问题解决的速度，同时还提高了决策的科学性，为制定预防计划提供了信息依据。据了解，现我国已有多个城市建立起了完善的空气智能监测系统，以对空气常规指标进行实时监测，如武汉市。据统计，武汉市现已拥有8个监测子站，监测系统利用传感设备对大气中各种气体的数据进行了采集，包括二氧化硫、可吸入颗粒、氮氧化合物等，并将所采集的数据利用物联网系统的网络层传输至监控中心，从而实现了对大气的实时智能化监测[2]。

2.2水质监测水质监测及对水质进行评价等工作促进了水资源的保护、管理、开发及利用等工作的顺利开展，为水资源的全面管理提供了真实有效的数据依据。水质监测的范围相对较广，其不但包括工业排水及已被污染的天然水，而且还包括未被污染的自然水。水质监测工作不仅仅是观察和判断水质质量，而且还要充分了解水质当中所含有的有毒物质。若发现水质当中所含有毒物质量超标，则应立即向上级进行报告并及时采取防治措施。我国水质监测包括饮用水监测和水体污染监测两方面，其中利用物联网技术进行饮用水监测主要是通过在水源地安装传感器等设备，对居民用水水源地的水质进行实时检测，并对每日的检测结果进行分析，以及时了解当地水质情况，为相关管理部门制定相应的水资源保护、管理、利用等计划提供科学的信息依据。利用物联网技术进行水体污染监测则主要是对工业废水进行监测，包括污染源的生产设施及污染治理的相关设施，通过采集这些设施的相关参数，结合企业的生产工艺，以对工业企业的生产设施的污染物排放量及污染治理设施的治理效果进行监测，从而避免重大污染事件的发生，有效保护水质环境。

2.3生态监测物联网技术在生态监测中的使用主要是先对所要监测的区域进行分簇划分，将要实施监测的区域划分成各个分簇，然后再根据分簇的噪声、湿度及温度等情况以及监测需求安装相应类型的传感器，通过传感器来采集各类监测数据，然后再将所采集和收集到的数据传输至控制中心。在生态监测当中应用物联网技术不但使所采集的远程生态监测数据更加可靠，而且还使得数据传输更加及时，同时通过在监测区域内安装移动Agent节点，还可建立实时二维定位表，为数据的传输提供了最优路径，有效降低了网络能耗[3]。

2.4海洋监测物联网技术在海洋监测中的应用主要是结合了传感网及互联网，在所要监测的海域范围内的海塔之间采取搭建无线传感器的方式，利用传感器的节点来监测和采集海洋中的各种物质含量，如营养盐、重金属、有机磷农药等，然后将所采集的数据通过无线发射装置传输至监控中心，最后利用数据末端对所接收的数据进行处理。这就是利用物联网技术所建立的一个海洋环境智能监测系统。在这个系统当中，每一个节点都可连接不同的传感器，在实际工作当中可根据监测的具体情况来调整传感器的安装位置。

3存在的问题及发展趋势

虽然目前物联网技术已广泛应用于各领域和行业，但其仍存在部分问题，主要表现在以下方面：第一，未掌握关键技术，如传感器及云技术等方面技术，在很大程度上制约了物联网技术及产业的发展。第二，技术标准未实现统一。物联网三层架构当中每一层都有其各自的标准化组织，包括技术接口、协议等，但三层架构的却没有一个统一的标准，使得物联网系统稳定性较差。第三，网络安全问题。现物联网技术仍存在较多网络安全问题，网络漏洞的存在及网络黑客的攻击随时都会使得数据发生泄漏或遗失。在未来的发展当中，物联网技术将不断完善，在生态环境监测中的应用也将得到推广，其不但会应用于大气、水质、生态、海洋等方面，而且还会实现土壤监测、噪声监测、电磁监测等。同时随着科学技术的不断发展，物联网技术将实现更深层次的网络化和智能化，物联网系统的配备将更加齐全、完善，使物联网技术能更好地应用于各领域，从而提高各领域的生产效率，发挥出更大的作用。

4结语

物联网技术的使用加强了人与人、人与物、物与物之间的信息交流，是现代化科学技术以及社会经济不断发展的产物。在生态环境监测当中应用物联网技术一方面弥补了传统监测方式的不足，另一方面提高了监测的工作效率，有效促进了生态环境监测的发展。随着科学技术的进一步发展以及生态环境的监测需要，物联网技术在未来的发展将会越来越完善，在生态环境监测当中也会发挥着越来越大的作用。

参考文献：

[1]王希杰.基于物联网技术的生态环境监测应用研究[J].传感器与微系统，2011.

[2]张泽伟.关于环境监测中物联网技术的应用探讨[J].科技创新与应用，2015.