李岩博 潘明岩 陈东红 陈锡爱

摘 要：针对空气质量测试的实时性以及大多公众场合无网络无WiFi的问题，本文设计了一款基于NBIOT和微信的空气质量直播系统。该系统以STM32F100超低功耗单片机为控制核心，采用光照、甲醛、气压等传感器，通过NBIOT窄带物联网实现硬件模块与微信客户端的远程数据传输，实现了低功耗下的空气质量数据采集功能。该系统具有本地数据记录、回顾功能，同时基于NBIOT通讯实现了云服务器数据同步更新功能和支持微信平台的网络终端数据查询功能。

關键词：NBIOT窄带物联网 微信客户端 STM32 空气质量检测 低功耗

中图分类号：X85 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（c）-0012-02

随着生活水平的迅速提高，人们对自己日常生活和工作的室内空气环境质量的要求不断提高。同时，建筑节能的要求在现代科技的支持下，使室内建筑的密闭性越来越好，室内空气与室外空气的交换越来越少，极易导致室内污染物的积累，引发室内空气污染。目前，市面上在售的可以自动检测空气质量的设备，大多依赖WiFi来进行数据传输，考虑到新房以及其他公众场合没有公共网络，市场上并没有能够在无网络情况下将数据传输到移动设备的仪器，那么本文设计的空气质量检测系统就显得意义重大。

此空气质量检测系统拥有低功耗、信号覆盖广等特点，解决了无网络情况下室内空气质量实时检测的问题，并结合NBIOT物联网技术将采集到的数据发送到阿里云数据库，进而显示到微信客户端。用户可以随时随地打开微信查看室内空气质量的各项指标，给用户带来了极大便利的同时能够有效实现空气质量检测的智能化、自动化，能够推进智能家居的快速发展，从而推动社会经济的快速发展。

1 系统整体设计

本文设计的系统由底层硬件部分及微信客户端组成。硬件部分利用低功耗单片机STM32F100对空气质量浓度实时采集并处理，利用NBIOT低功耗、覆盖广的特点将无线传输数据到云服务器，并且支持本地数据存储，同时以微信公众号形式将数据采集结果呈现出来，也可以在微信界面上对数据库内容进行操作处理，以此实现人机交互，系统结构图如图1所示。

2 上下位机软件设计

2.1 下位机软件设计

该空气质量检测系统的设备首先初始化LWIP协议栈和我们的TCP服务器，然后和我们的客户机建立连接，当连接上以后，再进行LED、ADC、串口、IIC等模块的初始化。初始化后定时对甲醛、PM2.5、二氧化碳、气压、光强灯数据进行采集，并将采集到的数据进行打包，写入发送缓存区，按定时2min对数据进行采集和更新。下位机整体软件流程图如图2所示。

2.2 上位机通信设计

（1）MCU与云服务器的通信设计。本系统与云服务端与MCU之间的通信是基于一套接字socket办议。大多数互联网应用都是基于TCP的，它是一种能在客户端和服务器套接字之间提供可靠传输数据的方式。在这里使用Node中的Net模块来创建一个丝术的TCP服务器。

（2）微信与公众平台服务器的通信设计。微信用户关注公众号并绑定设备，确定之后就可以通过微信对设备进行实时监测与查询。而设备服务器号需要我们自己申请，拿到appid和access token，这是每个公众号唯一的ID和token。接下来申请服务器，最后做服务器号的接入认证。

2.3 上位机软件设计

上位机软件在开始的时候先与NBIOT网络连接，成功后会显示连接成功。连接成功后下位机发送数据到MySQL数据库，紧接着用PHP读取数据，进而显示数据到微信界面以实现人机交互。MySQL数据库设计如表1所示。

2.4 上位机界面设计

上位机界面分为两个部分：当前数据和历史数据。

在当前数据界面中，可以查看当前空气质量的检测值，如图3所示。在历史数据界面中，以折线统计图的方式呈现历史数据，如图4所示。

3 结语

本文设计的空气质量检测系统针对传统的空气质量测试仪进行了功耗方面和数据传输方面的优化，由于NBIOT窄带物联网的应用，可以随时随地传输数据到微信客户端供用户进行参考，保障用户生命安全的同时节省了用户大量的时间，使采集其他更多的信息成为可能，开辟新的商业领域，具有非常高的社会效益。

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