用移动设备完成环境监测

齐京

摘 要：环境监测是通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排放量的检测，跟踪环境质量的变化，确定环境质量水平，为环境管理、污染治理等工作提供数据分析和保证。简单地说，了解环境水平，进行环境监测，是开展一切环境工作的前提。环境监测的目的是为了准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势，为环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据。

关键词：传感器 客户机/服务器 串口

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（c）-0102-01

大气环境保护事关人民群众根本利益，事关经济持续健康发展，事关全面建成小康社会，事关实现中华民族伟大复兴中国梦。当前，我国大气污染形势严峻，以可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）为特征污染物的区域性大气环境问题日益突出，损害人民群众身体健康，影响社会和谐稳定。为了培养学生的软硬结合的产品开发意识和用户体验设计能力，激发学生对移动互联网应用软件开发领域的学习和研究兴趣，提高其软件编程能力和职业素养，使学生顺应移动互联网的发展趋势，现需要设计一套用于环境空气移动智能监控调节系统。实验机作为数据采集器，和沙盘的单片机板通过串口相连，用于采集各种传感器的数据；同时用实验机作为服务器，和客户端进行通讯，将采集到的传感器数据实时发送到客户端进行显示，并根据设置的阈值打开和关闭沙盘中的报警装置。

1 系统概述

智能环境监测是指通过计算机、传感器、通信网络等新技术，动态实时的获取和监测环境的各项指标。智能环境监测系统包括几个组成部分：客户端：客户端运行在平板电脑上，操作系统采用Android系统，用户可以通过平板电脑实时看到当前环境指标数值；服务器端：服务器端运行在定制实验箱硬件上，操作系统采用Android系统，服务器端一方面接受客户端数据读取请求，给予响应；另一方面通过串口读取外接模块。客户端与服务器端连接：通过wifi网络连接；协调器：一个单片机，与外部各种传感器以及继电器通信，协调器与传感器连接；服务器端与协调器：通过串口数据线连接。

2 服务器端系统架构

服务器端系统主要是负责创建Http服务和通过串口读数据，创建完毕，串口周期采集数据，串口数据保存到内存变量中，而Http服务则负责接收来自客户端的请求，当请求到达时创建一个线程处理该请求，线程内部首先解析请求，根据请求的参数区分进行后续的业务逻辑处理，业务逻辑处理过程会从内存变量中读取采集到的串口数据，处理完毕后构造响应消息应答客户端设备。Http服务器负责接收来自客户端的请求，当请求到达时创建一个线程处理该请求，线程内部首先解析请求，根据请求的参数区分进行后续的业务逻辑处理，业务逻辑处理过程会从消息队列中读取采集到的串口数据，处理完毕后构造响应消息应答客户端设备。

3 采集串口传感器数据

采集串口传感器数据完成定时任务，任务开始时，延时一秒发送外设请求。数据回传。循环读取外部设备数据，当读满一个采样周期完整的数据时，对该读到的数据按接口协议进行解析，解析出每个传感数据的数值，并将原始采样数值按照约定算法进行处理。设备连接后，应用程序发送命令。外设接收到指令后，返回设备物理地址，后续发送数据，解析需要依据这些地址。

4 关键设计

主程序负责服务器端界面的绘制，响应来自界面的用户操作。通过按钮打开和关闭串口和http服务。控制串口，读取串口数据有单独 service控制。http服务也是有单独service控制。它还要负责实现android平台下的http服务，在此基础上完成了客户端http请求消息的解析处理，并生成响应消息应答客户端的请求。另外还需SQLite编写，SQLite为移动客户端提供数据存储功能，它负责保存用户信息，提供用户登录验证和用户添加等。

5 我们的任务

我们的任务是设计客户端程序，它包括（1）正确登陆后，出现显示界面，在该界面下实现如下功能：时间及日期显示，PM2.5当前数值显示，PM2.5阈值设置，PM2.5超阈值后告警，PM2.5监测数值曲线显示，二氧化碳当前数值显示，二氧化碳阈值范围设置，二氧化碳超阈值后告警。（2）时间及日期显示：在主界面左下角能正确显示当前时间、日期及星期。（3）PM2.5当前数值显示：在主界面中能够正确显示当前PM2.5的数值。（4）PM2.5阈值设置：点击图中“设置”按钮，能够弹出PM2.5告警阈值设置对话框，在该对话框左侧会显示当前PM2.5的监测值，并能显示当前告警状态，可以设置PM2.5告警的阈值，点击确定按钮后可以正确修改PM2.5阈值并返回环境监测界面。（5）PM2.5超阈值后告警：在性能监测界面的PM2.5当前数值显示右上侧有告警状态显示。（6）PM2.5监测数值曲线显示：在环境监测主界面能够动态显示PM2.5的状态曲线，显示出PM2.5的变换状况。每个绘图点的高度要能够反映出所对应时间点的数值高度，在每个绘图点的上方有所对应数值显示。（7）二氧化碳当前数值显示：在主界面右下角能够显示二氧化碳浓度的当前监测值。（8）二氧化碳阈值范围设置：点击图中“设置”按钮，能够弹出如下图所示对话框，在该对话框中，能够显示出二氧化碳的当前监测值，以及目前告警状态。用户能够输入二氧化碳的阈值上限及下限。设置完成后点击“确定”按钮能够返回主界面，并正确修改报警阈值。（9）二氧化碳超阈值后告警：当二氧化碳浓度超过所设定的上门限或下门限时，主界面中将显示二氧化碳告警，远程控制功能：用户可以通过点击主界面上的按钮来打开远程的告警灯，或点击主界面上的按钮来关闭远程的告警灯。客户端与服务器端通信采用http消息通信，消息的body采用jason格式描述。系统包括登录部分、多个指标显示、单个指标动态显示、指标阀值设置界面等。产品主要功能模块展示，涉及“空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照强度、二氧化碳”共6个模块的实时数据展示，以及当某参数超过设置的数值范围后，将采用颜色高亮（红色）的方式，提醒用户，单个指标动态显示更详细的展示波动曲线。曲线图根据设定的阀值，显示两种状态（正常、预警）。预警状态，显示为红色。

参考文献

[1] 传感器采集串口通讯协议.endprint