江凤莲，魏龙华，李松潘
（福建龙岩学院，福建 龙岩 364012）
摘 要：近几年，“雾霾”已经引起广大市民的极大关注，为了更好地提高健康与幸福生活指数，人们越来越重视周围的空气质量.为了从多方面反映区域内的空气质量的状况，如温度、湿度、PH2.5值等，设计了一种基于微信公众平台的空气质量检测系统，该系统主要包括监测节点，服务器端，用户端三个部分，通过无线路由器将三者连接.运用物联网技术与微信平台建立空气质量监测系统，可以有效地监测空气中各项质量指标，并通过各个采集站点的数据汇总做出有效预测.而微信用户在关注系统微信公众账号后，即可访问从分布式监测点采集到的环境数据.通过实验证明了该系统的有效性与可靠性.
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关键词 ：空气质量检测；物联网；微信公众平台；雾霾
中图分类号：TP399文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）02-0038-03
基金项目：龙岩学院教改项目（2014JY33）；龙岩市科技局科技项目（2014LY62）
1 引言
我国的空气质量检测系统，基本上是从上世纪八十年代开始，与发达国家相比起步较晚.近年来，国家对空气质量检测系统的建设日趋重视，部分省、市与重点城市开展了联网空气质量检测工作，但是仍然存在很大的局限性[1]，如气象局每天所发布城市空气质量指数，只能总体上描述一个城市的整体空气质量，然而实际情况中，市区和郊区、同一城市的不同区域的空气质量是有区别的.同时，各大城市呼吸系统和心血管系统体检异常率上升明显.主要是由于空气中可吸入颗粒物污染导致，43%的城市居民表示曾出现心悸、疲劳、晕眩、呼吸困难等心血管系统异常症状.当前，“雾霾”已经引起广大市民的极大关注，而对于空气质量，人们最为关心的就是PM2.5值.因为雾霾具有流动性，导致同一城市的不同地区PM2.5值也不同，甚至室内和室外的值也是不同的.这就迫切需要一个能实时实地监测空气质量的设备，使人们在出行时对空气质量判断有个更精准的依据.运用物联网技术与微信平台建立空气质量监测系统，可以有效地监测空气中各项质量指标，并通过各个采集站点的数据汇总做出有效预测.而微信用户在关注系统微信公众账号后，即可访问从分布式监测点采集到的环境数据.
基于微信公众平台的空气质量检测系统可以实时监测空气质量，甚至每分钟都会给用户一个值，这个值能反映前5分钟的空气质量状况.因此，开发本系统，利用物联网技术[2]，无线组网技术[3]等，通过空气质量智能分析平台来实现对龙岩市区域内的空气质量检测、分析和报警提示.在不同区域安装若干个低功耗的空气质量监测模块，安全节能，可同时检测PM2.5、空气温湿度等指标.能够大大地提高环境监管和保护的效率.
2 系统整体设计方案
本系统由感知层、网络层和应用层[4]组成，感知层的主要功能是通过传感器节点等感知设备，获取环境监测的相关信息，如温度、湿度、可燃气体等.通过无线传感器网络技术组成一个自治网络，采用协同工作的方式，提取有用的信息，并通过接入设备与互联网中的其它设备实现资源共享和交流互通.网络层的主要功能是将来自感知层的信息传送到互联网中，通过学习以IPV6/IPV4为核心建立的互联网平台，将网络内的信息资源整合成一个可能互联互通的大型智能网络，为上层服务管理和大规模环境监测应用建立一个高效、可靠、可信的基础设施平台，通过大型的中心计算机平台，对网络内的环境监测获取的海量信息进行实时的管理和控制，并为上层应用提供一个良好的用户接口.应用层的主要功能是集成系统底层的功能，构建起面向环境监测行业实际应用，从而达到实时监测、预警等功能[5].系统架构图如图1所示.
3 硬件设计
本系统硬件部分采用基于S3C2440处理器的ARM开发板，具有低功耗性能且具有射频无线收发器的功能.通过处理器内部封装的无线收发模块将数据传送到服务器端，实现对室内环境的温湿度、有害气体、粉尘颗粒溶浓度的实时检测.主要包括三个部分：监测节点，服务器端，用户端.通过无线路由器将三者连接；监测节点分为室内节点和室外节点，通过路由器将节点与服务器连接起来，理论上，一个网段可以支持256个节点，室内节点安装在小区的室内，用来监测室内的环境状况，有温度，湿度，可燃气体（防止煤气泄漏导致火灾及中毒），而室外节点则监测小区周围的环境，有pm2.5，温度，湿度.微信用户在关注系统微信公众账号后，即可访问从分布式监测点采集到的环境数据.
3.1 分布式监测节点
组成：采用Mini2440开发板，接有USB无线网卡，温度传感器ds18b20，湿度传感器DHT11，MQ-2烟雾气敏传感器，PM2.5粉尘传感器和步进马达（模拟窗户控制）组成.室内节点结构图如图2所示.
实现功能：监测节点能够从各种传感器中读取当前环境的数据，并将数据发送到本地服务器.室内监测节点是对温度，湿度，可燃气体进行监测，而室外节点则监测pm2.5，温度，湿度.室内的窗户可以受用户远程控制，即室内的窗户会通过室外pm2.5的浓度自动开关.
3.2 本地服务器
实现功能：服务器主要进行数据的处理和转发，是整个系统数据传输和处理的枢纽，服务器将传感器收集到的信息进行处理，将结果发送至新浪云服务器.
3.3 微信和新浪云
实现功能：新浪云服务器保存着从本地服务器上传的数据，等待微信公众平台访问.
4 具体实现
4.1 系统工作流程
系统工作流程如图3所示.
4.2 监测端工作流程
监测端采用多传感器信息融合算法[6]，对于温度传感器、湿度传感器、有害气体传感器等多种传感器采集到的数据进行处理，进一步判断空气质量，在参照行业准则下进行分析、综合与使用，从而获得对空气质量的描述和评估，进一步依据相应结果作出相应的决策与估计（如是否关闭窗户等）.监测端工作流程如图4所示.
4.3 服务器端工作流程
服务器端分为本地服务器和新浪云服务器，本地服务器将区域内各监测节点所采集到各项数据与参数进行处理、分析与存储等工作，从而实现对区域内空气质量进行实时检测，同时将监测结果发送至新浪云服务器.新浪云服务器保存着从本地服务器上传的数据，随时随地等待微信公众平台访问.这样，无论是在家里、办公室还是出差外地，用户均可简单方便地了解区域内的空气质量.服务器工作流图如图5所示.
5 本系统设计的创新点
6 总结与展望
本系统实现了区域化环境监测，授权用户可以通过微信远程操纵嵌入式系统.整个系统的成本较低，安装维护简单，用户只需有微信号就可以监测各区域（如小区、车站和个体户区域等）的空气质量.同时也可方便地为其它有需求的用户提供数据参考.
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参考文献：
（1）郭晓雷.城市空气质量预报方法研究综述[J].科技传播，2011（15）:14-17.
（2）马寅.物联网技术的特点与应用[J].物联网技术，2012（8）:78-80.
（3）梁子君.宋志宏，张博，等.基于无线组网技术的交通信息采集集方法研究[J].数字技术与应用，2011（12）:39-41.
（4）孙其博，刘杰，黎羲，等.物联网:概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报，2012，33（3）:1-9.
（5）刘强，崔莉，陈海明.物联网关键技术与应用[J].计算机科学，2010，6（6）:10-11.
（6）马曼，程铅，陈慧，等.基于信息融合技术的空气质量检测系统[J].电子器件，2013，8（4）:556-557.