CN108650648A

CN108650648A - 一种室内环境监测系统

Info

Publication number: CN108650648A
Application number: CN201810300242.0A
Authority: CN
Inventors: 余其江; 高飞; 邢传玺; 罗丽
Original assignee: Yunnan Minzu University
Current assignee: Yunnan Minzu University
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2018-10-12

Abstract

本发明公开了一种室内环境监测系统，该系统包括节点组网模块、数据采集模块、数据传输模块、数据显示模块、数据融合模块、远程监控模块；节点组网模块为终端节点和协调器节点的组网；数据采集模块由置于室内的若干个监测终端构成；数据传输模块用于网络中数据的传输；数据显示模块用于室内环境参数的实时显示、历史数据的查询显示以及历史数据的曲线变化情况的显示；数据存储模块结合数据库技术对监测终端采集的数据进行存储；数据融合模块用于进行数据级融合与特征级融合。本发明的系统不仅可以完成对室内环境的实时监测，而且嵌入了数据融合算法，解决了数据冗余、准确性等问题并对环境参数进行了预测，同时也实现了远程对系统的监控。

Description

一种室内环境监测系统

技术领域

本发明涉及室内环境监测领域，具体涉及一种室内环境监测系统。

背景技术

当今社会，人们的生活和工作在室内环境中所花费的时间比重已达到全天的80％～90％，因而人们的身心健康直接受到室内环境质量的影响。据统计，室内环境的污染远比室外环境要严重的多。目前，市面上的对室内环境进行监测的系统存在许多的问题，如监测不方便、系统能耗较大、成本高、数据不准确等。而对室内环境进行监测，不仅可以帮助人们实时掌握室内环境状况，及时作出调节，而且保护了人们身体健康，方便了人们的生活。

无线传感网络技术是一种短距离、低成本、低功耗的无线通信技术，它在环境监测领域具有非常广泛的应用。将无线传感网络技术与数据融合进行结合，不仅减少了网络数据的冗余，而且极大地提高了数据的准确性，延长了整个网络的生命周期。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种室内环境监测系统。

为实现上述目的，本发明具体通过以下技术方案实现：

一种室内环境监测系统，包括：

节点组网模块、数据采集模块、数据传输模块、数据显示模块、数据融合模块、远程监控模块；

所述节点组网模块为终端节点和协调器节点的组网，用于对节点进行分簇，完成数据的传输和数据的融合；

所述数据采集模块由置于室内的若干个监测终端构成，用于获取室内环境中的温度数据、湿度数据、有害气体浓度数据、可燃气体含量数据；

所述数据传输模块用于网络中数据的传输，当簇内节点采集到数据后，首先将采集到的数据发送到对应的簇头节点，然后簇头节点将数据汇集到网关节点，最后由网关节点将数据传输到上位机显示，完成数据的传输；

所述数据显示模块与数据采集模块相连，用于室内环境参数的实时显示、历史数据的查询显示以及历史数据的曲线变化情况的显示；

所述数据存储模块结合数据库技术对监测终端采集的数据进行存储，便于数据查询和提取；

所述数据融合模块用于进行数据级融合与特征级融合，数据级融合在监测终端的簇头处进行，采用模糊贴进度算法进行融合，特征级融合于数据中心进行，使用BP神经网络算法进行融合；

所述远程监控模块用于对系统进行远程监控，帮助用户更加方便的对系统实时监控。

进一步地，所述节点组网模块包括zigbee终端节点、zigbee协调器节点；zigbee终端节点与zigbee协调器节点进行组网；

进一步地，所述数据采集模块包括zigbee网关节点、zigbee簇头节点1、zigbee簇头节点2、zigbee簇头节点3、zigbee簇内节点1、zigbee簇内节点2、zigbee簇内节点3、温湿度传感器、有害气体传感器、可燃气体传感器；所述zigbee簇头节点与zigbee网关节点进行连接，簇头节点将数据汇聚到网关节点；所述zigbee簇内节点1加入zigbee簇头1组成的簇；所述zigbee簇内节点2加入zigbee簇头2组成的簇；所述zigbee簇内节点3加入zigbee簇头3组成的簇；所述zigbee簇内节点1与温湿度传感器连接，用于监测室内的温度和空气湿度；所述zigbee簇内节点2与有害气体传感器连接，用于监测室内的氮气、一氧化碳、硫化物等有害气体浓度；所述zigbee簇内节点3与可燃气体传感器连接，用于监测室内的甲烷、液化气、甲烷、丁烷、丙烷、烟雾等可燃气体含量；

进一步地，所述远程监控模块包括手机APP、上位机服务器，所述手机APP与上位机服务器进行连接，实现远程监控；

本发明数据融合模块在簇头节点使用模糊贴近度算法进行一级融合，该级融合减少了数据融合，提高了数据的准确性。在上位机上使用BP神经网络算法进行二级数据融合，该级融合可以对室内环境参数进行预测，从而提高用户决策的可靠性；远程监控模块使用本发明开发的手机APP连接WIFI信号对上位机服务器请求连接，当手机APP连接成功后，即可接受来自上位机服务器的数据，从而完成远程监控功能。因此，所述的室内环境监测系统不仅完成了对室内环境的节点组网、数据采集、数据传输、数据显示、数据存储以及远程监控等功能，而且使用数据融合技术使得网络的数据冗余降低、准确性提高，并且对室内环境参数进行了预测，有效地帮助人们对室内环境状况进行决策。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为本发明的上位机结构图

图3为本发明的手机APP结构图。

具体实施方式

下面阐述本发明的具体实施方式。

如图1所示，一种室内环境监测系统，包括温湿度传感器1、温湿度传感器2、温湿度传感器3、有害气体传感器1、有害气体传感器2、有害气体传感器3、可燃气体传感器1、可燃气体传感器2、可燃气体传感器3、簇内节点1、簇内节点2、簇内节点3、簇内节点4、簇内节点5、簇内节点6、簇内节点7、簇内节点8、簇内节点9、簇头节点1、簇头节点2、簇头节点3、网关节点、上位机软件、手机APP，所述温湿度传感器1、温湿度传感器2、温湿度传感器3分别与簇内节点1、簇内节点2、簇内节点3连接，用于采集室内的温度和空气湿度；所述有害气体传感器1、有害气体传感器2、有害气体传感器3分别与簇内节点4、簇内节点5、簇内节点6连接，用于采集室内的氮气、一氧化碳、硫化物等有害气体浓度；所述可燃气体传感器1、可燃气体传感器2、可燃气体传感器3分别与簇内节点7、簇内节点8、簇内节点9连接，用于采集室内的甲烷、液化气、乙烷、丙烷等可燃气体浓度；所述簇内节点1、簇内节点2、簇内节点3与簇头节点1连接，用于完成温湿度数据传输和温湿度数据的数据级融合；所述簇内节点4、簇内节点5、簇内节点6与簇头节点2连接，用于完成有害气体数据传输和数据的数据级融合；所述簇内节点7、簇内节点8、簇内节点9与簇头节点3连接，用于完成可燃气体数据传输和数据的数据级融合；所述簇头节点1、簇头节点2、簇头节点3与网关节点连接，用于完成对融合后数据的传输及汇聚；所述网关节点与上位机软件连接，用于完成节点到上位机数据的传输；所述上位机软件用于完成数据的接受；所述上位机软件完成数据显示、数据查询、数据存入数据库、数据融合等功能；所述手机APP与上位机连接，用于完成系统的远程监控。

如图2所示，上位机软件结构图，包括用户登录界面、日数据曲线绘制界面、实时数据融合输出界面、时段数据查询输出界面、数据显示界面，所述用户登录界面用于注册用户进行软件登录，普通用户可进行注册，经管理员允许后登陆；所述主界面为菜单界面，用于用户选择想要进行入的界面；所述数据显示界面通过开启串口接受来自网关节点的数据，并对数据进行显示。当数据接收后可将数据插入SQLSERVER数据库中。此外，上位机作为服务器进行开启，接受来自手机APP的连接；所述时段数据查询界面可以帮助用户查询某段时间的室内环境数据情况；所述日数据曲线绘制界面帮助用户查看某日的室内温度、空气湿度、有害气体浓度、可燃气体浓度的数据变化曲线。所述实时数据融合输出界面，使用BP神经网络算法对数据库中的数据进行二级数据融合，得到融合后数据的结果并在界面上进行显示。

如图3所示，手机APP结构图，包括用户登录界面、数据变化界面、历史数据查询界面、数据显示界面，所述用户登录界面用于注册用户进行软件的登录，普通用户可进行注册，经管理员允许后登录；所述主界面为菜单界面，用于用户进行选择；所述数据显示界当成功连接上上位机服务器后，可接受来自上位机服务器的数据并对数据进行显示，同时将接受的数据插入SQLite数据库中；所述历史数据查询界面可以帮助用户查询某段时间的室内环境数据情况；所述数据变化曲线界面帮助用户查看某段时间的温度、空气湿度、有害气体浓度、可燃气体浓度的数据变化曲线。

本具体实施为了完成数据的采集及传输，使用组播通信的通信方式和星型网络的拓扑结构，当节点工作后，节点加入自身所在的簇，每个簇包括一个簇头节点和若干簇内节点，从而完成节点的分簇组网；数据采集模块指使用与簇成员节点连接的温湿度传感器、有害气体传感器、可燃气体传感器采集相应的室内环境中的温度、空气湿度、有害气体含量、可燃气体浓度等参数。簇内节点将传感器采集后的数据经过节点核心芯片CC2530处理后，通过天线进行发送；数据传输模块用于网络中数据的传输，当簇内节点采集到数据后，首先将采集到的数据发送到对应的簇头节点，然后簇头节点将数据汇集到网关节点，最后由网关节点将数据传输到上位机显示，完成数据的传输；数据显示模块是指上位机接收到网关节点的数据后，将数据在软件界面上进行显示；数据存储模块指使用数据库技术对上位机接收的数据进行存储。数据融合模块包括两级数据融合，即在簇头节点使用模糊贴近度算法进行一级融合，该级融合减少了数据融合，提高了数据的准确性。在上位机上使用BP神经网络算法进行二级数据融合，该级融合可以对室内环境参数进行预测，从而提高用户决策的可靠性；远程监控模块使用本发明开发的手机APP连接WIFI信号对上位机服务器请求连接，当手机APP连接成功后，即可接受来自上位机服务器的数据，从而完成远程监控功能。

本发明的一种室内环境监测系统，是一个集无线传感网络技术、数据融合技术、软件开发技术于一体的软硬件相结合的系统。系统首先完成节点在室内的组网、分簇，通过相应的传感器完成室内环境的温度、空气湿度、可燃气体浓度、有害气体浓度的采集，并在簇头节点使用模糊贴近度算法进行数据级融合，从而减小系统数据的冗余、提高数据的准确性；然后通过网关节点将数据传输到上位机软件，在上位机上完成数据的显示、数据的存储、数据的查询、数据变化曲线绘制等功能，并使用BP神经网络算法对数据进行特征级融合，从而可以对室内环境参数进行预测，帮助人们进行决策；最后，使用系统配套的手机APP连接WIFI信号后申请对上位机服务器连接，待连接成功后，即可显示上位机发送来的数据，并且在手机APP上还可以进行历史数据查询、数据变化曲线查看等功能；该系统在室内环境监测系统的功能性、便利性、稳定性、准确性等都有较大的提高，系统在实际应用中具有很高的实用价值。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种室内环境监测系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种室内环境监测系统，其特征在于，所述节点组网模块为zigbee终端节点和zigbee协调器节点的组网。

3.如权利要求1所述的一种室内环境监测系统，其特征在于，所述数据采集模块包括zigbee网关节点、zigbee簇头节点1、zigbee簇头节点2、zigbee簇头节点3、zigbee簇内节点1、zigbee簇内节点2、zigbee簇内节点3、温湿度传感器、有害气体传感器、可燃气体传感器；zigbee簇头节点与zigbee网关节点进行连接，簇头节点将数据汇聚到网关节点；zigbee簇内节点1加入zigbee簇头1组成的簇；zigbee簇内节点2加入zigbee簇头2组成的簇；zigbee簇内节点3加入zigbee簇头3组成的簇；zigbee簇内节点1与温湿度传感器连接，用于监测室内的温度和空气湿度；zigbee簇内节点2与有害气体传感器连接，用于监测室内的有害气体浓度；所述zigbee簇内节点3与可燃气体传感器连接，用于监测室内的可燃气体含量。

4.如权利要求1所述的一种室内环境监测系统，其特征在于，所述远程监控模块包括手机APP、上位机服务器，手机APP与上位机服务器进行连接，实现远程监控。