项目资助：北方民族大学自治区级大学生创新项目经费（项目编号：2019-QJ-021）

摘要：室内环境检测和调控系统可以实现对室内温度、空气湿度、氧气含量、甲醛浓度等进行准确的测量，本文基于ARM操作平台，采用C/S模式，设计一套稳定、可靠、实用的远程检测控制系统，具备无线网络连接功能和LED终端显示功能，并借助智能设备读取数据库存储的数据，调用程序指令，从而实现远程操控，这对室内环境优化调整具有重要意义，实用性强，市场前景十分广阔。

关键词：ARM;环境检测;智能处理;显示模块

随着人们生活水平的不断提升，对所居住环境要求也越来越高，当前由于经济发展和人们家居装修需求，空气质量不佳，对此能够检测环境各方面指数的系统设备受到社会各界高度关注。当前对室内环境监测方面主要包括了对温度、湿度以及空气优良指数相关的数值，其中温度和湿度的测试在技术上实现相对简单，但是装修和其他活动产生的甲醛、苯氨、甲苯等有害物质，人们并不能直观的感受到，长期生活在这样的环境下，影响人们身体健康，因此设计出一套具备远程操控和智能监测系统对人们生活具有指导帮助作用[1]。当前，主流方式是采用GPRS和彩信实现远程视频监控，并集成先进的处理器、传感器模块、无线数据传输功能，通过手机和电脑等终端实现数据智能化分析处理。

一、系统总体结构及工作原理

（一）系统结构

该系统总体上包括两大部分，分别是本地检测采集设备和远程操控设备两部分，其中本地检测采集是该系统主要部分，根据功能可以划分为数据分析处理系统和数据采集系统和数据传输系统三部分，这些系统集成了传感器模块、USB无线网卡、LED显示、环境调控模块、报警模块等功能。在实际应用中，将需要测量的区域放置检测采集设备，通过各种模块进行数据采集分析处理，例如：各类传感器模块可以对空气中的温度、湿度、甲醛、气压、二氧化碳含量等进行实时监测，并通过无线传输到远程终端，根据需要反馈相应指令，通过环境调控模块的红外操控功能，实现对周围空调、加湿器、净化器等智能的控制，达到远程操控的目的[2]。

（二）工作原理

首先根据对外监测传感器传入的环境参数在处理器中进行分析加工，然后通过电信号转换成具体数值，并将数据保存到固定的储存卡内，这些数值便是整个系统对周围环境监测所采集分析出来的结果，通过与系统内部预设数值以及自身历史数值进行对比，可以得出当前环境参数的前后变化和空气优良指数，一旦监测数值超过预警线，系统将自动发送短信或者手机APP弹窗进行提醒，用户则根据提醒掌握室内环境质量，并进行下一步操作，可以将提前设定好的数值反馈到处理器中，处理器根据预设对带有红外功能的设备进行操控。除此之外，监测系统的各个模块也可以通过用户发送的指令进行开关控制，达到节省能耗和节约资源的目的。

二、系统软、硬件设计

（一）硬件设计

系统硬件方面包括了核心处理器、传感器、无线传输以及电源电路等硬件，其中核心处理器是数据处理分析的中枢，具有重要地位，通过各方面的综合对比，发现STM32系列处理器，可以很好的实现目标需求，且能耗成本较低，性价比高，因此，本文采用的是型号为STM32F103ZET6的处理器，内部集成USB、CAN、定时器等功能[3]。

传感器是系统的触觉，是真实反映环境各项数据的关键部分，传感器的优劣将直接影响数据采集的准确程度，最终影响系统的性能和功效。气压测量选用BMP180传感器，这是一种高精度数字压力传感器，具有低功耗、低电压的优点，稳定性强，可以测量30—110kPa压力范围。对于气溶胶颗粒检测，本文选用GP2Y1050AU0F传感器，其光散射原理能够将PM1以上的颗粒准确检测出来。温度和湿度是基本的环境参数，采用AM2320温湿度复合型传感器进行相关参数测量，该传感器适用性强，温度测量范围上限可达75摄氏度，下限达负35摄氏度，湿度测量能够准确反映空气0%—99.5%的湿度。除此之外，人们对环境中的甲醛含量较为关注，MS1100传感器能够准确侦测环境中0～100×10-6kg/m3浓度范围内的气体甲醛含量。

无线传输模块起到了数据传输的桥梁作用，一般情况下传感器监测的各类数据都要通过无线传输模块进行传输，与处理器之间的数据交换一般采用的是串口通信的方式，单电源供电。在GPRS模块中SIM900A是一个比较实用的，供电范围宽：3.2～4.8V;支持频段：GSM/GPRS 900/1800MHz;易于封装，能耗也低，性价比较高。

（二）软件设计

系统正常运转除了具备必要的硬件基础外，还需要搭建软件平台，数据是固定的，但是如何通过数据转化为人们所能看懂的数值并且准确反映环境参数，是软件分析工具所需要完成的任務，首先需要将底层硬件初始化，通过处理器自带的A/D转换功能，将传感器采集的参数进行转化，在经过无线传输和人工反馈后，各项指令会通过处理器发送到各个带有红外功能的设备中，如何保证设备准确接受这些参数，并正确反映，需要软件不断进行测试和调整。以气溶胶悬浮颗粒传感器为例，我们通过不同环境温度下测得具体数据进行分析：

如上表所示，其传感器测试存在误差，这就对测量精度有一定的影响，因此需要在软件设计方面进行优化，防止因为单个数值误差较大，产生不必要的反应，或者发出错误的指令，影响系统正常运转。

三、结语

基于ARM的远程室内环境监测与调控系统能够对室内温湿度、各类气体含量、气压大小等方面进行准确的探测，并且通过软件优化后，能够智能化处理分析相关数据，做出科学判断，其稳定性和可靠性较强，能够满足人们对室内环境监测控制要求。

参考文献：

[1]张加宏， 潘周光， 刘进，等. 基于ARM的远程室内环境监测与调控系统设计[J]. 现代电子技术， 2017（02）：12-15.

[2]樊清，陈一民. 基于ARM嵌入式技术的室内环境参数采集系统设计[J]. 可编程控制器与工厂自动化（5期）：93-95.

[3]卢令，蔡乐才，高祥， 等.基于物联网的室内空气质量智能感知与净化系统[J].四川理工学院学报（自然科学版），2018，31（4）：63-67.

作者简介：

黄正淦，北方民族大学。