张卓

摘要：随着生态绿色发展理念的提出，我国的环境问题得到了有效的治理，环境质量越来越高，空气越来越清新干净，水质质量也逐步的得到提高。室外污染与室内污染都会对人民群众的身心安全造成损害，影响人民群众的生活质量，因此，人民群众需要加强家居环境的监测力度，提高环境监测意识。本文将结合物联网下的家居环境监测预警系统设计分析提出家居环境监测管理的发展前景，并阐述开展家居环境监测活动的意义。

关键词：物联网 家居环境 监测预警系统 传感器 设计策略

Design and Analysis of Home Environment Monitoring and Early Warning System Based on Internet of Things

ZHANG Zhuo

（Suzhou Zhangjiagang environmental monitoring station， Suzhou， Jiangsu  Province，215600  China）

Abstract： With the proposal of the concept of ecological green development， China's environmental problems have been effectively treated， the environmental quality is higher and higher， the air is fresher and cleaner， and the water quality is gradually improved. Both outdoor pollution and indoor pollution will damage people's physical and mental safety and affect people's quality of life. Therefore， people need to strengthen the monitoring of home environment and improve their awareness of environmental monitoring. Combined with the design and analysis of home environment monitoring and early warning system under the Internet of things， this paper puts forward the development prospect of home environment monitoring and management， and expounds the significance of carrying out home environment monitoring activities.

Key Words： Internet of things;Home environment;Monitoring and early warning system;Sensors;Design strategy

随着我国经济发展速度的加快，开展环境保护和节约资源活动能够促进我国的可持续发展，提高人民群众的生活质量，营造安全、健康的社会发展环境。我国是人口大国，保障人民群众的身体健康安全是我国的重要战略目标，也是在发展过程中需要牢记的重要事项。环境污染会影响人民群众的生活质量，为人民群众带来健康安全隐患。室内污染是影响人民群众身体健康的重要因素，人民群众需要加强家居环境监测，并对家居环境进行管理，提高安全意识。

1开展家居环境监测活动的意义

随着时代的发展，人民群众对家居环境的要求越来越高，健康的生活环境是大多数人的基本要求。影响家居环境的因素有很多，加强家居环境监测十分的重要，这是保障住户居民身体健康安全的重要措施。随着经济的快速发展与科学技术水平的不断提高，物联网得到了有力的发展，为了提升家居环境的监测效果，加强监测的力度，需要积极将物联网技术与家居环境监测预警系統整合起来。规范监测家居环境对于人民群众的身体健康安全和国家的发展来说具有重要的作用，不仅住户居民要提高家居环境监测的重视程度，相关的环境监测部门也需要加强监测力度，对居住环境监测工作进行宣传，并积极为住户居民配备良好的监测设备，加快家居环境监测工作的进度。

对家居环境进行监测具有重要的意义，一方面，有利于为人们提供良好的居住环境。家庭居住环境分为室内与室外2个方面，室内环境质量与建设材料、家具质量和家庭居住地址等因素有关，建设材料的质量标准在一定程度上决定着室内环境质量高低。家居室内环境的湿度、温度、二氧化碳浓度等都是重点的监测指标，加强监测力度，可以为住户居民提供全面的监测报告，提高他们的监测意识，让他们了解自家的居住环境情况。住户居民可以根据监测报告对家庭居住环境进行整改，打造安全、健康的居住场所，提升居住环境的安全性能。

另一方面，可以加快我国的发展进程。人民群众的身体安全影响着我国整体的发展速率，只有充分保障人民群众的身体健康，才能充分发挥人民群众的智慧，使人民群众能够精力充沛地进行工作。否则，一旦人民群众的身体安全得不到保障，人民群众就无法进行工作，企业和相关单位的工作活动就会被搁置，不利于我国的快速发展。因此，对家居环境开展监测工作十分的重要，住户居民与相关部门都需要提高家居环境监测的意识，为营造良好的居住环境做出努力。

2在物联网下家居环境监测预警系统设计分析

2.1系统的整体架构

影响家居环境的因素有很多，为了提高监测力度，保障监测角度的全面性，需要建立科学、合理的监测预警系统来保障家居环境的安全。监测预警系统的总体架构是由三方面组成的，分别是感知层、网络层和应用层。这3种层面的功能与构造都不一样，加强三方面的配合与应用，能够提高监测的效率，保障监测的准确性。感知层可以实现对各种物质和人群活动的监测，当室内的某一物质含量超标，或者是室内有人员进行活动，感知层都可以对以上情况进行监测和记录，再通过网络层的网络通信技术将记录报告发送到住户手中，方便住户进行处理，降低居住环境的风险，提高居住地的安全性能。

环境监测预警系统的感知层主要是由无线传感器网络子系统与信息处理子系统两部分构成的。网络传感器有一级节点和二级节点，其中一级节点是这个无线传感器网络的核心组成部分，对整个监测工作具有重要的作用。一级节点主要是将无线传感器网络所监测到的环境信息传送给信息处理子系统，二级节点起着保证传感器节点与一级节点保持顺畅通信与联络的作用。不同住户居民有着不同的监测需求，用户可以根据自身的需求设立安装传感器。例如：温度传感器、湿度传感器、甲醛传感器、二氧化碳传感器等。用户可以通过信息处理子系统来掌握家居环境情况，芯片是信息处理子系统的核心，将芯片与家居网络服务器进行整合。当家居环境出现异常情况时，用户可以接收到相关的环境异常信息，掌握家居环境情况。

2.2系统硬件设计

2.2.1 WIFI模块设计

通过互联网技术可以将家居环境信息实时发送到用户的手机上，用户可以通过联网WIFI无线网络来接收。WIFI模板的种类多样，用户可以根据自身的需求，自行选择相应的WIFI模板，ESP8266WIFI模板是市场上应用的比较广泛的一个网络模板。因为该模板的制作成本比较低、消耗的能量较少、用户使用起来十分的方便。同时，它还添加了一些新的板块内容，例如：外围电路、串口等，因此这种设备受到了广大用户的青睐，相比其他的WIFI模板来说，有着自己独特的优势，具有一定的市场竞争力。WIFI模板是软件与硬件进行连接的重要桥梁，将WIFI模块与串口的波特率设置成一样后，用户可以直接通过串口来相关的指令来对WIFI模块进行配置[1]。

2.2.2 温湿度传感器

为了给住户提供舒适的居住环境，保证居住空气中的温湿度满足住户的需求与要求，提高住户对居住环境的满意度与幸福感，需要对居住环境的温湿度进行监测。SHT20温湿度传感器是温湿度传感器中性能与质量比较好的一款传感器，其用户使用率比较高，应用范围比较广泛。一些温湿度传感器对于监测环境有着较高的要求，当监测环境的湿度比较高时，会影响数据监测的结果，不利于整体的家居环境监测。而SHT20温湿度传感器相比其他的温湿度传感器来说，具有独特的优势，其可以在高湿度的环境下进行工作，性能十分稳定。

2.2.3空气质量传感器

随着人民群众对家居环境的要求越来越高，住户也加强了空气质量监测工作。家居空气质量影响着住户的居住体验与身心健康，而且，空气质量与其他物质有着密切的联系，当空气中的灰尘、二氧化碳、甲醛等物质超出一定的标准范围时，就会影响空气的质量问题。因此，在开展家居环境的监测工作时，需要选择质量与性能较好的空气质量传感器，为住户身心安全提供保障。GP2Y1051AUOF空气传感器是一款较为灵敏的传感器，监测力度比较高、质量较好，住户以及相关部门人员开展监测工作时，可以对该设备进行运用，提高监测工作的效率，营造健康、舒适的家居环境[2]。

2.2.4无线传感器网络设计

无线传感器网络节点主要有3种节点，分别是一级节点、二级节点与传感器节点，它们的结构与主体结构没有多大差别。无线传感器网络节点可以将CC2530F256单片机作为核心部件，因为该部件不仅使用性能比较高、消耗的功率比较少，而且它的内核比较大，外围设备比较丰富。更重要的是它能够与传感器进行进行整合，实现通信工作。要想顺利开展通信工作，需要有相关的天线作为支撑，天线不仅可以节省节点的体积，还能提升网络节点的稳定性能。不同传感器完成监测工作后，会将数据成功的传送到天线中，确保通信工作的顺利开展。

2.2.5信息处理子系统设计

信息处理系统是监测系统的重要系统之一，住户可以根据信息处理系统了解到环境监测情况，从而对环境出现的异常情况进行处理和整改。该系统主要是由中央处理单元、存储单元以及GSM模块构成的。在进行监测工作时，可以采用STM32F103RET6微处理器和ARM Cortex M3内核等一系列部件，这样能够加快监测的工作频率。同时，存储单元还能够存储重要的数据资料，运用以太网控制器能够加快数据的传输速率。对于GSM来说，可以运用AT指令实现对GSM的控制，提高GSM的稳定性，减少数据传输所造成的功率[3]。

2.3系统软件设计

2.3.1无线传感器网络系统设计

无线传感器网络子系统主要以CC2530的Basic RF无线通信协议为基础，构建一级节点、二级节点和传感器节点。一级节点作为无线传感器的核心部件，当传感器节点完成家居环境监测时，需要利用无线传感器网络将该数据传送到一级节点中。二级节点是数据重要的中转部件，传感器将数据传输到一级节点的过程中，需要先将数据传输到二级节点上，然后才能继续传输到一级节点上。如果一级节点已经收到相关的数据信息，二级节点会收到寻找反馈信息，那么传感器就能够保证自身已经完成数据的传输过程了[4]。

2.3.2信息处理子系统设计

STM32微控制器是信息处理子系统的核心，它能够与其他的部件进行整合，然后通过太空网显示出家居环境信息，并且会设立一定的数据标准。当家居环境监测出来的数据超过设立的標准，那么STM微控制器会通过GSM模块发送指令，然后住户就会收到相关的数据超标信息。当家居环境监测活动结束时，会产生相应的数据信息，信息处理子系统中具有存储部件，能够将每一次的监测信息保存下来，方便住户对监测结果进行查询和收集分析[5]。

3 家居环境监测预警系统的发展前景

对家居环境进行合理、科学的监测，并设立监测预警系统可以加强住户对家居环境的管理，方便住户了解家居环境信息，提升家居环境的安全性能。在现代化的社会发展下，各种建设材料层出不穷，有一些不良商家为了谋取利益，使用一些危害性较大的建筑材料和粉刷颜料。人民群众对于建筑材料的了解不深，对这些材料加以使用，长此以往，会逐渐损害自身的身体健康[6]。

因此，住户与相关政府部门需要提高对家居环境监测工作重要性的认识，积极设立监测预警系统。家居环境监测预警系统要想在市场中占有一席之地，扩大应用范围，提高该系统的安装覆盖面积，就需要不断的进行改革创新，简化住户的使用操作步骤，同时，还需要注重该系统的性价比，减少住户的经济支出，减缓该系统的购买压力。最后还需要保障该系统的绿色、环保性，防止造成二次环境污染。

4 结语

人民群众长期生活在家居环境中，家居环境的质量影响着人民群众的身心健康，要想营造良好的家居环境，需要加强家居环境监测。可以设立安全可靠的家居环境监测预警系统，对有害物质进行检查，并通过物联网技术将监测报告及时地传输到住户手中，让住户了解到自身的居住环境情况，提高环境监测意识，并根据环境监测报告采取相应的措施，减少有害物质对自身身体安全造成的伤害。

参考文献

[1]李兵，肖茂翔.基于物联网的家居环境监测预警系统设计[J].物联网技术，2021，11（11）：18-21.

[2]周正贵，王松林.基于NB-IoT技术的智能家居系统设计[J].齐齐哈尔大学学报：自然科学版，2022，38（1）：17-20.

[3]张娅琳，吴伟强.基于WiFi的环境信息云平台监测系统设计[J].物联网技术，2021，11（10）：26-29.

[4]周慧怡.基于WSN的智能家居环境监测服务平台[J].工业控制计算机，2021，34（7）：131-132.

[5]张恒. 基于WiFi的室内环境监测系统设计[D].合肥：安徽大学，2019.

[6]王娜.浅析智能家居环境监测系统的研究[J].现代盐化工，2018，45（6）：42-43.

sdjzdx202203231616