CN116047969A - 一种家居环境远程监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种家居环境远程监测系统，属于环境监测技术领域。本发明所述的一种家居环境远程监测系统由主机系统、从机系统、物联网云平台组成，所述主机系统通过WiFi通信模块与从机系统通信，并通过4G通信模块与物联网云平台通信；所述从机系统包括温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器、图像传感器、继电器模块、蜂鸣器模块、TFT屏幕电路，用于实时采集家居环境数据；所述物联网云平台包括显示模块、存储模块、控制模块，用于家居环境数据的图像化展示、存储、控制。本发明具有成本低、检测精度高、通信过程安全稳定、用户操作界面简洁、兼容性好等优点，实现了家居环境的实时监测和家庭设备的远程控制，并提供用户远程报警功能。
Description
技术领域
本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种家居环境远程监测系统。
背景技术
随着物联网技术的发展，人们对智能家居的需求越来越个性化，不再满足传统的一键控制式智能家居监测系统，开始追求更智能、健康舒适、安全的居住品质，因此各大厂商都在力求创新以满足用户需求，在实现全方位监测的同时提供用户良好的家居环境。但是由于平台与协议的不统一，实现多功能家居环境监测必须配置多种传感器、执行器，会造成功能重叠的浪费。近几年来，物联网、云计算以及无线通信等技术的发展为智能家居监测带来了新的解决方案。
现在市场上常见的家居环境监测设备大致分为两大类，第一类是独立工作、功能单一的检测设备，如温度计、烟雾报警器等，这种设备检测范围较小，使用较为局限，一般只用在对某一种环境参数比较敏感的场合；第二类为组网工作的环境监测设备，这类设备一般通过布线将设备检测到的数据汇集到主机设备中，可以连接多个传感器，检测范围更大，但是这类设备一般检测的环境参数较少，同时安装时需要大范围布线，增加了材料成本和安装成本，提高了安装难度，并且大量布线的局限性较大。因此，设计一种无需布线、使用更为灵活、包含多种环境检测传感器的家居监测系统是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种家居环境远程监测系统。该系统可对家居环境中的温湿度、光照强度、烟雾等多种环境参数和室内情况进行实时监测、显示，并通过4G通信技术、MQTT协议和物联网云平台OneNET实现用户与家居设备的无线通信与远程控制。
本发明所述的一种家居环境远程监测系统，由主机系统、从机系统、物联网云平台组成。
所述主机系统由单片机、WiFi通信模块和4G通信模块组成；所述单片机被配置为根据系统预设的程序对所述主机系统中WiFi通信模块和4G通信模块进行控制；WiFi通信模块被配置为与所述从机系统进行无线通信，接收所述从机系统采集的数据；4G通信模块被配置为与物联网云平台进行无线通信，将从机系统采集的数据发送至所述物联网云平台。
所述从机系统由单片机、WiFi通信模块、温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器、图像传感器、继电器模块、蜂鸣器模块和TFT屏幕电路组成；
所述单片机被配置为根据系统预设的程序对所述从机系统中WiFi通信模块、温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器、图像传感器、继电器模块、蜂鸣器模块和TFT屏幕电路进行控制；
所述温湿度传感器被配置为实时监测室内温湿度值；
所述光照传感器被配置为实时监测室内光照强度；
所述烟雾传感器被配置为实时监测室内烟雾值；
所述图像传感器包括摄像头和SD卡，所述摄像头被配置为实时监测室内情况，当所述主机系统判断所述从机系统检测到的室内温湿度值、光照强度、烟雾值超出预定阈值范围时，自动触发所述摄像头对当前家居环境进行拍摄，所述SD卡被配置为保存所述摄像头拍摄的图像；
所述继电器模块被配置为根据所述物联网云平台中按键改变开启或闭合状态，模拟家居设备的启动或关闭；
所述蜂鸣器模块被配置为根据所述温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器检测到的室内温湿度值、光照强度、烟雾值生成报警指令，进行声光报警提醒室内人员异常情况；
所述TFT屏幕电路被配置为实时显示所述从机系统采集到的环境参数和室内图像。
所述物联网云平台由显示模块、存储模块和控制模块组成；
所述显示模块，被配置为图像化展示家居环境数据；
所述存储模块，被配置为存储家居环境数据；
所述控制模块，被配置为用户通过控制按键对所述从机系统中继电器模块进行启动和关闭。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过主机系统、从机系统和物联网云平台进行网络连接，其中主机系统通过WiFi模块与从机系统进行无线通信，通过4G通信模块与物联网云平台进行无线通信，将从机系统采集到的温湿度、光照强度、烟雾等多个环境指标和室内图像进行整合，实时显示在物联网云平台中。当数据达到报警线时，主机系统通过4G通信模块向用户手机终端发送报警短信，短信中包括当前环境数据以及室内图像，用户可通过物联网云平台提供的网络地址，在浏览器中查看并控制家居设备进行处理。本发明具有成本低、检测精度高、通信过程安全稳定、用户操作界面简洁、兼容性好等优点，实现了家居环境的实时监测和家庭设备的远程控制，并提供用户远程报警功能。
附图说明
图1为本发明系统总体架构示意图。
图2为本发明主机系统的结构示意图。
图3为本发明从机系统的结构示意图。
图4为本发明系统总体运行流程图。
具体实施方式
实施例1
参考图1所示，本发明提供了一种基于家居环境远程监测系统，包括主机系统、从机系统和物联网云平台；
所述主机系统用于与从机系统进行无线通信接收环境数据、生成报警信息、实现远程报警，与物联网云平台进行无线通信上传环境数据；
所述从机系统包括若干个从机设备，用于采集室内的温湿度、光照强度、烟雾等多个环境指标和室内图像；
所述物联网云平台使用物联网云平台OneNET，所述物联网云平台OneNET包括显示模块、存储模块、控制模块，所述显示模块用于图像化展示家居环境数据，所述存储模块用于存储家居环境数据，所述控制模块用于用户通过控制按键对所述从机系统中继电器模块进行启动和关闭，所述物联网云平台OneNET支持MQTT通信协议，通过MQTT通信协议可以简单、快速地以多种展示形式进行数据图像化显示和远程控制所述从机系统，可根据需求进行个性化设计、选择展示组件，简化开发流程，降低企业生产成本；
通过所述主机系统、所述从机系统和所述物联网云平台进行网络连接，其中所述主机系统的Air724UG 4G通信模块与所述物联网云平台进行无线通信，通过ESP8266 WiFi模块与从机系统进行无线通信，所述主机系统将从机系统采集到的温湿度、光照强度、烟雾等多个环境指标和室内图像进行整合，实时显示在物联网云平台中，方便用户实时监测，当数据超出阈值时所述主机系统通过远程报警的方式对用户进行提醒，用户可通过所述所述物联网云平台中控制模块对所述从机系统中继电器模块进行操作，实现用户异地处理室内异常情况，降低了事故发生率。
参考图2所示，所述主机系统由STM32F103ZET6单片机、ESP8266 WiFi模块、Air724UG 4G通信模块和TFT-LCD屏幕电路组成，ESP8266 WiFi模块和Air724UG 4G通信模块通过USART串口与STM32F103ZET6单片机进行数据交互；
所述STM32F103ZET6单片机用于根据系统预设的程序对所述主机系统中ESP8266WiFi模块和Air724UG 4G通信模块进行控制，所述STM32F103ZET6单片机的电源接口与USB接口的5V转3.3V电源电路连接；
所述ESP8266 WiFi模块用于与所述从机系统进行远程通信，实时接收当前室内环境参数数据，所述ESP8266 WiFi模块的电源接口与所述STM32F103ZET6单片机的5V转3.3V电源电路连接，所述ESP8266 WiFi模块的Tx接口与所述所述STM32F103ZET6单片机的RXD接口连接，所述ESP8266 WiFi模块的Rx接口与所述STM32F103ZET6单片机的TXD接口连接，通过AT命令进行联网配置后可远程接收数据；
所述Air724UG 4G通信模块用于与所述物联网云平台进行远程通信，所述Air724UG 4G通信模块与所述STM32F103ZET6单片机连接，所述Air724UG 4G通信模块内置MQTT协议，配有自弹式SIM卡座，用户自行安装SIM卡后，可通过MQTT通信协议的发送指令向所述物联网云平台远程传输数据，并接收所述主机系统发送的报警短信；
所述TFT-LCD屏幕电路用于实时显示室内环境参数数据，所述TFT-LCD屏幕电路的电源接口与所述STM32F103ZET6单片机的5V转3.3V电源电路连接，所述TFT-LCD屏幕电路包括SDI写数字信号电路和SDO读数字信号电路两部分，用于与所述STM32F103ZET6单片机进行数据传输。
参考图3所示，所述从机系统由STM32F103ZET6单片机、ESP8266 WiFi模块、DHT11温湿度传感器、BH1750光照传感器、MQ-135烟雾传感器、OV7670图像传感器、继电器模块、蜂鸣器模块和TFT-LCD屏幕电路组成，ESP8266 WiFi模块通过USART串口与STM32F103ZET6单片机进行数据交互；
所述ESP8266 WiFi模块用于与所述主机系统进行远程通信，实时发送当前室内环境参数数据，所述ESP8266 WiFi模块的电源接口与所述STM32F103ZET6单片机的5V转3.3V电源电路连接，所述ESP8266 WiFi模块的Tx接口与所述所述STM32F103ZET6单片机的RXD接口连接，所述ESP8266 WiFi模块的Rx接口与所述STM32F103ZET6单片机的TXD接口连接，通过AT命令进行联网配置后可远程上传数据；
所述DHT11温湿度传感器用于实时监测室内温湿度值，所述DHT11温湿度传感器通过单总线DATA接口与所述STM32F103ZET6单片机连接，用于上传温湿度值；
所述BH1750光照传感器用于实时监测室内光照强度，所述BH1750光照传感器通过IIC总线与所述STM32F103ZET6单片机的IIC总线接口连接，用于上传光照强度；
所述MQ-135烟雾传感器用于实时监测室内烟雾值，所述MQ-135烟雾传感器包括AO引脚，所述MQ-135烟雾检测模块通过AO引脚与STM32F103ZET6单片机的AD转换输入引脚连接得到电压值，根据所述MQ-135传感器气体浓度转换原理，气体浓度与电压值成正比，将在无烟雾环境下的电压设为参考电压，存在烟雾时根据电压增加量可计算得到气体浓度；
所述OV7670图像传感器用于实时监测室内情况，所述OV7670图像传感器的电源接口与所述STM32F103ZET6单片机的5V转3.3V电源电路连接，所述OV7670图像传感器通过SCCB接口与所述STM32F103ZET6单片机连接，用于采集2帧QVGA格式的图像数据，并将图像存储至SD卡；
所述继电器模块包括2路5V SRD-5VDC-SL-C继电器模块，所述2路5VSRD-5VDC-SL-C继电器模块的电源与信号触发端、输出控制端、触发选择端的端口与所述STM32F103ZET6单片机连接，根据所述主机系统Air724UG 4G通信模块传输的操作指令，判断并决定是否驱动外接电路的开关；
所述蜂鸣器模块包括SS8050三极管，所述SS8050三极管与所述STM32F103ZET6单片机连接，用于根据所述温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器结果生成报警指令，进行声光报警提醒室内人员异常情况；
所述TFT-LCD屏幕电路用于实时显示室内环境参数数据和室内图像，所述TFT-LCD屏幕电路的电源接口与所述STM32F103ZET6单片机的5V转3.3V电源电路连接，所述TFT-LCD屏幕电路通过SDI写数字信号、SDO读数字信号与所述STM32F103ZET6单片机进行数据传输。
参考图4所示，当系统上电后，对所述STM32F103ZET6单片机、所述从机系统中DHT11温湿度传感器、BH1750光照传感器、MQ-135烟雾传感器、OV7670图像传感器、继电器等模块进行初始化，接着完成ESP8266 WiFi模块、Air724UG4G通信模块初始化，之后系统自动与物联网云平台OneNET服务器建立MQTT通信协议下的连接，此时可进行系统内部、外部的环境数据传输，用户可分别通过所述主机系统中TFT-LCD屏幕、所述从机系统中TFT-LCD屏幕、物联网云平台OneNET中显示模块进行监测；
当系统接收并解析环境数据后，判断此数据是否超出阈值，若超出则驱动所述从机系统中OV7670摄像头进行拍摄，并将图像保存至SD卡中，进而通过Air724UG 4G通信模块向用户发送报警短信，同时用户也可以通过物联网云平台OneNET中控制模块驱动并控制所述从机系统中继电器的状态，此监测、控制过程在系统断电前始终进行。
Claims (4)
1.一种家居环境远程监测系统，其特征在于：由主机系统、从机系统、物联网云平台组成，
主机系统由单片机、WiFi通信模块和4G通信模块组成；所述单片机被配置为根据系统预设的程序对所述主机系统中WiFi通信模块和4G通信模块进行控制；WiFi通信模块被配置为与所述从机系统进行无线通信，接收所述从机系统采集的数据；4G通信模块被配置为与物联网云平台进行无线通信，将从机系统采集的数据发送至所述物联网云平台；
从机系统由单片机、WiFi通信模块、温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器、图像传感器、继电器模块、蜂鸣器模块和TFT屏幕电路组成；所述单片机被配置为根据系统预设的程序对所述从机系统中WiFi通信模块、温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器、图像传感器、继电器模块、蜂鸣器模块和TFT屏幕电路进行控制；所述温湿度传感器被配置为实时监测室内温湿度值；所述光照传感器被配置为实时监测室内光照强度；所述烟雾传感器被配置为实时监测室内烟雾值；所述图像传感器包括摄像头和SD卡，所述摄像头被配置为实时监测室内情况，当所述主机系统判断所述从机系统检测到的室内温湿度值、光照强度、烟雾值超出预定阈值范围时，自动触发所述摄像头对当前家居环境进行拍摄，所述SD卡被配置为保存所述摄像头拍摄的图像；所述继电器模块被配置为根据所述物联网云平台中按键改变开启或闭合状态，模拟家居设备的启动或关闭；所述蜂鸣器模块被配置为根据所述温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器检测到的室内温湿度值、光照强度、烟雾值生成报警指令，进行声光报警提醒室内人员异常情况；所述TFT屏幕电路被配置为实时显示所述从机系统采集到的环境参数和室内图像。
物联网云平台由显示模块、存储模块和控制模块组成；所述显示模块，被配置为图像化展示家居环境数据；所述存储模块，被配置为存储家居环境数据；所述控制模块，被配置为用户通过控制按键对所述从机系统中继电器模块进行启动和关闭。
2.如权利要求1所述的一种家居环境远程监测系统，其特征在于：主机系统由STM32F103ZET6单片机、ESP8266 WiFi模块、Air724UG 4G通信模块和TFT-LCD屏幕电路组成，ESP8266 WiFi模块和Air724UG 4G通信模块通过USART串口与STM32F103ZET6单片机进行数据交互；
所述STM32F103ZET6单片机用于根据系统预设的程序对所述主机系统中ESP8266 WiFi模块和Air724UG 4G通信模块进行控制，所述STM32F103ZET6单片机的电源接口与USB接口的5V转3.3V电源电路连接；
所述ESP8266 WiFi模块用于与所述从机系统进行远程通信，实时接收当前室内环境参数数据，所述ESP8266 WiFi模块的电源接口与所述STM32F103ZET6单片机的5V转3.3V电源电路连接，所述ESP8266 WiFi模块的Tx接口与所述所述STM32F103ZET6单片机的RXD接口连接，所述ESP8266 WiFi模块的Rx接口与所述STM32F103ZET6单片机的TXD接口连接，通过AT命令进行联网配置后可远程接收数据；
所述Air724UG 4G通信模块用于与所述物联网云平台进行远程通信，所述Air724UG 4G通信模块与所述STM32F103ZET6单片机连接，所述Air724UG 4G通信模块内置MQTT协议，配有自弹式SIM卡座，用户自行安装SIM卡后，可通过MQTT通信协议的发送指令向所述物联网云平台远程传输数据，并接收所述主机系统发送的报警短信；
所述TFT-LCD屏幕电路用于实时显示室内环境参数数据，所述TFT-LCD屏幕电路的电源接口与所述STM32F103ZET6单片机的5V转3.3V电源电路连接，所述TFT-LCD屏幕电路包括SDI写数字信号电路和SDO读数字信号电路两部分，用于与所述STM32F103ZET6单片机进行数据传输。
3.如权利要求1所述的一种家居环境远程监测系统，其特征在于：从机系统由STM32F103ZET6单片机、ESP8266 WiFi模块、DHT11温湿度传感器、BH1750光照传感器、MQ-135烟雾传感器、OV7670图像传感器、继电器模块、蜂鸣器模块和TFT-LCD屏幕电路组成，ESP8266 WiFi模块通过USART串口与STM32F103ZET6单片机进行数据交互；
所述ESP8266 WiFi模块用于与所述主机系统进行远程通信，实时发送当前室内环境参数数据，所述ESP8266 WiFi模块的电源接口与所述STM32F103ZET6单片机的5V转3.3V电源电路连接，所述ESP8266 WiFi模块的Tx接口与所述所述STM32F103ZET6单片机的RXD接口连接，所述ESP8266 WiFi模块的Rx接口与所述STM32F103ZET6单片机的TXD接口连接，通过AT命令进行联网配置后可远程上传数据；
所述DHT11温湿度传感器用于实时监测室内温湿度值，所述DHT11温湿度传感器通过单总线DATA接口与所述STM32F103ZET6单片机连接，用于上传温湿度值；
所述BH1750光照传感器用于实时监测室内光照强度，所述BH1750光照传感器通过IIC总线与所述STM32F103ZET6单片机的IIC总线接口连接，用于上传光照强度；
所述MQ-135烟雾传感器用于实时监测室内烟雾值，所述MQ-135烟雾传感器包括AO引脚，所述MQ-135烟雾检测模块通过AO引脚与STM32F103ZET6单片机的AD转换输入引脚连接得到电压值，根据所述MQ-135传感器气体浓度转换原理，气体浓度与电压值成正比，将在无烟雾环境下的电压设为参考电压，存在烟雾时根据电压增加量可计算得到气体浓度；
所述OV7670图像传感器用于实时监测室内情况，所述OV7670图像传感器的电源接口与所述STM32F103ZET6单片机的5V转3.3V电源电路连接，所述OV7670图像传感器通过SCCB接口与所述STM32F103ZET6单片机连接，用于采集2帧QVGA格式的图像数据，并将图像存储至SD卡；
所述继电器模块包括2路5V SRD-5VDC-SL-C继电器模块，所述2路5VSRD-5VDC-SL-C继电器模块的电源与信号触发端、输出控制端、触发选择端的端口与所述STM32F103ZET6单片机连接，根据所述主机系统Air724UG 4G通信模块传输的操作指令，判断并决定是否驱动外接电路的开关；
所述蜂鸣器模块包括SS8050三极管，所述SS8050三极管与所述STM32F103ZET6单片机连接，用于根据所述温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器结果生成报警指令，进行声光报警提醒室内人员异常情况；
所述TFT-LCD屏幕电路用于实时显示室内环境参数数据和室内图像，所述TFT-LCD屏幕电路的电源接口与所述STM32F103ZET6单片机的5V转3.3V电源电路连接，所述TFT-LCD屏幕电路通过SDI写数字信号、SDO读数字信号与所述STM32F103ZET6单片机进行数据传输。
4.如权利要求1所述的一种家居环境远程监测系统，其特征在于：物联网云平台使用物联网云平台OneNET，支持MQTT通信协议，物联网云平台通过MQTT通信协议以多种展示形式进行数据图像化显示和远程控制所述从机系统。
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