基于OneNET云平台的室内环境监测系统

薛鸿民 王炜卓

摘 要：隨着物联网、区块链、大数据和人工智能的发展，环境监测行业迅猛发展。但目前很多环境基础设施依旧存在简陋、陈旧，且缺乏现代化的缺憾。为了更加高效精准地获取当前室内环境的各类信息，实现环境信息精准监测，我们设计了一种基于OneNET云平台的室内环境监测系统。该系统采用ZigBee开发板，以CC2530芯片作为数据处理的核心，实现数据的无线传输，并通过智能感知、存储以及计算与室内环境的多维度数据融合技术，实现了基于多源感知节点的室内环境智能监测与自动控制等功能。

关键词：物联网  室内环境监测  OneNET云平台  ZigBee无线通信

中图分类号：X924     文献标识码：A

The Indoor Environmental Monitoring System Based on the OneNET Cloud Platform

XUE Hongmin  WANG Weizhuo

（School of Information Engineering，Shaanxi Xueqian Normal University，Xian ，Shaanxi Province，710100 China）

Abstract： With the development of Internet of Things， blockchain， big data and artificial intelligence， the environmental monitoring industry is booming. However， at present， lots of environmental infrastructure has the regret of simplicity， oldness and lacking modernization. In order to obtain more efficiently and accurately all kinds of information of the current indoor environment， and achieve the accurate monitoring of environmental information， we design a kind of indoor environmental monitoring system based on the OneNET cloud platform. This system adopts the ZigBee development board， takes the CC2530 chip as the core of data processing to realize the wireless transmission of data， and realizes the intelligent monitoring and automatic control of indoor environment based on multi-source perception nodes through the technologies of intelligent perception and storage， and the multi-dimensional data fusion of computation and indoor environment.

Key Words： Internet of Things; Indoor environmental monitoring; OneNET cloud platform；ZigBee wireless communication

随着科技的不断发展，人们对生活质量有着高品质的要求，智能化环境监测系统也应运而生，涉及有居住环境的监测、农业种植的监测，或是畜牧业养殖环境的监测等诸多领域。该系统能够更加精准地监测室内环境中的各项数据，集成对环境信息的智能感知，数据的采集与转换以及无线传输和智能分析与处理的自动化模式，便于用户的可视化操作。室内环境中的温湿度、光照强度、有害气体浓度等参数是十分重要的影响因素，因此对这些因素进行实时监测以及数据分析具有重要作用。

该系统设计出一种基于OneNET物联网云平台系统，结合ZigBee自组网和Wi-Fi通信模块实现了对室内环境数据的实时监测以及设备的远程控制，相较于以往的监测与控制系统更加高效、精准、节能[1]。

1 系统总体设计

基于OneNET云平台的室内环境监测系统综合了传感器技术、嵌入式技术、ZigBee无线通信技术、云计算等智能控制技术[2]。通过ZigBee设备驱动终端上的温湿度传感器、光敏电阻及有害气体传感器，对室内的各项信息进行实时监测、感知与数据采集，并发送至ZigBee协调器设备，并以自组多跳的方式传输至用户电脑端。采集的主要数据有：光照的强弱变化、有害气体侵入、温湿度的跃变等。利用无线采集终端传感节点将采集到的各项信息发送至ZigBee协调器设备，由协调器设备将数据通过Wi-Fi模块实现串口通信并块送到中国移动OneNET云平台数据服务器，用户使用连接网络的移动终端设备登录OneNET管理平台就可以查看室内的环境监测数据以及下发控制设备命令[3]。系统整体设计结构图如图1所示。

2 硬件设计

2.1 传感器模块

传感器模块包括温湿度传感器、光敏电阻和有害气体传感器。温湿度传感器（DHT11）是一款含有已校准数字信号输出的复合传感器，该传感器利用温（湿）敏元件的电气特性随温湿度的变化而变化的原理进行温湿度测量，具有体积小、功耗低，超快响应、抗干扰能力强、连接方便等优点；光敏电阻（GM5516）是一种半导体材料制成的电阻，其电导率随着光照强度的变化而变化，具有灵敏度高、反应速度快、光谱特性及r值一致性好等特点；有害气体传感器（MQ-135）在较宽的浓度范围内对有害气体有良好的灵敏度，对氨气、硫化物、苯系蒸汽，烟雾和其他有害气体的监测十分理想。

2.2 ZigBee控制模块

gai系统以ZigBee的终端节点和协调器节点组成无线传感网络，Zigbee无线通信技术以Z-stack协议栈为基础，用户在开发时只需要调用API接口即可实现操作。终端节点通过点对点发送函数，使用协议栈定时发送功能进行数据传输，将数据发送给协调器。微控制器采用cc2530芯片，支持片上系统SoC解决方案，遵循IEEE 802.15.4标准，射频收发器为2.4 GHz，具有256KB可编程闪存以及21个可编程I/O引脚[4]。

将基于ZigBee芯片的智能硬件模块嵌入室内环境中，从而构建具有无线通信的智能控制设备。室内环境监测系统具有远程控制和自动控制两种模式，由全功能協调器创建网络并协助建立网络中的安全层和应用层的绑定，终端设备加入网络后在协调器与终端节点之间建立绑定连接，绑定成功后终端节点开始采集数据[5]。网络中的各传感器节点将采集到的数据发送到Zigbee协调器上，协调器通过特定的API接口将数据发送给网关，随后由Wi-Fi模块上传至OneNET云平台，用户可通过PC端实现数据的实时查看以及设备的自动控制。协调器与终端设备的交互流程如图2所示。

2.3 Wi-Fi模块

Wi-Fi属于物联网传输层，是建立网络连接和通信的手段，它对应一套通信的规则，保证让两个节点能互相连接，设备建立连接后，通过TCP/IP和UDP等协议，传输数据，建立网络通信连接。与传统的网络通信技术相比，Wi-Fi具有覆盖范围广、传输速度快、组网简单、安全性高等优点。

本系统选用ESP8266（AP+Station模式）低功耗Wi-Fi模块，通过smartconfig通信协议，使用在同一Wi-Fi下建立局域网，路由器Wi-Fi与ESP8266串口进行通信配置，使用Lua脚本语言添加值数据点到table中、将table序列化成json字符串、解析设备上传数据、接入私有协议私有协议0x5A 0x5A LEN CMD PAYLOAD 0xA5，添加应用，绑定到对应的设备，实现了手机端和电脑端的远程控制。

3 软件设计

3.1 串口通信界面设计

界面设计采用C#语言开发电脑端App，App电脑控制界面是通过UART串口和硬件模块进行基础通信的，其中UART库函数判断click按键事件的发送，根据键值判断所发送的数据，打包命令并发送至硬件，完成整个硬件的控制与数据可视化部分。

3.2 云平台界面设计

本系统上位机基于中国移动OneNET云平台实现。OneNET云平台操作简单，设计内容丰富，可以按照自己的需求自定义软件设计界面。用户登录ONENET平台，进入开发者中心，选择公共协议产品，即可创建自己的产品。在设备管理中上传解析脚本，发送登录报文到OneNET接入服务器进行鉴权，即可登录成功。在界面上设置传感器触发条件，当数据达到阈值条件时，触发器触发，则OneNET云平台向绑定的通讯设备发送触发提醒，可以实现自动控制设备的功能[6]。OneNET云平台用户控制界面如图3所示。

4 系统测试与分析

本系统在测试时分为手动功能的测试、云平台功能的测试、自动补光功能的测试、自动通风换气功能的测试这4个部分，具体如表1～表4所示。

综合表1～表4可知：在任意状态下，手动控制功能、云平台控制功能、自动补光与通风换气皆可响应操作。故而整个室内环境监测系统设计的测试结果符合功能的需求。

5 结语

本系统以ZigBee cc2530为核心，利用无线通信和OneNET云平台的特性，设计出一套基于OneNET云平台的室内环境监测系统，通过多种传感器的协调工作进行室内环境的实时监测，可以让用户随时查看监测数据，远程控制设备，监控整个室内环境，构建智能室内环境监测系统。

参考文献

[1] 宋俊慷，黄秀梅，杨秀增.物联网开放平台在智慧农业监测系统中的应用[J].农村经济与科技，2020（18）：89- 91.

[2] 曲欣宇，赵德群，武历祺，等.基于云平台的植物工厂智能控制系统的设计与实现[J]国外电子测量技术，2020，39（7）：115-120.

[3] 朱兆丰，刘静琦，周振虎，等.基于 STM32 的室内环境监测系统设计[J].物联网技术，2021（6）：6-9.

[4] 刘飞飞，徐隆姬，马礼然.基于 Zig，Bee 的分布式农业环境监测系统设计[J]传感器与微系统，2021，40（3）：90-92.

[5] 张启龙，陈湘萍. OneNET云平台WiFi远程控制的智能家居系统［J］.现代电子技术2020，43（14）：25-29.

[6] 丁飞，吴飞，艾成万，等.基于OneNET平台的环境监测系统设计与实现[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2018，38（4）：28-33.