時(shí)間：2022-05-07 02:55:53
導(dǎo)語(yǔ)：在室內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了一篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
1主控電路
系統(tǒng)的主控電路如圖2所示，由單片機(jī)學(xué)習(xí)開發(fā)板中的最小系統(tǒng)電路來(lái)完成。
2外圍電路
本系統(tǒng)的外圍電路基于主控電路的配置，包括溫度傳感器DS18B20、nokia5110液晶顯示屏、風(fēng)扇(電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng))、鍵盤、蜂鳴器、濕度傳感器濕度傳感器DHT11、可燃性氣體濃度傳感器MQ－2、加熱器YF3030012160J等。其中風(fēng)扇(電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng))、鍵盤、蜂鳴器等器件開發(fā)板上自帶，只需要配置剩余的器件即可。圖3溫度傳感器模塊原理圖溫度傳感器模塊原理圖如圖3所示，溫度傳感器的測(cè)溫范圍為－55℃－125℃，當(dāng)室內(nèi)溫度高于設(shè)置值30℃時(shí)，系統(tǒng)將報(bào)警，同時(shí)單片機(jī)通過(guò)達(dá)林頓管，啟動(dòng)風(fēng)扇，進(jìn)行換氣，降低室內(nèi)溫度，直到達(dá)到預(yù)期要求;當(dāng)室內(nèi)溫度低于設(shè)置值(20℃)時(shí)，系統(tǒng)將報(bào)警，同時(shí)單片機(jī)通過(guò)繼電器，控制12V直流電源，啟動(dòng)加熱器加熱，直到達(dá)到預(yù)期要求。加熱器工作時(shí)的表面溫度為160±10℃;加熱器模塊原理圖如圖4所示。濕度傳感器模塊原理圖如圖5所示，濕度傳感器的測(cè)量范圍20－90%，當(dāng)室內(nèi)氣體濕度高于設(shè)置值(60%)時(shí)，單片機(jī)控制風(fēng)扇的開啟，進(jìn)行換氣，降低濕度，直到達(dá)到預(yù)期要求?？扇夹詺怏w濃度傳感器模塊原理圖如圖6所示，當(dāng)室內(nèi)可燃性氣體濃度高于設(shè)置值(25%)時(shí)，系統(tǒng)將報(bào)警，同時(shí)，單片機(jī)將驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，進(jìn)行換氣，降低可燃性氣體濃度。
3系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
整個(gè)系統(tǒng)主要是由STC12C5A60S2單片機(jī)學(xué)習(xí)開發(fā)板中的最小系統(tǒng)電路和溫度傳感器DS18B20、圖5濕度傳感器模塊原理圖圖6可燃性氣體濃度傳感器模塊原理圖nokia5110液晶顯示屏、風(fēng)扇(電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng))、鍵盤、蜂鳴器、濕度傳感器濕度傳感器DHT11、可燃性氣體濃度傳感器MQ－2、加熱器YF3030012160J、等模塊電路構(gòu)成，系統(tǒng)的實(shí)物圖如圖7所示。系統(tǒng)的主要功能是對(duì)室內(nèi)的溫度、濕度和可燃性氣體濃度進(jìn)行監(jiān)控，并在LCD液晶顯示屏上進(jìn)行顯示，如圖8所示。為了更好地滿足人們的需求，提高環(huán)境的舒適度，人們能夠根據(jù)自身需要調(diào)整溫度、濕度的設(shè)置值。圖7系統(tǒng)的實(shí)物圖圖8監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的顯示圖5結(jié)論本文設(shè)計(jì)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控電路，以溫度傳感器DS18B20、濕度傳感器DHT11、可燃性氣體濃度傳感器MQ－2、nokia5110液晶顯示屏、加熱器YF3030012160J、風(fēng)扇(電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng))、蜂鳴器、鍵盤等外部設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)溫度、濕度、可燃性氣體濃度的檢測(cè)、顯示、報(bào)警、控制等功能。與傳統(tǒng)的恒溫控制系統(tǒng)相比較，該系統(tǒng)集溫度、濕度、可燃性氣體濃度檢測(cè)、控制和報(bào)警于一體，成本較低，性能穩(wěn)定，應(yīng)用前景廣泛，市場(chǎng)潛力較大，將環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于日常生活，能夠滿足了人們的生活需求，有利于改善人們的環(huán)境質(zhì)量。
本文作者：劉姜濤工作單位：湖北第二師范學(xué)院
摘要：室內(nèi)排水管道的建筑安裝施工，應(yīng)該為用戶提供符合使用功能的舒適、衛(wèi)生、安全、方便的衛(wèi)生設(shè)施。但室內(nèi)給排水工程交付使用后，因管道堵塞或其它問題，常常會(huì)造成污水溢流、污染生活環(huán)境。如何通過(guò)合理的施工和正確的監(jiān)理手段使室內(nèi)排水管道施工趨于合理與完善值得探討。
關(guān)鍵詞：室內(nèi)排水管道;施工監(jiān)理控制;污水排水管道安裝;雨水管道安裝
0引言
由于建筑施工是個(gè)系統(tǒng)工程，室內(nèi)排水管道施工不當(dāng)就可能出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象，特別是衛(wèi)生間排水管口與地漏更為嚴(yán)重。因此，有必要對(duì)室內(nèi)排水管道系統(tǒng)施工控制的各各節(jié)點(diǎn)加以分析，并在重點(diǎn)部位加以控制，以提高室內(nèi)排水管道施工的質(zhì)量。
1污水排水管道與配件安裝檢查
1.1主要控制項(xiàng)目①隱蔽或埋地的排水管道在隱蔽前必須做灌水試驗(yàn)，其灌水高度應(yīng)不低于底層衛(wèi)生器具的上邊緣或底層地面的高度。檢驗(yàn)的方法是：滿水15min水面下降后，再灌滿觀察5min，液面不降，管道及接口無(wú)滲漏為合格。②生活汗水鑄鐵管道及塑料管道的坡度必須符合設(shè)計(jì)的要求及相關(guān)規(guī)定。③排水塑料管必須按設(shè)計(jì)要求及位置裝設(shè)伸縮節(jié)。如設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí)，伸縮節(jié)間距不得大于4米。高層建筑中明設(shè)排水顏料管道應(yīng)按設(shè)計(jì)要求設(shè)置阻火圈或防火套管。此項(xiàng)檢驗(yàn)的方法主要是觀察檢查。④排水主立管及水平干管管道均應(yīng)做通求實(shí)驗(yàn)，通球球徑不應(yīng)小于排水管道管徑的三分之二，通球率必須達(dá)到100%。
1.2一般項(xiàng)目的控制
1.2.1在生活污水管道上設(shè)置的檢查口或清掃口，當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí)應(yīng)符合下面的規(guī)定：一是，在立管上應(yīng)每隔一層設(shè)置一個(gè)檢查口，但在最底層和有衛(wèi)生器具的最高層必須設(shè)置。如為兩層建筑時(shí)，可僅在底層設(shè)置閉立管檢查口，如有乙字彎管時(shí)，則在該層乙字彎管的上部設(shè)置檢查口。檢查口中心高度距操作地面一般為一米，允許偏差±20mm；檢查檢查口的朝向應(yīng)便于檢修。暗裝立管，在檢查口處應(yīng)安裝檢修門；二是，在連接兩個(gè)及兩個(gè)以上大便器或三個(gè)及三個(gè)以上衛(wèi)生器具的污水橫管上應(yīng)設(shè)置清掃口。當(dāng)污水管在樓板下懸吊敷設(shè)時(shí)，可將清掃口設(shè)在上一層樓地面上，污水管起點(diǎn)的清掃口與管道相垂直的墻面距離不得小于200mm；或污水管起點(diǎn)設(shè)置堵頭代替清掃口時(shí)，與墻面距離不得小于400mm。三是，在轉(zhuǎn)角小于135°的污水橫管上，應(yīng)設(shè)置檢查口或清掃口；四是，在污水橫管的直線管段，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求的距離設(shè)置檢查口或清掃口。
1.2.2埋在地下或地板下的排水管道的檢查口，應(yīng)設(shè)在檢查井內(nèi)。井底表面標(biāo)高與檢查口的法蘭相平，井底表面應(yīng)有5%的坡度，坡向檢查口。
1.2.3金屬排水管道上的吊鉤或卡箍應(yīng)固定在承重結(jié)構(gòu)上。固定件間距：橫管不大于兩米；立管不大于三米。樓層高度小于或等于四米，立管可安裝一個(gè)固定件。立管底部的彎管處應(yīng)設(shè)支墩或采取固定措施。排水顏料管道支、吊架間距應(yīng)符合相關(guān)建筑標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
1.2.4排水通氣管不得與風(fēng)道或煙道連接，且應(yīng)符合下面的規(guī)定：一是通氣管應(yīng)高出屋面300mm，但必須大于最大積雪厚度；二是在通氣管出口四米以內(nèi)有門窗時(shí)，通氣管應(yīng)高出門、窗頂600mm或引向無(wú)門、窗一側(cè)；三是在經(jīng)常有人停留的平屋頂上，通氣管應(yīng)高出屋面兩米，并應(yīng)根據(jù)防雷要求設(shè)置防雷裝置；四是如層頂有隔熱層應(yīng)從隔熱層板面算起。
1.2.5如安裝未經(jīng)消毒處理的醫(yī)院含菌污水管道，不得與其他排水管道直接連接。
1.2.6飲食業(yè)工藝設(shè)備引出的排水管及飲用水水箱的溢流管，不得與污水管道直接連接，并應(yīng)留出不小于100mm的隔斷。
1.2.7通向室外的排水管，穿過(guò)墻壁或基礎(chǔ)必須下返時(shí)，應(yīng)采用45°三通和45°彎頭連接，并應(yīng)在垂直管段頂部設(shè)置清掃口。
1.2.8由室內(nèi)通向室外排水檢查井的排水管，井內(nèi)引入管應(yīng)高于排出管或兩管頂相平，并有不小于90°的水流轉(zhuǎn)角，如跌落差大于300mm可不受角度限制。
1.2.9用于室內(nèi)排水的水平管道與水平管道、水平管道與立管的連接，應(yīng)采用45°三通或45°四通和90°斜四通。立管與排出管端部的連接，應(yīng)采用兩個(gè)45°彎頭或曲率半徑不小于四倍管徑的90°彎頭。
1.2.10室內(nèi)排水管道安裝的允許偏差應(yīng)符合設(shè)計(jì)要注和相關(guān)建筑規(guī)范。
2雨水管道及配件安裝的檢查
2.1主要控制項(xiàng)目①安裝在室內(nèi)的雨水管道安裝后應(yīng)做灌水試驗(yàn)，灌水高度必須到每根立管上部的雨水斗。②雨水管道如采用塑料管，其伸縮節(jié)安裝應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。③懸吊式雨水管道的敷設(shè)坡度不得小于5‰；埋地雨水管道的最小坡度，應(yīng)符合相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。公務(wù)員之家
2.2一般項(xiàng)目的控制①雨水管道不得與生活污水管道相連接。②雨水斗管的連接應(yīng)固定在屋面承重結(jié)構(gòu)上。雨水斗邊屋面連接處應(yīng)嚴(yán)密不漏。連接管管徑在設(shè)計(jì)沒有要求時(shí)，不得小于100mm。③懸吊式雨水管道的檢查口或帶法蘭堵口的三通的間距不得大于相關(guān)的技術(shù)規(guī)定。④雨水管道安裝的允許偏差及雨水鋼管道焊口允許偏差均應(yīng)符合相關(guān)的技術(shù)規(guī)定及設(shè)計(jì)要求。
3對(duì)室內(nèi)排水管道施工質(zhì)量檢查應(yīng)重點(diǎn)注意的問題
①通向室外的排水管下返出戶時(shí)，應(yīng)在垂直管段頂部設(shè)置清掃口。②柔性連接機(jī)制排水鑄鐵管立管根部加支撐。立管根部沒有支撐或不牢靠，管道支吊架間距過(guò)大，用臨時(shí)鉛絲固定管道造成管道接口松動(dòng)漏水或塌腰倒坡。③排水塑料管應(yīng)注意伸縮節(jié)和固定卡子的安裝位置。高層建筑明設(shè)排水塑料管應(yīng)在立管穿頂板處設(shè)阻火圈，若立管在管井內(nèi)則阻火圈設(shè)在支管穿管井處。④考慮到將來(lái)檢修的方便，立管檢查口朝面應(yīng)90°向外。⑤地漏水封深度不能小于50mm，地漏箅子及扣碗應(yīng)便于取出，地漏排水應(yīng)通暢。⑥排水管的坡度也是檢查的重點(diǎn)之一。如果管道安裝坡度不均勻，可能會(huì)出現(xiàn)局部倒坡。⑦生活污水管不得與雨水及空調(diào)冷凝水管合流。⑧高層建筑生活污水管道著層應(yīng)單獨(dú)排出。⑨排水管道不得穿過(guò)沉降縫、伸縮縫、煙道和風(fēng)道。⑩生活污水管道直線管段管徑100至150mm時(shí)，清掃口的最大間距為10米；管徑達(dá)到200mm及以上時(shí)，清掃口最大間距為20米。避免管道連接使用的三通、四通、彎頭等管件不符合規(guī)定的要求，這樣很可能會(huì)造成管道排污不暢或堵塞。避免管道支墩、支吊架不牢固、位置不合理。檢查時(shí)要注意埋在地下的污水管道有沒有設(shè)置檢查口，地上管道檢查口位置設(shè)置是否不當(dāng)或漏設(shè)檢查口、清掃口。注意管道穿地下外墻或地下構(gòu)筑物時(shí)有沒有做防水套管或穿套管安裝時(shí)防水捻口有沒有做好，立管及托吊支管穿衛(wèi)生間樓板時(shí)有沒有做很好的防水措施。埋地的污水管道以及有保溫和防結(jié)露保溫的管道、有吊頂?shù)奈鬯械豕堋⒐芫畠?nèi)的污水立管在隱蔽前一定要做好灌水試驗(yàn)。管道和支架在做防腐、刷油之前如沒有做好除銹工作，可能會(huì)造成返銹，管道防腐如沒做好的話，支吊刷油漆可能會(huì)出現(xiàn)脫皮、起泡現(xiàn)象。塑料排水管道安裝之后還要注意成品的保護(hù)工作，如果保護(hù)不當(dāng)也有可能造成污染和損壞。
4結(jié)語(yǔ)
室內(nèi)排水管道在施工過(guò)程中采用合理的技術(shù)措施，進(jìn)行正確的施工和嚴(yán)格的監(jiān)理控制，對(duì)檢查和治理管道堵塞，搞好管道安裝與土建密切配合施工，提高工程質(zhì)量起著極其重要的保證作用。
【摘要】國(guó)內(nèi)外許多公司和研究機(jī)構(gòu)展開了基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線定位技術(shù)研究。不過(guò)在實(shí)際應(yīng)用中，因各種外部環(huán)境的限制，許多算法存在有待改進(jìn)的方面，本文主要是利用Zigbee實(shí)現(xiàn)基于RSSI的定位算法的研究，提取RSSI值。
【關(guān)鍵詞】無(wú)線組網(wǎng);室內(nèi)定位算法;RSSI值
1.ZigBee協(xié)議棧概述
ZigBee技術(shù)作為一種新興的低速率短距離無(wú)線通信技術(shù)，也是ZigBee聯(lián)盟（ZigBee Alliance）所主導(dǎo)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。完整的ZigBee協(xié)議棧有物理層、MAC子層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用匯聚子層和高層應(yīng)用規(guī)范層組成。每一層為上層提供一系列特殊的服務(wù)：數(shù)據(jù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，管理實(shí)體則提供所有其他的服務(wù)。所有的服務(wù)實(shí)體都通過(guò)服務(wù)接入點(diǎn)（SAP）為上層提供一個(gè)接口，每個(gè)SAP都支持一定數(shù)量的服務(wù)原語(yǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的功能。
IEEE802.1 5.4-2003標(biāo)準(zhǔn)定義了底層：物理層（Physical Layer，PHY）和MAC層。IEEE802.15.4定義的PHY層分別工作在兩個(gè)頻段上：868/915MHz和2.4GHz。其中低頻段物理層覆蓋了868MHz的歐洲頻段和915MHz的美國(guó)與澳大利亞等國(guó)的頻段，高頻段則全球通用。IEEE802.1 5.4 MAC層采用CSMA.CA機(jī)制來(lái)控制信道接入，主要負(fù)責(zé)傳輸信標(biāo)幀，同步以及提供可信賴的傳輸機(jī)制。
ZigBee聯(lián)盟在此基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer，NWK），應(yīng)用層（Application Layer，APE）架構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)層的主要職責(zé)包括提供設(shè)備用來(lái)加入網(wǎng)絡(luò)和離開網(wǎng)絡(luò)的機(jī)制，提供數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)陌踩珯C(jī)制和路由機(jī)制。應(yīng)用匯聚層將主要負(fù)責(zé)把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)上。ZigBee設(shè)備對(duì)象（ZDO）負(fù)責(zé)定義設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色（如ZigBee協(xié)調(diào)器或中斷設(shè)備），提出或響應(yīng)綁定請(qǐng)求，以及建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的安全關(guān)系。ZigBee設(shè)備對(duì)象（ZDO）還要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的發(fā)現(xiàn)及判定對(duì)方提供服務(wù)類別。
2.實(shí)用室內(nèi)定位方法研究
2.1 基于RSSI的定位算法
基于距離的定位，關(guān)鍵在于準(zhǔn)確的獲得節(jié)點(diǎn)間距離信息。從理論上來(lái)說(shuō)，RSSI是收發(fā)雙方間所傳輸功率和距離的函數(shù)。接收信號(hào)強(qiáng)度將隨著距離的增加而減少，公式 給出了RSSI與距離d的理論關(guān)系式。其中，n為信號(hào)傳播常量，也稱為傳播指數(shù);d是到信號(hào)發(fā)送者的距離。A是在1米處的接收信號(hào)強(qiáng)度值。
三邊測(cè)距法的缺陷是：由于各個(gè)節(jié)點(diǎn)的硬件和功耗不盡相同，所測(cè)出的距離不可能是理想值，從而導(dǎo)致上面的三個(gè)圓未必剛好交于一點(diǎn)，在實(shí)際中，肯定是相交于一個(gè)小區(qū)域，因此利用此方法計(jì)算出來(lái)的（X，Y）坐標(biāo)值存在一定的誤差。
3.基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。無(wú)線傳感器定位網(wǎng)絡(luò)中存在3種功能類型的節(jié)點(diǎn)，分別為協(xié)調(diào)器、參考節(jié)點(diǎn)和盲節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器有協(xié)調(diào)器來(lái)充當(dāng)，它在整個(gè)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，首先它要響應(yīng)上位機(jī)發(fā)出的命令，開啟網(wǎng)絡(luò)，等待其它類型節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)，其次還要接收各節(jié)點(diǎn)上傳的數(shù)據(jù)并傳送給上位機(jī)軟件處理。除完成自身特有功能外，協(xié)調(diào)器也可作為參考節(jié)點(diǎn)使用。參考節(jié)點(diǎn)是一類靜止的、已知自身位置坐標(biāo)信息的節(jié)點(diǎn)，它的任務(wù)是接收包含定位相關(guān)參量如RSSI和LQI值的數(shù)據(jù)包，并計(jì)算RSSI等參量的平均值，最終在盲節(jié)點(diǎn)打包各參量平均值后，將其發(fā)送給協(xié)調(diào)器，傳回上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件處理。部分參考節(jié)點(diǎn)除完成參考節(jié)點(diǎn)相關(guān)功能外，它還具有鏈路路由功能。盲節(jié)點(diǎn)也稱之為待定位節(jié)點(diǎn)，定位的目的就是要獲得該類節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)信息。
3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
在PC機(jī)上，用串口助手顯示出提取到的RSSI值，結(jié)果如圖3-2所示。
紅色方框內(nèi)的數(shù)據(jù)就是提取到的RSSI值，和它的原碼。接收到RSSI值的數(shù)據(jù)包后，計(jì)算RSSI等參量的平均值，最終在盲節(jié)點(diǎn)打包各參量平均值后，將其發(fā)送給協(xié)調(diào)器，傳回上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件處理。
摘要：無(wú)人機(jī)又稱為空中機(jī)器人， 誕生于20 世紀(jì)50 年代， 近年來(lái)，旋翼飛行器作為空中機(jī)器人的一種平臺(tái)發(fā)展迅速，成為研究熱點(diǎn)。針對(duì)旋翼飛行器室內(nèi)定位問題，以Pixhawk開源飛控為下位機(jī)，實(shí)時(shí)解算四軸的電機(jī)輸入信號(hào)，利用Arduino單片機(jī)與光流計(jì)及超聲波傳感器構(gòu)建上層導(dǎo)航控制器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)定高、定點(diǎn)，進(jìn)而為無(wú)人機(jī)面向任務(wù)的室內(nèi)自主飛行提供控制基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：無(wú)人機(jī)；自主飛行；Pixhawk；Arduino
無(wú)人機(jī)又稱為空中機(jī)器人，誕生于20 世紀(jì)50 年代， 近年來(lái)，旋翼飛行器作為空中機(jī)器人的一種平臺(tái)發(fā)展迅速，成為研究熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外各類機(jī)器人競(jìng)賽，都不同程度地增加了旋翼飛行器自主飛行的項(xiàng)目，隨著技術(shù)日趨成熟， 高集成度、低成本的_源飛行控制器也受到行業(yè)相關(guān)者的廣泛關(guān)注。目前市面上開源飛控針對(duì)多旋翼低空下的定高設(shè)計(jì)普遍采用氣壓計(jì)定高的方式，定點(diǎn)采用GPS。低成本氣壓計(jì)內(nèi)部噪聲會(huì)有影響，氣壓計(jì)測(cè)量的是靜壓，外部氣流變化不會(huì)影響到靜壓，但實(shí)際上速度還是會(huì)干擾到靜壓，溫度濕度變化也會(huì)影響到氣壓度數(shù)，而定點(diǎn)只能在室外有GPS環(huán)境實(shí)現(xiàn)。閉源飛控的定高定點(diǎn)設(shè)計(jì)成本高。為此，設(shè)計(jì)一種基于Pixhawk開源飛控的室內(nèi)定位導(dǎo)航控制系統(tǒng)，可根據(jù)任務(wù)需求快速實(shí)現(xiàn)飛行器的自主飛行。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)控制方案如圖1所示，使用Arduino控制板對(duì)光流計(jì)與超聲波模塊的數(shù)據(jù)信息獲取，并進(jìn)行濾噪處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)的高度測(cè)量，通過(guò)對(duì)光流計(jì)采集圖像的灰度處理，得出位置信息，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)點(diǎn)位信息采集任務(wù)。根據(jù)任務(wù)需求規(guī)劃的目標(biāo)位置，采用PID控制算法得出航向、俯仰、滾轉(zhuǎn)及油門值，經(jīng)過(guò)比例換算后賦值給變量pwm，然a后把變量pwm值通過(guò)Arduino的pwm輸出引腳輸出到飛控的油門輸入接口，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人機(jī)油門的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)旋翼飛行器的高度控制。
2 系統(tǒng)硬件組成
2.1 基于pixhawk的底層飛控設(shè)計(jì)
Pixhawk飛控在室內(nèi)定位系統(tǒng)中作為底層控制器，主要有兩個(gè)控制回路，分別為姿態(tài)控制與增穩(wěn)控制，姿態(tài)控制回路根據(jù)飛行器回傳的姿態(tài)角采用PID控制算法做角度控制，增穩(wěn)控制回路根據(jù)回傳的角速度進(jìn)行穩(wěn)定控制。
Pixhawk飛控通過(guò)接收Arduino傳輸?shù)接烷T、俯仰、滾轉(zhuǎn)、航向四個(gè)通道的PWM信號(hào)，根據(jù)控制算法輸出四路PWM信號(hào)傳輸至電調(diào)以實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器的內(nèi)環(huán)控制。
姿態(tài)控制器包括PID控制器與輸出解算器兩部分，根據(jù)飛機(jī)回傳的姿態(tài)角采用PID控制算法做角度控制，表示繞機(jī)體坐標(biāo)系軸的歐拉角，對(duì)應(yīng)于慣性坐標(biāo)系軸即俯仰角、滾轉(zhuǎn)角、航向角，Z為高度，分別為俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航及油門通道的輸入量。
2.2 定位導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)用于飛行控制數(shù)據(jù)處理的上位機(jī)為Arduino Mega 2560，定高測(cè)距采用HC-SR04超聲波模塊，光流計(jì)定位模塊采用機(jī)載攝像頭，通過(guò)對(duì)比回傳圖像能得到飛行器在某段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而推算出飛行器的運(yùn)動(dòng)速度和方向， 系統(tǒng)選用了PX4FLOW光流傳感器。
高度模塊實(shí)現(xiàn)由超聲波測(cè)量值與期望定高高度偏差作為輸入量進(jìn)行PID控制，并加入由姿態(tài)角度變化引起的高度偏差，進(jìn)行高度補(bǔ)償。
光流定位模塊是實(shí)現(xiàn)通過(guò)位置偏差求解姿態(tài)控制量。通過(guò)簡(jiǎn)化飛行器的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程可以得出每個(gè)姿態(tài)角僅有單個(gè)輸入，因此可以采用單輸入PID控制器。光流傳感器測(cè)得飛行器水平位移速度分量，通過(guò)將規(guī)劃位置與光流積分得到的位置運(yùn)算得出位置偏差，進(jìn)行PID控制。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
以沿標(biāo)定點(diǎn)定路線自主飛行為例闡述系統(tǒng)控制流程。飛行器啟動(dòng)后，手搖起飛；進(jìn)入?yún)?shù)初始化及系統(tǒng)自檢階段，通過(guò)則問詢是否切換為自主導(dǎo)航，未通過(guò)則返回遙操作；確認(rèn)執(zhí)行自主導(dǎo)航任務(wù)，則系統(tǒng)依次讀取路線坐標(biāo)、解算姿態(tài)期望值、計(jì)算高度補(bǔ)償及輸出PWM信號(hào)至電調(diào)，此過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)問詢是否已到達(dá)目標(biāo)位置點(diǎn)，如否，則繼續(xù)重復(fù)該步驟，如是則切換回遙操作，而確認(rèn)不執(zhí)行自主導(dǎo)航則系統(tǒng)切換回遙操作。
4 結(jié)語(yǔ)
針對(duì)在平整地面上的較精確高度保持和設(shè)定目標(biāo)任務(wù)下的良好條件一致性，課題對(duì)目標(biāo)飛行器進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出了基于Arduino的旋翼無(wú)人機(jī)室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，為后續(xù)旋翼飛行器面向任務(wù)開展的室內(nèi)定位工作打下了良好基礎(chǔ)。
【摘要】 可見光通信技術(shù)是一類新型的技術(shù)，具有節(jié)約能源的特點(diǎn)，可以滿足當(dāng)前社會(huì)的低碳需求，故此該技術(shù)的推廣意義非凡。當(dāng)前，很多人開始關(guān)注室內(nèi)可見光的技術(shù)應(yīng)用，我國(guó)的相關(guān)專業(yè)人員也開始將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到該項(xiàng)研究上，目的是發(fā)揮室內(nèi)可見光的最大功能。本文細(xì)致的闡述了通信技術(shù)關(guān)鍵性手段，并探究室內(nèi)可見光的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，用以推進(jìn)我國(guó)的技術(shù)發(fā)展，創(chuàng)新我國(guó)的通信技術(shù)。
【關(guān)鍵詞】 室內(nèi)可見光 通信系統(tǒng) 設(shè)計(jì)分析
室內(nèi)可見光通信技g的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)是能延長(zhǎng)室內(nèi)的其他設(shè)施的應(yīng)用年限，拓展我國(guó)通信領(lǐng)域的范圍，且在確保室內(nèi)設(shè)計(jì)滿足照明這一功能性要求的前提下，提升現(xiàn)有的通信效率。
一、概述室內(nèi)可見光通信技術(shù)
室內(nèi)可見光的通信技術(shù)是來(lái)2000年由日本提出的，主要是內(nèi)容是通過(guò)可見光的形式滿足信息傳遞要求。在大量的數(shù)據(jù)和實(shí)踐研究的基礎(chǔ)上，在2008年專業(yè)的室內(nèi)可見光系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，但初期發(fā)展時(shí)室內(nèi)的可見范圍較小。當(dāng)前，我國(guó)有關(guān)室內(nèi)可見光的研究起步還較晚，一直到2006年，相關(guān)人員才提出有關(guān)室內(nèi)可見光的通信思想，并在2008年有新的突破，增加可見光的照明距離，讓其照明輻射范圍更遠(yuǎn)。先進(jìn)的室內(nèi)可見光通信傳輸技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，一方面能提升照明設(shè)備的自身照明需要，且能體現(xiàn)出通信設(shè)備的功能性要求，方便人們現(xiàn)有生活的前提下，能滿足現(xiàn)代化發(fā)展的需要。故此，我國(guó)的相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員致力于提高可見光的通信關(guān)注度，目的是更好的提升社會(huì)發(fā)展需求。
二、室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
1、光纖通訊技術(shù)的應(yīng)用。1.波分復(fù)用技術(shù)。在光纖通信技術(shù)中，波分復(fù)用技術(shù)就是將一系列有信息，但是波長(zhǎng)不同的光信號(hào)合成一束，最后可以沿著單個(gè)光纖傳輸。而在接收端再用某種方法，將各個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)分開傳遞的通信技術(shù)。這種技術(shù)的特點(diǎn)可以同時(shí)在一根光纖上傳輸多路信號(hào)。而對(duì)于波分復(fù)用技術(shù)就是利用光纖的低損耗的波段為手段，增加光纖的傳輸容量，從而就可以使得一根光纖可以傳遞的信息的物理限度成倍的增加。同時(shí)，由于這種技術(shù)充分的減少了光纖的使用數(shù)量，有效的降低了建設(shè)成本，而對(duì)于故障的維修來(lái)說(shuō)，也是十分的便利的。這樣，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也起到了更加穩(wěn)定的作用。2.光弧子通信技術(shù)。光弧子通信技術(shù)也是光纖通信技術(shù)的發(fā)展的一種技術(shù)方式。光弧子通信簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是光纖中的一種光脈沖無(wú)畸變傳輸?shù)恼_方式?？梢哉f(shuō)光弧子通信技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)于現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展具有里程碑式的意義。在光弧子通信技術(shù)中光弧子通信具有長(zhǎng)距離不變形的特征，從而使其未來(lái)的發(fā)展前景更加廣闊。同時(shí)，光弧子通信技術(shù)具有其他技術(shù)所無(wú)法仿制的優(yōu)點(diǎn)。光弧子通信技術(shù)可以挑戰(zhàn)色散。利用光弧子通信技術(shù)色散的這一特性，就可以使得不同頻率的光波以不同的速度進(jìn)行傳播。從而使得傳遞的光信號(hào)到達(dá)的時(shí)間也發(fā)生了變化，進(jìn)而就造成了信號(hào)畸變失真的情況出現(xiàn)。
2、信道編碼技術(shù)。室內(nèi)可見光通信技術(shù)與其他通訊技術(shù)有著異曲同工之處，主要是信息傳輸中受到外界的各類因素干擾，數(shù)據(jù)極易出現(xiàn)亂碼的情況。應(yīng)用信道編碼技術(shù)能讓通信系統(tǒng)的抗干擾性大大加強(qiáng)，提升信息傳輸中的安全性和有序性。傳統(tǒng)室內(nèi)可見光受傳輸中會(huì)受到距離的影響，導(dǎo)致很多信息如果距離傳輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)就不能實(shí)現(xiàn)傳輸，但使用信道編碼技術(shù)能解決傳輸中的距離制約，延長(zhǎng)信息傳輸?shù)木嚯x，便于用戶使用該系統(tǒng)傳輸信息。
3、分集接收系統(tǒng)。分集接收系統(tǒng)是室內(nèi)可見光通信傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成部分，該技術(shù)的應(yīng)用能避免室內(nèi)可見光系統(tǒng)受到外界環(huán)境干擾導(dǎo)致信號(hào)失真，最終引發(fā)信息傳輸錯(cuò)誤。分集接收系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式主要是探測(cè)器，即人們借助于室內(nèi)可見光的通信系統(tǒng)傳遞信息，技術(shù)人員使用探測(cè)器搜尋信號(hào)獲取信息，根據(jù)現(xiàn)有的檢查結(jié)果傳輸噪音最大的信號(hào)，從而排除小的噪音干擾，保障信息傳輸?shù)木珳?zhǔn)性。分集接收技術(shù)中，要求廣電探測(cè)器的性能較高，設(shè)計(jì)分集接收系統(tǒng)時(shí)，工作人員合理布局室內(nèi)的分集系統(tǒng)，開展科學(xué)化的設(shè)置方式，讓技術(shù)人員能借助于光電探測(cè)器接收信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。
4、正交頻分復(fù)用技術(shù)。正交頻分復(fù)用技術(shù)也是室內(nèi)可見光應(yīng)用中較為常見的技術(shù)之一，該技術(shù)最早起源于2001年的日本，該技術(shù)能提升室內(nèi)可見光的傳輸效率。使用正交頻分復(fù)用技術(shù)，主要是將通信進(jìn)行不同信道的傳輸，就如同光纖進(jìn)進(jìn)行不同路徑的傳輸一樣，應(yīng)用多個(gè)正交子信號(hào)的強(qiáng)大功能，讓數(shù)據(jù)傳輸?shù)男始哟蟆５珣?yīng)注意使用正交頻分復(fù)用技術(shù)前，要編碼通信系統(tǒng)的各類信息，然后再借助調(diào)制光源的方式，滿足信息傳播的需求。
結(jié)語(yǔ)：室內(nèi)可見光通信技術(shù)是一種新型的信息通信技術(shù)，特點(diǎn)是具備能源節(jié)約的特點(diǎn)。最近幾年經(jīng)濟(jì)社會(huì)的逐年發(fā)展，關(guān)于室內(nèi)可見光的應(yīng)用已經(jīng)有新的突破和發(fā)展，更迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇?？梢姽庀到y(tǒng)為更好的優(yōu)化現(xiàn)有的性能，就要加強(qiáng)抗干擾和加快傳遞效率，并廣泛使用分集接收，信道編碼等關(guān)鍵性技術(shù)傳播手段，目的是為客戶提供良好的信息服務(wù)。
【摘要】隨著人們對(duì)基于位置的服務(wù)（Location Based Service， LBS）需求日益增大，以及無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，無(wú)線定位技術(shù)成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。WIFI網(wǎng)絡(luò)具有通信快速、部署方便的特點(diǎn)，它在室內(nèi)場(chǎng)所受到歡迎。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)大型交通樞紐站點(diǎn)的數(shù)目日益增多，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也促進(jìn)了交通線路的增長(zhǎng)，然而在大型的站點(diǎn)尋找目標(biāo)位置，對(duì)于乘客來(lái)講還是有一定難度的，室內(nèi)定位導(dǎo)航在這種需求之下也應(yīng)運(yùn)而生。
【關(guān)鍵詞】WiFi 室內(nèi)定位 導(dǎo)航
0.引言
WiFi（Wireless Fidelity）“無(wú)線保真”，通過(guò)擁有眾多在業(yè)界領(lǐng)先的公司組成的WiFi聯(lián)盟的大力推動(dòng)，加上W iFi自身具備覆蓋范圍大、無(wú)需布線、傳輸速率快和發(fā)射功率小的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，這種技術(shù)的到了迅速的發(fā)展。由于現(xiàn)在的筆記本電腦、PDA和手機(jī)等都支持WiFi技術(shù)，用戶也有移動(dòng)辦公的需求，WiFi技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。WiFi網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)遍布于酒店、咖啡廳、學(xué)校和醫(yī)院等場(chǎng)所?？梢哉f(shuō)WiFi對(duì)我們生活的影響也越來(lái)越大。
定位服務(wù)市場(chǎng)同樣發(fā)展迅速，定位服務(wù)需求量也在迅速增長(zhǎng)。例如，醫(yī)療行業(yè)中產(chǎn)房嬰兒防偷，貴重醫(yī)療設(shè)備的監(jiān)控；商場(chǎng)購(gòu)物時(shí)在底下停車場(chǎng)需要定位，顧客消費(fèi)習(xí)慣收集等；監(jiān)獄重點(diǎn)犯人跟蹤。
GPS衛(wèi)星定位，需要在相對(duì)空曠、高層建筑不密集的地方才能比較精確定位，在室內(nèi)基本無(wú)法使用，且耗電量較高。這是因?yàn)镚PS的接收機(jī)在樓群密集的城市或者室內(nèi)工作的時(shí)候，由于信號(hào)強(qiáng)度受到建筑物的影響而大大衰減，導(dǎo)致定位精度低甚至不能夠完成定位。因此利用廣泛存在的WiFi網(wǎng)絡(luò)，對(duì)處于樓群密集或者室內(nèi)定位目標(biāo)進(jìn)行定位成為最佳選擇技術(shù)，有著非常好的發(fā)展前景，也被很多廠商認(rèn)同。
使用WiFi進(jìn)行室內(nèi)的定位，可以彌補(bǔ)GPS定位在建筑密集或者室內(nèi)應(yīng)用的限制，對(duì)于擴(kuò)大定位服務(wù)的應(yīng)用行業(yè)和范圍，提高定位精度，降低部署成本，提高設(shè)備利用率，增強(qiáng)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的救援能力，具有重要的社會(huì)意義。
1.基于WiFi的室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)
定位有主動(dòng)定位和被動(dòng)定位之分。被動(dòng)定位主要在應(yīng)用在應(yīng)急場(chǎng)合，如在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，消防人員可以通過(guò)無(wú)線定位迅速捕捉到受困人員所在位置，從而以最快的速度將受困人解救出來(lái)。本文涉及的WiFi定位系統(tǒng)屬于一個(gè)主動(dòng)定位系統(tǒng)，一般用于一些服務(wù)場(chǎng)合，如在大型博覽會(huì)，用戶可以通過(guò)自己隨身攜帶的終端設(shè)備獲取自己當(dāng)前的位置信息，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶所處的位置將對(duì)應(yīng)的目的地。
對(duì)于第二次或者多次到達(dá)某交通樞紐的用戶，我們還可以與附近的商鋪進(jìn)行合作，將服務(wù)信息推送給用戶，這樣便達(dá)到了游覽者和商家雙贏的目的。類似的室內(nèi)場(chǎng)合還很多，主要的應(yīng)用價(jià)值在于定位用戶可以獲取自己在室內(nèi)的位置信息，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶當(dāng)前的位置，選擇性推送相關(guān)的基于位置的服務(wù)信息，這樣可以讓定位移動(dòng)終端用戶獲取較好的基于位置的服務(wù)體驗(yàn)。
本文設(shè)計(jì)的室內(nèi)定位系統(tǒng)擬采用客戶端/服務(wù)器架構(gòu)，主要提供基本的定位功能，不同的系統(tǒng)使用者可以在服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫(kù)中添加各種豐富的基于位置的服務(wù)信息，從而提供LBS。
1.1系統(tǒng)總體框架
C/S （Client/Server）架構(gòu)，是一種典型的軟件設(shè)計(jì)模式。在本文中，Client端為移動(dòng)終端設(shè)備，Server端為計(jì)算機(jī)，他們的物理距離可以很遠(yuǎn)，通過(guò)一定的通信方式實(shí)現(xiàn)信息的交互以及任務(wù)分擔(dān)。
Client程序?qū)⒂脩舻囊筇峤唤oServer程序，然后把Server程序執(zhí)行要求把結(jié)果并按照預(yù)先設(shè)定好的形式返回給用戶；Server程序通常一直處于開啟等待接收任務(wù)的狀態(tài)，當(dāng)收到Client程序提出的服務(wù)請(qǐng)求后，執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)把得到的結(jié)果返回給Client程序。
C/S結(jié)構(gòu)中服務(wù)器端通常是一臺(tái)高配置的計(jì)算機(jī)，計(jì)算處理能力較強(qiáng)，因此系統(tǒng)很多計(jì)算繁雜的工作可以提交給服務(wù)器完成。在題基于WIFI室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，具體優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：其一，客戶端獲得響應(yīng)的速度快?？蛻舳藨?yīng)用程序運(yùn)行于移動(dòng)終端上，服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)位于計(jì)算機(jī)上，當(dāng)客戶端發(fā)起定位請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器程序根據(jù)預(yù)定的算法，查詢指紋數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行定位，送回定位結(jié)果，這樣大大減少了移動(dòng)客戶端的計(jì)算工作，比起將這些工作交給計(jì)算能力較小的客戶端完成，響應(yīng)速度要快很多。其二，指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的儲(chǔ)存管理對(duì)定位用戶透明。在定位系統(tǒng)中，指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存、讀取及管理功能，是由服務(wù)器程序來(lái)進(jìn)行的，定位用戶無(wú)需也無(wú)權(quán)干涉這背后的工作。
1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)
定位客戶端和創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端均是安裝在移動(dòng)終端上，離線建立指紋數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，系統(tǒng)管理員通過(guò)手機(jī)自帶的WiFi無(wú)線連接功能連到服務(wù)器所在的網(wǎng)絡(luò)，使得客戶端和服務(wù)器處在同一局域網(wǎng)內(nèi)，并按照設(shè)定好的參考點(diǎn)位置在每一個(gè)參考點(diǎn)使用創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端采集WiFi信息，并B同當(dāng)前的位置坐標(biāo)傳送到服務(wù)器端。
系統(tǒng)的客戶端安裝在手機(jī)終端上，具有檢測(cè)WiFi信息、發(fā)送WiFi信息和定位請(qǐng)求、顯示定位結(jié)果的功能。后臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行于計(jì)算機(jī)上，具有接收WiFi信息，處理WiFi信息、連接讀取數(shù)據(jù)庫(kù)、執(zhí)行定位算法、發(fā)送定位結(jié)果的功能。
在線定位時(shí)，用戶啟動(dòng)客戶端程序后，并發(fā)送一個(gè)定位請(qǐng)求到服務(wù)器，通過(guò)和服務(wù)器之間的socket通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將掃描到的WiFi信號(hào)強(qiáng)度通過(guò)socket連接發(fā)送給服務(wù)器，最后接收服務(wù)器定位出的位置信息。兩個(gè)模塊的關(guān)系，如圖2.2-1所示：
定位服務(wù)器運(yùn)行于計(jì)算機(jī)上并連接到互聯(lián)網(wǎng)。服務(wù)器主要負(fù)責(zé)輔助離線階段指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建以及在線定位階段定位的執(zhí)行。開啟服務(wù)器后，相應(yīng)會(huì)開啟一個(gè)監(jiān)聽線程進(jìn)行socket監(jiān)聽，等待客戶端的指紋信息傳輸或者定位請(qǐng)求。當(dāng)收到創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端的指紋信息時(shí)，服務(wù)器要將接收到的指紋信息進(jìn)行處理，再連接數(shù)據(jù)庫(kù)并將相應(yīng)的WIFI信息存入其中。當(dāng)收到定位客戶端的定位請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器讀取其中的WiFi信息，并讀取指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中提前寫入的指紋信息，執(zhí)行相應(yīng)的定位算法沾算出定位客戶端的當(dāng)前位置，并將結(jié)果返回到定位客戶端。服務(wù)器端的模塊圖如2.2-2所示。
2.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
終端設(shè)備接入WiFi后打開客戶端，設(shè)定起點(diǎn)與終點(diǎn)，點(diǎn)擊屏幕底部的“開始導(dǎo)航”按鈕，設(shè)備進(jìn)入數(shù)據(jù)獲取與路徑規(guī)劃階段；
服務(wù)器端計(jì)算完畢后，將數(shù)據(jù)傳回客戶端，并在屏幕上顯示路徑，并進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，向用戶反饋路徑信息；
如果用戶與規(guī)劃路徑方向不相符，先彈出消息對(duì)話框進(jìn)行提示，并詢問是否重新規(guī)劃和計(jì)算路線，經(jīng)用戶確認(rèn)后，繼續(xù)進(jìn)行導(dǎo)航或者重新計(jì)算路線。
導(dǎo)航結(jié)束后，系統(tǒng)提示是否結(jié)束導(dǎo)航，如需進(jìn)行新的任務(wù)，可繼續(xù)重復(fù)以上步驟。
3.總結(jié)
本文研究基于WiFi室內(nèi)定位技術(shù)，設(shè)計(jì)了在交通樞紐場(chǎng)所內(nèi)，通過(guò)當(dāng)前消費(fèi)者廣泛使用智能手機(jī)作為終端的室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取位置信息，路徑規(guī)劃，商家信息推送的功能，具有部署方便，兼容性好，定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)，適合當(dāng)前基于現(xiàn)有的WiFi無(wú)線局域網(wǎng)，在大中型交通樞紐場(chǎng)所中進(jìn)行部署。該系統(tǒng)也存在一定的不足 ，在算法方面需要進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化以減少路徑規(guī)劃的響應(yīng)時(shí)間。
WiFi技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于改善智能手機(jī)的用戶體驗(yàn)是十分重要的，使得智能手機(jī)的功能性得到了很大程度的擴(kuò)展。同時(shí)，隨著 WIFI 技術(shù)的不斷演進(jìn)，其在智能手機(jī)中的應(yīng)用也會(huì)呈現(xiàn)出不同的趨勢(shì)。
摘要：目前大多數(shù)校園學(xué)生上課簽到以人工點(diǎn)名方式為主，不僅浪費(fèi)課堂時(shí)間，而且往往存在學(xué)生代替簽到的問題，不利于管理。該系統(tǒng)利用室榷ㄎ患際跏迪至嗽諳嚦記?、坑浾熼犥、缺侵@嶁訓(xùn)裙δ埽方便任課教師以及班主任等及時(shí)了解學(xué)生考勤狀況。
關(guān)鍵詞：安卓；javaEE；學(xué)生簽到；自動(dòng)辦公；室內(nèi)定位
目前，高校任課教師大多以點(diǎn)名簽到的方式進(jìn)行學(xué)生出勤統(tǒng)計(jì)，以手工方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總，是非耗費(fèi)課堂時(shí)間。為了解決傳統(tǒng)考勤方式的問題，減少任課教師的負(fù)擔(dān)，提高課堂時(shí)間利用效率，簡(jiǎn)化考勤方式，本系統(tǒng)利用創(chuàng)新利用室內(nèi)定位技術(shù)結(jié)合安卓與javaEE技術(shù)開發(fā)設(shè)計(jì)了一款基于室內(nèi)定位技術(shù)的學(xué)生簽到系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用安卓與JavaEE技術(shù)，Mysql作為數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了C/S結(jié)構(gòu)的考勤管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)有三種用戶角色：學(xué)生、教師、管理員。學(xué)生用戶可以查看自己的考勤情況，如有異議即可向系統(tǒng)管理員或者相關(guān)任課教師提出反饋。教師主要是查看授課班級(jí)的出勤情況，可以按照時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行查詢。管理員任務(wù)是負(fù)責(zé)學(xué)生課表、教師表、學(xué)生表、授課表等數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出日常維護(hù)工作。其中，學(xué)生端、教師端在Android端登錄，管理員功能在Web端登錄。
1 軟件總體結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的管理員功能在Web端實(shí)現(xiàn)，Web端使用JSP技術(shù)作為表現(xiàn)層，采用BootStrap、JQuery等富客戶端，提高瀏覽器兼容性。后臺(tái)采用SpringMVC、Spring、Mybatis開源框架集成開發(fā)而成，引入mail、短信接口進(jìn)行信息及時(shí)推送，減少了消息的延時(shí)。采用Mysql作為開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)，使得在數(shù)據(jù)庫(kù)端控制部分?jǐn)?shù)據(jù)完整性成為可能[1]。采取jExcelAPI開源模塊讀寫excel文件，實(shí)現(xiàn)了從excel文件中讀取學(xué)生表、教師表、班級(jí)表等功能，以及從數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)出數(shù)據(jù)到excel文件中去。
本系統(tǒng)的學(xué)生和任課教師用戶是在Android端登錄使用。安卓是以Linux為基礎(chǔ)的開源操作系統(tǒng)，主要使用于便攜設(shè)備，在人群中使用占比較大，可以滿足簽到系統(tǒng)大眾化的需求[2]。安卓端采用最新的Matrial Design設(shè)計(jì)語(yǔ)言，這讓按鈕的彈入彈出、卡片的滑入滑出以及不同界面之間變化的方式都具有了物理質(zhì)感，增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)。本系統(tǒng)利用Android本身的wifi工具包獲取周邊wifi的相關(guān)信息并執(zhí)行相關(guān)算法完成了室內(nèi)定位功能。本系統(tǒng)使用開源的HttpClient框架實(shí)現(xiàn)APP與tomcat服務(wù)器的長(zhǎng)連接，并且實(shí)時(shí)接收來(lái)自服務(wù)器端的信息推送。
2.1 公共模塊
該模塊主要用于驗(yàn)證用戶是否存在以及權(quán)限合法性，并根據(jù)不同身份返回不同標(biāo)示碼。將該模塊作為通用接口，Web頁(yè)面通過(guò)ajax異步交互技術(shù)實(shí)現(xiàn)，Android端使用HttpClient異步提交方式。如果用戶輸入用戶名不存在或者密碼錯(cuò)誤則系統(tǒng)會(huì)返回有關(guān)錯(cuò)誤提示。如果信息正確則會(huì)顯示正確的頁(yè)面或者Activity，用戶可以根據(jù)功能模塊進(jìn)行相關(guān)操作。
2.2 學(xué)生模塊
2.2.1 獲取周邊AP相關(guān)信息
首先建立包含響應(yīng)掃描結(jié)果的接收器receiver，并且重載onReceive（）方法，通過(guò)registierReceiver（）方法將receiver向Android系統(tǒng)進(jìn)行注冊(cè)。getSystemService（）方法用于獲得操作WIFI設(shè)備的句柄。最后用startScan（）方法啟動(dòng)掃描。掃描結(jié)果將包含WIFI的SSID（Service Set Identifier，服務(wù)集標(biāo)識(shí)）、MAC地址、RSSI（Received Signal Strength Indication，接收信號(hào)強(qiáng)度）等數(shù)據(jù)。
2.2.2 室內(nèi)定位模塊
RSSI測(cè)距在15m的近距離精度在2m以內(nèi)，可以滿足基本的室內(nèi)定位需求，大多數(shù)無(wú)限傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)距離定位誤差較大[3]。本系統(tǒng)利用高校教學(xué)樓wifi充分覆蓋這一前提，在此基礎(chǔ)上采集了每個(gè)教室的可接收到AP的數(shù)據(jù)指紋，并且形成了一個(gè)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。在指紋匹配階段，對(duì)每個(gè)掃描到的AP（Wireless Access Point，無(wú)線訪問接入點(diǎn)）的RSSI值，設(shè)定一個(gè)選擇區(qū)間[RSSI-q，RSSI+q]，q為多次試驗(yàn)得到的經(jīng)驗(yàn)值并且可調(diào)整，在指紋庫(kù)中查找滿足此區(qū)間的位置點(diǎn)，若有n個(gè)位置點(diǎn)落在此區(qū)間范圍，則這些位置點(diǎn)分別取權(quán)值1/n，在其他的位置點(diǎn)責(zé)取權(quán)值為0。對(duì)所有接收到的AP做如上處理后，選出權(quán)值最大的位置點(diǎn)為估計(jì)位置。本系統(tǒng)并非得到準(zhǔn)確的室內(nèi)位置，而是精準(zhǔn)判斷學(xué)生用戶所在教室即可。
每次上課時(shí)，學(xué)生只需要打開APP，用自己學(xué)號(hào)與密碼登陸即可，無(wú)需其他操作，即可自動(dòng)完成簽到，此時(shí)任課老師可及時(shí)查看班級(jí)學(xué)生的上課情況。
2.2.3 查看出勤信息
學(xué)生看查看當(dāng)堂課的簽到情況，也可以查看過(guò)去學(xué)生本人出勤情況。查詢出的出勤信息分為缺勤、請(qǐng)假、正常三種情況。
2.2.4 反饋異常數(shù)據(jù)
由于RSSI的多徑效應(yīng)，可能存在定位失敗而導(dǎo)致簽到失敗的情況。本系統(tǒng)通過(guò)引入短信與郵箱接口，學(xué)生可及時(shí)向任課教師或者管理員反饋異常數(shù)據(jù)，管理員及時(shí)更新升級(jí)定位指紋數(shù)據(jù)庫(kù)并將修改后的簽到情況手動(dòng)更新正確。
2.3 教師模塊
2.3.1 查看班級(jí)當(dāng)堂課出勤信息
教師可及時(shí)查看當(dāng)堂課學(xué)生的簽到情況。安卓程序設(shè)計(jì)里，使用AChartEngine繪圖引擎，在安卓界面里可直觀顯示哪些學(xué)生缺勤。
2.3.2 按條件查詢出勤信息
任課教師可按照日期、學(xué)生姓名、上課地點(diǎn)等多種查詢條件查詢學(xué)生出勤情況，并以統(tǒng)計(jì)圖表的形式將數(shù)據(jù)可視化。
2.3.3 導(dǎo)出簽到表
任課教師可將查詢到的簽到情況導(dǎo)出xls、txt等常見數(shù)據(jù)格式，以便課后做更精確的統(tǒng)計(jì)等等。
2.3.4 反饋異常數(shù)據(jù)
任課教師若發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)出現(xiàn)異常，即可立即向管理員反饋，以便減少損失。
2.4 管理員模塊
2.4.1 學(xué)生、教師數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改
學(xué)生、教師登陸的賬號(hào)、所在班級(jí)等數(shù)據(jù)，學(xué)生具有只讀權(quán)限，只能由管理員維護(hù)這些數(shù)據(jù)，不允許個(gè)人修改，密碼除外，個(gè)人信息的錄入工作主要由管理員負(fù)責(zé)，管理員可依照人員變動(dòng)，對(duì)人員信息增加、刪除和修改。為了避免手工錄入工作量巨大，本系統(tǒng)在Web端設(shè)計(jì)了上傳xls文件，服務(wù)器端從xls文件中讀取數(shù)據(jù)并插入數(shù)據(jù)庫(kù)中，所有的學(xué)生信息按照設(shè)定的表單字段存儲(chǔ)在服務(wù)器的Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)中[4]，節(jié)省了大量時(shí)間。
2.4.2 授n數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改
授課數(shù)據(jù)包括授課教室、授課教師、授課班級(jí)以及授課時(shí)間。授課班級(jí)與班級(jí)中學(xué)生是一對(duì)多關(guān)系。授課時(shí)間由管理員錄入，如遇到節(jié)假日、考試放假等情況，并將其排除在授課時(shí)間之外，APP端接收到來(lái)自服務(wù)器端的推送，則在該時(shí)間段內(nèi)不會(huì)執(zhí)行簽到功能。
3 結(jié)束語(yǔ)
本系統(tǒng)將互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于簽到系統(tǒng)，更加充分發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)在高校教學(xué)資源中的重大作用，解決了點(diǎn)名簽到浪費(fèi)課堂時(shí)間等等問題。利用C/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)辦公。以權(quán)限為驅(qū)動(dòng)有利于模塊化設(shè)計(jì)開發(fā)，不同角色擁有不用功能，達(dá)到了考勤目的，具有應(yīng)用價(jià)值。
摘 要：隨著人們對(duì)智能化生活需求的提高，傳統(tǒng)的室內(nèi)照明系統(tǒng)存在的布線復(fù)雜、電能浪費(fèi)、不能遠(yuǎn)程控制等諸多問題已經(jīng)無(wú)法滿足人們需求。為此，文章提出一種基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)主要采用集射頻與微控制器于一體的片上系統(tǒng)CC2530為核心器件，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)光照強(qiáng)度調(diào)節(jié)照明光強(qiáng)、紅外感應(yīng)人體活動(dòng)自動(dòng)開關(guān)照明。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該系統(tǒng)操作方便、反應(yīng)靈敏、更具人性化和節(jié)能等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：ZigBee；智能照明；CC2530
1 概述
隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，各種智能設(shè)備與智能家居解決方案不斷推出，其中照明系統(tǒng)解決方案更是百花齊放。市場(chǎng)上的應(yīng)用最為廣泛的聲控?zé)?，其每一盞燈與聲控、光控、時(shí)鐘元件串聯(lián)在一起組成一個(gè)閉環(huán)被動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)，當(dāng)有一定大小的聲音傳入且環(huán)境光線較弱時(shí)，燈被點(diǎn)亮，延時(shí)一定時(shí)間后熄滅，看似已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了照明設(shè)備的自動(dòng)化，但這種控制僅僅適合樓道等場(chǎng)景使用，同時(shí)在點(diǎn)亮的時(shí)候需要一定大小的聲音，夜間容易產(chǎn)生噪音干擾，也容易被其他聲音干擾誤點(diǎn)亮。ZigBee技術(shù)應(yīng)用于智能照明系統(tǒng)，能使系統(tǒng)中所有的照明設(shè)備在短距離內(nèi)自動(dòng)組網(wǎng)，由協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)終端無(wú)線控制。各個(gè)照明設(shè)備也能實(shí)時(shí)判斷環(huán)境光線的強(qiáng)弱和是否有人員進(jìn)入，做到感應(yīng)開啟。這一控制系統(tǒng)不需要特定環(huán)境，也無(wú)需重新布線，只要對(duì)既有線路稍微做出更改便可實(shí)現(xiàn)無(wú)線智能控制。簡(jiǎn)便的操作、便宜的價(jià)格、適用于大部分照明場(chǎng)景。
2 ZigBee技術(shù)
ZigBee是一種短距離、低復(fù)雜度、低耗能、低速率、低成本的無(wú)線短距離雙向網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。因此具有廉價(jià)的市場(chǎng)定位，非常適合在照明系統(tǒng)中應(yīng)用。
ZigBee技術(shù)介于無(wú)線標(biāo)記和藍(lán)牙之間的技術(shù)方案工作組，主要用于近距離無(wú)線連接，采用IEEE 802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)基于ZigBee的無(wú)線個(gè)人域網(wǎng)能支持高達(dá)254個(gè)節(jié)點(diǎn)。ZigBee采用自組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，節(jié)點(diǎn)之間以接力的方式通過(guò)無(wú)線電波來(lái)實(shí)現(xiàn)通信，通信效率非常高。
ZigBee組網(wǎng)方式主要有三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：星型結(jié)構(gòu)、簇狀結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括一個(gè)協(xié)調(diào)器和多個(gè)終端，沒有路由，近距離傳輸。本照明系統(tǒng)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由一個(gè)協(xié)調(diào)器和多個(gè)終端設(shè)備組成。在本ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器執(zhí)行命令的發(fā)送。協(xié)調(diào)器將控制命令發(fā)送到指定的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)指定的節(jié)點(diǎn)收到來(lái)自協(xié)調(diào)器的命令后，就做出指定的動(dòng)作，而各個(gè)終端節(jié)點(diǎn)之間不能互相通信。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)在架設(shè)ZigBee無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)所選擇的硬件平臺(tái)是CC2530模塊ZigBee開發(fā)套件。CC2530內(nèi)部已集成了一個(gè)8051微處理器與高性能的RF收發(fā)器。CC2350能以很低的成本建設(shè)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，擁有較大的快閃記憶體，能存儲(chǔ)256B數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)主要分為協(xié)調(diào)器模塊和終端節(jié)點(diǎn)模塊。協(xié)調(diào)器模塊由ZigBee模塊和PC組成，終端節(jié)點(diǎn)模塊主要由ZigBee模塊、光敏傳感器、紅外傳感器和照明燈泡組成?？刂撇呗越Y(jié)合ZigBee2007協(xié)議，終端節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集照明現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境參數(shù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器，經(jīng)過(guò)協(xié)調(diào)器上CC2530芯片的邏輯分析后，發(fā)回操作指令給終端節(jié)點(diǎn)。PC上位機(jī)也可實(shí)時(shí)顯示環(huán)境參數(shù)信息，對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行集中管理和控制。使用的主要硬件包括ZigBeeCC2530芯片模塊、HC-SR501型紅外電傳感器、5549光敏傳感器、燈泡、RS232串口通信線、YL-78 1路繼電器、PC機(jī)、電源、下載線等。硬件原理圖如圖1所示。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
使用TI公司開發(fā)的基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的 Z-Stack協(xié)議棧 ，僅僅需要設(shè)計(jì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用層軟件即可。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器初始化網(wǎng)絡(luò)后，終端節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器完成網(wǎng)絡(luò)連接的過(guò)程，成功組建ZigBee星型網(wǎng)絡(luò)。光敏傳感器對(duì)室內(nèi)光照強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并將采集的光強(qiáng)信息傳給終端ZigBee模塊，終端ZigBee模塊又將此信息發(fā)送給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過(guò)串口將數(shù)據(jù)送到上位機(jī)顯示，同時(shí)，協(xié)調(diào)器對(duì)光強(qiáng)信息進(jìn)行分析判斷，當(dāng)光強(qiáng)高于既設(shè)閾值時(shí)點(diǎn)亮燈泡，小于則熄滅。此模式還要判斷是否有紅外感應(yīng)的情況下執(zhí)行，當(dāng)沒有紅外感應(yīng)時(shí)，燈泡一直處于熄滅狀態(tài)。
本論文實(shí)物使用開發(fā)板P0.4口和P0.5口作為電磁繼電器的信號(hào)輸入端，設(shè)定高電平時(shí)繼電器斷開，低電平時(shí)繼電器吸合。主要應(yīng)用ZigBee協(xié)議棧SampleApp_Init（ ）用戶任務(wù)初始化函數(shù)，設(shè)置程序發(fā)送數(shù)據(jù)的方式和目的地址尋址模式，定義設(shè)備用來(lái)通信的APS層端點(diǎn)描述符；SampleApp_ProcessEvent（ ）用戶應(yīng)用任務(wù)的事件處理函數(shù)，處理用戶按鍵任務(wù)；SampleApp_SendPeriodicmessage（ ）分析發(fā)送信息函數(shù)，調(diào)用AF_DataRequest將數(shù)據(jù)無(wú)線廣播出去；SampleApp_MessageMSGCB（ ）分析接收數(shù)據(jù)函數(shù)，接收廣播信息數(shù)據(jù)，并執(zhí)行。
5 系統(tǒng)整體測(cè)試
給兩塊ZigBee開發(fā)板上電，組網(wǎng)成功后，當(dāng)有人體靠近時(shí)，紅外熱釋電傳感器感應(yīng)到人體靠近，同時(shí)通過(guò)光敏模塊采集環(huán)境光強(qiáng)度，協(xié)調(diào)器分析處理采集信號(hào)，如果環(huán)境光強(qiáng)度弱，發(fā)出高電平，控制繼電器將燈點(diǎn)亮，反之發(fā)出低電平，繼電器不工作燈泡保持熄滅狀態(tài)。
PC上位機(jī)能夠顯示遠(yuǎn)程終端節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)終端節(jié)點(diǎn)上的燈泡集中控制。
6 結(jié)束語(yǔ)
本設(shè)計(jì)將ZigBee技術(shù)與室內(nèi)照明相結(jié)合，能實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑室內(nèi)外的照明設(shè)備進(jìn)行集中管理，該系統(tǒng)可用于家庭照明、樓道燈和偏僻地點(diǎn)的路燈等場(chǎng)景的照明控制。利用此系統(tǒng)不但可以降低系統(tǒng)的安裝成本與難度，同時(shí)可靠性高、維護(hù)方便，有著廣闊的應(yīng)用前景。
作者簡(jiǎn)介：古丹（1991-），女，h族，四川，助理實(shí)驗(yàn)師，本科，三亞學(xué)院，研究方向：電子技術(shù)。
摘 要： 為了準(zhǔn)確便攜地測(cè)量室內(nèi)溫度、相對(duì)濕度、氣壓、二氧化碳濃度、甲醛濃度與可吸入氣溶膠顆粒濃度，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種遠(yuǎn)程室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該智能系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)作為主控制器來(lái)處理和發(fā)送數(shù)據(jù)。針對(duì)室內(nèi)環(huán)境因素的特點(diǎn)，分別選取穩(wěn)定性強(qiáng)、靈敏度高、低功耗的傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，并配有LCD模塊顯示當(dāng)前數(shù)值，同時(shí)將數(shù)據(jù)存入SD卡。在戶外的情況下，系統(tǒng)通過(guò)GSM模塊發(fā)送短信及時(shí)通知用戶室內(nèi)環(huán)境情況，用戶可以回復(fù)已設(shè)定好的數(shù)字信息實(shí)現(xiàn)對(duì)智能設(shè)備的遠(yuǎn)程操控。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，該智能化室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)與調(diào)控系統(tǒng)的測(cè)量精度達(dá)到普通環(huán)境監(jiān)測(cè)要求，穩(wěn)定性好，具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞： STM32； 顯示模塊； GSM模塊； 傳感器； 智能設(shè)備
0 引 言
近些年人們的環(huán)保與健康意識(shí)顯著增強(qiáng)，室內(nèi)空氣污染備受關(guān)注。目前室內(nèi)空氣污染物主要包含：廚房天然氣燃燒及烹飪過(guò)程中產(chǎn)生的CO，CO2，SO2等；在客廳吸煙時(shí)產(chǎn)生的甲醛、氰化氫、丙烯醛等；房屋裝修所用的裝飾材料和化工產(chǎn)品釋放的甲醛、苯氨、甲苯等[1?2]。因此，研發(fā)一種低功耗、智能化、面向普通用戶、集成多項(xiàng)參數(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)并具有遠(yuǎn)程調(diào)控功能的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已成為必然的趨勢(shì)。本文提出了一種基于ARM?STM32的遠(yuǎn)程室內(nèi)環(huán)境智能監(jiān)測(cè)與調(diào)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅集成了先進(jìn)的微處理器芯片、各類傳感器模塊、環(huán)境調(diào)控模塊、電源控制模塊、顯示模塊、GSM無(wú)線傳輸模塊，而且配備了智能手機(jī)客戶端，使得威脅人體健康的污染因素得到遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及有效調(diào)控。該系統(tǒng)安全系數(shù)高，便于遠(yuǎn)程調(diào)控，從而有效地提升了室內(nèi)環(huán)境的凈化能力。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理
本文的系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，其由STM32單片機(jī)模塊、各類傳感器模塊、無(wú)線傳輸模塊、顯示模塊、環(huán)境調(diào)控模塊、電源控制模塊及手機(jī)信息接收端等部分構(gòu)成。其中：傳感器模塊主要檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境的溫濕度、CO2、氣壓、甲醛、氣溶膠懸浮顆粒；無(wú)線傳輸模塊由芯訊通公司（SIMCom）生產(chǎn)的SIM900A芯片及其外圍拓展電路組成，負(fù)責(zé)接入GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)；顯示模塊采用2.8寸TFTLCD顯示器及其外圍電路，其通過(guò)FSMC接口與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[3]；環(huán)境調(diào)控模塊主要包括智能開關(guān)、智能紅外遙控裝置，它們控制著空調(diào)、加濕器、空氣凈化器、新風(fēng)系統(tǒng)等；電源控制電路主要由供電電源、穩(wěn)壓芯片及繼電器組成，選用5 V的直流供電電源和精度較高的線性穩(wěn)壓芯片LM1117?3.3，穩(wěn)定輸出3.3 V的直流電，繼電器選用HK4100F?DC5V?SH；手機(jī)接收的信息以短信形式顯示，用戶可更方便、直觀的觀察。
該系統(tǒng)的工作原理是：首先，STM32處理器內(nèi)部的A/D模塊將前端傳感器模塊傳輸來(lái)的環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，TFTLCD會(huì)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的數(shù)值，測(cè)得的數(shù)據(jù)也及時(shí)保存到外部SD卡中。當(dāng)檢測(cè)的值超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定的值時(shí)，單片機(jī)通過(guò)串口發(fā)送一個(gè)高電平給無(wú)線傳輸模塊，使無(wú)線傳輸模塊發(fā)送短信到設(shè)定的手機(jī)號(hào)碼，用戶便可以查看短信來(lái)了解室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，用戶與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，用戶也可以回復(fù)已設(shè)定好的數(shù)字信息來(lái)遠(yuǎn)距離操控智能開關(guān)和紅外遙控器。智能開關(guān)主要控制一些電器的開和關(guān)，紅外遙控器既能控制開關(guān)還具有調(diào)節(jié)的功能。當(dāng)系統(tǒng)處理器收到用戶發(fā)來(lái)的指令時(shí)，能夠根據(jù)指令內(nèi)容進(jìn)行相關(guān)操作。類似地，傳感器的開啟和關(guān)閉也可通過(guò)無(wú)線傳輸模塊進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而凸顯出了低功耗和選擇性檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 核心處理器的選擇
意法半導(dǎo)體公司研發(fā)的STM32系列處理器是基于Cortex?M3內(nèi)核架構(gòu)，它們專用于滿足處理性能強(qiáng)、功耗低、實(shí)時(shí)性好、成本低的嵌入式場(chǎng)合要求[4?5]。在以下場(chǎng)合應(yīng)用較頻繁：工業(yè)使用場(chǎng)合、低能耗使用場(chǎng)合、建筑和安防應(yīng)用、消費(fèi)類電子產(chǎn)品。綜合諸多方面的因素，本文最終采用的處理器為STM32F103ZET6，其處理運(yùn)算速率可以達(dá)到72 MHz，片內(nèi)集成512 KB FLASH，64 KB RAM，1個(gè)USB，1個(gè)CAN，112個(gè)GPIO，8個(gè)定時(shí)器，5個(gè)USART，3個(gè)ADC，1個(gè)SDIO，2個(gè)DAC，3個(gè)SPI，2個(gè)I2C，2個(gè)I2S，1個(gè)SDIO FSMC總線。
2.2 傳感器選型
作為室內(nèi)環(huán)境多參數(shù)測(cè)量中最為關(guān)鍵的部分，傳感器的選型直接影響系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。在本系統(tǒng)中，結(jié)合測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)際需要，選用BMP180傳感器進(jìn)行氣壓測(cè)量，其具有較高的穩(wěn)定性，在超高分辨率模式下，分辨率為2 Pa，測(cè)量范圍[6]為30～110 kPa。通過(guò)I2C總線直接與微處理器相連；選用了GP2Y1050AU0F傳感器進(jìn)行氣溶膠顆粒檢測(cè)，該傳感器基于光散射原理，PM1以上的粒子均可被靈敏檢測(cè)到；采用AM2320溫濕度復(fù)合型傳感器進(jìn)行溫濕度測(cè)量[7]，溫度測(cè)量范圍為-35～75 ℃，相對(duì)濕度測(cè)量范圍0～99.5%，其信號(hào)以40位串行數(shù)據(jù)輸出，傳輸距離可達(dá)20 m以上；選用MS1100甲醛傳感器M行甲醛濃度檢測(cè)[8]，其能夠偵測(cè)0～100×10-6 kg/m3濃度范圍內(nèi)的氣體，選取AD8628芯片對(duì)微弱的輸出信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算放大；選用基于非分散紅外線技術(shù)的CO2傳感器，其采用單通道技術(shù)，具有穩(wěn)定性好、精度高等特點(diǎn)。
2.3 無(wú)線傳輸模塊設(shè)計(jì)
無(wú)線傳輸模塊采用芯訊通公司生產(chǎn)的SIM900A[9]，其采用SMT封裝，支持AT指令。采用單電源供電模式，當(dāng)工作電壓為4.0 V時(shí)，此模塊性能達(dá)到最佳。本系統(tǒng)中其與處理器之間采用串口通信的方式，通信速度設(shè)為19 200 b/s，TXD，RXD為發(fā)送、接收端，分別與STM32單片機(jī)的PA10，PA9連接。各類傳感器檢測(cè)的室內(nèi)環(huán)境參數(shù)數(shù)值可由無(wú)線傳輸模塊以短信的形式發(fā)送到用戶手機(jī)上，以便于用戶遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)了解室內(nèi)環(huán)境狀況。
2.4 電源電路設(shè)計(jì)
在本文設(shè)計(jì)中電源模塊分為兩部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)及外圍設(shè)備供電模塊和SIM900A供電模塊。單片機(jī)和外圍模塊的供電由穩(wěn)壓芯片LM1117?3.3輸出的3.3 V直流電提供，其電路連接如圖2所示。
其中C2和C4是旁路電容，主要是抑制干擾，而C1和C3是電解電容，起到濾波的作用。SIM900A模塊電源采用穩(wěn)壓芯片MP2303，它能穩(wěn)定輸出0.8～25 V的直流電，電路連接如圖3所示。其中VCC_BAT端輸出電壓4.0 V供SIM900A模塊使用。
2.5 繼電器電路設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)采用的是直流電磁繼電器，型號(hào)為HK4100F?DC5V?SH，其電路如圖4所示，鑒于STM32單片機(jī)端口輸出的電流不足以驅(qū)動(dòng)電磁繼電器，因此在本設(shè)計(jì)中通過(guò)NPN型三極管8050先對(duì)輸出電流進(jìn)行放大，然后再連接電磁繼電器，其中三極管的基極b接到單片機(jī)PA10端口，發(fā)射極e接地，線圈的另一端接5 V電源。值得注意的是，為直觀了解繼電器的工作狀態(tài)，在繼電器線圈兩端分別并聯(lián)一個(gè)二極管1N4148、一個(gè)1 kΩ的電阻R2以及LED發(fā)光二極管，三者共同組成狀態(tài)指示電路。CN2的1，2，3腳為繼電器輸出接線端口，本設(shè)計(jì)中每個(gè)傳感器模塊都連接了一個(gè)電磁繼電器。
3 軟件模塊設(shè)計(jì)
3.1 GSM控制指令
系統(tǒng)中采用GSM無(wú)線通信模塊SIM900A實(shí)現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)通信。GSM無(wú)線通信模塊SIM900A通過(guò)AT命令來(lái)進(jìn)行控制，采用短消息模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)服務(wù)中心（Service Center）完成信息的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)后，再利用SMS短信息服務(wù)進(jìn)行文本信息收發(fā)。SMS主要有Text和PDU兩種收發(fā)短信模式。8 b數(shù)據(jù)與GSM字符集的收發(fā)操作可在Text模式下完成，而PDU模式不僅可以實(shí)現(xiàn)Text模式的所有功能，而且也可支持UCS2字符集和中文字符的收發(fā)操作，但需要對(duì)收發(fā)PDU數(shù)據(jù)格式進(jìn)行編碼和解碼。GSM模塊控制指令類型較多，部分常用典型指令如表1所示。
3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程
系統(tǒng)運(yùn)行總流程如圖5所示，首先，需要初始化系統(tǒng)的底層硬件，然后初始化串口，設(shè)置波特率等。利用 STM32控制器自帶的A/D轉(zhuǎn)換功能對(duì)前端傳感器模塊采集到的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，數(shù)值通過(guò) LCD實(shí)時(shí)顯示，并存儲(chǔ)在SD卡中。當(dāng)檢測(cè)的參數(shù)值超出系統(tǒng)設(shè)定的范圍時(shí)，STM32主控制器通過(guò) SIM900A 發(fā)送短信及時(shí)通知用戶，用戶根據(jù)接收到的短信息，回復(fù)相應(yīng)的數(shù)字信息實(shí)現(xiàn)對(duì)智能設(shè)備的遠(yuǎn)距離控制。另外為了降低功耗，有選擇性的檢測(cè)，用戶也可以通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送指令給微控制器來(lái)驅(qū)動(dòng)電源控制模塊（繼電器），控制模塊電源是斷開還是閉合，從而遠(yuǎn)程智能管理環(huán)境調(diào)控模塊來(lái)開啟和關(guān)閉空調(diào)、加濕器、空氣凈化器、新風(fēng)系統(tǒng)等設(shè)備，改善室內(nèi)環(huán)境。如果用戶在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒有回復(fù)信息，系統(tǒng)會(huì)在5 min后重新發(fā)送信息給用戶，直到收到回復(fù)信息才停止。
4 系統(tǒng)測(cè)試及實(shí)驗(yàn)分析
4.1 系統(tǒng)測(cè)試
基于前面軟硬件的設(shè)計(jì)，根據(jù)需要制定了實(shí)驗(yàn)板并焊接各個(gè)傳感器及GSM模塊、核心板模塊和供電模塊，然后進(jìn)行接線，保證不發(fā)生短接、空接或接錯(cuò)等現(xiàn)象。室內(nèi)環(huán)境的溫濕度、氣壓、甲醛濃度、二氧化碳濃度、氣溶膠懸浮顆粒物濃度值等通過(guò)LCD顯示出來(lái)。查看SIM900A顯示燈顯示是否處于正常工作狀態(tài)，若不正常則檢查SIM卡是否插好。在進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦蛘{(diào)試時(shí)，若手機(jī)端收到數(shù)據(jù)，則調(diào)試成功，否則，檢查相應(yīng)的程序錯(cuò)誤。逐一調(diào)試成功后，最后形成一套完整的系統(tǒng)程序，系統(tǒng)實(shí)物如圖6所示，LCD顯示的數(shù)值如圖7（a）所示，手機(jī)端接收到的信息如圖7（b）所示。
4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
溫濕度的標(biāo)定嚴(yán)格根據(jù)溫濕度傳感器行業(yè)規(guī)范和規(guī)程，結(jié)合恒溫恒濕箱C180來(lái)完成，系統(tǒng)所測(cè)得的溫濕度值與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比結(jié)果如表2所示。
甲醛實(shí)驗(yàn)?zāi)K采用衛(wèi)家空氣甲醛自測(cè)盒所測(cè)數(shù)據(jù)和本系統(tǒng)做對(duì)比，甲醛自測(cè)盒最小分辨率為0.05 mg/m3，甲醛自測(cè)盒和系統(tǒng)所測(cè)數(shù)據(jù)值的對(duì)比結(jié)果如表3所示。
當(dāng)環(huán)境條件滿足溫度為20±3 °C、相對(duì)濕度
氣壓模塊結(jié)合Fluke PPC?4壓力全自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，精度達(dá)±0.008%，年穩(wěn)定性優(yōu)于±0.005%。壓力控制器穩(wěn)定度達(dá)4 ppm。Fluke PPC?4和本系統(tǒng)所測(cè)數(shù)據(jù)值的對(duì)比結(jié)果如表5所示。
從表2～表5的對(duì)比結(jié)果可以看出，本文設(shè)計(jì)的環(huán)境監(jiān)測(cè)與調(diào)控系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)儀器所測(cè)的溫度、濕度、氣壓、甲醛、氣溶膠濃度數(shù)值基本一致。系統(tǒng)的固有誤差以及零點(diǎn)漂移產(chǎn)生的誤差對(duì)測(cè)量精度有一定的影響，但在普通環(huán)境監(jiān)測(cè)條件下，對(duì)比結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)精度可以很好滿足實(shí)際檢測(cè)需求。同時(shí)本文實(shí)現(xiàn)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也便于用戶遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和智能調(diào)控，實(shí)用性更強(qiáng)。
5 結(jié) 語(yǔ)
針對(duì)市場(chǎng)上一些室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)儀器存在的問題，并結(jié)合傳感、測(cè)量、通信以及無(wú)線控制等多種技術(shù)，本文研究且設(shè)計(jì)了室內(nèi)環(huán)境多參數(shù)遠(yuǎn)程檢測(cè)和調(diào)控系統(tǒng)。室內(nèi)環(huán)境的溫度、相對(duì)濕度、二氧化碳濃度、甲醛濃度、氣溶膠濃度可通過(guò)該智能系統(tǒng)較好的監(jiān)測(cè)和調(diào)控。在數(shù)據(jù)的采集、保存、傳輸?shù)秸{(diào)控的整個(gè)過(guò)程中，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性都較強(qiáng)。同時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)的分析也驗(yàn)證了該系統(tǒng)的測(cè)量精度基本符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值，因此該系統(tǒng)能滿足普通家庭用戶的實(shí)際使用需求。
摘 要：為了使管理員多平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)偏遠(yuǎn)地區(qū)基站機(jī)房環(huán)境，系統(tǒng)使用Arduino單片機(jī)和溫濕度傳感器DHT11，采用AllJoyn開源框架，結(jié)合億聯(lián)客物聯(lián)平臺(tái)，在電腦端和安卓移動(dòng)端獲取溫濕度數(shù)據(jù)曲線，并驗(yàn)證AllJoyn的平臺(tái)中立性。
關(guān)鍵詞：AllJoyn；Arduino；DHT11；物聯(lián)網(wǎng)；多平臺(tái)
隨著通信行業(yè)的發(fā)展，基站數(shù)量增多，偏遠(yuǎn)地區(qū)機(jī)房檢測(cè)困難。傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使管理員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并快速解決問題，但多學(xué)科交叉使行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。AllJoyn具有平臺(tái)中立性、多平臺(tái)組件等特點(diǎn)。其核心是總線機(jī)制，服務(wù)端和客戶端的總線附件先連接到總線，之后系統(tǒng)分配給它們唯一的ID，服務(wù)端的總線附件申請(qǐng)共知名稱并廣播，客戶端發(fā)現(xiàn)共知名稱后連接到總線，建立會(huì)話。本設(shè)計(jì)采用Arduino Due和DHT11模塊，結(jié)合億聯(lián)客物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，運(yùn)用AllJoyn多平臺(tái)特性，在電腦端和安卓手機(jī)端進(jìn)行數(shù)據(jù)曲線顯示，更直觀地獲取室內(nèi)的情況。
1.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)結(jié)合Arduino Due開發(fā)板與多個(gè)溫濕度傳感器，使用互聯(lián)網(wǎng)連接電腦服務(wù)端，AllJoyn后臺(tái)程序傳輸采集數(shù)據(jù)，如圖1所示。Arduino Due集成SAM3X8E芯片，包括54個(gè)數(shù)字接口和12個(gè)模擬接口，工作電壓3.3V。W5100擴(kuò)展板連接互聯(lián)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻|聯(lián)客平臺(tái)。DHT11集成電阻式感濕元件和NTC測(cè)溫元件，附帶8位單片機(jī)。
2.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
（1）搭建AllJoyn框架。安裝Java和Eclipse，Visual Studio和AllJoyn SDK，設(shè)置命令“scons OS=win7 CPU=x86_64 MSVS_VERSION=11.0 BINDINGS=cpp”，配置好參數(shù)完成AllJoyn的軟件環(huán)境搭建。
（2）使用Visual Studio軟件實(shí)現(xiàn)AllJoyn總線機(jī)制的各環(huán)節(jié)。創(chuàng)建總線對(duì)象，添加接口，創(chuàng)建后臺(tái)服務(wù)連接到總線；連接AllJoyn路由；服務(wù)名字請(qǐng)求，確認(rèn)共知名稱；會(huì)話創(chuàng)建，包括動(dòng)作、接口號(hào)和綁定；廣播共知名稱，以便周邊設(shè)備進(jìn)行發(fā)現(xiàn)并連接服務(wù)。
（3）設(shè)計(jì)溫濕度傳感器節(jié)點(diǎn)軟件，包括Arduino溫濕度數(shù)據(jù)檢測(cè)和連接AllJoyn服務(wù)。溫濕度檢測(cè)先設(shè)定DHT11傳感器的輸入引腳，之后讀取引腳狀態(tài)，成功則傳輸溫濕度值，失敗則返回刷新。AllJoyn服務(wù)則幫助實(shí)現(xiàn)溫濕度獲取和傳輸?shù)墓δ埽却_定服務(wù)參數(shù)，與PC端代碼設(shè)定一致；再初始化單片機(jī)，創(chuàng)建對(duì)象并注冊(cè)后臺(tái)；最后啟動(dòng)客戶端，獲取溫濕度數(shù)據(jù)，調(diào)用電腦端的發(fā)送函數(shù)，并多次刷新循環(huán)。
3.系統(tǒng)結(jié)果
首先電腦生成可執(zhí)行文件，同時(shí)把以太網(wǎng)擴(kuò)展板插到單片機(jī)板上，用網(wǎng)線連接擴(kuò)展板與路由器。并把DHT11模塊插到面包板上，與到單片機(jī)對(duì)應(yīng)引腳連接。然后啟動(dòng)AllJoyn服務(wù)的后臺(tái)程序。啟動(dòng)單片機(jī)，打開Arduino IDE，將程序上傳。在電腦端運(yùn)用命令行工具啟動(dòng)程序，等待Arduino接入后開啟會(huì)話。最后打開億聯(lián)客PC端和安卓客戶端，獲得實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，輸出界面如圖2所示。
結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)結(jié)合Arduino Due單片機(jī)和DHT11溫濕度傳感器的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并可在多平臺(tái)上查看，對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的基站機(jī)房建設(shè)監(jiān)測(cè)更加便捷，AllJoyn整合更多的資源給用戶提供了更多選擇，其平臺(tái)中立性可結(jié)合其他相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，發(fā)展前景廣闊。
摘 要：智能家居是目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要應(yīng)用途徑之一，近幾年發(fā)展非常迅猛?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了一款室內(nèi)空氣檢測(cè)凈化系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)端主機(jī)、監(jiān)測(cè)端從機(jī)、凈化端和上位機(jī)組成。監(jiān)測(cè)端主機(jī)通過(guò)2.4 G無(wú)線方式和多個(gè)監(jiān)測(cè)端從機(jī)通信，接收氣體成分的濃度并在人機(jī)交互界面顯示。監(jiān)測(cè)端從機(jī)提供4個(gè)不同的空氣傳感器接口，用戶可根據(jù)不同的房間選擇不同的組合。凈化端起到凈化空氣的作用，具有凈化PM2.5，降解甲醛和苯，產(chǎn)生負(fù)氧離子，吸收異味等功能。上位機(jī)由手機(jī)App和電腦客戶端組成，可以通過(guò)手機(jī)及電腦獲取室內(nèi)空氣的狀況。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；空氣凈化；2.4 G
中圖分類號(hào)：TN108+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2016）11-00-03
0 引 言
近年來(lái)室內(nèi)空氣污染物的來(lái)源和種類不斷增多， 室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量日益惡劣，對(duì)人體健康影響較大，目前已引起人們的廣泛關(guān)注并成為研究熱點(diǎn)。調(diào)查表明，人有80%以上的時(shí)間是在室內(nèi)度過(guò)的，室內(nèi)環(huán)境污染對(duì)人們的身體健康和生活工作質(zhì)量帶來(lái)了直接影響。市場(chǎng)上的凈化器只起到凈化效果，且其檢測(cè)及凈化裝置為一個(gè)整體，效果差強(qiáng)人意。本系統(tǒng)采用分立式設(shè)計(jì)，凈化范圍廣、安裝便捷，不僅能凈化空氣，還具有防火、防泄漏、報(bào)警等功能，可消除室內(nèi)安全隱患[1]。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)主要由監(jiān)測(cè)端主機(jī)（1個(gè)）、監(jiān)測(cè)端從機(jī)（多個(gè)）、凈化端（多個(gè)）和上位機(jī)（電腦客戶端和手機(jī)App）組成，由這4部分構(gòu)成完整的網(wǎng)絡(luò)，作為智能家居的組成部分[2]。
1.1 監(jiān)測(cè)端主機(jī)
監(jiān)測(cè)端主機(jī)是系統(tǒng)的核心單元，是系統(tǒng)的控制中心和數(shù)據(jù)處理中心。它采用TFT屏進(jìn)行人機(jī)交互，用戶可以查看各個(gè)房間的溫濕度及氣體濃度，當(dāng)室內(nèi)空氣污濁時(shí)自動(dòng)開啟凈化端凈化空氣，若室內(nèi)有害氣體或甲烷濃度高于100 ppm時(shí)，認(rèn)為室內(nèi)空氣危險(xiǎn)，啟動(dòng)聲光報(bào)警。同時(shí)配備WiFi模塊和藍(lán)牙模塊分別用于連接電腦客戶機(jī)和手機(jī)App。監(jiān)測(cè)端主機(jī)與從機(jī)通過(guò)2.4 G模塊通信，從機(jī)把溫濕度以及氣體濃度信息傳送給主機(jī)。
1.2 監(jiān)測(cè)端從機(jī)
監(jiān)測(cè)端從機(jī)主要負(fù)責(zé)空氣信息的采集，包含氣體溫濕度、PM2.5、CO2、CO、甲烷等。不同的從機(jī)可以攜帶不同的傳感器，每個(gè)從機(jī)可以同時(shí)攜帶1～5個(gè)不同的氣體傳感器。
1.3 凈化端
凈化端主要起凈化空氣的作用?？梢詢艋疨M2.5，降解甲醛和苯，產(chǎn)生負(fù)氧離子，吸收異味[3]。
1.4 上位機(jī)
上位機(jī)部分主要由PC端客戶機(jī)和手機(jī)App組成，PC端通過(guò)WiFi和監(jiān)測(cè)端主機(jī)連接，手機(jī)通過(guò)藍(lán)牙方式連接。通過(guò)WiFi或者藍(lán)牙可以在電腦客戶端或者手機(jī)App上實(shí)時(shí)觀察室內(nèi)的空氣情況，并將7天內(nèi)的信息繪制成曲線，給出合理建議。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
2.1 硬件方案
監(jiān)測(cè)端主機(jī)采用功能強(qiáng)大的STM32F407ZET6作為主控芯片[4，5]，主頻高達(dá)168 MHz，擁有豐富的外設(shè)模塊，可以滿足無(wú)線收發(fā)以及彩屏控制等功能的需要。采用nRF24L01芯片作為無(wú)線傳輸芯片，該芯片通過(guò)SPI接口和主控相連。與手機(jī)App通信時(shí)采用藍(lán)牙方式，所以使用CC2540芯片作為藍(lán)牙傳輸芯片與手機(jī)App進(jìn)行通信，它通過(guò)串口和主控相連，數(shù)據(jù)傳輸非常方便。采用WiFi的方式與電腦客戶端連接，將ESP8266芯片作為藍(lán)牙傳輸芯片，當(dāng)電腦連接上該芯片發(fā)射出的WiFi信號(hào)后便可與電腦客戶端進(jìn)行通信[6]。ESP8266芯片同樣也通過(guò)串口與主控相連，配置一塊分辨率為320×240的彩色觸摸屏進(jìn)行人機(jī)交互。采用5 V開關(guān)電源[7]供電為常用供電方式，鋰電池為備用供電方式。鋰電池充電采用TP4056芯片，其充電電路如圖2所示。
考慮到監(jiān)測(cè)端從機(jī)功能較為單一，所以采用引腳較少、主頻較低的STM32 F103C8T6為主控芯片。與主機(jī)一樣，無(wú)線傳輸采用nRF24L01芯片和主機(jī)進(jìn)行通信。由AM2321溫濕度模塊測(cè)量室內(nèi)溫濕度，該芯片比較靈敏、準(zhǔn)確，對(duì)溫度的分辨率可達(dá)到0.1℃，精度為±0.5℃，它通過(guò)I2C總線和主控進(jìn)行通信。提供4種氣體傳感器的接口，分別為檢測(cè)PM2.5的SDS011傳感器接口、檢測(cè)CO2的MH-Z14傳感器接口、檢測(cè)甲烷的MQ-2傳感器接口和檢測(cè)CO氣體的MQ-7傳感器接口。其中SDS011通過(guò)讀取數(shù)據(jù)口的高電平比例來(lái)計(jì)算PM2.5的濃度，其他氣體傳感器均采用ADC轉(zhuǎn)換的方式讀取氣體濃度。供電采用12 V開關(guān)電源和鋰電池混合供電的方式，開關(guān)電源為常用供電方式，鋰電池為備用供電方式[8]，當(dāng)停電時(shí)立即開啟鋰電池供電。
凈化端內(nèi)部主要由風(fēng)扇、過(guò)濾網(wǎng)、負(fù)氧離子發(fā)生器組成。其中負(fù)氧離子發(fā)生器和風(fēng)扇由監(jiān)測(cè)端從機(jī)控制，負(fù)氧離子發(fā)生器由紫外燈板組成，紫外燈照射空氣后可以產(chǎn)生大量負(fù)氧離子，使空氣更加清新。過(guò)濾網(wǎng)由光觸媒濾網(wǎng)、HEPA濾網(wǎng)、活性炭濾網(wǎng)組成，空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng)后不僅可以降解苯、甲苯等有害分子，還可以吸附PM2.5，吸收異味。當(dāng)監(jiān)測(cè)端主機(jī)檢測(cè)到空氣污濁時(shí)，控制風(fēng)扇和紫外燈板凈化空氣。
2.2 軟件方案
系統(tǒng)共使用4個(gè)2.4 G無(wú)線模塊，模塊初始狀態(tài)均配置為接收方式，每個(gè)無(wú)線模塊擁有不同的地址，依次為0x01到0x04。當(dāng)某個(gè)模塊需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)先配置發(fā)送方式，將接收地址和需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)包中后開啟發(fā)送，數(shù)據(jù)包發(fā)送成功后會(huì)收到接收方的應(yīng)答信號(hào)，可以根據(jù)應(yīng)答信號(hào)的有無(wú)判斷數(shù)據(jù)包是否發(fā)送成功。如果發(fā)送成功則重新切換成接收狀態(tài)，如果發(fā)送失敗則重新發(fā)送，連續(xù)5次發(fā)送失敗后放棄發(fā)送。2.4 G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包格式如表1所列[9]。
WiFi模塊、藍(lán)牙模塊分別和電腦、手機(jī)建立連接后可直接使用發(fā)送函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)。
監(jiān)測(cè)端從機(jī)每分鐘采集10次空氣成分信息，經(jīng)處理后發(fā)送到監(jiān)測(cè)端主機(jī)。由于測(cè)量數(shù)據(jù)易受環(huán)境影響，會(huì)產(chǎn)生粗大誤差，所以在10次測(cè)量結(jié)果中剔除粗大誤差后取平均值作為當(dāng)前空氣濃度的真實(shí)值。剔除粗大誤差采用格拉布斯準(zhǔn)則：當(dāng)某測(cè)量值Ui的殘差的絕對(duì)值|Vi|>G時(shí)，則剔除Ui，其中G值與測(cè)量次數(shù)和置信概率有關(guān)[10]，為數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。
監(jiān)測(cè)端主機(jī)首先接收空氣成分?jǐn)?shù)據(jù)，在TFT屏上顯示，若與電腦或手機(jī)建立連接則將數(shù)據(jù)發(fā)送到電腦或者手機(jī)。當(dāng)空氣污濁（CO2濃度大于500 ppm、PM2.5濃度大于25 g/m3）時(shí)，發(fā)送凈化指令到監(jiān)測(cè)端從機(jī)，從機(jī)控制凈化端凈化空氣。當(dāng)有害氣體濃度超過(guò)正常值時(shí)，開啟聲光警報(bào)，同時(shí)發(fā)送凈化指令。監(jiān)測(cè)端主機(jī)程序框圖如圖3所示。
3 系統(tǒng)測(cè)試
為檢測(cè)2.4 G網(wǎng)絡(luò)能否通信，可通過(guò)編程讓4個(gè)監(jiān)測(cè)端從機(jī)每秒發(fā)送20個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，在主機(jī)的TFT屏上實(shí)時(shí)顯示接收到的數(shù)據(jù)，用以驗(yàn)證結(jié)果是否達(dá)到了預(yù)期要求。
為檢測(cè)系統(tǒng)的凈化能力以及測(cè)量的準(zhǔn)確度，特地購(gòu)置了阿格瑞斯公司型號(hào)為WP6120的PM2.5檢測(cè)儀。在生活中，PM2.5的來(lái)源主要是廚房里的油煙，所以實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)選擇在廚房，將WP6120檢測(cè)儀和本系統(tǒng)放置于同一地點(diǎn)并產(chǎn)生一定的油煙，記錄兩者的數(shù)據(jù)并繪制成如圖4所示的凈化效果圖。
由測(cè)量結(jié)果可知，本系統(tǒng)的誤差在±1 g/m3范圍內(nèi)，對(duì)PM2.5的濾除非常有效，整體上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
4 結(jié) 語(yǔ)
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了空氣檢測(cè)及凈化和可燃?xì)怏w泄漏報(bào)警的功能。同時(shí)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合在一起，符合當(dāng)今技術(shù)發(fā)展的方向。系統(tǒng)具有電腦客戶端和手機(jī)App，TFT彩色屏等人機(jī)交互界面，非常人性化。系統(tǒng)具有很強(qiáng)的實(shí)用性，大大提高了人們的生活質(zhì)量，可廣泛應(yīng)用于家庭、醫(yī)療系統(tǒng)、行政機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位等場(chǎng)所。
摘 要：目前人們除了關(guān)心室外大氣污染以外，也開始將關(guān)注點(diǎn)放在了室內(nèi)空氣污染方面，為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)出室內(nèi)空氣的有害氣體，筆者提出了一種室內(nèi)有害氣體的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，可以對(duì)室內(nèi)有害氣體參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)。該系統(tǒng)集成了有害氣體的檢測(cè)傳感器，同時(shí)設(shè)置了集成電路，其在運(yùn)行中可以對(duì)有害氣體如甲烷、一氧化碳、甲醛等濃度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)有害氣體濃度達(dá)到一定的限定值后，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào)，提醒人們及時(shí)對(duì)此做出處理。筆者在文中對(duì)該系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)及功能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)要論述，并對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)探討。
關(guān)鍵詞：有害氣體；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；研究
0.引言
目前市面上有許多種類的室內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但是大多數(shù)儀器都存在操作較為復(fù)雜，成本較高等缺點(diǎn)，導(dǎo)致了該系統(tǒng)難以普及到家庭之中，僅有部分專業(yè)機(jī)構(gòu)才會(huì)安裝該系統(tǒng)。然而目前許多家庭在買房后對(duì)房間進(jìn)行裝修，卻難以對(duì)裝修材料散發(fā)出的有害氣體引起注意，長(zhǎng)此以往很容易患上慢性疾病，因此安裝室內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是十分必要的。筆者對(duì)此提出一種適合家庭的經(jīng)濟(jì)、便捷的有害氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備，其采用傳感器作為核心，具有較高的性價(jià)比，能夠在日常生活中保護(hù)用戶人身健康。
1.研究背景分析
隨著人們生活水平的提高，加之房產(chǎn)“熱潮”愈演愈烈，許多家庭開始瘋狂購(gòu)房，并對(duì)其進(jìn)行裝修，然而市面上的裝修材料質(zhì)量良莠不齊，很容易在室內(nèi)散發(fā)出有害氣體。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年因?yàn)槭覂?nèi)空氣污染而死亡的人數(shù)已達(dá)到11.1萬(wàn)人，可謂是一個(gè)非常龐大的群體。一般來(lái)說(shuō)，室內(nèi)有害氣體的來(lái)源包括兩方面：一是現(xiàn)代化社會(huì)需求大，工業(yè)發(fā)展十分迅速，各類石油、化工、消防、火電廠、醫(yī)藥等廠房向大氣排放各種有害氣體，這些氣體嚴(yán)重影響了廠房工人和附近居民的身體健康，對(duì)此，工廠一定要改變?cè)瓉?lái)的排污方式，保證居民的居住環(huán)境綠色、健康；二是現(xiàn)代化社會(huì)的物質(zhì)水平提高，人們對(duì)室內(nèi)的裝修要求提高，然而各種新式的裝修材料中正隱藏著大量的有毒氣體?；谝陨系脑?，目前社會(huì)中部分家庭空氣質(zhì)量較差，而僅僅依靠自己的感官是無(wú)法判斷其是否有害，對(duì)此多數(shù)科研人員進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)出了一套室內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。過(guò)去的系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有操作復(fù)雜、價(jià)格昂貴的特點(diǎn)，導(dǎo)致了該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并未在普通家庭得到普及。因此，筆者對(duì)原系統(tǒng)重新進(jìn)行改良，設(shè)計(jì)了一套適合普通家庭使用的有害氣體檢測(cè)系統(tǒng)。
2.系統(tǒng)整體架構(gòu)
2.1 整體架構(gòu)
（1）整個(gè)系統(tǒng)的框架由六大模塊組成，每個(gè)模塊都有自己對(duì)應(yīng)的功能：
控制模塊，該模塊采用的是ATmega16單片機(jī)設(shè)備，它可以大大地提高系統(tǒng)代碼的運(yùn)行效率，比一般的控制模塊提高約10倍以上的數(shù)據(jù)吞吐率。
（2）顯示電路，其選用了LCD12864顯示屏，為中文字庫(kù)型系統(tǒng)，適用于中國(guó)居民使用，電路可以將處理后的結(jié)果顯示在屏幕上，給用戶直觀的感受。
（3）電源模塊以及報(bào)警模塊，電源模塊采用USB供電，具有方便使用、節(jié)約用電的效果；報(bào)警模塊則采用普通的蜂鳴器和發(fā)光二極管，在有害氣體濃度超出指標(biāo)時(shí)進(jìn)行報(bào)警，報(bào)警模式為發(fā)光和聲響交替，能夠起到提醒用戶的作用。
（4）傳感模塊，其內(nèi)部安裝有感應(yīng)不同氣體濃度的傳感器，可以對(duì)空氣中有害氣體的濃度進(jìn)行感應(yīng)，傳感器再將得到的信息傳遞給單片機(jī)，而單片機(jī)會(huì)把信息傳遞給報(bào)警器和顯示屏幕，讓整個(gè)系統(tǒng)得以循環(huán)運(yùn)行。
（5）獨(dú)立鍵盤模塊，該模塊設(shè)立了3個(gè)鍵來(lái)檢測(cè)有害氣體的濃度狀況并將其，另外還設(shè)有其他的鍵可重啟整個(gè)系統(tǒng)，使得系統(tǒng)可以反復(fù)地進(jìn)行。
（6）GSM模塊，該模塊選用了SIM900A芯片，其主要功能是在濃度達(dá)到限定值后，將已設(shè)定好的通知短信發(fā)送給用戶，以此來(lái)通知用戶空氣中有害氣體的濃度達(dá)到限定值，并做出相應(yīng)的處理。
2.2 功能實(shí)現(xiàn)
該系統(tǒng)分為6個(gè)模塊，各個(gè)模塊相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。系統(tǒng)啟用后，傳感器開始工作將收集到的信息傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)將信息處理了以后再將信息顯示在顯示屏上，如果超標(biāo)的話，報(bào)警器會(huì)開始工作，這樣就構(gòu)成了一個(gè)完整的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能得以實(shí)現(xiàn).
3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)主要由6個(gè)模塊組成，分別為：控制芯片、顯示、傳感器、獨(dú)立鍵盤、供電以及GSM等，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)的控制核心采用了ATmega16單片，并且融合了MQ-7、MQ-138和MQ-2等系統(tǒng)來(lái)分別監(jiān)測(cè)一氧化碳、甲醛以及甲烷的濃度，通過(guò)濃度來(lái)判斷該氣體目前對(duì)人體的危害程度。在濃度判斷結(jié)束后，系統(tǒng)將會(huì)把采集的數(shù)據(jù)傳遞給單機(jī)片，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)后，單機(jī)片會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，處理后會(huì)將結(jié)果傳到顯示屏，如果濃度達(dá)到限定值，則報(bào)警器就會(huì)響，以此來(lái)提醒用戶室內(nèi)空氣中的有害氣體濃度已經(jīng)超標(biāo)，有助于人們及時(shí)做出處理（開窗通風(fēng)，暫時(shí)離開）。報(bào)警器采用普通的有源蜂鳴器設(shè)備，指示燈則選用發(fā)光二極管，供電模塊采用USB接口，GSM模塊采用SIM900系統(tǒng)，這些設(shè)備相對(duì)便捷，方便人們操作，以上的功能模式即組成一個(gè)完整的系統(tǒng)。
3.2 軟件設(shè)計(jì)
軟件部分的設(shè)計(jì)主要針對(duì)傳感器檢測(cè)到有害氣體濃度后對(duì)低電平進(jìn)行的處理環(huán)節(jié)。在程序初始化的階段后，用戶可以在機(jī)器的外部通過(guò)表示有何種有害氣體的監(jiān)測(cè)按鈕，選擇自己想要監(jiān)測(cè)的氣體，并且系統(tǒng)監(jiān)測(cè)后會(huì)在LED屏幕上顯示監(jiān)測(cè)后處理過(guò)的數(shù)據(jù)，得到室內(nèi)有害氣體的濃度情況和室內(nèi)空氣等級(jí)質(zhì)量數(shù)據(jù)。當(dāng)監(jiān)測(cè)濃度超過(guò)初始設(shè)定的限定值后，報(bào)警器發(fā)光閃爍并發(fā)出報(bào)警聲響，同時(shí)也將發(fā)出文字報(bào)警短信。在處理室內(nèi)空氣的有害氣體后，按下復(fù)原鍵就可以將該裝置恢復(fù)到初始狀態(tài)，使得系統(tǒng)初始化，根據(jù)用戶的需要再次進(jìn)行工作。
4.系統(tǒng)測(cè)試與應(yīng)用
本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路與電路原理較為簡(jiǎn)單，測(cè)試時(shí)主要是為了檢測(cè)測(cè)試器電路狀況和其工作情況。筆者將其安置在一個(gè)密閉的盒子內(nèi)，先將其中通入一定濃度的甲烷，進(jìn)行測(cè)定后復(fù)原，再輸入比之前量更多的甲烷，以此類推幾次試驗(yàn)后，再用同樣的方式對(duì)其他的有害氣體進(jìn)行相同的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)時(shí)間較短，復(fù)原較快，并且能夠快速而且準(zhǔn)確地判讀空氣中有害氣體的濃度并做出分析，同時(shí)顯示在顯示屏上，報(bào)警系統(tǒng)也可以正常地進(jìn)行工作。感應(yīng)器系統(tǒng)如圖2所示，其能夠?qū)崿F(xiàn)良好工作，且由于性能較高，成本較低，因此值得推廣應(yīng)用。
結(jié)語(yǔ)
本系統(tǒng)對(duì)于室內(nèi)有害氣體的監(jiān)測(cè)具有良好的效果，并且操作十分便捷，成本較低，適用于各收入層次的家庭。因?yàn)樵撓到y(tǒng)對(duì)煙霧比較敏感，因此在煙霧較多的環(huán)境中難以進(jìn)行正確判斷，有時(shí)可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，而這也是該系統(tǒng)的不足之處。但從整體來(lái)看，筆者通過(guò)多次對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)各方面都是比較穩(wěn)定的，可以正常地進(jìn)行工作，運(yùn)行的速度也能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，該設(shè)備的電路模塊便攜性高，有益于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和升級(jí)?？偠灾?，該室內(nèi)有害氣體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有實(shí)用性強(qiáng)、價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單、易于普及等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)室內(nèi)的有害氣體濃度做出正確的判斷，從而保證了用戶的健康生活。
摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)在當(dāng)今世界運(yùn)用得十分廣泛，所以學(xué)習(xí)以及利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)我們想要實(shí)現(xiàn)的功能是一種趨勢(shì)和必然。設(shè)計(jì)中，我們采用STC89C51單片機(jī)來(lái)控制房間室溫的溫度。這個(gè)系統(tǒng)包括以下幾個(gè)具體的模塊：測(cè)溫模塊、顯示模塊，以及調(diào)節(jié)模塊共同組成。測(cè)溫模塊運(yùn)用Pt100溫度傳感器進(jìn)行溫度的測(cè)量并轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(hào)便于檢測(cè)與進(jìn)一步的調(diào)節(jié)，顯示模塊采用兩位LED數(shù)碼管顯示，精度為1攝氏度。調(diào)節(jié)模塊主要由兩部分構(gòu)成，一部分為調(diào)低溫度的如自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度的風(fēng)扇及空氣壓縮機(jī)等制冷設(shè)備，另一部分為根據(jù)室溫升高溫度的調(diào)溫電熱爐。環(huán)境適宜溫度：根據(jù)資料顯示，人的舒適溫度為25攝氏度到28攝氏度之間，故該系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度為27攝氏度。
關(guān)鍵詞：室內(nèi)溫度控制；STC89C51單片機(jī)；Pt100溫度傳感器
1 各模塊的介紹
1.1 STC89C51單片機(jī)
STC89C51RC采用的是8051核的ISP系統(tǒng)可編程芯片，ISP為“In System Programming”的縮寫。工作時(shí)最高可擁有80MHz的時(shí)鐘頻率，片內(nèi)包含的Flash只讀程序存儲(chǔ)器為8K Bytes，它可反復(fù)擦寫1000次，該單片機(jī)既由MCS-51指令系統(tǒng)又有80C51的引腳結(jié)構(gòu)，有通用的8位中央處理器在STC89C51內(nèi)部集成，并且它還包含ISP Flash存儲(chǔ)單元，可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)可編程的功能，可以用電腦進(jìn)行程序的下載，無(wú)需購(gòu)買通用編程器。STC89C51RC系列的單片機(jī)是單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的兼容8051 內(nèi)核單片機(jī)，既高速又低耗。
1.2 Pt100溫度傳感器
Pt100溫度傳感器是測(cè)量溫度并利用自身阻值由溫度變化而產(chǎn)生變化的特點(diǎn)進(jìn)行溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的輸出信號(hào)的儀表，可以用來(lái)檢測(cè)和調(diào)節(jié)工程生產(chǎn)過(guò)程的溫度參數(shù)。由兩部分構(gòu)成帶傳感器的變送器，它們分別是“傳感器”和“信號(hào)轉(zhuǎn)換器”。熱電偶或者熱電阻是傳感器的主要材料；信號(hào)轉(zhuǎn)換器主要由測(cè)量單元、信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換單元組成（由于工業(yè)用熱電阻和熱電偶分度表是標(biāo)準(zhǔn)化的，因此信號(hào)轉(zhuǎn)換器作為獨(dú)立產(chǎn)品時(shí)也稱為變送器），有些變送器增加了顯示單元，有些還具有現(xiàn)場(chǎng)總線功能。
1.3 LED數(shù)碼管
LED數(shù)碼管實(shí)際上是由七段LED燈組成一個(gè)“8”字形，若算上小點(diǎn)則共有八個(gè)LED小燈，根據(jù)各個(gè)小燈亮滅不同，它可以顯示從“0”到十六進(jìn)制的“F”。LED數(shù)碼管按連接方式的不同可分為共陰極接法和共陽(yáng)極接法。共陰極接法的數(shù)碼管要接通高電平才可以導(dǎo)通工作，而共陽(yáng)極則需要接通低電平才可以導(dǎo)通工作。本設(shè)計(jì)采用共陰極接法的兩位LED數(shù)碼管，連接在單片機(jī)的P2口。
1.4 繼電器控制的加熱系統(tǒng)
單片機(jī)通過(guò)P1.1引腳對(duì)繼電器的斷開和和閉合進(jìn)行控制從而控制加熱系統(tǒng)的工作與否。當(dāng)輸出為低電平時(shí)，三極管導(dǎo)通，加熱系統(tǒng)開始工作。當(dāng)輸出為高電平時(shí)，三極管截止，加熱系統(tǒng)停止工作。
2 設(shè)計(jì)思路
2.1 總體思路
本系統(tǒng)運(yùn)用STC89C51單片機(jī)進(jìn)行對(duì)于室溫的測(cè)量及調(diào)控，運(yùn)用Pt100溫度傳感器進(jìn)行溫度的測(cè)量以及標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的傳輸，這樣做是為了進(jìn)一步的對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。我們?cè)谏衔囊呀?jīng)了解到了Pt100溫度傳感器既包括傳感器又包括信號(hào)轉(zhuǎn)換器，這滿足我們對(duì)溫度檢測(cè)后轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)交給單片機(jī)進(jìn)行判斷的要求。它設(shè)計(jì)的主要原理為根據(jù)溫度的不同則自身電阻值不同，從而影響電路中電壓，所以根據(jù)溫度的不同可換算成不同的電壓值，也就有不同的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)相對(duì)應(yīng)。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到溫度傳感器發(fā)送給單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)之后，單片機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)定的溫度進(jìn)行判斷，若高于這個(gè)溫度則使風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，若低于這個(gè)溫度則使風(fēng)扇停轉(zhuǎn)并且使暖爐工作。在所有過(guò)程中，用LED數(shù)碼管來(lái)進(jìn)行溫度的顯示。
2.2 交流調(diào)溫風(fēng)扇部分
該風(fēng)扇工作原理為根據(jù)溫度不同來(lái)調(diào)整風(fēng)速，風(fēng)速共有四檔，但為了簡(jiǎn)潔起見只用其中兩檔，即0檔和四檔，當(dāng)室溫小于等于27攝氏度時(shí)，該風(fēng)扇為零度，當(dāng)室溫大于27度時(shí)，該風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為四檔。
2.3 繼電器控制的加熱系統(tǒng)部分
作為調(diào)高溫度的部分，它需要交流供電，而單片機(jī)只能提供最大為5伏的電壓，所以想要通過(guò)單片機(jī)直接對(duì)加熱系統(tǒng)進(jìn)行控制是不現(xiàn)實(shí)的，所以在這里用到了繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)加熱系統(tǒng)中電路的導(dǎo)通和斷開，而用單片機(jī)來(lái)控制繼電器是否工作，當(dāng)單片機(jī)P1.1引腳輸出低電平時(shí)三極管導(dǎo)通，加熱系統(tǒng)開始工作，而當(dāng)P1.1引腳輸出高電平時(shí)，三極管截止，加熱系統(tǒng)停止工作。
2.4 A/D轉(zhuǎn)換器
在這個(gè)室溫調(diào)控系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換器在Pt100溫度傳感器電路中，是為了將熱電阻測(cè)得的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)以便于單片機(jī)檢測(cè)并作出相應(yīng)的運(yùn)算及判斷。因?yàn)閱纹瑱C(jī)只能運(yùn)算數(shù)字語(yǔ)言，即“0”和“1”，不能直接對(duì)溫度信號(hào)加以運(yùn)算，故我們需要用A/D轉(zhuǎn)換裝置將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，相當(dāng)于“翻譯”的功能。
3 主接線的設(shè)計(jì)
在主接線的核心部分是四十只引腳的STC89C51單片機(jī)，它的P2口連接一個(gè)共陰極兩位LED數(shù)碼管，而它的陰極分別連接在單片機(jī)的P1.6引腳和P1.7引腳，數(shù)碼管用來(lái)顯示當(dāng)前溫度，而溫度的來(lái)源為Pt100溫度傳感器測(cè)量的溫度。Pt100溫度傳感器測(cè)量的溫度通過(guò)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換裝置連接在STC89C51單片機(jī)的P0口上，實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)并向單片機(jī)傳輸?shù)墓δ堋TC89C51單片機(jī)接收到溫度轉(zhuǎn)換成的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)后，通過(guò)掃描預(yù)先下載進(jìn)去的主程序進(jìn)行內(nèi)部的運(yùn)算與判斷，當(dāng)溫度高于27攝氏度時(shí)，啟動(dòng)交流調(diào)速風(fēng)扇，進(jìn)行降溫工作，而當(dāng)溫度低于27度后，交流調(diào)速風(fēng)扇將停止工作，并且在室溫比27攝氏度低很多（在本設(shè)計(jì)中為5攝氏度）時(shí)使單片機(jī)控制繼電器使增溫系統(tǒng)工作，知道溫度重新升回27攝氏度。
4 主程序的設(shè)計(jì)
本程序運(yùn)用C語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的主體思路是分別設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換子程序、數(shù)碼管顯示子程序、溫度調(diào)控子程序，其中交流調(diào)速風(fēng)扇的調(diào)速程序要通過(guò)中斷程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，它的主要原理是：我國(guó)交流電的頻率為50Hz，即周期為0.02s，我們先將供給交流調(diào)速風(fēng)扇的交流電整流成連續(xù)的正半周期的交流電，利用單片機(jī)控制通電與斷電的占空比從而調(diào)節(jié)交流調(diào)速風(fēng)扇的檔位，在中斷程序中根據(jù)Pt100溫度傳感器測(cè)得的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)的不同來(lái)設(shè)定不同的占空比。對(duì)于Pt100溫度傳感器測(cè)得的溫度信號(hào)，要根據(jù)公式轉(zhuǎn)換成一個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)字，整體趨勢(shì)是溫度越高這個(gè)數(shù)字越低。這部分由程序中的A/D轉(zhuǎn)換子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于數(shù)碼管的顯示，我們通過(guò)定義數(shù)字表以及定義端口（用兩個(gè)不同的參數(shù)來(lái)表示連接數(shù)碼管陰極的P1.6引腳和P1.7引腳）來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)碼管顯示的控制。對(duì)于交流調(diào)速風(fēng)扇和對(duì)加熱系統(tǒng)的控制在主程序中是通過(guò)設(shè)定兩個(gè)不同的參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這兩個(gè)參數(shù)分別代表連接繼電器的P1.1引腳和連接交流調(diào)速風(fēng)扇的P1.2引腳，通過(guò)給這兩個(gè)參數(shù)賦值（“0”和“1”）來(lái)實(shí)現(xiàn)降溫和升溫的功能。
摘 要：文章結(jié)合抽水蓄能水電站的實(shí)際情況，重點(diǎn)對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)接入方式、傳輸網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成以及傳輸網(wǎng)絡(luò)的多跳級(jí)聯(lián)進(jìn)行闡述。我們首先提出了基于接收信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI對(duì)所有測(cè)距的結(jié)果進(jìn)行排序過(guò)濾，然后對(duì)信號(hào)強(qiáng)度越高的測(cè)距結(jié)果分配越高的計(jì)算權(quán)重，其對(duì)定位結(jié)果的影響越大，并且通過(guò)增加定位基站的數(shù)量來(lái)彌補(bǔ)電磁干擾的影響，最后對(duì)每個(gè)特定的定位基站進(jìn)行有效測(cè)距距離。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后定位精度明顯提高。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；傳感網(wǎng)；傳輸網(wǎng)；水電站；ToA；室內(nèi)定位
1 概述
物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是“信息化”時(shí)代的重要發(fā)展階段。物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，并非一個(gè)全新的事物，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)“滲入”智能電網(wǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，被用于信息采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、回饋控制等，從而全方位提高智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的信息感知深度和廣度。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為提高電網(wǎng)效率、供電可靠性提供了技術(shù)支撐，RFID技術(shù)、各類傳感器、定位技術(shù)、圖像獲取技術(shù)等使倉(cāng)庫(kù)管理、變電站監(jiān)控、搶修定位與調(diào)度、巡檢定位、故障識(shí)別等業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)靈活、高效、可靠的智能化應(yīng)用。
2 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架及軟硬件設(shè)計(jì)
文章設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。
平臺(tái)包括：2.4GHz定位基站，2.4GHz定位手持機(jī)，433MHz貼片式無(wú)線測(cè)溫傳感器，433MHz雙頻無(wú)線傳感器轉(zhuǎn)發(fā)基站，433MHz通信基站，433MHz通信匯聚端以及應(yīng)用層上位機(jī)軟件。
2.1 貼片式無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)
數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用CC1101芯片，CC1101是Ti推出的ISM頻段無(wú)線收發(fā)芯片，其主要工作在433MHz-915MHz頻段，最大的輸出功率可達(dá)10dbm，靈敏度高，低功耗的電流，正常接收模式下為16mA，支持0-500Kbps的傳輸速率，支持多種調(diào)制模式并提供對(duì)同步字的檢測(cè)、地址的校驗(yàn)，具有靈活的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度以及支持自動(dòng)CRC的處理。
2.2 貼片式無(wú)線測(cè)溫節(jié)點(diǎn)
文章無(wú)線節(jié)點(diǎn)采用的是一種星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，軟件主要由以下幾方面組成：支持多跳和級(jí)聯(lián)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、A/D轉(zhuǎn)換程序、外部中斷程序以及溫度采集通信程序。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議程序主要包括無(wú)線協(xié)議的相關(guān)部分以及對(duì)傳感器信息的處理。A/D轉(zhuǎn)換程序主要是采集電池電壓。外部中斷程序主要是用于喚醒休眠的CC1101模塊。
3 抽水蓄能水電站定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 水電站室內(nèi)定位系統(tǒng)的挑戰(zhàn)
在室內(nèi)環(huán)境下，很多遮擋物以及金屬對(duì)無(wú)線電波的反射等原因，能產(chǎn)生多徑干擾和非視距測(cè)距，它們對(duì)實(shí)際測(cè)距結(jié)果會(huì)造成較大的誤差。由于水電站地下廠房?jī)?nèi)遍布著金屬，電磁環(huán)境也比較復(fù)雜，必然會(huì)給測(cè)距結(jié)果帶來(lái)較大誤差，例如會(huì)產(chǎn)生有效測(cè)距距離過(guò)近的問題、非視距測(cè)距造成測(cè)量距離過(guò)大的問題。
3.2 有效測(cè)距距離過(guò)近的問題
表1中的數(shù)據(jù)是在水電站現(xiàn)場(chǎng)，用定位手持機(jī)對(duì)定位基站進(jìn)行測(cè)距的測(cè)試結(jié)果，從結(jié)果可以看出在開闊的地下大廳一層有效測(cè)距的距離大概為25米左右，然而在向更遠(yuǎn)的距離進(jìn)行移動(dòng)的時(shí)候，基本測(cè)量不到距離結(jié)果，唯一測(cè)量到的距離值為78米，但是其真實(shí)距離為55米，所以看出復(fù)雜的電磁環(huán)境對(duì)測(cè)距結(jié)果干擾很嚴(yán)重。
ToA算法的測(cè)量距離和真實(shí)距離的關(guān)系為：d1服從N（d，σ2）分布，其中d1是測(cè)量距離，d是定位手持機(jī)和定位基站之間的真實(shí)距離，σ2是測(cè)量方差。σ大小與d成正比例，真實(shí)距離越大，測(cè)量誤差就越大。在非視距測(cè)距的情況下，測(cè)距誤差為1%左右。雖然室內(nèi)環(huán)境的有效測(cè)距距離比較近，但是可以滿足ToA定位系統(tǒng)的應(yīng)用。
3.3 非視距測(cè)距的影響
在對(duì)安裝了定位系統(tǒng)的地下廠房進(jìn)行測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)非視距測(cè)距對(duì)測(cè)距精度的影響很大，當(dāng)出現(xiàn)如下情況的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生非視距測(cè)距的現(xiàn)象，造成測(cè)距結(jié)果比真實(shí)結(jié)果大，嚴(yán)重影響定位的精度。如圖2所示，當(dāng)手持機(jī)與定位基站之間的實(shí)際距離為15米時(shí)，由于它們之間存在著遮擋物，所以無(wú)線電波不能直線到達(dá)被測(cè)基站，實(shí)際的測(cè)距結(jié)果是通過(guò)與后側(cè)墻壁的反射后的距離。實(shí)際測(cè)距的距離為R1+R2≈35米，比實(shí)際距離大了15米。如果此測(cè)距結(jié)果用于最終的定位算法中，將會(huì)嚴(yán)重地影響定位的精度，從而得出工作人員在實(shí)際場(chǎng)景中跳來(lái)跳去的結(jié)果。
3.4 定位系統(tǒng)的優(yōu)化手段
3.4.1 對(duì)定位基站進(jìn)行擴(kuò)展參數(shù)設(shè)置
水電站地下大廳內(nèi)一共布置了9個(gè)定位基站，因此理論上定位手持機(jī)最多可以測(cè)量到周圍9個(gè)定位基站的距離，但是最小二乘法等定位算法使用3組測(cè)距結(jié)果即可。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看，每個(gè)定位基站的有效測(cè)量距離都在40米以內(nèi)，并且由于遮擋物位置的不同，所以每個(gè)定位基站會(huì)有所差異。在數(shù)據(jù)庫(kù)端對(duì)每個(gè)定位基站進(jìn)行有效的距離配置時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)超過(guò)此測(cè)量距離的數(shù)值時(shí)，可以直接過(guò)濾掉該數(shù)值，從而最大程度地避免多徑干擾和非視距測(cè)距距離對(duì)定位結(jié)果的影響。
3.4.2 對(duì)算法進(jìn)行優(yōu)化
在傳統(tǒng)的ToA算法中，每組測(cè)距結(jié)果的N個(gè)測(cè)距值的權(quán)重是一樣的，這樣一個(gè)或幾個(gè)測(cè)距偏差比較大的測(cè)距值將直接導(dǎo)致定位結(jié)果誤差偏大。結(jié)合水電站的實(shí)際使用環(huán)境來(lái)看，接收信號(hào)強(qiáng)度數(shù)值越大的測(cè)距結(jié)果，其真實(shí)距離越遠(yuǎn)，那么測(cè)量距離的誤差就可能越大。因?yàn)榘惭b的定位基站數(shù)量比較多，每個(gè)基站之間的間隔為25米，所以測(cè)距距離越近的越可靠是毋庸置疑的。
4 水電站現(xiàn)場(chǎng)室內(nèi)定位結(jié)果
首先過(guò)濾掉不合理的ToA測(cè)距距離，在圖3中的“*”ToA代表用僅過(guò)濾后得到的ToA測(cè)距距離進(jìn)行定位的位置結(jié)果，再根據(jù)接收信號(hào)強(qiáng)度指示指標(biāo)RSSI對(duì)過(guò)濾后的ToA測(cè)距距離進(jìn)行排序，并且對(duì)信號(hào)強(qiáng)度越高的測(cè)距結(jié)果分配越高計(jì)算權(quán)重，圖中“+”RSSI-ToA代表用排序加權(quán)后進(jìn)行定位的位置結(jié)果。
5 結(jié)束語(yǔ)
在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為了彌補(bǔ)ToA算法在水電站環(huán)境中的缺陷，通過(guò)RSSI確定不同的測(cè)量距離值分配不同的計(jì)算權(quán)重值，在水電站地理環(huán)境中放置多個(gè)定位基站來(lái)解決復(fù)雜的電磁環(huán)境下單個(gè)基站有效測(cè)距距離過(guò)近的問題，對(duì)各個(gè)基站設(shè)定不同的權(quán)重值和有效測(cè)距距離，最大程度地過(guò)濾掉不合適的測(cè)量距離值，從而加大可信度高的測(cè)距值的權(quán)重，使定位結(jié)果更接近于實(shí)際位置，提高了定位系統(tǒng)的精度。
摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是新時(shí)代信息技術(shù)的核心，它借助互聯(lián)網(wǎng)將物物相連，實(shí)現(xiàn)延伸和擴(kuò)展，通過(guò)智能感知、識(shí)別技術(shù)和普適計(jì)算的方法實(shí)現(xiàn)信息溝通，應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)融合。文章結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)LED照明系統(tǒng)概述，以物聯(lián)網(wǎng)的LED室內(nèi)變照度照明系統(tǒng)控制方法為例，探討了照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；LED；室內(nèi)照明系統(tǒng)；智能感知；識(shí)別技術(shù)；普適計(jì)算
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化進(jìn)入新的時(shí)期，人們對(duì)未來(lái)生活也開展了較多的探索，基于物聯(lián)網(wǎng)的照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究具有重要的意義，也會(huì)對(duì)LED室內(nèi)照明領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用信息技術(shù)將互感器和控制器等聯(lián)系在一起，提高了系統(tǒng)中設(shè)備和資源的個(gè)性化和智能化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)保證日常應(yīng)用中的物品有思想，體現(xiàn)出智能化特點(diǎn)，為日常生活帶來(lái)重要的變革，基于物聯(lián)網(wǎng)的LED室內(nèi)照明系統(tǒng)也會(huì)為人們提供更高質(zhì)量的生活。
1 基于物聯(lián)網(wǎng)的LED照明系統(tǒng)概述
隨著人們生活水平的提高，對(duì)室內(nèi)照明系統(tǒng)的要求由原來(lái)的節(jié)能環(huán)保轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)精神層次的追求，例如照明系統(tǒng)的健康化、智能化和藝術(shù)化。LED照明燈具應(yīng)用功能過(guò)程中充分體現(xiàn)出輕巧、不易碎、色彩豐富、便于光色控制和組合的優(yōu)點(diǎn)，為室內(nèi)照明燈具的健康化和藝術(shù)化奠定了基礎(chǔ)。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中借助互聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的大背景下，室外成員可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，自動(dòng)發(fā)送電子郵件和短信，完善照明系統(tǒng)的報(bào)警功能。室內(nèi)照明燈具的生產(chǎn)廠家可以借助網(wǎng)絡(luò)對(duì)技術(shù)人員提供指導(dǎo)，便于及時(shí)排除故障，從而提高產(chǎn)品售后服務(wù)的質(zhì)量。智能化的室內(nèi)照明系統(tǒng)可以記錄用戶的生活習(xí)慣和作息方式，借助可靠的情景感知技術(shù)與其他家用電器之間產(chǎn)生互動(dòng)，體現(xiàn)智能化的優(yōu)勢(shì)，提高人們的生活質(zhì)量。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在室內(nèi)LED照明系統(tǒng)中的深度融合，將徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞剑蔀槭覂?nèi)生活的重要角色。
2 基于物聯(lián)網(wǎng)的LED室內(nèi)變照度照明系統(tǒng)研究
2.1 照度要求
照度是指物體被照亮的程度，從一個(gè)方向上看，在固定方向上任何表面每單位投影面積上的光照強(qiáng)度，照度也是室內(nèi)照明系統(tǒng)的重要指標(biāo)。照度會(huì)對(duì)室內(nèi)人員的生活產(chǎn)生重要的影響，由于照度給人們的視覺感受不一樣，在連續(xù)工作的同時(shí)，如果照度不足，將會(huì)嚴(yán)重影響人們的視力，引發(fā)頭暈、皮膚病等問題。購(gòu)物商場(chǎng)內(nèi)的照度將會(huì)影響商品的視覺效果，合適的照度將會(huì)激發(fā)客戶的購(gòu)買欲望，有利于銷售。
在同一棟大樓中，由于房間位置的不同，人們對(duì)照度的要求也會(huì)不同。與傳統(tǒng)燈具相比，LED燈具具有良好的可調(diào)性，很容易滿足人們對(duì)室內(nèi)照度的需求，光線不足時(shí)可以將燈具調(diào)亮一些，也可以在光線充足時(shí)將燈具調(diào)暗一些或者關(guān)閉。
2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的照度控制方法
將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于室內(nèi)LED照度控制，需要從室內(nèi)照度的智能感知層、智能建筑網(wǎng)絡(luò)層和智能變照度控制層方面進(jìn)行分析。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈具的照度控制，需要及時(shí)掌握室內(nèi)的照度，目前在計(jì)算室內(nèi)光照度的過(guò)程中，需要結(jié)合燈具、室內(nèi)光反射情況和平均照度，現(xiàn)介紹以下方法：
第一步，選擇特定的房間，在地面上做出規(guī)劃，分出邊長(zhǎng)為1m的正方形網(wǎng)格，同時(shí)測(cè)出不同交叉點(diǎn)的照度。
第二步，應(yīng)用不同交叉點(diǎn)的照度構(gòu)建光場(chǎng)模型。利用光場(chǎng)模型計(jì)算出房間中任何一點(diǎn)的照度。在應(yīng)用該模型的過(guò)程中，已知房間內(nèi)的點(diǎn)有A1、A2、A3、A4……An，并且已經(jīng)知道這些點(diǎn)的光照度，結(jié)合這些已知點(diǎn)的坐標(biāo)，求出任意一點(diǎn)的照度。
第三步，在建立模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用已知點(diǎn)的光照度和待定點(diǎn)的坐標(biāo)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，計(jì)算出相應(yīng)點(diǎn)的光照度。
為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用分級(jí)控制方法，不同的燈具作為相應(yīng)的子節(jié)點(diǎn)，集中控制器對(duì)不同子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，同時(shí)將集中控制器連接在中央控制器中。其中子節(jié)點(diǎn)可以是無(wú)線燈光控制的節(jié)點(diǎn)，集控器是無(wú)線節(jié)點(diǎn)的集中控制單元，機(jī)控軟件選為局域網(wǎng)PC機(jī)的控制軟件。
燈光控制可以應(yīng)用無(wú)線通信和無(wú)線節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)集中控制，其中將無(wú)線節(jié)點(diǎn)集中控制器連接在局域網(wǎng)服務(wù)器上，在局域網(wǎng)服務(wù)器的幫助下，可以連接到外網(wǎng)服務(wù)器上，收集、PC設(shè)備等都可以借助外網(wǎng)服務(wù)器對(duì)燈光進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方面，主要涉及到節(jié)點(diǎn)模塊和集控模塊的設(shè)計(jì)。子節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在無(wú)線接收模塊和照度檢測(cè)模塊。其中無(wú)線接收模塊可以及時(shí)準(zhǔn)確地獲取信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼，如果解碼有效，解碼信號(hào)將會(huì)在處理器中被處理，可以結(jié)合實(shí)際信號(hào)，將不同占空比的PWM信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)燈光的驅(qū)動(dòng)和調(diào)節(jié)。如果解碼信號(hào)無(wú)效，將不會(huì)做出任何處理。照度檢測(cè)模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)光通量的變化進(jìn)行檢測(cè)，如果光通量出現(xiàn)變化，可以及時(shí)將信號(hào)反饋到中央處理器，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理后對(duì)PWM進(jìn)行調(diào)節(jié)。集控器設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用多個(gè)中央處理器協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)和信號(hào)模擬，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，同時(shí)中央處理器也可以實(shí)現(xiàn)編碼，及時(shí)將編碼發(fā)射出去。
3 基于物聯(lián)網(wǎng)的LED室內(nèi)照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)趨勢(shì)
在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸普及的同時(shí)，智慧城市的建設(shè)理念也被人們接受，設(shè)計(jì)師在融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的過(guò)程中，對(duì)室內(nèi)LED照明系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，照明系統(tǒng)體現(xiàn)出自適應(yīng)和自管理的優(yōu)勢(shì)。
3.1 照明系統(tǒng)借助全面感知的能力實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)
未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，室內(nèi)照明系統(tǒng)將體現(xiàn)出“聰明能干”的特點(diǎn)，體現(xiàn)出自適應(yīng)的優(yōu)勢(shì)。在應(yīng)用傳感技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)和RFID射頻識(shí)別技術(shù)的過(guò)程中，照明系統(tǒng)借助內(nèi)部的傳感器系統(tǒng)和微處理系統(tǒng)獲取環(huán)境的變化信息，基于物聯(lián)網(wǎng)的LED照明系統(tǒng)感知環(huán)境信息，可以隨環(huán)境而變，自適應(yīng)地提出解決方案，為人們提供自然的服務(wù)。
將先進(jìn)的傳感器系統(tǒng)嵌入到物聯(lián)網(wǎng)LED室內(nèi)照明系統(tǒng)中，可以及時(shí)感知環(huán)境變化，借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制方法，結(jié)合環(huán)境變化快速制定出工作方案，適應(yīng)用戶的需求，可以節(jié)省用戶的選擇時(shí)間，燈具的使用過(guò)程也更加人性化和智能化，如果用戶在應(yīng)用的過(guò)程中出現(xiàn)生活習(xí)慣的變化，照明系統(tǒng)將會(huì)生成新的設(shè)定方式。例如，LED照明系統(tǒng)需要根據(jù)冰箱開啟的時(shí)間自動(dòng)調(diào)節(jié)照度，針對(duì)智能型熱水器而言，可以根據(jù)外部環(huán)境溫度的變化，應(yīng)用LED照明系統(tǒng)為用戶提供水溫信息和水量信息。
3.2 照明系統(tǒng)借助智能化技術(shù)實(shí)現(xiàn)自管理
未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，室內(nèi)照明系統(tǒng)將體現(xiàn)出自管理的能力。未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)LED室內(nèi)照明系統(tǒng)應(yīng)用智能化技術(shù)，打破傳統(tǒng)程序框架的束縛，不僅僅局限于設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)定的程序，也會(huì)不斷改變傳統(tǒng)的被動(dòng)接受指令和執(zhí)行指令，改變傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的單一控制方法，而是發(fā)展成為擁有智能化特點(diǎn)、擁有多種思維方式的設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)自主識(shí)別、自主判斷、自主學(xué)習(xí)等功能。
在對(duì)照明燈具自身進(jìn)行控制的同時(shí)，還可以應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能化控制系統(tǒng)，掌握生產(chǎn)流程和運(yùn)行參數(shù)，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行可靠的監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)LED產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的智能化控制和管理，盡可能消除人為因素的影響，保證生產(chǎn)過(guò)程中的安全，可以避免生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境造成破壞。
4 結(jié)語(yǔ)
信息技術(shù)的發(fā)展為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的平臺(tái)。將物理網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于LED室內(nèi)照明系統(tǒng)中，擁有可靠的技術(shù)發(fā)展平臺(tái)和良好的技術(shù)環(huán)境，有利于實(shí)現(xiàn)智慧生活，為人們提供更加便捷、舒適、安全、智能的生活空間。目前，室內(nèi)LED照明系統(tǒng)還處于發(fā)展階段，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程中，室內(nèi)LED照明系統(tǒng)將會(huì)朝著網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智慧化方向發(fā)展。LED照明系統(tǒng)不僅綠色環(huán)保，而且有利于提升城市形象、美化居住環(huán)境，為人們提供更加安全舒適的照明系統(tǒng)。
【摘要】 本文結(jié)合中國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)工程建設(shè)情況，依據(jù)中國(guó)移動(dòng)“四網(wǎng)協(xié)同”室內(nèi)分布系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)及運(yùn)行效果，對(duì)“四網(wǎng)協(xié)同”室內(nèi)分布系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)，從覆蓋，容量，分區(qū)，切換，外泄，合路等方面進(jìn)行研究。
【關(guān)鍵詞】 四網(wǎng)協(xié)同 室分設(shè)計(jì) 覆蓋 容量 小區(qū)規(guī)劃 切換/外泄 合路
一、引言
隨著通信技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)通信工程建設(shè)從單一制式建設(shè)發(fā)展到多制式共同建設(shè)，運(yùn)營(yíng)商不同制式的網(wǎng)絡(luò)該如何進(jìn)行業(yè)務(wù)分流？如何利用最少的投資獲取最大的利潤(rùn)？如何打造覆蓋全面、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量高、數(shù)據(jù)速率快的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)？這將是未來(lái)室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的重點(diǎn)。
所謂“四網(wǎng)協(xié)同”即通過(guò)整體協(xié)同規(guī)劃原則，實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域、不同場(chǎng)景的差異化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)價(jià)值的最大化。
二、“四網(wǎng)協(xié)同”室分設(shè)計(jì)研究
2.1四網(wǎng)協(xié)同室分設(shè)計(jì)需求細(xì)化
在勘測(cè)及規(guī)劃前期，設(shè)計(jì)人員應(yīng)詳細(xì)了解站點(diǎn)環(huán)境，明確覆蓋需求，須考慮當(dāng)前及未來(lái)兩年內(nèi)覆蓋需求區(qū)域?qū)σ苿?dòng)GSM/TD-SCDMA/WLAN/TD-LTE四網(wǎng)信號(hào)的覆蓋需求，優(yōu)選GSM/TD-SCDMA/WLAN/TD-LTE四網(wǎng)系統(tǒng)同步規(guī)劃。一來(lái)在設(shè)計(jì)規(guī)劃及工程實(shí)施方面可以避免系統(tǒng)調(diào)整架構(gòu)，反復(fù)實(shí)施工程，站點(diǎn)多次投資；二來(lái)可以方便業(yè)主一體化協(xié)商，降低業(yè)主反感程度，有利于最大化實(shí)現(xiàn)“四網(wǎng)協(xié)同”覆蓋要求。
2.2四網(wǎng)協(xié)同室分覆蓋設(shè)計(jì)
“四網(wǎng)協(xié)同”系統(tǒng)中，WLAN系統(tǒng)因頻率最高，穿透能力最差，在同等環(huán)境下，室分天線覆蓋區(qū)域衰減最大。加上終端對(duì)邊緣場(chǎng)強(qiáng)要求要求大于-80dBm甚至更高，依據(jù)空間損耗L0（dB）=32.44+20lgF+20lgD.（式中，F(xiàn)為頻率，單位MHz；D為移動(dòng)臺(tái)與天線之間的距離，單位KM），可以得出WLAN系統(tǒng)中天線覆蓋半徑大致6～10米，并優(yōu)先天線入戶布放。對(duì)于無(wú)WLAN系統(tǒng)熱點(diǎn)覆蓋的區(qū)域，如停車場(chǎng)，避難層等，天線覆蓋半徑取10～16米。
對(duì)于電梯覆蓋，考慮多系統(tǒng)合路，應(yīng)采用定向壁掛隔三層（主瓣朝電梯廳）或隔四層（主瓣朝電梯井道）布放于電梯井道，確保覆蓋。
“四網(wǎng)協(xié)同”系統(tǒng)中，在規(guī)劃覆蓋天線密度后，可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境確定平面安裝圖。根據(jù)各系統(tǒng)的邊緣覆蓋場(chǎng)強(qiáng)推算出各系統(tǒng)要求的天線口功率，再由天線口功率反推出各個(gè)系統(tǒng)所需總功率。由于各系統(tǒng)設(shè)備功率不一致，適用的主要業(yè)務(wù)場(chǎng)景和覆蓋能力也不一樣，從而引發(fā)對(duì)“四網(wǎng)協(xié)同”容量探討。
2.3四網(wǎng)協(xié)同室分容量設(shè)計(jì)
GSM（GSM900&DCS1800）系統(tǒng)，容量需求主要由話務(wù)需求及覆蓋需求決定。目前話務(wù)一般是這樣計(jì)算：話務(wù)量=站點(diǎn)人流量×手機(jī)用戶比例×移動(dòng)用戶比例×每用戶忙時(shí)話務(wù)×修正因子。覆蓋方面，依據(jù)“降三高”及“話務(wù)下沉”的原則，單小區(qū)配置不高于8，對(duì)于部分無(wú)線利用率偏高，用戶需求較高的區(qū)域，可采用GSM900與DCS1800混頻組網(wǎng)。
TD-SCDMA系統(tǒng)，容量主要由數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求來(lái)決定，即數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)大概占語(yǔ)音業(yè)務(wù)的30%，TD-SCDMA系統(tǒng)容量暫時(shí)按照2G語(yǔ)音業(yè)務(wù)×1.3計(jì)算。
WLAN系統(tǒng)，容量需求主要由用戶數(shù)量來(lái)決定。一般每個(gè)AP大約支持30個(gè)用戶。對(duì)于用戶超高區(qū)域。如場(chǎng)館/會(huì)所/機(jī)場(chǎng)等區(qū)域，可加入單獨(dú)AP覆蓋，以緩解容量壓力。
TD-LTE系統(tǒng)，容量估算的方法與GSM/TD-SCDMA/ WLAN系統(tǒng)的容量估算方法不同，由于影響TD-LTE容量估算的因素較多，包括結(jié)構(gòu)環(huán)境、干擾抑制、設(shè)備性能等因素，目前，行業(yè)內(nèi)主要是通過(guò)設(shè)計(jì)仿真，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，然后統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)的方法獲得不同無(wú)線場(chǎng)景下、網(wǎng)絡(luò)和UE不同配置下的小區(qū)吞吐量和小區(qū)邊緣吞吐量。
2.4四網(wǎng)協(xié)同室分分區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)
GSM（GSM900&DCS1800）系統(tǒng)，分區(qū)需求主要由容量需求，覆蓋需求，頻率規(guī)范決定。針對(duì)用戶密度高地區(qū)，無(wú)線利用率偏高，出現(xiàn)話務(wù)擁塞等現(xiàn)象時(shí)?？梢詫⒃行^(qū)劃分為若干單小區(qū)，滿足話務(wù)量高的需要。覆蓋方面，由于系統(tǒng)覆蓋面積大，饋線布放難度高，饋線損耗大，所以必須將覆蓋區(qū)域分為若干單小區(qū)。頻率方面，由于小區(qū)較多，會(huì)出現(xiàn)同鄰頻干擾現(xiàn)象，加上容量的影響，可以采用GSM900&DCS1800混頻組網(wǎng)分區(qū)。
TD-SCDMA系統(tǒng)，分區(qū)主要由容量需求及系統(tǒng)升級(jí)需求決定。TD-SCDMA系統(tǒng)分區(qū)規(guī)劃一般是：?jiǎn)涡^(qū)RRU數(shù)量?jī)?yōu)先不超過(guò)6臺(tái)，各光口RRU級(jí)聯(lián)數(shù)量不超過(guò)3臺(tái)。
WLAN系統(tǒng)，分區(qū)主要由容量需求及頻率規(guī)劃決定。容量需求分區(qū)，可以采用2.4G與5.8G分區(qū)覆蓋相結(jié)合。頻率規(guī)劃，WLAN系統(tǒng)現(xiàn)網(wǎng)頻點(diǎn)的1，6，11可交替使用。
TD-LTE系統(tǒng)，分區(qū)主要由頻率規(guī)劃及系統(tǒng)規(guī)模決定。由于TD-LTE子載波眾多，室內(nèi)系統(tǒng)大都采用O1配置。因此業(yè)務(wù)需求須設(shè)置多個(gè)小區(qū)時(shí)，相鄰小區(qū)間建議采用異頻組網(wǎng)。并在建筑物內(nèi)利用自然阻隔合理進(jìn)行頻率規(guī)劃。同層小區(qū)間頻率也可交錯(cuò)復(fù)用，受系統(tǒng)規(guī)模影響，當(dāng)單小區(qū)LTE RRU數(shù)量超過(guò)6臺(tái)時(shí)須分區(qū)。
2.5四網(wǎng)協(xié)同室分切換/外泄設(shè)計(jì)
“四網(wǎng)協(xié)同”系統(tǒng)中，運(yùn)營(yíng)商為了充分利用系統(tǒng)資源，并適應(yīng)話音向數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)轉(zhuǎn)型，已經(jīng)在各系統(tǒng)間做了優(yōu)化切換。常見的如：2G/3G網(wǎng)絡(luò)互操作，G/T網(wǎng)絡(luò)分流等。在此只對(duì)室內(nèi)分布系統(tǒng)部分進(jìn)行探討。
GSM（GSM900&DCS1800）系統(tǒng)，切換主要指室分系統(tǒng)各小區(qū)之間及室內(nèi)與室外信號(hào)的切換。室分系統(tǒng)各小區(qū)切換主要表現(xiàn)為混頻組網(wǎng)切換，樓宇上下切換，樓層左右切換，覆蓋區(qū)同心圓切換，各覆蓋小區(qū)與切換小區(qū)切換，電梯與樓層切換等。
針對(duì)室分小區(qū)內(nèi)部切換，我們可以采取以下幾種方法：
A.加大切換區(qū)域，即在切換邊界區(qū)域?qū)⒋袚Q的小區(qū)信號(hào)加強(qiáng)，保留足夠的緩沖區(qū)域。
B.無(wú)法加大切換區(qū)域時(shí)，盡量減少切換。可以借助電梯井道，建筑物天花板、墻體等自身障礙物產(chǎn)生的穿透損耗形成小區(qū)間的隔離。
針對(duì)室分小區(qū)與室外小區(qū)切換，除了考慮以上方法，還必須考慮外泄問題：常用防止外泄的方法有：
在臨界區(qū)域使用定向天線。
利用現(xiàn)場(chǎng)建筑物特點(diǎn)，依靠建筑物的遮擋防止外泄。
現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法安裝定向天線且天線無(wú)遮擋時(shí)，可適當(dāng)降低室內(nèi)吸頂天線口功率防止外泄。
2.6四網(wǎng)協(xié)同室分合路方式設(shè)計(jì)
目前室內(nèi)分布系統(tǒng)由于通信制式的增加基本都經(jīng)過(guò)了多次工程建設(shè)，大多采用了多系統(tǒng)合路共天饋系統(tǒng)方式。但多次合路帶來(lái)的后果就是：合路器的插損導(dǎo)致各系統(tǒng)功率下降，加上工程工藝質(zhì)量差或器件質(zhì)量差導(dǎo)致多系統(tǒng)指標(biāo)惡化。設(shè)計(jì)上建議優(yōu)先使用高性能四頻合路器，以滿足“四網(wǎng)協(xié)同”多系統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)合路要求。
三、結(jié)語(yǔ)
四網(wǎng)協(xié)同是綜合考慮網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、建設(shè)與融合，最終目的是提升客戶感知、挖掘管道價(jià)值。它既可以均衡網(wǎng)絡(luò)容量、引導(dǎo)業(yè)務(wù)分流、保障用戶體驗(yàn)，提升整體管道價(jià)值，也符合中國(guó)移動(dòng)提出的建設(shè)“六分在設(shè)計(jì)方案、三分在產(chǎn)品質(zhì)量、一分在工程實(shí)施”的工程優(yōu)生理念。