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基于物联网的温湿度与风速信息采集系统设计与实现
资料介绍
为了应对日益增长的城市供暖节能压力，解决由供暖引起的废气排放问题，本文设计并实现了一种基于物联网的温湿度与风速信息采集系统。介绍了系统的总体结构，设计完成了以 ARM 微处理器为核心、以 EC20模块为通信媒介、外接多路温湿度传感器和风速传感器的硬件电路和嵌入式软件程序。通过真实场景测试，系统实现了通过3G 网络实时、定时发送当地温湿度和风速数据至中心服务器的功能，控制中心根据设定的环境标准控制供暖锅炉调节供暖量，完全满足供暖调节的实际需求。同时，系统经过一定改进还可以应用到气象监测、档案管理、食品药品储存、工农业和交通等其它方面。尤其在物联网领域，本系统有着非常广泛的应用前景。实验结果证明了该系统的通用性和实用性。
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卷
第
期
１０
液晶与显示
３１
ꢀ
ꢀꢀ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀChinese Journal of Li uid Cr stals and Dis la s ꢀ ꢀꢀꢀꢀ Vol．３１ꢀNo．１０
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p y
年
月
２０１ ６ １０ ꢀ ꢀ
ꢀ
Oct．２０１ ６
:
(
)
文章编号
１００７-２７８０ ２０１ ６ １０-０９３６-０７
基于物联网的温湿度与风速信息
采集系统设计与实现
,
１ ∗
１
徐白冰１ ２ 王建立 曹景太
,
,
(
１．
,
;
１３００３３
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 吉林 长春
,
)
１０００４９
中国科学院大学 北京
２．
:
,
,
摘要 为了应对日益增长的城市供暖节能压力 解决由供暖引起的废气排放问题 本文设计并实现了一种基于物联网的
。
,
、
、
模块为通信媒介
EC２０
温湿度与风速信息采集系统 介绍了系统的总体结构 设计完成了以
微处理器为核心 以
ARM
。
,
外接多路温湿度传感器和风速传感器的硬件电路和嵌入式软件程序 通过真实场景测试 系统实现了通过
网络实
３G
、
,
,
时 定时发送当地温湿度和风速数据至中心服务器的功能 控制中心根据设定的环境标准控制供暖锅炉调节供暖量 完
。
,
、
、
、
全满足供暖调节的实际需求 同时 系统经过一定改进还可以应用到气象监测 档案管理 食品药品储存 工农业和交通
。
,
。
。
等其它方面 尤其在物联网领域 本系统有着非常广泛的应用前景 实验结果证明了该系统的通用性和实用性
:
;
;
;
词 物联网 嵌入式设计 节能控制
ARM
关
键
ꢀ
ꢀ
:
:
文献标识码
Aꢀꢀdoi １０．３７８８ YJYXS２０１ ６３１ １０．０９３６
:
/
中图分类号
TP２１２ꢀꢀ
,
Desi n and im lementation of tem erature humidit
y
g
p
p
and wind s eed information ac uisition s stem
p
q
y
based on the internet of thin s
g
,
g
１ ∗
１
XU Ba-i bin １ ２ WANG Jian-li CAO Jin -tai
,
,
g
(
,
,
,
１．Chan chun Institute o O tics Fine Mechanics and Ph sics Chinese Academ o Sciences
f p y f
g
y
,
;
Chan chun １３００３３ China
g
,
,
)
２．Universit o Chinese Academ o Sciences Bei in １０００４９ China
y f y f j g
:
Abstract The ressure of the ener conservation and air ollution caused b heatin is extremel in-
gy
p
p
y
g
y
,
,
creasin currentl ．In order to solve these roblems a tem erature humidit and wind s eed infor-
g
y
p
p
y
p
(
)
mation ac uisition s stem based on the Internet of Thin s IoT has been desi ned and achieved．This
q
y
g
g
,
a er introduces the eneral structure of the s stem in which the hardware circuit and the embedded
p p
g
y
;
:
:
２０１ ６-０８-１０．
收稿日期
修订日期
ꢀꢀ
ꢀꢀ
２０１ ６-０６-１ ５
:
(
)
基金项目 国家高技术研究发展计划
No．２０１４AAXXX１００３X
(
)( )
Su orted b National Hi h-tech R&D Pro ram ８６３ Pro ram No．２０１４AAXXX１００３X
pp
y
g
g
g
,
:
通信联系人
ꢀꢀ∗
E-mail wan ianli＠ciom ．ac．cn
gj
p
万方数据
, :
徐白冰 等 基于物联网的温湿度与风速信息采集系统设计与实现
ꢀꢀ
第
期
１０
９３７
,
software ro ram are desi ned with the core of ARM micro rocessor the communication medium of
p g
g
p
,
the EC２０ module and connectin with several multi lex tem erature and humidit sensors and ane-
g
p
p
y
,
mometers．Verified b s stem testin in real environment the s stem could transfer the data of tem-
y y
g
y
,
erature humidit and wind s eed to central server throu h ３G network automaticall ．Based on the
p
y
p
g
y
,
standard of environment set in advance the server center would control the heatin ad ustor to re u-
g
j
g
late the heatin su l ．And these functions would com letel meet our demand for intelli ent heatin
pp y g
g
p
y
g
,
,
control．Meanwhile it could be im roved somehow to be a lied to numerous fields such as meteoro-
pp
p
,
,
,
,
lo ical monitorin archives administration food and medicine stora e intelli ent trans ortation in-
g
g
g
g
p
,
dustr and a riculture．Also there would be a reat a lication ros ect for this intelli ent
pp
y
g
g
p
p
g
,
monitorin s stem es eciall in the field of IoT．In ractice the universalit and racticabilit of the
g y
p
y
p
y
p
y
s stem has been roved b ex eriment．
y
p
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:
(
);
;
;
Ke words Internet of Thin s IoT embedded desi nin ener conservation control ARM
g
g
g
gy
y
]
４
果[
现有研究成果从 工 程 控 制 或 检 测 温 湿
１ ３-１
。
,
度的角度来调节供暖量 可以在一定程度上实现
引
言
１ꢀ ꢀꢀ
。
供暖监测与控制系统的自动化
本文设计了一种基于物联网的智能供暖监控
、
,
继计算机 互联网之后 作为世界信息产业的
ꢀꢀ
,
系统 以
,
模块为
EC２０
微处理器为核心 以
,
第三次浪潮 物联网技术已博得了各个领域的广
ARM
]
泛关注[
作为物联网的技术基础 无线传感器
１-２
,
,
。
,
通信媒介 外接多路温湿度传感器和风速传感器
可通过计算机实现对特定区域的温湿度和风速环
、
、
网络以其自组织 部署迅捷 高容错性和强隐蔽性
, ,
境监测 从而控制供暖水泵以自主调节供暖量 确
,
、
、
等技术优势 已经应用在智能家居 智能交通 现
,
保供暖量既满足居民的健康要求 又能最大限度
、
代化 农 业 水 声 通 信 和 生 物 数 据 收 集 等 诸 多 领
]
域[
本文 将 物 联 网 技 术 运 用 于 智 能 供 暖 领
３-１
０
。
实现节能减排 与现存的单纯检测固定点温度的
。
,
。
,
方式不同 本文设计的系统还将实时监测供暖地
域 用以解决节能减排问题
我国北方地区每年冬天都要消耗大量矿物能
,
点室外的风速信息 同时可以测量三路温湿度信
( ),
息 分布在建筑物附近的典型采集点 能够更加
,
源用于建筑供暖 排放的废气也对生活环境产生
,
全面地监测外界环境状况 为调节供暖量提供更
,
着巨大的影响 由此产生的节能与减排的双重问
。
多的判断依据
。
,
题亟待解决 关于智能供暖监控系统的研究 国
(
、
、
。
,
外集中供暖发展较早较快的国家 如美国 日本
)
加拿大等 已经实现了系统监测与控制的自动化
系统模型
２ꢀ
,
我国的供暖系统虽然发展较快 但由于起步较晚
,
、
智能供暖监控系统总体由数据采集端 服务
基础薄弱 与国外先进的供暖系统相比还有一定
, 。
器端和供暖控制端三大部分构成 如图 所示
１
,
、
,
,
的差距 存在着水力 热力失调 控制方式不合理
。
数据采集端由分布在监控区域的多个主控节点组
缺乏参数监控等诸多问题 目前国内还没有形成
,
成 它们将系统需要监测的温湿度和风速数据实
、
。
完备的集中供热自动监测 控制系统 在相关的
;
时地发送给服务器 服务器可以选择监控制定采
,
理论研究方面 已经有工程技术人员从智能控制
,
;
,
集点 获取所需信息 同时 服务器将实时的室外
的角度采用 控制及其改进算法进行流量调
PID
]
节等方式实现户端的自主温度控制[ 也有电子
１ １
;
信息发送给供暖的控制端 供暖锅炉以此来控制
;
,
技术人员分别采用单片机等为核心控制器的户端
供暖热水进水阀门或供暖水泵 从而自主调节供
。
暖量
,
检测系统 主要用来自动或半自动的检测当地温
]
湿度信息[ 还有从数据无线传输的角度 通过
本设计的重点在于采集端与服务器之间的数
１ ２
;
,
、
GPRS
。 “
据收集与发送 其中的采集端系统采用 监控中
无线网络
Zi Bee
g
通信等途径设计实现数
— — ” ,
楼宇主控节点 传感器节点 的三层结构 通
据 采 集 端 与 服 务 器 之 间 的 通 信 系 统 的 设 计 成
心
万方数据
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