發(fā)布時間：2022-05-07 02:55:53
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇室內(nèi)系統(tǒng)設(shè)計論文，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1主控電路
系統(tǒng)的主控電路如圖2所示，由單片機學(xué)習(xí)開發(fā)板中的最小系統(tǒng)電路來完成。
2外圍電路
本系統(tǒng)的外圍電路基于主控電路的配置，包括溫度傳感器DS18B20、nokia5110液晶顯示屏、風(fēng)扇(電動機驅(qū)動)、鍵盤、蜂鳴器、濕度傳感器濕度傳感器DHT11、可燃性氣體濃度傳感器MQ－2、加熱器YF3030012160J等。其中風(fēng)扇(電動機驅(qū)動)、鍵盤、蜂鳴器等器件開發(fā)板上自帶，只需要配置剩余的器件即可。圖3溫度傳感器模塊原理圖溫度傳感器模塊原理圖如圖3所示，溫度傳感器的測溫范圍為－55℃－125℃，當室內(nèi)溫度高于設(shè)置值30℃時，系統(tǒng)將報警，同時單片機通過達林頓管，啟動風(fēng)扇，進行換氣，降低室內(nèi)溫度，直到達到預(yù)期要求;當室內(nèi)溫度低于設(shè)置值(20℃)時，系統(tǒng)將報警，同時單片機通過繼電器，控制12V直流電源，啟動加熱器加熱，直到達到預(yù)期要求。加熱器工作時的表面溫度為160±10℃;加熱器模塊原理圖如圖4所示。濕度傳感器模塊原理圖如圖5所示，濕度傳感器的測量范圍20－90%，當室內(nèi)氣體濕度高于設(shè)置值(60%)時，單片機控制風(fēng)扇的開啟，進行換氣，降低濕度，直到達到預(yù)期要求。可燃性氣體濃度傳感器模塊原理圖如圖6所示，當室內(nèi)可燃性氣體濃度高于設(shè)置值(25%)時，系統(tǒng)將報警，同時，單片機將驅(qū)動風(fēng)扇，進行換氣，降低可燃性氣體濃度。
3系統(tǒng)的實現(xiàn)
整個系統(tǒng)主要是由STC12C5A60S2單片機學(xué)習(xí)開發(fā)板中的最小系統(tǒng)電路和溫度傳感器DS18B20、圖5濕度傳感器模塊原理圖圖6可燃性氣體濃度傳感器模塊原理圖nokia5110液晶顯示屏、風(fēng)扇(電動機驅(qū)動)、鍵盤、蜂鳴器、濕度傳感器濕度傳感器DHT11、可燃性氣體濃度傳感器MQ－2、加熱器YF3030012160J、等模塊電路構(gòu)成，系統(tǒng)的實物圖如圖7所示。系統(tǒng)的主要功能是對室內(nèi)的溫度、濕度和可燃性氣體濃度進行監(jiān)控，并在LCD液晶顯示屏上進行顯示，如圖8所示。為了更好地滿足人們的需求，提高環(huán)境的舒適度，人們能夠根據(jù)自身需要調(diào)整溫度、濕度的設(shè)置值。圖7系統(tǒng)的實物圖圖8監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示圖5結(jié)論本文設(shè)計的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)采用STC12C5A60S2單片機作為系統(tǒng)的主控電路，以溫度傳感器DS18B20、濕度傳感器DHT11、可燃性氣體濃度傳感器MQ－2、nokia5110液晶顯示屏、加熱器YF3030012160J、風(fēng)扇(電動機驅(qū)動)、蜂鳴器、鍵盤等外部設(shè)備，實現(xiàn)了室內(nèi)溫度、濕度、可燃性氣體濃度的檢測、顯示、報警、控制等功能。與傳統(tǒng)的恒溫控制系統(tǒng)相比較，該系統(tǒng)集溫度、濕度、可燃性氣體濃度檢測、控制和報警于一體，成本較低，性能穩(wěn)定，應(yīng)用前景廣泛，市場潛力較大，將環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于日常生活，能夠滿足了人們的生活需求，有利于改善人們的環(huán)境質(zhì)量。
本文作者：劉姜濤工作單位：湖北第二師范學(xué)院
摘要：室內(nèi)排水管道的建筑安裝施工，應(yīng)該為用戶提供符合使用功能的舒適、衛(wèi)生、安全、方便的衛(wèi)生設(shè)施。但室內(nèi)給排水工程交付使用后，因管道堵塞或其它問題，常常會造成污水溢流、污染生活環(huán)境。如何通過合理的施工和正確的監(jiān)理手段使室內(nèi)排水管道施工趨于合理與完善值得探討。
關(guān)鍵詞：室內(nèi)排水管道;施工監(jiān)理控制;污水排水管道安裝;雨水管道安裝
0引言
由于建筑施工是個系統(tǒng)工程，室內(nèi)排水管道施工不當就可能出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象，特別是衛(wèi)生間排水管口與地漏更為嚴重。因此，有必要對室內(nèi)排水管道系統(tǒng)施工控制的各各節(jié)點加以分析，并在重點部位加以控制，以提高室內(nèi)排水管道施工的質(zhì)量。
1污水排水管道與配件安裝檢查
1.1主要控制項目①隱蔽或埋地的排水管道在隱蔽前必須做灌水試驗，其灌水高度應(yīng)不低于底層衛(wèi)生器具的上邊緣或底層地面的高度。檢驗的方法是：滿水15min水面下降后，再灌滿觀察5min，液面不降，管道及接口無滲漏為合格。②生活汗水鑄鐵管道及塑料管道的坡度必須符合設(shè)計的要求及相關(guān)規(guī)定。③排水塑料管必須按設(shè)計要求及位置裝設(shè)伸縮節(jié)。如設(shè)計無要求時，伸縮節(jié)間距不得大于4米。高層建筑中明設(shè)排水顏料管道應(yīng)按設(shè)計要求設(shè)置阻火圈或防火套管。此項檢驗的方法主要是觀察檢查。④排水主立管及水平干管管道均應(yīng)做通求實驗，通球球徑不應(yīng)小于排水管道管徑的三分之二，通球率必須達到100%。
1.2一般項目的控制
1.2.1在生活污水管道上設(shè)置的檢查口或清掃口，當設(shè)計無要求時應(yīng)符合下面的規(guī)定：一是，在立管上應(yīng)每隔一層設(shè)置一個檢查口，但在最底層和有衛(wèi)生器具的最高層必須設(shè)置。如為兩層建筑時，可僅在底層設(shè)置閉立管檢查口，如有乙字彎管時，則在該層乙字彎管的上部設(shè)置檢查口。檢查口中心高度距操作地面一般為一米，允許偏差±20mm；檢查檢查口的朝向應(yīng)便于檢修。暗裝立管，在檢查口處應(yīng)安裝檢修門；二是，在連接兩個及兩個以上大便器或三個及三個以上衛(wèi)生器具的污水橫管上應(yīng)設(shè)置清掃口。當污水管在樓板下懸吊敷設(shè)時，可將清掃口設(shè)在上一層樓地面上，污水管起點的清掃口與管道相垂直的墻面距離不得小于200mm；或污水管起點設(shè)置堵頭代替清掃口時，與墻面距離不得小于400mm。三是，在轉(zhuǎn)角小于135°的污水橫管上，應(yīng)設(shè)置檢查口或清掃口；四是，在污水橫管的直線管段，應(yīng)按設(shè)計要求的距離設(shè)置檢查口或清掃口。
1.2.2埋在地下或地板下的排水管道的檢查口，應(yīng)設(shè)在檢查井內(nèi)。井底表面標高與檢查口的法蘭相平，井底表面應(yīng)有5%的坡度，坡向檢查口。
1.2.3金屬排水管道上的吊鉤或卡箍應(yīng)固定在承重結(jié)構(gòu)上。固定件間距：橫管不大于兩米；立管不大于三米。樓層高度小于或等于四米，立管可安裝一個固定件。立管底部的彎管處應(yīng)設(shè)支墩或采取固定措施。排水顏料管道支、吊架間距應(yīng)符合相關(guān)建筑標準的規(guī)定。
1.2.4排水通氣管不得與風(fēng)道或煙道連接，且應(yīng)符合下面的規(guī)定：一是通氣管應(yīng)高出屋面300mm，但必須大于最大積雪厚度；二是在通氣管出口四米以內(nèi)有門窗時，通氣管應(yīng)高出門、窗頂600mm或引向無門、窗一側(cè)；三是在經(jīng)常有人停留的平屋頂上，通氣管應(yīng)高出屋面兩米，并應(yīng)根據(jù)防雷要求設(shè)置防雷裝置；四是如層頂有隔熱層應(yīng)從隔熱層板面算起。
1.2.5如安裝未經(jīng)消毒處理的醫(yī)院含菌污水管道，不得與其他排水管道直接連接。
1.2.6飲食業(yè)工藝設(shè)備引出的排水管及飲用水水箱的溢流管，不得與污水管道直接連接，并應(yīng)留出不小于100mm的隔斷。
1.2.7通向室外的排水管，穿過墻壁或基礎(chǔ)必須下返時，應(yīng)采用45°三通和45°彎頭連接，并應(yīng)在垂直管段頂部設(shè)置清掃口。
1.2.8由室內(nèi)通向室外排水檢查井的排水管，井內(nèi)引入管應(yīng)高于排出管或兩管頂相平，并有不小于90°的水流轉(zhuǎn)角，如跌落差大于300mm可不受角度限制。
1.2.9用于室內(nèi)排水的水平管道與水平管道、水平管道與立管的連接，應(yīng)采用45°三通或45°四通和90°斜四通。立管與排出管端部的連接，應(yīng)采用兩個45°彎頭或曲率半徑不小于四倍管徑的90°彎頭。
1.2.10室內(nèi)排水管道安裝的允許偏差應(yīng)符合設(shè)計要注和相關(guān)建筑規(guī)范。
2雨水管道及配件安裝的檢查
2.1主要控制項目①安裝在室內(nèi)的雨水管道安裝后應(yīng)做灌水試驗，灌水高度必須到每根立管上部的雨水斗。②雨水管道如采用塑料管，其伸縮節(jié)安裝應(yīng)符合設(shè)計要求。③懸吊式雨水管道的敷設(shè)坡度不得小于5‰；埋地雨水管道的最小坡度，應(yīng)符合相關(guān)的設(shè)計規(guī)范的要求。公務(wù)員之家
2.2一般項目的控制①雨水管道不得與生活污水管道相連接。②雨水斗管的連接應(yīng)固定在屋面承重結(jié)構(gòu)上。雨水斗邊屋面連接處應(yīng)嚴密不漏。連接管管徑在設(shè)計沒有要求時，不得小于100mm。③懸吊式雨水管道的檢查口或帶法蘭堵口的三通的間距不得大于相關(guān)的技術(shù)規(guī)定。④雨水管道安裝的允許偏差及雨水鋼管道焊口允許偏差均應(yīng)符合相關(guān)的技術(shù)規(guī)定及設(shè)計要求。
3對室內(nèi)排水管道施工質(zhì)量檢查應(yīng)重點注意的問題
①通向室外的排水管下返出戶時，應(yīng)在垂直管段頂部設(shè)置清掃口。②柔性連接機制排水鑄鐵管立管根部加支撐。立管根部沒有支撐或不牢靠，管道支吊架間距過大，用臨時鉛絲固定管道造成管道接口松動漏水或塌腰倒坡。③排水塑料管應(yīng)注意伸縮節(jié)和固定卡子的安裝位置。高層建筑明設(shè)排水塑料管應(yīng)在立管穿頂板處設(shè)阻火圈，若立管在管井內(nèi)則阻火圈設(shè)在支管穿管井處。④考慮到將來檢修的方便，立管檢查口朝面應(yīng)90°向外。⑤地漏水封深度不能小于50mm，地漏箅子及扣碗應(yīng)便于取出，地漏排水應(yīng)通暢。⑥排水管的坡度也是檢查的重點之一。如果管道安裝坡度不均勻，可能會出現(xiàn)局部倒坡。⑦生活污水管不得與雨水及空調(diào)冷凝水管合流。⑧高層建筑生活污水管道著層應(yīng)單獨排出。⑨排水管道不得穿過沉降縫、伸縮縫、煙道和風(fēng)道。⑩生活污水管道直線管段管徑100至150mm時，清掃口的最大間距為10米；管徑達到200mm及以上時，清掃口最大間距為20米。避免管道連接使用的三通、四通、彎頭等管件不符合規(guī)定的要求，這樣很可能會造成管道排污不暢或堵塞。避免管道支墩、支吊架不牢固、位置不合理。檢查時要注意埋在地下的污水管道有沒有設(shè)置檢查口，地上管道檢查口位置設(shè)置是否不當或漏設(shè)檢查口、清掃口。注意管道穿地下外墻或地下構(gòu)筑物時有沒有做防水套管或穿套管安裝時防水捻口有沒有做好，立管及托吊支管穿衛(wèi)生間樓板時有沒有做很好的防水措施。埋地的污水管道以及有保溫和防結(jié)露保溫的管道、有吊頂?shù)奈鬯械豕堋⒐芫畠?nèi)的污水立管在隱蔽前一定要做好灌水試驗。管道和支架在做防腐、刷油之前如沒有做好除銹工作，可能會造成返銹，管道防腐如沒做好的話，支吊刷油漆可能會出現(xiàn)脫皮、起泡現(xiàn)象。塑料排水管道安裝之后還要注意成品的保護工作，如果保護不當也有可能造成污染和損壞。
4結(jié)語
室內(nèi)排水管道在施工過程中采用合理的技術(shù)措施，進行正確的施工和嚴格的監(jiān)理控制，對檢查和治理管道堵塞，搞好管道安裝與土建密切配合施工，提高工程質(zhì)量起著極其重要的保證作用。
【摘要】國內(nèi)外許多公司和研究機構(gòu)展開了基于ZigBee技術(shù)的無線定位技術(shù)研究。不過在實際應(yīng)用中，因各種外部環(huán)境的限制，許多算法存在有待改進的方面，本文主要是利用Zigbee實現(xiàn)基于RSSI的定位算法的研究，提取RSSI值。
【關(guān)鍵詞】無線組網(wǎng);室內(nèi)定位算法;RSSI值
1.ZigBee協(xié)議棧概述
ZigBee技術(shù)作為一種新興的低速率短距離無線通信技術(shù)，也是ZigBee聯(lián)盟（ZigBee Alliance）所主導(dǎo)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標準。完整的ZigBee協(xié)議棧有物理層、MAC子層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用匯聚子層和高層應(yīng)用規(guī)范層組成。每一層為上層提供一系列特殊的服務(wù)：數(shù)據(jù)實體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，管理實體則提供所有其他的服務(wù)。所有的服務(wù)實體都通過服務(wù)接入點（SAP）為上層提供一個接口，每個SAP都支持一定數(shù)量的服務(wù)原語來實現(xiàn)所需的功能。
IEEE802.1 5.4-2003標準定義了底層：物理層（Physical Layer，PHY）和MAC層。IEEE802.15.4定義的PHY層分別工作在兩個頻段上：868/915MHz和2.4GHz。其中低頻段物理層覆蓋了868MHz的歐洲頻段和915MHz的美國與澳大利亞等國的頻段，高頻段則全球通用。IEEE802.1 5.4 MAC層采用CSMA.CA機制來控制信道接入，主要負責(zé)傳輸信標幀，同步以及提供可信賴的傳輸機制。
ZigBee聯(lián)盟在此基礎(chǔ)上定義了網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer，NWK），應(yīng)用層（Application Layer，APE）架構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)層的主要職責(zé)包括提供設(shè)備用來加入網(wǎng)絡(luò)和離開網(wǎng)絡(luò)的機制，提供數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)陌踩珯C制和路由機制。應(yīng)用匯聚層將主要負責(zé)把不同的應(yīng)用映射到ZigBee網(wǎng)絡(luò)上。ZigBee設(shè)備對象（ZDO）負責(zé)定義設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的角色（如ZigBee協(xié)調(diào)器或中斷設(shè)備），提出或響應(yīng)綁定請求，以及建立網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的安全關(guān)系。ZigBee設(shè)備對象（ZDO）還要負責(zé)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的發(fā)現(xiàn)及判定對方提供服務(wù)類別。
2.實用室內(nèi)定位方法研究
2.1 基于RSSI的定位算法
基于距離的定位，關(guān)鍵在于準確的獲得節(jié)點間距離信息。從理論上來說，RSSI是收發(fā)雙方間所傳輸功率和距離的函數(shù)。接收信號強度將隨著距離的增加而減少，公式 給出了RSSI與距離d的理論關(guān)系式。其中，n為信號傳播常量，也稱為傳播指數(shù);d是到信號發(fā)送者的距離。A是在1米處的接收信號強度值。
三邊測距法的缺陷是：由于各個節(jié)點的硬件和功耗不盡相同，所測出的距離不可能是理想值，從而導(dǎo)致上面的三個圓未必剛好交于一點，在實際中，肯定是相交于一個小區(qū)域，因此利用此方法計算出來的（X，Y）坐標值存在一定的誤差。
3.基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的定位系統(tǒng)設(shè)計
3.1 定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3-1所示。無線傳感器定位網(wǎng)絡(luò)中存在3種功能類型的節(jié)點，分別為協(xié)調(diào)器、參考節(jié)點和盲節(jié)點。協(xié)調(diào)器有協(xié)調(diào)器來充當，它在整個系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，首先它要響應(yīng)上位機發(fā)出的命令，開啟網(wǎng)絡(luò)，等待其它類型節(jié)點入網(wǎng)，其次還要接收各節(jié)點上傳的數(shù)據(jù)并傳送給上位機軟件處理。除完成自身特有功能外，協(xié)調(diào)器也可作為參考節(jié)點使用。參考節(jié)點是一類靜止的、已知自身位置坐標信息的節(jié)點，它的任務(wù)是接收包含定位相關(guān)參量如RSSI和LQI值的數(shù)據(jù)包，并計算RSSI等參量的平均值，最終在盲節(jié)點打包各參量平均值后，將其發(fā)送給協(xié)調(diào)器，傳回上位機監(jiān)測軟件處理。部分參考節(jié)點除完成參考節(jié)點相關(guān)功能外，它還具有鏈路路由功能。盲節(jié)點也稱之為待定位節(jié)點，定位的目的就是要獲得該類節(jié)點的位置坐標信息。
3.2 實驗結(jié)果
在PC機上，用串口助手顯示出提取到的RSSI值，結(jié)果如圖3-2所示。
紅色方框內(nèi)的數(shù)據(jù)就是提取到的RSSI值，和它的原碼。接收到RSSI值的數(shù)據(jù)包后，計算RSSI等參量的平均值，最終在盲節(jié)點打包各參量平均值后，將其發(fā)送給協(xié)調(diào)器，傳回上位機監(jiān)測軟件處理。
摘要：無人機又稱為空中機器人， 誕生于20 世紀50 年代， 近年來，旋翼飛行器作為空中機器人的一種平臺發(fā)展迅速，成為研究熱點。針對旋翼飛行器室內(nèi)定位問題，以Pixhawk開源飛控為下位機，實時解算四軸的電機輸入信號，利用Arduino單片機與光流計及超聲波傳感器構(gòu)建上層導(dǎo)航控制器，實現(xiàn)系統(tǒng)定高、定點，進而為無人機面向任務(wù)的室內(nèi)自主飛行提供控制基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：無人機；自主飛行；Pixhawk；Arduino
無人機又稱為空中機器人，誕生于20 世紀50 年代， 近年來，旋翼飛行器作為空中機器人的一種平臺發(fā)展迅速，成為研究熱點。國內(nèi)外各類機器人競賽，都不同程度地增加了旋翼飛行器自主飛行的項目，隨著技術(shù)日趨成熟， 高集成度、低成本的_源飛行控制器也受到行業(yè)相關(guān)者的廣泛關(guān)注。目前市面上開源飛控針對多旋翼低空下的定高設(shè)計普遍采用氣壓計定高的方式，定點采用GPS。低成本氣壓計內(nèi)部噪聲會有影響，氣壓計測量的是靜壓，外部氣流變化不會影響到靜壓，但實際上速度還是會干擾到靜壓，溫度濕度變化也會影響到氣壓度數(shù)，而定點只能在室外有GPS環(huán)境實現(xiàn)。閉源飛控的定高定點設(shè)計成本高。為此，設(shè)計一種基于Pixhawk開源飛控的室內(nèi)定位導(dǎo)航控制系統(tǒng)，可根據(jù)任務(wù)需求快速實現(xiàn)飛行器的自主飛行。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
系統(tǒng)控制方案如圖1所示，使用Arduino控制板對光流計與超聲波模塊的數(shù)據(jù)信息獲取，并進行濾噪處理，實現(xiàn)對無人機的高度測量，通過對光流計采集圖像的灰度處理，得出位置信息，實現(xiàn)目標點位信息采集任務(wù)。根據(jù)任務(wù)需求規(guī)劃的目標位置，采用PID控制算法得出航向、俯仰、滾轉(zhuǎn)及油門值，經(jīng)過比例換算后賦值給變量pwm，然a后把變量pwm值通過Arduino的pwm輸出引腳輸出到飛控的油門輸入接口，從而實現(xiàn)對無人機油門的控制，進而實現(xiàn)對旋翼飛行器的高度控制。
2 系統(tǒng)硬件組成
2.1 基于pixhawk的底層飛控設(shè)計
Pixhawk飛控在室內(nèi)定位系統(tǒng)中作為底層控制器，主要有兩個控制回路，分別為姿態(tài)控制與增穩(wěn)控制，姿態(tài)控制回路根據(jù)飛行器回傳的姿態(tài)角采用PID控制算法做角度控制，增穩(wěn)控制回路根據(jù)回傳的角速度進行穩(wěn)定控制。
Pixhawk飛控通過接收Arduino傳輸?shù)接烷T、俯仰、滾轉(zhuǎn)、航向四個通道的PWM信號，根據(jù)控制算法輸出四路PWM信號傳輸至電調(diào)以實現(xiàn)對飛行器的內(nèi)環(huán)控制。
姿態(tài)控制器包括PID控制器與輸出解算器兩部分，根據(jù)飛機回傳的姿態(tài)角采用PID控制算法做角度控制，表示繞機體坐標系軸的歐拉角，對應(yīng)于慣性坐標系軸即俯仰角、滾轉(zhuǎn)角、航向角，Z為高度，分別為俯仰、滾轉(zhuǎn)、偏航及油門通道的輸入量。
2.2 定位導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計
系統(tǒng)用于飛行控制數(shù)據(jù)處理的上位機為Arduino Mega 2560，定高測距采用HC-SR04超聲波模塊，光流計定位模塊采用機載攝像頭，通過對比回傳圖像能得到飛行器在某段時間內(nèi)的運動軌跡，從而推算出飛行器的運動速度和方向， 系統(tǒng)選用了PX4FLOW光流傳感器。
高度模塊實現(xiàn)由超聲波測量值與期望定高高度偏差作為輸入量進行PID控制，并加入由姿態(tài)角度變化引起的高度偏差，進行高度補償。
光流定位模塊是實現(xiàn)通過位置偏差求解姿態(tài)控制量。通過簡化飛行器的運動學(xué)方程可以得出每個姿態(tài)角僅有單個輸入，因此可以采用單輸入PID控制器。光流傳感器測得飛行器水平位移速度分量，通過將規(guī)劃位置與光流積分得到的位置運算得出位置偏差，進行PID控制。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
以沿標定點定路線自主飛行為例闡述系統(tǒng)控制流程。飛行器啟動后，手搖起飛；進入?yún)?shù)初始化及系統(tǒng)自檢階段，通過則問詢是否切換為自主導(dǎo)航，未通過則返回遙操作；確認執(zhí)行自主導(dǎo)航任務(wù)，則系統(tǒng)依次讀取路線坐標、解算姿態(tài)期望值、計算高度補償及輸出PWM信號至電調(diào)，此過程中，需要實時問詢是否已到達目標位置點，如否，則繼續(xù)重復(fù)該步驟，如是則切換回遙操作，而確認不執(zhí)行自主導(dǎo)航則系統(tǒng)切換回遙操作。
4 結(jié)語
針對在平整地面上的較精確高度保持和設(shè)定目標任務(wù)下的良好條件一致性，課題對目標飛行器進行了系統(tǒng)設(shè)計，給出了基于Arduino的旋翼無人機室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計方案，為后續(xù)旋翼飛行器面向任務(wù)開展的室內(nèi)定位工作打下了良好基礎(chǔ)。
【摘要】 可見光通信技術(shù)是一類新型的技術(shù)，具有節(jié)約能源的特點，可以滿足當前社會的低碳需求，故此該技術(shù)的推廣意義非凡。當前，很多人開始關(guān)注室內(nèi)可見光的技術(shù)應(yīng)用，我國的相關(guān)專業(yè)人員也開始將研究重點轉(zhuǎn)移到該項研究上，目的是發(fā)揮室內(nèi)可見光的最大功能。本文細致的闡述了通信技術(shù)關(guān)鍵性手段，并探究室內(nèi)可見光的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用要點，用以推進我國的技術(shù)發(fā)展，創(chuàng)新我國的通信技術(shù)。
【關(guān)鍵詞】 室內(nèi)可見光 通信系統(tǒng) 設(shè)計分析
室內(nèi)可見光通信技g的應(yīng)用優(yōu)勢是能延長室內(nèi)的其他設(shè)施的應(yīng)用年限，拓展我國通信領(lǐng)域的范圍，且在確保室內(nèi)設(shè)計滿足照明這一功能性要求的前提下，提升現(xiàn)有的通信效率。
一、概述室內(nèi)可見光通信技術(shù)
室內(nèi)可見光的通信技術(shù)是來2000年由日本提出的，主要是內(nèi)容是通過可見光的形式滿足信息傳遞要求。在大量的數(shù)據(jù)和實踐研究的基礎(chǔ)上，在2008年專業(yè)的室內(nèi)可見光系統(tǒng)應(yīng)運而生，但初期發(fā)展時室內(nèi)的可見范圍較小。當前，我國有關(guān)室內(nèi)可見光的研究起步還較晚，一直到2006年，相關(guān)人員才提出有關(guān)室內(nèi)可見光的通信思想，并在2008年有新的突破，增加可見光的照明距離，讓其照明輻射范圍更遠。先進的室內(nèi)可見光通信傳輸技術(shù)的實現(xiàn)，一方面能提升照明設(shè)備的自身照明需要，且能體現(xiàn)出通信設(shè)備的功能性要求，方便人們現(xiàn)有生活的前提下，能滿足現(xiàn)代化發(fā)展的需要。故此，我國的相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員致力于提高可見光的通信關(guān)注度，目的是更好的提升社會發(fā)展需求。
二、室內(nèi)可見光通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
1、光纖通訊技術(shù)的應(yīng)用。1.波分復(fù)用技術(shù)。在光纖通信技術(shù)中，波分復(fù)用技術(shù)就是將一系列有信息，但是波長不同的光信號合成一束，最后可以沿著單個光纖傳輸。而在接收端再用某種方法，將各個波長的光信號分開傳遞的通信技術(shù)。這種技術(shù)的特點可以同時在一根光纖上傳輸多路信號。而對于波分復(fù)用技術(shù)就是利用光纖的低損耗的波段為手段，增加光纖的傳輸容量，從而就可以使得一根光纖可以傳遞的信息的物理限度成倍的增加。同時，由于這種技術(shù)充分的減少了光纖的使用數(shù)量，有效的降低了建設(shè)成本，而對于故障的維修來說，也是十分的便利的。這樣，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性也起到了更加穩(wěn)定的作用。2.光弧子通信技術(shù)。光弧子通信技術(shù)也是光纖通信技術(shù)的發(fā)展的一種技術(shù)方式。光弧子通信簡單來說就是光纖中的一種光脈沖無畸變傳輸?shù)恼_方式。可以說光弧子通信技術(shù)的出現(xiàn)對于現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展具有里程碑式的意義。在光弧子通信技術(shù)中光弧子通信具有長距離不變形的特征，從而使其未來的發(fā)展前景更加廣闊。同時，光弧子通信技術(shù)具有其他技術(shù)所無法仿制的優(yōu)點。光弧子通信技術(shù)可以挑戰(zhàn)色散。利用光弧子通信技術(shù)色散的這一特性，就可以使得不同頻率的光波以不同的速度進行傳播。從而使得傳遞的光信號到達的時間也發(fā)生了變化，進而就造成了信號畸變失真的情況出現(xiàn)。
2、信道編碼技術(shù)。室內(nèi)可見光通信技術(shù)與其他通訊技術(shù)有著異曲同工之處，主要是信息傳輸中受到外界的各類因素干擾，數(shù)據(jù)極易出現(xiàn)亂碼的情況。應(yīng)用信道編碼技術(shù)能讓通信系統(tǒng)的抗干擾性大大加強，提升信息傳輸中的安全性和有序性。傳統(tǒng)室內(nèi)可見光受傳輸中會受到距離的影響，導(dǎo)致很多信息如果距離傳輸時間過長就不能實現(xiàn)傳輸，但使用信道編碼技術(shù)能解決傳輸中的距離制約，延長信息傳輸?shù)木嚯x，便于用戶使用該系統(tǒng)傳輸信息。
3、分集接收系統(tǒng)。分集接收系統(tǒng)是室內(nèi)可見光通信傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成部分，該技術(shù)的應(yīng)用能避免室內(nèi)可見光系統(tǒng)受到外界環(huán)境干擾導(dǎo)致信號失真，最終引發(fā)信息傳輸錯誤。分集接收系統(tǒng)的實現(xiàn)方式主要是探測器，即人們借助于室內(nèi)可見光的通信系統(tǒng)傳遞信息，技術(shù)人員使用探測器搜尋信號獲取信息，根據(jù)現(xiàn)有的檢查結(jié)果傳輸噪音最大的信號，從而排除小的噪音干擾，保障信息傳輸?shù)木珳市浴７旨邮占夹g(shù)中，要求廣電探測器的性能較高，設(shè)計分集接收系統(tǒng)時，工作人員合理布局室內(nèi)的分集系統(tǒng)，開展科學(xué)化的設(shè)置方式，讓技術(shù)人員能借助于光電探測器接收信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。
4、正交頻分復(fù)用技術(shù)。正交頻分復(fù)用技術(shù)也是室內(nèi)可見光應(yīng)用中較為常見的技術(shù)之一，該技術(shù)最早起源于2001年的日本，該技術(shù)能提升室內(nèi)可見光的傳輸效率。使用正交頻分復(fù)用技術(shù)，主要是將通信進行不同信道的傳輸，就如同光纖進進行不同路徑的傳輸一樣，應(yīng)用多個正交子信號的強大功能，讓數(shù)據(jù)傳輸?shù)男始哟蟆５珣?yīng)注意使用正交頻分復(fù)用技術(shù)前，要編碼通信系統(tǒng)的各類信息，然后再借助調(diào)制光源的方式，滿足信息傳播的需求。
結(jié)語：室內(nèi)可見光通信技術(shù)是一種新型的信息通信技術(shù)，特點是具備能源節(jié)約的特點。最近幾年經(jīng)濟社會的逐年發(fā)展，關(guān)于室內(nèi)可見光的應(yīng)用已經(jīng)有新的突破和發(fā)展，更迎來新的發(fā)展機遇。可見光系統(tǒng)為更好的優(yōu)化現(xiàn)有的性能，就要加強抗干擾和加快傳遞效率，并廣泛使用分集接收，信道編碼等關(guān)鍵性技術(shù)傳播手段，目的是為客戶提供良好的信息服務(wù)。
【摘要】隨著人們對基于位置的服務(wù)（Location Based Service， LBS）需求日益增大，以及無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，無線定位技術(shù)成為了一個研究熱點。WIFI網(wǎng)絡(luò)具有通信快速、部署方便的特點，它在室內(nèi)場所受到歡迎。近年來，國內(nèi)大型交通樞紐站點的數(shù)目日益增多，經(jīng)濟的發(fā)展也促進了交通線路的增長，然而在大型的站點尋找目標位置，對于乘客來講還是有一定難度的，室內(nèi)定位導(dǎo)航在這種需求之下也應(yīng)運而生。
【關(guān)鍵詞】WiFi 室內(nèi)定位 導(dǎo)航
0.引言
WiFi（Wireless Fidelity）“無線保真”，通過擁有眾多在業(yè)界領(lǐng)先的公司組成的WiFi聯(lián)盟的大力推動，加上W iFi自身具備覆蓋范圍大、無需布線、傳輸速率快和發(fā)射功率小的技術(shù)優(yōu)勢，這種技術(shù)的到了迅速的發(fā)展。由于現(xiàn)在的筆記本電腦、PDA和手機等都支持WiFi技術(shù)，用戶也有移動辦公的需求，WiFi技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。WiFi網(wǎng)絡(luò)的接入點遍布于酒店、咖啡廳、學(xué)校和醫(yī)院等場所。可以說WiFi對我們生活的影響也越來越大。
定位服務(wù)市場同樣發(fā)展迅速，定位服務(wù)需求量也在迅速增長。例如，醫(yī)療行業(yè)中產(chǎn)房嬰兒防偷，貴重醫(yī)療設(shè)備的監(jiān)控；商場購物時在底下停車場需要定位，顧客消費習(xí)慣收集等；監(jiān)獄重點犯人跟蹤。
GPS衛(wèi)星定位，需要在相對空曠、高層建筑不密集的地方才能比較精確定位，在室內(nèi)基本無法使用，且耗電量較高。這是因為GPS的接收機在樓群密集的城市或者室內(nèi)工作的時候，由于信號強度受到建筑物的影響而大大衰減，導(dǎo)致定位精度低甚至不能夠完成定位。因此利用廣泛存在的WiFi網(wǎng)絡(luò)，對處于樓群密集或者室內(nèi)定位目標進行定位成為最佳選擇技術(shù)，有著非常好的發(fā)展前景，也被很多廠商認同。
使用WiFi進行室內(nèi)的定位，可以彌補GPS定位在建筑密集或者室內(nèi)應(yīng)用的限制，對于擴大定位服務(wù)的應(yīng)用行業(yè)和范圍，提高定位精度，降低部署成本，提高設(shè)備利用率，增強應(yīng)對突發(fā)事件的救援能力，具有重要的社會意義。
1.基于WiFi的室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計
定位有主動定位和被動定位之分。被動定位主要在應(yīng)用在應(yīng)急場合，如在火災(zāi)現(xiàn)場，消防人員可以通過無線定位迅速捕捉到受困人員所在位置，從而以最快的速度將受困人解救出來。本文涉及的WiFi定位系統(tǒng)屬于一個主動定位系統(tǒng)，一般用于一些服務(wù)場合，如在大型博覽會，用戶可以通過自己隨身攜帶的終端設(shè)備獲取自己當前的位置信息，同時系統(tǒng)會根據(jù)用戶所處的位置將對應(yīng)的目的地。
對于第二次或者多次到達某交通樞紐的用戶，我們還可以與附近的商鋪進行合作，將服務(wù)信息推送給用戶，這樣便達到了游覽者和商家雙贏的目的。類似的室內(nèi)場合還很多，主要的應(yīng)用價值在于定位用戶可以獲取自己在室內(nèi)的位置信息，系統(tǒng)可以根據(jù)用戶當前的位置，選擇性推送相關(guān)的基于位置的服務(wù)信息，這樣可以讓定位移動終端用戶獲取較好的基于位置的服務(wù)體驗。
本文設(shè)計的室內(nèi)定位系統(tǒng)擬采用客戶端/服務(wù)器架構(gòu)，主要提供基本的定位功能，不同的系統(tǒng)使用者可以在服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫中添加各種豐富的基于位置的服務(wù)信息，從而提供LBS。
1.1系統(tǒng)總體框架
C/S （Client/Server）架構(gòu)，是一種典型的軟件設(shè)計模式。在本文中，Client端為移動終端設(shè)備，Server端為計算機，他們的物理距離可以很遠，通過一定的通信方式實現(xiàn)信息的交互以及任務(wù)分擔(dān)。
Client程序?qū)⒂脩舻囊筇峤唤oServer程序，然后把Server程序執(zhí)行要求把結(jié)果并按照預(yù)先設(shè)定好的形式返回給用戶；Server程序通常一直處于開啟等待接收任務(wù)的狀態(tài)，當收到Client程序提出的服務(wù)請求后，執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)把得到的結(jié)果返回給Client程序。
C/S結(jié)構(gòu)中服務(wù)器端通常是一臺高配置的計算機，計算處理能力較強，因此系統(tǒng)很多計算繁雜的工作可以提交給服務(wù)器完成。在題基于WIFI室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計中，具體優(yōu)點表現(xiàn)在：其一，客戶端獲得響應(yīng)的速度快。客戶端應(yīng)用程序運行于移動終端上，服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫位于計算機上，當客戶端發(fā)起定位請求時，服務(wù)器程序根據(jù)預(yù)定的算法，查詢指紋數(shù)據(jù)庫執(zhí)行定位，送回定位結(jié)果，這樣大大減少了移動客戶端的計算工作，比起將這些工作交給計算能力較小的客戶端完成，響應(yīng)速度要快很多。其二，指紋數(shù)據(jù)庫的儲存管理對定位用戶透明。在定位系統(tǒng)中，指紋數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的儲存、讀取及管理功能，是由服務(wù)器程序來進行的，定位用戶無需也無權(quán)干涉這背后的工作。
1.2系統(tǒng)設(shè)計
定位客戶端和創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫客戶端均是安裝在移動終端上，離線建立指紋數(shù)據(jù)庫時，系統(tǒng)管理員通過手機自帶的WiFi無線連接功能連到服務(wù)器所在的網(wǎng)絡(luò)，使得客戶端和服務(wù)器處在同一局域網(wǎng)內(nèi)，并按照設(shè)定好的參考點位置在每一個參考點使用創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫客戶端采集WiFi信息，并B同當前的位置坐標傳送到服務(wù)器端。
系統(tǒng)的客戶端安裝在手機終端上，具有檢測WiFi信息、發(fā)送WiFi信息和定位請求、顯示定位結(jié)果的功能。后臺服務(wù)器運行于計算機上，具有接收WiFi信息，處理WiFi信息、連接讀取數(shù)據(jù)庫、執(zhí)行定位算法、發(fā)送定位結(jié)果的功能。
在線定位時，用戶啟動客戶端程序后，并發(fā)送一個定位請求到服務(wù)器，通過和服務(wù)器之間的socket通信進行數(shù)據(jù)傳輸，將掃描到的WiFi信號強度通過socket連接發(fā)送給服務(wù)器，最后接收服務(wù)器定位出的位置信息。兩個模塊的關(guān)系，如圖2.2-1所示：
定位服務(wù)器運行于計算機上并連接到互聯(lián)網(wǎng)。服務(wù)器主要負責(zé)輔助離線階段指紋數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建以及在線定位階段定位的執(zhí)行。開啟服務(wù)器后，相應(yīng)會開啟一個監(jiān)聽線程進行socket監(jiān)聽，等待客戶端的指紋信息傳輸或者定位請求。當收到創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫客戶端的指紋信息時，服務(wù)器要將接收到的指紋信息進行處理，再連接數(shù)據(jù)庫并將相應(yīng)的WIFI信息存入其中。當收到定位客戶端的定位請求時，服務(wù)器讀取其中的WiFi信息，并讀取指紋數(shù)據(jù)庫中提前寫入的指紋信息，執(zhí)行相應(yīng)的定位算法沾算出定位客戶端的當前位置，并將結(jié)果返回到定位客戶端。服務(wù)器端的模塊圖如2.2-2所示。
2.系統(tǒng)實現(xiàn)
終端設(shè)備接入WiFi后打開客戶端，設(shè)定起點與終點，點擊屏幕底部的“開始導(dǎo)航”按鈕，設(shè)備進入數(shù)據(jù)獲取與路徑規(guī)劃階段；
服務(wù)器端計算完畢后，將數(shù)據(jù)傳回客戶端，并在屏幕上顯示路徑，并進行實時定位，向用戶反饋路徑信息；
如果用戶與規(guī)劃路徑方向不相符，先彈出消息對話框進行提示，并詢問是否重新規(guī)劃和計算路線，經(jīng)用戶確認后，繼續(xù)進行導(dǎo)航或者重新計算路線。
導(dǎo)航結(jié)束后，系統(tǒng)提示是否結(jié)束導(dǎo)航，如需進行新的任務(wù)，可繼續(xù)重復(fù)以上步驟。
3.總結(jié)
本文研究基于WiFi室內(nèi)定位技術(shù)，設(shè)計了在交通樞紐場所內(nèi)，通過當前消費者廣泛使用智能手機作為終端的室內(nèi)定位導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)實時獲取位置信息，路徑規(guī)劃，商家信息推送的功能，具有部署方便，兼容性好，定位準確等特點，適合當前基于現(xiàn)有的WiFi無線局域網(wǎng)，在大中型交通樞紐場所中進行部署。該系統(tǒng)也存在一定的不足 ，在算法方面需要進一步進行優(yōu)化以減少路徑規(guī)劃的響應(yīng)時間。
WiFi技術(shù)的應(yīng)用對于改善智能手機的用戶體驗是十分重要的，使得智能手機的功能性得到了很大程度的擴展。同時，隨著 WIFI 技術(shù)的不斷演進，其在智能手機中的應(yīng)用也會呈現(xiàn)出不同的趨勢。
摘要：目前大多數(shù)校園學(xué)生上課簽到以人工點名方式為主，不僅浪費課堂時間，而且往往存在學(xué)生代替簽到的問題，不利于管理。該系統(tǒng)利用室榷ㄎ患際跏迪至嗽諳嚦記凇⒖記諢闋堋⑷鼻諤嶁訓(xùn)裙δ埽方便任課教師以及班主任等及時了解學(xué)生考勤狀況。
關(guān)鍵詞：安卓；javaEE；學(xué)生簽到；自動辦公；室內(nèi)定位
目前，高校任課教師大多以點名簽到的方式進行學(xué)生出勤統(tǒng)計，以手工方式進行統(tǒng)計匯總，是非耗費課堂時間。為了解決傳統(tǒng)考勤方式的問題，減少任課教師的負擔(dān)，提高課堂時間利用效率，簡化考勤方式，本系統(tǒng)利用創(chuàng)新利用室內(nèi)定位技術(shù)結(jié)合安卓與javaEE技術(shù)開發(fā)設(shè)計了一款基于室內(nèi)定位技術(shù)的學(xué)生簽到系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用安卓與JavaEE技術(shù)，Mysql作為數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了C/S結(jié)構(gòu)的考勤管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)有三種用戶角色：學(xué)生、教師、管理員。學(xué)生用戶可以查看自己的考勤情況，如有異議即可向系統(tǒng)管理員或者相關(guān)任課教師提出反饋。教師主要是查看授課班級的出勤情況，可以按照時間節(jié)點進行查詢。管理員任務(wù)是負責(zé)學(xué)生課表、教師表、學(xué)生表、授課表等數(shù)據(jù)的導(dǎo)入導(dǎo)出日常維護工作。其中，學(xué)生端、教師端在Android端登錄，管理員功能在Web端登錄。
1 軟件總體結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)的管理員功能在Web端實現(xiàn)，Web端使用JSP技術(shù)作為表現(xiàn)層，采用BootStrap、JQuery等富客戶端，提高瀏覽器兼容性。后臺采用SpringMVC、Spring、Mybatis開源框架集成開發(fā)而成，引入mail、短信接口進行信息及時推送，減少了消息的延時。采用Mysql作為開發(fā)數(shù)據(jù)庫，使得在數(shù)據(jù)庫端控制部分數(shù)據(jù)完整性成為可能[1]。采取jExcelAPI開源模塊讀寫excel文件，實現(xiàn)了從excel文件中讀取學(xué)生表、教師表、班級表等功能，以及從數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出數(shù)據(jù)到excel文件中去。
本系統(tǒng)的學(xué)生和任課教師用戶是在Android端登錄使用。安卓是以Linux為基礎(chǔ)的開源操作系統(tǒng)，主要使用于便攜設(shè)備，在人群中使用占比較大，可以滿足簽到系統(tǒng)大眾化的需求[2]。安卓端采用最新的Matrial Design設(shè)計語言，這讓按鈕的彈入彈出、卡片的滑入滑出以及不同界面之間變化的方式都具有了物理質(zhì)感，增強了用戶體驗。本系統(tǒng)利用Android本身的wifi工具包獲取周邊wifi的相關(guān)信息并執(zhí)行相關(guān)算法完成了室內(nèi)定位功能。本系統(tǒng)使用開源的HttpClient框架實現(xiàn)APP與tomcat服務(wù)器的長連接，并且實時接收來自服務(wù)器端的信息推送。
2.1 公共模塊
該模塊主要用于驗證用戶是否存在以及權(quán)限合法性，并根據(jù)不同身份返回不同標示碼。將該模塊作為通用接口，Web頁面通過ajax異步交互技術(shù)實現(xiàn)，Android端使用HttpClient異步提交方式。如果用戶輸入用戶名不存在或者密碼錯誤則系統(tǒng)會返回有關(guān)錯誤提示。如果信息正確則會顯示正確的頁面或者Activity，用戶可以根據(jù)功能模塊進行相關(guān)操作。
2.2 學(xué)生模塊
2.2.1 獲取周邊AP相關(guān)信息
首先建立包含響應(yīng)掃描結(jié)果的接收器receiver，并且重載onReceive（）方法，通過registierReceiver（）方法將receiver向Android系統(tǒng)進行注冊。getSystemService（）方法用于獲得操作WIFI設(shè)備的句柄。最后用startScan（）方法啟動掃描。掃描結(jié)果將包含WIFI的SSID（Service Set Identifier，服務(wù)集標識）、MAC地址、RSSI（Received Signal Strength Indication，接收信號強度）等數(shù)據(jù)。
2.2.2 室內(nèi)定位模塊
RSSI測距在15m的近距離精度在2m以內(nèi)，可以滿足基本的室內(nèi)定位需求，大多數(shù)無限傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點遠距離定位誤差較大[3]。本系統(tǒng)利用高校教學(xué)樓wifi充分覆蓋這一前提，在此基礎(chǔ)上采集了每個教室的可接收到AP的數(shù)據(jù)指紋，并且形成了一個指紋數(shù)據(jù)庫。在指紋匹配階段，對每個掃描到的AP（Wireless Access Point，無線訪問接入點）的RSSI值，設(shè)定一個選擇區(qū)間[RSSI-q，RSSI+q]，q為多次試驗得到的經(jīng)驗值并且可調(diào)整，在指紋庫中查找滿足此區(qū)間的位置點，若有n個位置點落在此區(qū)間范圍，則這些位置點分別取權(quán)值1/n，在其他的位置點責(zé)取權(quán)值為0。對所有接收到的AP做如上處理后，選出權(quán)值最大的位置點為估計位置。本系統(tǒng)并非得到準確的室內(nèi)位置，而是精準判斷學(xué)生用戶所在教室即可。
每次上課時，學(xué)生只需要打開APP，用自己學(xué)號與密碼登陸即可，無需其他操作，即可自動完成簽到，此時任課老師可及時查看班級學(xué)生的上課情況。
2.2.3 查看出勤信息
學(xué)生看查看當堂課的簽到情況，也可以查看過去學(xué)生本人出勤情況。查詢出的出勤信息分為缺勤、請假、正常三種情況。
2.2.4 反饋異常數(shù)據(jù)
由于RSSI的多徑效應(yīng)，可能存在定位失敗而導(dǎo)致簽到失敗的情況。本系統(tǒng)通過引入短信與郵箱接口，學(xué)生可及時向任課教師或者管理員反饋異常數(shù)據(jù)，管理員及時更新升級定位指紋數(shù)據(jù)庫并將修改后的簽到情況手動更新正確。
2.3 教師模塊
2.3.1 查看班級當堂課出勤信息
教師可及時查看當堂課學(xué)生的簽到情況。安卓程序設(shè)計里，使用AChartEngine繪圖引擎，在安卓界面里可直觀顯示哪些學(xué)生缺勤。
2.3.2 按條件查詢出勤信息
任課教師可按照日期、學(xué)生姓名、上課地點等多種查詢條件查詢學(xué)生出勤情況，并以統(tǒng)計圖表的形式將數(shù)據(jù)可視化。
2.3.3 導(dǎo)出簽到表
任課教師可將查詢到的簽到情況導(dǎo)出xls、txt等常見數(shù)據(jù)格式，以便課后做更精確的統(tǒng)計等等。
2.3.4 反饋異常數(shù)據(jù)
任課教師若發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)出現(xiàn)異常，即可立即向管理員反饋，以便減少損失。
2.4 管理員模塊
2.4.1 學(xué)生、教師數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改
學(xué)生、教師登陸的賬號、所在班級等數(shù)據(jù)，學(xué)生具有只讀權(quán)限，只能由管理員維護這些數(shù)據(jù)，不允許個人修改，密碼除外，個人信息的錄入工作主要由管理員負責(zé)，管理員可依照人員變動，對人員信息增加、刪除和修改。為了避免手工錄入工作量巨大，本系統(tǒng)在Web端設(shè)計了上傳xls文件，服務(wù)器端從xls文件中讀取數(shù)據(jù)并插入數(shù)據(jù)庫中，所有的學(xué)生信息按照設(shè)定的表單字段存儲在服務(wù)器的Mysql數(shù)據(jù)庫中[4]，節(jié)省了大量時間。
2.4.2 授n數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改
授課數(shù)據(jù)包括授課教室、授課教師、授課班級以及授課時間。授課班級與班級中學(xué)生是一對多關(guān)系。授課時間由管理員錄入，如遇到節(jié)假日、考試放假等情況，并將其排除在授課時間之外，APP端接收到來自服務(wù)器端的推送，則在該時間段內(nèi)不會執(zhí)行簽到功能。
3 結(jié)束語
本系統(tǒng)將互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于簽到系統(tǒng)，更加充分發(fā)揮了網(wǎng)絡(luò)在高校教學(xué)資源中的重大作用，解決了點名簽到浪費課堂時間等等問題。利用C/S架構(gòu)實現(xiàn)了移動辦公。以權(quán)限為驅(qū)動有利于模塊化設(shè)計開發(fā)，不同角色擁有不用功能，達到了考勤目的，具有應(yīng)用價值。
摘 要：隨著人們對智能化生活需求的提高，傳統(tǒng)的室內(nèi)照明系統(tǒng)存在的布線復(fù)雜、電能浪費、不能遠程控制等諸多問題已經(jīng)無法滿足人們需求。為此，文章提出一種基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計方案。系統(tǒng)主要采用集射頻與微控制器于一體的片上系統(tǒng)CC2530為優(yōu)秀器件，實時采集現(xiàn)場光照強度調(diào)節(jié)照明光強、紅外感應(yīng)人體活動自動開關(guān)照明。實驗測試表明，該系統(tǒng)操作方便、反應(yīng)靈敏、更具人性化和節(jié)能等特點。
關(guān)鍵詞：ZigBee；智能照明；CC2530
1 概述
隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，各種智能設(shè)備與智能家居解決方案不斷推出，其中照明系統(tǒng)解決方案更是百花齊放。市場上的應(yīng)用最為廣泛的聲控?zé)簦涿恳槐K燈與聲控、光控、時鐘元件串聯(lián)在一起組成一個閉環(huán)被動執(zhí)行系統(tǒng)，當有一定大小的聲音傳入且環(huán)境光線較弱時，燈被點亮，延時一定時間后熄滅，看似已經(jīng)實現(xiàn)了照明設(shè)備的自動化，但這種控制僅僅適合樓道等場景使用，同時在點亮的時候需要一定大小的聲音，夜間容易產(chǎn)生噪音干擾，也容易被其他聲音干擾誤點亮。ZigBee技術(shù)應(yīng)用于智能照明系統(tǒng)，能使系統(tǒng)中所有的照明設(shè)備在短距離內(nèi)自動組網(wǎng)，由協(xié)調(diào)器實現(xiàn)終端無線控制。各個照明設(shè)備也能實時判斷環(huán)境光線的強弱和是否有人員進入，做到感應(yīng)開啟。這一控制系統(tǒng)不需要特定環(huán)境，也無需重新布線，只要對既有線路稍微做出更改便可實現(xiàn)無線智能控制。簡便的操作、便宜的價格、適用于大部分照明場景。
2 ZigBee技術(shù)
ZigBee是一種短距離、低復(fù)雜度、低耗能、低速率、低成本的無線短距離雙向網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。因此具有廉價的市場定位，非常適合在照明系統(tǒng)中應(yīng)用。
ZigBee技術(shù)介于無線標記和藍牙之間的技術(shù)方案工作組，主要用于近距離無線連接，采用IEEE 802.15.4技術(shù)標準。一個基于ZigBee的無線個人域網(wǎng)能支持高達254個節(jié)點。ZigBee采用自組網(wǎng)方式實現(xiàn)組網(wǎng)，在整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，節(jié)點之間以接力的方式通過無線電波來實現(xiàn)通信，通信效率非常高。
ZigBee組網(wǎng)方式主要有三種拓撲結(jié)構(gòu)：星型結(jié)構(gòu)、簇狀結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。星型拓撲結(jié)構(gòu)包括一個協(xié)調(diào)器和多個終端，沒有路由，近距離傳輸。本照明系統(tǒng)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，由一個協(xié)調(diào)器和多個終端設(shè)備組成。在本ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器執(zhí)行命令的發(fā)送。協(xié)調(diào)器將控制命令發(fā)送到指定的節(jié)點，當指定的節(jié)點收到來自協(xié)調(diào)器的命令后，就做出指定的動作，而各個終端節(jié)點之間不能互相通信。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
本系統(tǒng)在架設(shè)ZigBee無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時所選擇的硬件平臺是CC2530模塊ZigBee開發(fā)套件。CC2530內(nèi)部已集成了一個8051微處理器與高性能的RF收發(fā)器。CC2350能以很低的成本建設(shè)強大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，擁有較大的快閃記憶體，能存儲256B數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)主要分為協(xié)調(diào)器模塊和終端節(jié)點模塊。協(xié)調(diào)器模塊由ZigBee模塊和PC組成，終端節(jié)點模塊主要由ZigBee模塊、光敏傳感器、紅外傳感器和照明燈泡組成。控制策略結(jié)合ZigBee2007協(xié)議，終端節(jié)點實時采集照明現(xiàn)場的環(huán)境參數(shù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器，經(jīng)過協(xié)調(diào)器上CC2530芯片的邏輯分析后，發(fā)回操作指令給終端節(jié)點。PC上位機也可實時顯示環(huán)境參數(shù)信息，對照明設(shè)備進行集中管理和控制。使用的主要硬件包括ZigBeeCC2530芯片模塊、HC-SR501型紅外電傳感器、5549光敏傳感器、燈泡、RS232串口通信線、YL-78 1路繼電器、PC機、電源、下載線等。硬件原理圖如圖1所示。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
使用TI公司開發(fā)的基于IEEE 802.15.4標準的 Z-Stack協(xié)議棧 ，僅僅需要設(shè)計各個節(jié)點的應(yīng)用層軟件即可。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器初始化網(wǎng)絡(luò)后，終端節(jié)點與協(xié)調(diào)器完成網(wǎng)絡(luò)連接的過程，成功組建ZigBee星型網(wǎng)絡(luò)。光敏傳感器對室內(nèi)光照強度進行實時采集，并將采集的光強信息傳給終端ZigBee模塊，終端ZigBee模塊又將此信息發(fā)送給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過串口將數(shù)據(jù)送到上位機顯示，同時，協(xié)調(diào)器對光強信息進行分析判斷，當光強高于既設(shè)閾值時點亮燈泡，小于則熄滅。此模式還要判斷是否有紅外感應(yīng)的情況下執(zhí)行，當沒有紅外感應(yīng)時，燈泡一直處于熄滅狀態(tài)。
本論文實物使用開發(fā)板P0.4口和P0.5口作為電磁繼電器的信號輸入端，設(shè)定高電平時繼電器斷開，低電平時繼電器吸合。主要應(yīng)用ZigBee協(xié)議棧SampleApp_Init（ ）用戶任務(wù)初始化函數(shù)，設(shè)置程序發(fā)送數(shù)據(jù)的方式和目的地址尋址模式，定義設(shè)備用來通信的APS層端點描述符；SampleApp_ProcessEvent（ ）用戶應(yīng)用任務(wù)的事件處理函數(shù)，處理用戶按鍵任務(wù)；SampleApp_SendPeriodicmessage（ ）分析發(fā)送信息函數(shù)，調(diào)用AF_DataRequest將數(shù)據(jù)無線廣播出去；SampleApp_MessageMSGCB（ ）分析接收數(shù)據(jù)函數(shù)，接收廣播信息數(shù)據(jù)，并執(zhí)行。
5 系統(tǒng)整體測試
給兩塊ZigBee開發(fā)板上電，組網(wǎng)成功后，當有人體靠近時，紅外熱釋電傳感器感應(yīng)到人體靠近，同時通過光敏模塊采集環(huán)境光強度，協(xié)調(diào)器分析處理采集信號，如果環(huán)境光強度弱，發(fā)出高電平，控制繼電器將燈點亮，反之發(fā)出低電平，繼電器不工作燈泡保持熄滅狀態(tài)。
PC上位機能夠顯示遠程終端節(jié)點的實時環(huán)境參數(shù)，并能實現(xiàn)對終端節(jié)點上的燈泡集中控制。
6 結(jié)束語
本設(shè)計將ZigBee技術(shù)與室內(nèi)照明相結(jié)合，能實現(xiàn)對建筑室內(nèi)外的照明設(shè)備進行集中管理，該系統(tǒng)可用于家庭照明、樓道燈和偏僻地點的路燈等場景的照明控制。利用此系統(tǒng)不但可以降低系統(tǒng)的安裝成本與難度，同時可靠性高、維護方便，有著廣闊的應(yīng)用前景。
作者簡介：古丹（1991-），女，h族，四川，助理實驗師，本科，三亞學(xué)院，研究方向：電子技術(shù)。
摘 要： 為了準確便攜地測量室內(nèi)溫度、相對濕度、氣壓、二氧化碳濃度、甲醛濃度與可吸入氣溶膠顆粒濃度，設(shè)計并實現(xiàn)了一種遠程室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。該智能系統(tǒng)采用STM32單片機作為主控制器來處理和發(fā)送數(shù)據(jù)。針對室內(nèi)環(huán)境因素的特點，分別選取穩(wěn)定性強、靈敏度高、低功耗的傳感器進行實時測量，并配有LCD模塊顯示當前數(shù)值，同時將數(shù)據(jù)存入SD卡。在戶外的情況下，系統(tǒng)通過GSM模塊發(fā)送短信及時通知用戶室內(nèi)環(huán)境情況，用戶可以回復(fù)已設(shè)定好的數(shù)字信息實現(xiàn)對智能設(shè)備的遠程操控。經(jīng)實際應(yīng)用，該智能化室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測與調(diào)控系統(tǒng)的測量精度達到普通環(huán)境監(jiān)測要求，穩(wěn)定性好，具有很強的實用價值。
關(guān)鍵詞： STM32； 顯示模塊； GSM模塊； 傳感器； 智能設(shè)備
0 引 言
近些年人們的環(huán)保與健康意識顯著增強，室內(nèi)空氣污染備受關(guān)注。目前室內(nèi)空氣污染物主要包含：廚房天然氣燃燒及烹飪過程中產(chǎn)生的CO，CO2，SO2等；在客廳吸煙時產(chǎn)生的甲醛、氰化氫、丙烯醛等；房屋裝修所用的裝飾材料和化工產(chǎn)品釋放的甲醛、苯氨、甲苯等[1?2]。因此，研發(fā)一種低功耗、智能化、面向普通用戶、集成多項參數(shù)實時檢測并具有遠程調(diào)控功能的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)已成為必然的趨勢。本文提出了一種基于ARM?STM32的遠程室內(nèi)環(huán)境智能監(jiān)測與調(diào)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅集成了先進的微處理器芯片、各類傳感器模塊、環(huán)境調(diào)控模塊、電源控制模塊、顯示模塊、GSM無線傳輸模塊，而且配備了智能手機客戶端，使得威脅人體健康的污染因素得到遠程實時監(jiān)測及有效調(diào)控。該系統(tǒng)安全系數(shù)高，便于遠程調(diào)控，從而有效地提升了室內(nèi)環(huán)境的凈化能力。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理
本文的系統(tǒng)總體設(shè)計框圖如圖1所示，其由STM32單片機模塊、各類傳感器模塊、無線傳輸模塊、顯示模塊、環(huán)境調(diào)控模塊、電源控制模塊及手機信息接收端等部分構(gòu)成。其中：傳感器模塊主要檢測室內(nèi)環(huán)境的溫濕度、CO2、氣壓、甲醛、氣溶膠懸浮顆粒；無線傳輸模塊由芯訊通公司（SIMCom）生產(chǎn)的SIM900A芯片及其外圍拓展電路組成，負責(zé)接入GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)；顯示模塊采用2.8寸TFTLCD顯示器及其外圍電路，其通過FSMC接口與單片機進行數(shù)據(jù)傳輸[3]；環(huán)境調(diào)控模塊主要包括智能開關(guān)、智能紅外遙控裝置，它們控制著空調(diào)、加濕器、空氣凈化器、新風(fēng)系統(tǒng)等；電源控制電路主要由供電電源、穩(wěn)壓芯片及繼電器組成，選用5 V的直流供電電源和精度較高的線性穩(wěn)壓芯片LM1117?3.3，穩(wěn)定輸出3.3 V的直流電，繼電器選用HK4100F?DC5V?SH；手機接收的信息以短信形式顯示，用戶可更方便、直觀的觀察。
該系統(tǒng)的工作原理是：首先，STM32處理器內(nèi)部的A/D模塊將前端傳感器模塊傳輸來的環(huán)境參數(shù)轉(zhuǎn)換成電壓信號，TFTLCD會實時顯示當前的數(shù)值，測得的數(shù)據(jù)也及時保存到外部SD卡中。當檢測的值超過系統(tǒng)設(shè)定的值時，單片機通過串口發(fā)送一個高電平給無線傳輸模塊，使無線傳輸模塊發(fā)送短信到設(shè)定的手機號碼，用戶便可以查看短信來了解室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，用戶與系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，用戶也可以回復(fù)已設(shè)定好的數(shù)字信息來遠距離操控智能開關(guān)和紅外遙控器。智能開關(guān)主要控制一些電器的開和關(guān)，紅外遙控器既能控制開關(guān)還具有調(diào)節(jié)的功能。當系統(tǒng)處理器收到用戶發(fā)來的指令時，能夠根據(jù)指令內(nèi)容進行相關(guān)操作。類似地，傳感器的開啟和關(guān)閉也可通過無線傳輸模塊進行遠程控制，從而凸顯出了低功耗和選擇性檢測的優(yōu)勢。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 優(yōu)秀處理器的選擇
意法半導(dǎo)體公司研發(fā)的STM32系列處理器是基于Cortex?M3內(nèi)核架構(gòu)，它們專用于滿足處理性能強、功耗低、實時性好、成本低的嵌入式場合要求[4?5]。在以下場合應(yīng)用較頻繁：工業(yè)使用場合、低能耗使用場合、建筑和安防應(yīng)用、消費類電子產(chǎn)品。綜合諸多方面的因素，本文最終采用的處理器為STM32F103ZET6，其處理運算速率可以達到72 MHz，片內(nèi)集成512 KB FLASH，64 KB RAM，1個USB，1個CAN，112個GPIO，8個定時器，5個USART，3個ADC，1個SDIO，2個DAC，3個SPI，2個I2C，2個I2S，1個SDIO FSMC總線。
2.2 傳感器選型
作為室內(nèi)環(huán)境多參數(shù)測量中最為關(guān)鍵的部分，傳感器的選型直接影響系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。在本系統(tǒng)中，結(jié)合測量系統(tǒng)的實際需要，選用BMP180傳感器進行氣壓測量，其具有較高的穩(wěn)定性，在超高分辨率模式下，分辨率為2 Pa，測量范圍[6]為30～110 kPa。通過I2C總線直接與微處理器相連；選用了GP2Y1050AU0F傳感器進行氣溶膠顆粒檢測，該傳感器基于光散射原理，PM1以上的粒子均可被靈敏檢測到；采用AM2320溫濕度復(fù)合型傳感器進行溫濕度測量[7]，溫度測量范圍為-35～75 ℃，相對濕度測量范圍0～99.5%，其信號以40位串行數(shù)據(jù)輸出，傳輸距離可達20 m以上；選用MS1100甲醛傳感器M行甲醛濃度檢測[8]，其能夠偵測0～100×10-6 kg/m3濃度范圍內(nèi)的氣體，選取AD8628芯片對微弱的輸出信號進行運算放大；選用基于非分散紅外線技術(shù)的CO2傳感器，其采用單通道技術(shù)，具有穩(wěn)定性好、精度高等特點。
2.3 無線傳輸模塊設(shè)計
無線傳輸模塊采用芯訊通公司生產(chǎn)的SIM900A[9]，其采用SMT封裝，支持AT指令。采用單電源供電模式，當工作電壓為4.0 V時，此模塊性能達到最佳。本系統(tǒng)中其與處理器之間采用串口通信的方式，通信速度設(shè)為19 200 b/s，TXD，RXD為發(fā)送、接收端，分別與STM32單片機的PA10，PA9連接。各類傳感器檢測的室內(nèi)環(huán)境參數(shù)數(shù)值可由無線傳輸模塊以短信的形式發(fā)送到用戶手機上，以便于用戶遠程實時了解室內(nèi)環(huán)境狀況。
2.4 電源電路設(shè)計
在本文設(shè)計中電源模塊分為兩部分：單片機及外圍設(shè)備供電模塊和SIM900A供電模塊。單片機和外圍模塊的供電由穩(wěn)壓芯片LM1117?3.3輸出的3.3 V直流電提供，其電路連接如圖2所示。
其中C2和C4是旁路電容，主要是抑制干擾，而C1和C3是電解電容，起到濾波的作用。SIM900A模塊電源采用穩(wěn)壓芯片MP2303，它能穩(wěn)定輸出0.8～25 V的直流電，電路連接如圖3所示。其中VCC_BAT端輸出電壓4.0 V供SIM900A模塊使用。
2.5 繼電器電路設(shè)計
本設(shè)計采用的是直流電磁繼電器，型號為HK4100F?DC5V?SH，其電路如圖4所示，鑒于STM32單片機端口輸出的電流不足以驅(qū)動電磁繼電器，因此在本設(shè)計中通過NPN型三極管8050先對輸出電流進行放大，然后再連接電磁繼電器，其中三極管的基極b接到單片機PA10端口，發(fā)射極e接地，線圈的另一端接5 V電源。值得注意的是，為直觀了解繼電器的工作狀態(tài)，在繼電器線圈兩端分別并聯(lián)一個二極管1N4148、一個1 kΩ的電阻R2以及LED發(fā)光二極管，三者共同組成狀態(tài)指示電路。CN2的1，2，3腳為繼電器輸出接線端口，本設(shè)計中每個傳感器模塊都連接了一個電磁繼電器。
3 軟件模塊設(shè)計
3.1 GSM控制指令
系統(tǒng)中采用GSM無線通信模塊SIM900A實現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)通信。GSM無線通信模塊SIM900A通過AT命令來進行控制，采用短消息模式進行數(shù)據(jù)傳輸，通過服務(wù)中心（Service Center）完成信息的存儲和轉(zhuǎn)發(fā)后，再利用SMS短信息服務(wù)進行文本信息收發(fā)。SMS主要有Text和PDU兩種收發(fā)短信模式。8 b數(shù)據(jù)與GSM字符集的收發(fā)操作可在Text模式下完成，而PDU模式不僅可以實現(xiàn)Text模式的所有功能，而且也可支持UCS2字符集和中文字符的收發(fā)操作，但需要對收發(fā)PDU數(shù)據(jù)格式進行編碼和解碼。GSM模塊控制指令類型較多，部分常用典型指令如表1所示。
3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計流程
系統(tǒng)運行總流程如圖5所示，首先，需要初始化系統(tǒng)的底層硬件，然后初始化串口，設(shè)置波特率等。利用 STM32控制器自帶的A/D轉(zhuǎn)換功能對前端傳感器模塊采集到的環(huán)境參數(shù)進行轉(zhuǎn)換，數(shù)值通過 LCD實時顯示，并存儲在SD卡中。當檢測的參數(shù)值超出系統(tǒng)設(shè)定的范圍時，STM32主控制器通過 SIM900A 發(fā)送短信及時通知用戶，用戶根據(jù)接收到的短信息，回復(fù)相應(yīng)的數(shù)字信息實現(xiàn)對智能設(shè)備的遠距離控制。另外為了降低功耗，有選擇性的檢測，用戶也可以通過GSM網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送指令給微控制器來驅(qū)動電源控制模塊（繼電器），控制模塊電源是斷開還是閉合，從而遠程智能管理環(huán)境調(diào)控模塊來開啟和關(guān)閉空調(diào)、加濕器、空氣凈化器、新風(fēng)系統(tǒng)等設(shè)備，改善室內(nèi)環(huán)境。如果用戶在規(guī)定的時間內(nèi)沒有回復(fù)信息，系統(tǒng)會在5 min后重新發(fā)送信息給用戶，直到收到回復(fù)信息才停止。
4 系統(tǒng)測試及實驗分析
4.1 系統(tǒng)測試
基于前面軟硬件的設(shè)計，根據(jù)需要制定了實驗板并焊接各個傳感器及GSM模塊、優(yōu)秀板模塊和供電模塊，然后進行接線，保證不發(fā)生短接、空接或接錯等現(xiàn)象。室內(nèi)環(huán)境的溫濕度、氣壓、甲醛濃度、二氧化碳濃度、氣溶膠懸浮顆粒物濃度值等通過LCD顯示出來。查看SIM900A顯示燈顯示是否處于正常工作狀態(tài)，若不正常則檢查SIM卡是否插好。在進行遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦蛘{(diào)試時，若手機端收到數(shù)據(jù)，則調(diào)試成功，否則，檢查相應(yīng)的程序錯誤。逐一調(diào)試成功后，最后形成一套完整的系統(tǒng)程序，系統(tǒng)實物如圖6所示，LCD顯示的數(shù)值如圖7（a）所示，手機端接收到的信息如圖7（b）所示。
4.2 實驗結(jié)果分析
溫濕度的標定嚴格根據(jù)溫濕度傳感器行業(yè)規(guī)范和規(guī)程，結(jié)合恒溫恒濕箱C180來完成，系統(tǒng)所測得的溫濕度值與相應(yīng)標準值對比結(jié)果如表2所示。
甲醛實驗?zāi)K采用衛(wèi)家空氣甲醛自測盒所測數(shù)據(jù)和本系統(tǒng)做對比，甲醛自測盒最小分辨率為0.05 mg/m3，甲醛自測盒和系統(tǒng)所測數(shù)據(jù)值的對比結(jié)果如表3所示。
當環(huán)境條件滿足溫度為20±3 °C、相對濕度
氣壓模塊結(jié)合Fluke PPC?4壓力全自動校準系統(tǒng)，精度達±0.008%，年穩(wěn)定性優(yōu)于±0.005%。壓力控制器穩(wěn)定度達4 ppm。Fluke PPC?4和本系統(tǒng)所測數(shù)據(jù)值的對比結(jié)果如表5所示。
從表2～表5的對比結(jié)果可以看出，本文設(shè)計的環(huán)境監(jiān)測與調(diào)控系統(tǒng)和標準儀器所測的溫度、濕度、氣壓、甲醛、氣溶膠濃度數(shù)值基本一致。系統(tǒng)的固有誤差以及零點漂移產(chǎn)生的誤差對測量精度有一定的影響，但在普通環(huán)境監(jiān)測條件下，對比結(jié)果表明本文設(shè)計的系統(tǒng)精度可以很好滿足實際檢測需求。同時本文實現(xiàn)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)也便于用戶遠程監(jiān)測和智能調(diào)控，實用性更強。
5 結(jié) 語
針對市場上一些室內(nèi)環(huán)境檢測儀器存在的問題，并結(jié)合傳感、測量、通信以及無線控制等多種技術(shù)，本文研究且設(shè)計了室內(nèi)環(huán)境多參數(shù)遠程檢測和調(diào)控系統(tǒng)。室內(nèi)環(huán)境的溫度、相對濕度、二氧化碳濃度、甲醛濃度、氣溶膠濃度可通過該智能系統(tǒng)較好的監(jiān)測和調(diào)控。在數(shù)據(jù)的采集、保存、傳輸?shù)秸{(diào)控的整個過程中，系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與可靠性都較強。同時，測量數(shù)據(jù)的分析也驗證了該系統(tǒng)的測量精度基本符合國家標準值，因此該系統(tǒng)能滿足普通家庭用戶的實際使用需求。
摘 要：為了使管理員多平臺實時監(jiān)測偏遠地區(qū)基站機房環(huán)境，系統(tǒng)使用Arduino單片機和溫濕度傳感器DHT11，采用AllJoyn開源框架，結(jié)合億聯(lián)客物聯(lián)平臺，在電腦端和安卓移動端獲取溫濕度數(shù)據(jù)曲線，并驗證AllJoyn的平臺中立性。
關(guān)鍵詞：AllJoyn；Arduino；DHT11；物聯(lián)網(wǎng)；多平臺
隨著通信行業(yè)的發(fā)展，基站數(shù)量增多，偏遠地區(qū)機房檢測困難。傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使管理員實時監(jiān)測并快速解決問題，但多學(xué)科交叉使行業(yè)標準不統(tǒng)一。AllJoyn具有平臺中立性、多平臺組件等特點。其優(yōu)秀是總線機制，服務(wù)端和客戶端的總線附件先連接到總線，之后系統(tǒng)分配給它們唯一的ID，服務(wù)端的總線附件申請共知名稱并廣播，客戶端發(fā)現(xiàn)共知名稱后連接到總線，建立會話。本設(shè)計采用Arduino Due和DHT11模塊，結(jié)合億聯(lián)客物聯(lián)網(wǎng)平臺，運用AllJoyn多平臺特性，在電腦端和安卓手機端進行數(shù)據(jù)曲線顯示，更直觀地獲取室內(nèi)的情況。
1.系統(tǒng)硬件設(shè)計
本系統(tǒng)結(jié)合Arduino Due開發(fā)板與多個溫濕度傳感器，使用互聯(lián)網(wǎng)連接電腦服務(wù)端，AllJoyn后臺程序傳輸采集數(shù)據(jù)，如圖1所示。Arduino Due集成SAM3X8E芯片，包括54個數(shù)字接口和12個模擬接口，工作電壓3.3V。W5100擴展板連接互聯(lián)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻|聯(lián)客平臺。DHT11集成電阻式感濕元件和NTC測溫元件，附帶8位單片機。
2.系統(tǒng)軟件設(shè)計
（1）搭建AllJoyn框架。安裝Java和Eclipse，Visual Studio和AllJoyn SDK，設(shè)置命令“scons OS=win7 CPU=x86_64 MSVS_VERSION=11.0 BINDINGS=cpp”，配置好參數(shù)完成AllJoyn的軟件環(huán)境搭建。
（2）使用Visual Studio軟件實現(xiàn)AllJoyn總線機制的各環(huán)節(jié)。創(chuàng)建總線對象，添加接口，創(chuàng)建后臺服務(wù)連接到總線；連接AllJoyn路由；服務(wù)名字請求，確認共知名稱；會話創(chuàng)建，包括動作、接口號和綁定；廣播共知名稱，以便周邊設(shè)備進行發(fā)現(xiàn)并連接服務(wù)。
（3）設(shè)計溫濕度傳感器節(jié)點軟件，包括Arduino溫濕度數(shù)據(jù)檢測和連接AllJoyn服務(wù)。溫濕度檢測先設(shè)定DHT11傳感器的輸入引腳，之后讀取引腳狀態(tài)，成功則傳輸溫濕度值，失敗則返回刷新。AllJoyn服務(wù)則幫助實現(xiàn)溫濕度獲取和傳輸?shù)墓δ埽却_定服務(wù)參數(shù)，與PC端代碼設(shè)定一致；再初始化單片機，創(chuàng)建對象并注冊后臺；最后啟動客戶端，獲取溫濕度數(shù)據(jù)，調(diào)用電腦端的發(fā)送函數(shù)，并多次刷新循環(huán)。
3.系統(tǒng)結(jié)果
首先電腦生成可執(zhí)行文件，同時把以太網(wǎng)擴展板插到單片機板上，用網(wǎng)線連接擴展板與路由器。并把DHT11模塊插到面包板上，與到單片機對應(yīng)引腳連接。然后啟動AllJoyn服務(wù)的后臺程序。啟動單片機，打開Arduino IDE，將程序上傳。在電腦端運用命令行工具啟動程序，等待Arduino接入后開啟會話。最后打開億聯(lián)客PC端和安卓客戶端，獲得實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，輸出界面如圖2所示。
結(jié)語
本系統(tǒng)結(jié)合Arduino Due單片機和DHT11溫濕度傳感器的特點，實現(xiàn)了遠程實時監(jiān)測，并可在多平臺上查看，對于偏遠地區(qū)的基站機房建設(shè)監(jiān)測更加便捷，AllJoyn整合更多的資源給用戶提供了更多選擇，其平臺中立性可結(jié)合其他相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，發(fā)展前景廣闊。
摘 要：智能家居是目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要應(yīng)用途徑之一，近幾年發(fā)展非常迅猛。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計了一款室內(nèi)空氣檢測凈化系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由監(jiān)測端主機、監(jiān)測端從機、凈化端和上位機組成。監(jiān)測端主機通過2.4 G無線方式和多個監(jiān)測端從機通信，接收氣體成分的濃度并在人機交互界面顯示。監(jiān)測端從機提供4個不同的空氣傳感器接口，用戶可根據(jù)不同的房間選擇不同的組合。凈化端起到凈化空氣的作用，具有凈化PM2.5，降解甲醛和苯，產(chǎn)生負氧離子，吸收異味等功能。上位機由手機App和電腦客戶端組成，可以通過手機及電腦獲取室內(nèi)空氣的狀況。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；空氣凈化；2.4 G
中圖分類號：TN108+.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）11-00-03
0 引 言
近年來室內(nèi)空氣污染物的來源和種類不斷增多， 室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量日益惡劣，對人體健康影響較大，目前已引起人們的廣泛關(guān)注并成為研究熱點。調(diào)查表明，人有80%以上的時間是在室內(nèi)度過的，室內(nèi)環(huán)境污染對人們的身體健康和生活工作質(zhì)量帶來了直接影響。市場上的凈化器只起到凈化效果，且其檢測及凈化裝置為一個整體，效果差強人意。本系統(tǒng)采用分立式設(shè)計，凈化范圍廣、安裝便捷，不僅能凈化空氣，還具有防火、防泄漏、報警等功能，可消除室內(nèi)安全隱患[1]。
1 系統(tǒng)設(shè)計
本系統(tǒng)主要由監(jiān)測端主機（1個）、監(jiān)測端從機（多個）、凈化端（多個）和上位機（電腦客戶端和手機App）組成，由這4部分構(gòu)成完整的網(wǎng)絡(luò)，作為智能家居的組成部分[2]。
1.1 監(jiān)測端主機
監(jiān)測端主機是系統(tǒng)的優(yōu)秀單元，是系統(tǒng)的控制中心和數(shù)據(jù)處理中心。它采用TFT屏進行人機交互，用戶可以查看各個房間的溫濕度及氣體濃度，當室內(nèi)空氣污濁時自動開啟凈化端凈化空氣，若室內(nèi)有害氣體或甲烷濃度高于100 ppm時，認為室內(nèi)空氣危險，啟動聲光報警。同時配備WiFi模塊和藍牙模塊分別用于連接電腦客戶機和手機App。監(jiān)測端主機與從機通過2.4 G模塊通信，從機把溫濕度以及氣體濃度信息傳送給主機。
1.2 監(jiān)測端從機
監(jiān)測端從機主要負責(zé)空氣信息的采集，包含氣體溫濕度、PM2.5、CO2、CO、甲烷等。不同的從機可以攜帶不同的傳感器，每個從機可以同時攜帶1～5個不同的氣體傳感器。
1.3 凈化端
凈化端主要起凈化空氣的作用。可以凈化PM2.5，降解甲醛和苯，產(chǎn)生負氧離子，吸收異味[3]。
1.4 上位機
上位機部分主要由PC端客戶機和手機App組成，PC端通過WiFi和監(jiān)測端主機連接，手機通過藍牙方式連接。通過WiFi或者藍牙可以在電腦客戶端或者手機App上實時觀察室內(nèi)的空氣情況，并將7天內(nèi)的信息繪制成曲線，給出合理建議。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
2 系統(tǒng)實現(xiàn)
2.1 硬件方案
監(jiān)測端主機采用功能強大的STM32F407ZET6作為主控芯片[4，5]，主頻高達168 MHz，擁有豐富的外設(shè)模塊，可以滿足無線收發(fā)以及彩屏控制等功能的需要。采用nRF24L01芯片作為無線傳輸芯片，該芯片通過SPI接口和主控相連。與手機App通信時采用藍牙方式，所以使用CC2540芯片作為藍牙傳輸芯片與手機App進行通信，它通過串口和主控相連，數(shù)據(jù)傳輸非常方便。采用WiFi的方式與電腦客戶端連接，將ESP8266芯片作為藍牙傳輸芯片，當電腦連接上該芯片發(fā)射出的WiFi信號后便可與電腦客戶端進行通信[6]。ESP8266芯片同樣也通過串口與主控相連，配置一塊分辨率為320×240的彩色觸摸屏進行人機交互。采用5 V開關(guān)電源[7]供電為常用供電方式，鋰電池為備用供電方式。鋰電池充電采用TP4056芯片，其充電電路如圖2所示。
考慮到監(jiān)測端從機功能較為單一，所以采用引腳較少、主頻較低的STM32 F103C8T6為主控芯片。與主機一樣，無線傳輸采用nRF24L01芯片和主機進行通信。由AM2321溫濕度模塊測量室內(nèi)溫濕度，該芯片比較靈敏、準確，對溫度的分辨率可達到0.1℃，精度為±0.5℃，它通過I2C總線和主控進行通信。提供4種氣體傳感器的接口，分別為檢測PM2.5的SDS011傳感器接口、檢測CO2的MH-Z14傳感器接口、檢測甲烷的MQ-2傳感器接口和檢測CO氣體的MQ-7傳感器接口。其中SDS011通過讀取數(shù)據(jù)口的高電平比例來計算PM2.5的濃度，其他氣體傳感器均采用ADC轉(zhuǎn)換的方式讀取氣體濃度。供電采用12 V開關(guān)電源和鋰電池混合供電的方式，開關(guān)電源為常用供電方式，鋰電池為備用供電方式[8]，當停電時立即開啟鋰電池供電。
凈化端內(nèi)部主要由風(fēng)扇、過濾網(wǎng)、負氧離子發(fā)生器組成。其中負氧離子發(fā)生器和風(fēng)扇由監(jiān)測端從機控制，負氧離子發(fā)生器由紫外燈板組成，紫外燈照射空氣后可以產(chǎn)生大量負氧離子，使空氣更加清新。過濾網(wǎng)由光觸媒濾網(wǎng)、HEPA濾網(wǎng)、活性炭濾網(wǎng)組成，空氣經(jīng)過過濾網(wǎng)后不僅可以降解苯、甲苯等有害分子，還可以吸附PM2.5，吸收異味。當監(jiān)測端主機檢測到空氣污濁時，控制風(fēng)扇和紫外燈板凈化空氣。
2.2 軟件方案
系統(tǒng)共使用4個2.4 G無線模塊，模塊初始狀態(tài)均配置為接收方式，每個無線模塊擁有不同的地址，依次為0x01到0x04。當某個模塊需要發(fā)送數(shù)據(jù)時先配置發(fā)送方式，將接收地址和需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)包中后開啟發(fā)送，數(shù)據(jù)包發(fā)送成功后會收到接收方的應(yīng)答信號，可以根據(jù)應(yīng)答信號的有無判斷數(shù)據(jù)包是否發(fā)送成功。如果發(fā)送成功則重新切換成接收狀態(tài)，如果發(fā)送失敗則重新發(fā)送，連續(xù)5次發(fā)送失敗后放棄發(fā)送。2.4 G網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包格式如表1所列[9]。
WiFi模塊、藍牙模塊分別和電腦、手機建立連接后可直接使用發(fā)送函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)。
監(jiān)測端從機每分鐘采集10次空氣成分信息，經(jīng)處理后發(fā)送到監(jiān)測端主機。由于測量數(shù)據(jù)易受環(huán)境影響，會產(chǎn)生粗大誤差，所以在10次測量結(jié)果中剔除粗大誤差后取平均值作為當前空氣濃度的真實值。剔除粗大誤差采用格拉布斯準則：當某測量值Ui的殘差的絕對值|Vi|>G時，則剔除Ui，其中G值與測量次數(shù)和置信概率有關(guān)[10]，為數(shù)據(jù)的標準差。
監(jiān)測端主機首先接收空氣成分數(shù)據(jù)，在TFT屏上顯示，若與電腦或手機建立連接則將數(shù)據(jù)發(fā)送到電腦或者手機。當空氣污濁（CO2濃度大于500 ppm、PM2.5濃度大于25 g/m3）時，發(fā)送凈化指令到監(jiān)測端從機，從機控制凈化端凈化空氣。當有害氣體濃度超過正常值時，開啟聲光警報，同時發(fā)送凈化指令。監(jiān)測端主機程序框圖如圖3所示。
3 系統(tǒng)測試
為檢測2.4 G網(wǎng)絡(luò)能否通信，可通過編程讓4個監(jiān)測端從機每秒發(fā)送20個字節(jié)的數(shù)據(jù)，在主機的TFT屏上實時顯示接收到的數(shù)據(jù)，用以驗證結(jié)果是否達到了預(yù)期要求。
為檢測系統(tǒng)的凈化能力以及測量的準確度，特地購置了阿格瑞斯公司型號為WP6120的PM2.5檢測儀。在生活中，PM2.5的來源主要是廚房里的油煙，所以實驗地點選擇在廚房，將WP6120檢測儀和本系統(tǒng)放置于同一地點并產(chǎn)生一定的油煙，記錄兩者的數(shù)據(jù)并繪制成如圖4所示的凈化效果圖。
由測量結(jié)果可知，本系統(tǒng)的誤差在±1 g/m3范圍內(nèi)，對PM2.5的濾除非常有效，整體上達到了設(shè)計要求。
4 結(jié) 語
本系統(tǒng)實現(xiàn)了空氣檢測及凈化和可燃氣體泄漏報警的功能。同時和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合在一起，符合當今技術(shù)發(fā)展的方向。系統(tǒng)具有電腦客戶端和手機App，TFT彩色屏等人機交互界面，非常人性化。系統(tǒng)具有很強的實用性，大大提高了人們的生活質(zhì)量，可廣泛應(yīng)用于家庭、醫(yī)療系統(tǒng)、行政機關(guān)、企事業(yè)單位等場所。
摘 要：目前人們除了關(guān)心室外大氣污染以外，也開始將關(guān)注點放在了室內(nèi)空氣污染方面，為了實時監(jiān)測出室內(nèi)空氣的有害氣體，筆者提出了一種室內(nèi)有害氣體的監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計思路，可以對室內(nèi)有害氣體參數(shù)進行實時觀測。該系統(tǒng)集成了有害氣體的檢測傳感器，同時設(shè)置了集成電路，其在運行中可以對有害氣體如甲烷、一氧化碳、甲醛等濃度進行檢測，當有害氣體濃度達到一定的限定值后，監(jiān)測系統(tǒng)將發(fā)出警報，提醒人們及時對此做出處理。筆者在文中對該系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計及功能實現(xiàn)簡要論述，并對其應(yīng)用進行相關(guān)探討。
關(guān)鍵詞：有害氣體；監(jiān)測系統(tǒng)；設(shè)計；研究
0.引言
目前市面上有許多種類的室內(nèi)有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)，但是大多數(shù)儀器都存在操作較為復(fù)雜，成本較高等缺點，導(dǎo)致了該系統(tǒng)難以普及到家庭之中，僅有部分專業(yè)機構(gòu)才會安裝該系統(tǒng)。然而目前許多家庭在買房后對房間進行裝修，卻難以對裝修材料散發(fā)出的有害氣體引起注意，長此以往很容易患上慢性疾病，因此安裝室內(nèi)有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)是十分必要的。筆者對此提出一種適合家庭的經(jīng)濟、便捷的有害氣體監(jiān)測設(shè)備，其采用傳感器作為優(yōu)秀，具有較高的性價比，能夠在日常生活中保護用戶人身健康。
1.研究背景分析
隨著人們生活水平的提高，加之房產(chǎn)“熱潮”愈演愈烈，許多家庭開始瘋狂購房，并對其進行裝修，然而市面上的裝修材料質(zhì)量良莠不齊，很容易在室內(nèi)散發(fā)出有害氣體。據(jù)統(tǒng)計，每年因為室內(nèi)空氣污染而死亡的人數(shù)已達到11.1萬人，可謂是一個非常龐大的群體。一般來說，室內(nèi)有害氣體的來源包括兩方面：一是現(xiàn)代化社會需求大，工業(yè)發(fā)展十分迅速，各類石油、化工、消防、火電廠、醫(yī)藥等廠房向大氣排放各種有害氣體，這些氣體嚴重影響了廠房工人和附近居民的身體健康，對此，工廠一定要改變原來的排污方式，保證居民的居住環(huán)境綠色、健康；二是現(xiàn)代化社會的物質(zhì)水平提高，人們對室內(nèi)的裝修要求提高，然而各種新式的裝修材料中正隱藏著大量的有毒氣體。基于以上的原因，目前社會中部分家庭空氣質(zhì)量較差，而僅僅依靠自己的感官是無法判斷其是否有害，對此多數(shù)科研人員進行了研究，設(shè)計出了一套室內(nèi)有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)。過去的系統(tǒng)設(shè)計具有操作復(fù)雜、價格昂貴的特點，導(dǎo)致了該監(jiān)測系統(tǒng)并未在普通家庭得到普及。因此，筆者對原系統(tǒng)重新進行改良，設(shè)計了一套適合普通家庭使用的有害氣體檢測系統(tǒng)。
2.系統(tǒng)整體架構(gòu)
2.1 整體架構(gòu)
（1）整個系統(tǒng)的框架由六大模塊組成，每個模塊都有自己對應(yīng)的功能：
控制模塊，該模塊采用的是ATmega16單片機設(shè)備，它可以大大地提高系統(tǒng)代碼的運行效率，比一般的控制模塊提高約10倍以上的數(shù)據(jù)吞吐率。
（2）顯示電路，其選用了LCD12864顯示屏，為中文字庫型系統(tǒng)，適用于中國居民使用，電路可以將處理后的結(jié)果顯示在屏幕上，給用戶直觀的感受。
（3）電源模塊以及報警模塊，電源模塊采用USB供電，具有方便使用、節(jié)約用電的效果；報警模塊則采用普通的蜂鳴器和發(fā)光二極管，在有害氣體濃度超出指標時進行報警，報警模式為發(fā)光和聲響交替，能夠起到提醒用戶的作用。
（4）傳感模塊，其內(nèi)部安裝有感應(yīng)不同氣體濃度的傳感器，可以對空氣中有害氣體的濃度進行感應(yīng)，傳感器再將得到的信息傳遞給單片機，而單片機會把信息傳遞給報警器和顯示屏幕，讓整個系統(tǒng)得以循環(huán)運行。
（5）獨立鍵盤模塊，該模塊設(shè)立了3個鍵來檢測有害氣體的濃度狀況并將其，另外還設(shè)有其他的鍵可重啟整個系統(tǒng)，使得系統(tǒng)可以反復(fù)地進行。
（6）GSM模塊，該模塊選用了SIM900A芯片，其主要功能是在濃度達到限定值后，將已設(shè)定好的通知短信發(fā)送給用戶，以此來通知用戶空氣中有害氣體的濃度達到限定值，并做出相應(yīng)的處理。
2.2 功能實現(xiàn)
該系統(tǒng)分為6個模塊，各個模塊相互獨立又相互聯(lián)系。系統(tǒng)啟用后，傳感器開始工作將收集到的信息傳遞給單片機，單片機將信息處理了以后再將信息顯示在顯示屏上，如果超標的話，報警器會開始工作，這樣就構(gòu)成了一個完整的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的功能得以實現(xiàn).
3.系統(tǒng)設(shè)計
3.1 硬件設(shè)計
本系統(tǒng)主要由6個模塊組成，分別為：控制芯片、顯示、傳感器、獨立鍵盤、供電以及GSM等，整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)的控制優(yōu)秀采用了ATmega16單片，并且融合了MQ-7、MQ-138和MQ-2等系統(tǒng)來分別監(jiān)測一氧化碳、甲醛以及甲烷的濃度，通過濃度來判斷該氣體目前對人體的危害程度。在濃度判斷結(jié)束后，系統(tǒng)將會把采集的數(shù)據(jù)傳遞給單機片，當數(shù)據(jù)到達后，單機片會對這些數(shù)據(jù)進行分析處理，處理后會將結(jié)果傳到顯示屏，如果濃度達到限定值，則報警器就會響，以此來提醒用戶室內(nèi)空氣中的有害氣體濃度已經(jīng)超標，有助于人們及時做出處理（開窗通風(fēng)，暫時離開）。報警器采用普通的有源蜂鳴器設(shè)備，指示燈則選用發(fā)光二極管，供電模塊采用USB接口，GSM模塊采用SIM900系統(tǒng)，這些設(shè)備相對便捷，方便人們操作，以上的功能模式即組成一個完整的系統(tǒng)。
3.2 軟件設(shè)計
軟件部分的設(shè)計主要針對傳感器檢測到有害氣體濃度后對低電平進行的處理環(huán)節(jié)。在程序初始化的階段后，用戶可以在機器的外部通過表示有何種有害氣體的監(jiān)測按鈕，選擇自己想要監(jiān)測的氣體，并且系統(tǒng)監(jiān)測后會在LED屏幕上顯示監(jiān)測后處理過的數(shù)據(jù)，得到室內(nèi)有害氣體的濃度情況和室內(nèi)空氣等級質(zhì)量數(shù)據(jù)。當監(jiān)測濃度超過初始設(shè)定的限定值后，報警器發(fā)光閃爍并發(fā)出報警聲響，同時也將發(fā)出文字報警短信。在處理室內(nèi)空氣的有害氣體后，按下復(fù)原鍵就可以將該裝置恢復(fù)到初始狀態(tài)，使得系統(tǒng)初始化，根據(jù)用戶的需要再次進行工作。
4.系統(tǒng)測試與應(yīng)用
本產(chǎn)品的設(shè)計思路與電路原理較為簡單，測試時主要是為了檢測測試器電路狀況和其工作情況。筆者將其安置在一個密閉的盒子內(nèi)，先將其中通入一定濃度的甲烷，進行測定后復(fù)原，再輸入比之前量更多的甲烷，以此類推幾次試驗后，再用同樣的方式對其他的有害氣體進行相同的實驗。通過實驗發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的監(jiān)測時間較短，復(fù)原較快，并且能夠快速而且準確地判讀空氣中有害氣體的濃度并做出分析，同時顯示在顯示屏上，報警系統(tǒng)也可以正常地進行工作。感應(yīng)器系統(tǒng)如圖2所示，其能夠?qū)崿F(xiàn)良好工作，且由于性能較高，成本較低，因此值得推廣應(yīng)用。
結(jié)語
本系統(tǒng)對于室內(nèi)有害氣體的監(jiān)測具有良好的效果，并且操作十分便捷，成本較低，適用于各收入層次的家庭。因為該系統(tǒng)對煙霧比較敏感，因此在煙霧較多的環(huán)境中難以進行正確判斷，有時可能產(chǎn)生錯誤的數(shù)據(jù)，而這也是該系統(tǒng)的不足之處。但從整體來看，筆者通過多次對該系統(tǒng)進行實驗，系統(tǒng)各方面都是比較穩(wěn)定的，可以正常地進行工作，運行的速度也能夠達到設(shè)計的要求，該設(shè)備的電路模塊便攜性高，有益于對系統(tǒng)進行調(diào)試和升級。總而言之，該室內(nèi)有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)，具有實用性強、價格低廉、操作簡單、易于普及等多個優(yōu)點，可以對室內(nèi)的有害氣體濃度做出正確的判斷，從而保證了用戶的健康生活。
摘 要：單片機在當今世界運用得十分廣泛，所以學(xué)習(xí)以及利用單片機實現(xiàn)我們想要實現(xiàn)的功能是一種趨勢和必然。設(shè)計中，我們采用STC89C51單片機來控制房間室溫的溫度。這個系統(tǒng)包括以下幾個具體的模塊：測溫模塊、顯示模塊，以及調(diào)節(jié)模塊共同組成。測溫模塊運用Pt100溫度傳感器進行溫度的測量并轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號便于檢測與進一步的調(diào)節(jié)，顯示模塊采用兩位LED數(shù)碼管顯示，精度為1攝氏度。調(diào)節(jié)模塊主要由兩部分構(gòu)成，一部分為調(diào)低溫度的如自動調(diào)節(jié)溫度的風(fēng)扇及空氣壓縮機等制冷設(shè)備，另一部分為根據(jù)室溫升高溫度的調(diào)溫電熱爐。環(huán)境適宜溫度：根據(jù)資料顯示，人的舒適溫度為25攝氏度到28攝氏度之間，故該系統(tǒng)預(yù)設(shè)溫度為27攝氏度。
關(guān)鍵詞：室內(nèi)溫度控制；STC89C51單片機；Pt100溫度傳感器
1 各模塊的介紹
1.1 STC89C51單片機
STC89C51RC采用的是8051核的ISP系統(tǒng)可編程芯片，ISP為“In System Programming”的縮寫。工作時最高可擁有80MHz的時鐘頻率，片內(nèi)包含的Flash只讀程序存儲器為8K Bytes，它可反復(fù)擦寫1000次，該單片機既由MCS-51指令系統(tǒng)又有80C51的引腳結(jié)構(gòu)，有通用的8位中央處理器在STC89C51內(nèi)部集成，并且它還包含ISP Flash存儲單元，可以實現(xiàn)在系統(tǒng)可編程的功能，可以用電腦進行程序的下載，無需購買通用編程器。STC89C51RC系列的單片機是單時鐘/機器周期（1T）的兼容8051 內(nèi)核單片機，既高速又低耗。
1.2 Pt100溫度傳感器
Pt100溫度傳感器是測量溫度并利用自身阻值由溫度變化而產(chǎn)生變化的特點進行溫度信號轉(zhuǎn)換成標準的輸出信號的儀表，可以用來檢測和調(diào)節(jié)工程生產(chǎn)過程的溫度參數(shù)。由兩部分構(gòu)成帶傳感器的變送器，它們分別是“傳感器”和“信號轉(zhuǎn)換器”。熱電偶或者熱電阻是傳感器的主要材料；信號轉(zhuǎn)換器主要由測量單元、信號處理和轉(zhuǎn)換單元組成（由于工業(yè)用熱電阻和熱電偶分度表是標準化的，因此信號轉(zhuǎn)換器作為獨立產(chǎn)品時也稱為變送器），有些變送器增加了顯示單元，有些還具有現(xiàn)場總線功能。
1.3 LED數(shù)碼管
LED數(shù)碼管實際上是由七段LED燈組成一個“8”字形，若算上小點則共有八個LED小燈，根據(jù)各個小燈亮滅不同，它可以顯示從“0”到十六進制的“F”。LED數(shù)碼管按連接方式的不同可分為共陰極接法和共陽極接法。共陰極接法的數(shù)碼管要接通高電平才可以導(dǎo)通工作，而共陽極則需要接通低電平才可以導(dǎo)通工作。本設(shè)計采用共陰極接法的兩位LED數(shù)碼管，連接在單片機的P2口。
1.4 繼電器控制的加熱系統(tǒng)
單片機通過P1.1引腳對繼電器的斷開和和閉合進行控制從而控制加熱系統(tǒng)的工作與否。當輸出為低電平時，三極管導(dǎo)通，加熱系統(tǒng)開始工作。當輸出為高電平時，三極管截止，加熱系統(tǒng)停止工作。
2 設(shè)計思路
2.1 總體思路
本系統(tǒng)運用STC89C51單片機進行對于室溫的測量及調(diào)控，運用Pt100溫度傳感器進行溫度的測量以及標準信號的傳輸，這樣做是為了進一步的對溫度進行調(diào)節(jié)。我們在上文已經(jīng)了解到了Pt100溫度傳感器既包括傳感器又包括信號轉(zhuǎn)換器，這滿足我們對溫度檢測后轉(zhuǎn)換成標準信號交給單片機進行判斷的要求。它設(shè)計的主要原理為根據(jù)溫度的不同則自身電阻值不同，從而影響電路中電壓，所以根據(jù)溫度的不同可換算成不同的電壓值，也就有不同的標準信號相對應(yīng)。當單片機檢測到溫度傳感器發(fā)送給單片機的標準信號之后，單片機根據(jù)預(yù)先設(shè)定的溫度進行判斷，若高于這個溫度則使風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，若低于這個溫度則使風(fēng)扇停轉(zhuǎn)并且使暖爐工作。在所有過程中，用LED數(shù)碼管來進行溫度的顯示。
2.2 交流調(diào)溫風(fēng)扇部分
該風(fēng)扇工作原理為根據(jù)溫度不同來調(diào)整風(fēng)速，風(fēng)速共有四檔，但為了簡潔起見只用其中兩檔，即0檔和四檔，當室溫小于等于27攝氏度時，該風(fēng)扇為零度，當室溫大于27度時，該風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為四檔。
2.3 繼電器控制的加熱系統(tǒng)部分
作為調(diào)高溫度的部分，它需要交流供電，而單片機只能提供最大為5伏的電壓，所以想要通過單片機直接對加熱系統(tǒng)進行控制是不現(xiàn)實的，所以在這里用到了繼電器來實現(xiàn)加熱系統(tǒng)中電路的導(dǎo)通和斷開，而用單片機來控制繼電器是否工作，當單片機P1.1引腳輸出低電平時三極管導(dǎo)通，加熱系統(tǒng)開始工作，而當P1.1引腳輸出高電平時，三極管截止，加熱系統(tǒng)停止工作。
2.4 A/D轉(zhuǎn)換器
在這個室溫調(diào)控系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換器在Pt100溫度傳感器電路中，是為了將熱電阻測得的溫度信號轉(zhuǎn)換成標準的數(shù)字信號以便于單片機檢測并作出相應(yīng)的運算及判斷。因為單片機只能運算數(shù)字語言，即“0”和“1”，不能直接對溫度信號加以運算，故我們需要用A/D轉(zhuǎn)換裝置將信號進行轉(zhuǎn)化，相當于“翻譯”的功能。
3 主接線的設(shè)計
在主接線的優(yōu)秀部分是四十只引腳的STC89C51單片機，它的P2口連接一個共陰極兩位LED數(shù)碼管，而它的陰極分別連接在單片機的P1.6引腳和P1.7引腳，數(shù)碼管用來顯示當前溫度，而溫度的來源為Pt100溫度傳感器測量的溫度。Pt100溫度傳感器測量的溫度通過一個A/D轉(zhuǎn)換裝置連接在STC89C51單片機的P0口上，實現(xiàn)溫度信號轉(zhuǎn)換成標準數(shù)字信號并向單片機傳輸?shù)墓δ堋TC89C51單片機接收到溫度轉(zhuǎn)換成的標準數(shù)字信號后，通過掃描預(yù)先下載進去的主程序進行內(nèi)部的運算與判斷，當溫度高于27攝氏度時，啟動交流調(diào)速風(fēng)扇，進行降溫工作，而當溫度低于27度后，交流調(diào)速風(fēng)扇將停止工作，并且在室溫比27攝氏度低很多（在本設(shè)計中為5攝氏度）時使單片機控制繼電器使增溫系統(tǒng)工作，知道溫度重新升回27攝氏度。
4 主程序的設(shè)計
本程序運用C語言來進行設(shè)計，設(shè)計的主體思路是分別設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換子程序、數(shù)碼管顯示子程序、溫度調(diào)控子程序，其中交流調(diào)速風(fēng)扇的調(diào)速程序要通過中斷程序來實現(xiàn)，它的主要原理是：我國交流電的頻率為50Hz，即周期為0.02s，我們先將供給交流調(diào)速風(fēng)扇的交流電整流成連續(xù)的正半周期的交流電，利用單片機控制通電與斷電的占空比從而調(diào)節(jié)交流調(diào)速風(fēng)扇的檔位，在中斷程序中根據(jù)Pt100溫度傳感器測得的溫度信號轉(zhuǎn)換成的標準數(shù)字信號的不同來設(shè)定不同的占空比。對于Pt100溫度傳感器測得的溫度信號，要根據(jù)公式轉(zhuǎn)換成一個對應(yīng)的數(shù)字，整體趨勢是溫度越高這個數(shù)字越低。這部分由程序中的A/D轉(zhuǎn)換子程序來實現(xiàn)。對于數(shù)碼管的顯示，我們通過定義數(shù)字表以及定義端口（用兩個不同的參數(shù)來表示連接數(shù)碼管陰極的P1.6引腳和P1.7引腳）來實現(xiàn)對數(shù)碼管顯示的控制。對于交流調(diào)速風(fēng)扇和對加熱系統(tǒng)的控制在主程序中是通過設(shè)定兩個不同的參數(shù)來實現(xiàn)的，這兩個參數(shù)分別代表連接繼電器的P1.1引腳和連接交流調(diào)速風(fēng)扇的P1.2引腳，通過給這兩個參數(shù)賦值（“0”和“1”）來實現(xiàn)降溫和升溫的功能。
摘 要：文章結(jié)合抽水蓄能水電站的實際情況，重點對傳感網(wǎng)絡(luò)接入方式、傳輸網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成以及傳輸網(wǎng)絡(luò)的多跳級聯(lián)進行闡述。我們首先提出了基于接收信號強度指示指標RSSI對所有測距的結(jié)果進行排序過濾，然后對信號強度越高的測距結(jié)果分配越高的計算權(quán)重，其對定位結(jié)果的影響越大，并且通過增加定位基站的數(shù)量來彌補電磁干擾的影響，最后對每個特定的定位基站進行有效測距距離。經(jīng)過優(yōu)化后定位精度明顯提高。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；傳感網(wǎng)；傳輸網(wǎng)；水電站；ToA；室內(nèi)定位
1 概述
物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是“信息化”時代的重要發(fā)展階段。物聯(lián)網(wǎng)對于電網(wǎng)來說，并非一個全新的事物，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)“滲入”智能電網(wǎng)的各個環(huán)節(jié)，被用于信息采集、狀態(tài)監(jiān)測、回饋控制等，從而全方位提高智能電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的信息感知深度和廣度。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為提高電網(wǎng)效率、供電可靠性提供了技術(shù)支撐，RFID技術(shù)、各類傳感器、定位技術(shù)、圖像獲取技術(shù)等使倉庫管理、變電站監(jiān)控、搶修定位與調(diào)度、巡檢定位、故障識別等業(yè)務(wù)實現(xiàn)靈活、高效、可靠的智能化應(yīng)用。
2 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)框架及軟硬件設(shè)計
文章設(shè)計的物聯(lián)網(wǎng)平臺系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。
平臺包括：2.4GHz定位基站，2.4GHz定位手持機，433MHz貼片式無線測溫傳感器，433MHz雙頻無線傳感器轉(zhuǎn)發(fā)基站，433MHz通信基站，433MHz通信匯聚端以及應(yīng)用層上位機軟件。
2.1 貼片式無線傳感器節(jié)點
數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用CC1101芯片，CC1101是Ti推出的ISM頻段無線收發(fā)芯片，其主要工作在433MHz-915MHz頻段，最大的輸出功率可達10dbm，靈敏度高，低功耗的電流，正常接收模式下為16mA，支持0-500Kbps的傳輸速率，支持多種調(diào)制模式并提供對同步字的檢測、地址的校驗，具有靈活的數(shù)據(jù)包長度以及支持自動CRC的處理。
2.2 貼片式無線測溫節(jié)點
文章無線節(jié)點采用的是一種星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，軟件主要由以下幾方面組成：支持多跳和級聯(lián)的無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、A/D轉(zhuǎn)換程序、外部中斷程序以及溫度采集通信程序。無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議程序主要包括無線協(xié)議的相關(guān)部分以及對傳感器信息的處理。A/D轉(zhuǎn)換程序主要是采集電池電壓。外部中斷程序主要是用于喚醒休眠的CC1101模塊。
3 抽水蓄能水電站定位系統(tǒng)設(shè)計
3.1 水電站室內(nèi)定位系統(tǒng)的挑戰(zhàn)
在室內(nèi)環(huán)境下，很多遮擋物以及金屬對無線電波的反射等原因，能產(chǎn)生多徑干擾和非視距測距，它們對實際測距結(jié)果會造成較大的誤差。由于水電站地下廠房內(nèi)遍布著金屬，電磁環(huán)境也比較復(fù)雜，必然會給測距結(jié)果帶來較大誤差，例如會產(chǎn)生有效測距距離過近的問題、非視距測距造成測量距離過大的問題。
3.2 有效測距距離過近的問題
表1中的數(shù)據(jù)是在水電站現(xiàn)場，用定位手持機對定位基站進行測距的測試結(jié)果，從結(jié)果可以看出在開闊的地下大廳一層有效測距的距離大概為25米左右，然而在向更遠的距離進行移動的時候，基本測量不到距離結(jié)果，唯一測量到的距離值為78米，但是其真實距離為55米，所以看出復(fù)雜的電磁環(huán)境對測距結(jié)果干擾很嚴重。
ToA算法的測量距離和真實距離的關(guān)系為：d1服從N（d，σ2）分布，其中d1是測量距離，d是定位手持機和定位基站之間的真實距離，σ2是測量方差。σ大小與d成正比例，真實距離越大，測量誤差就越大。在非視距測距的情況下，測距誤差為1%左右。雖然室內(nèi)環(huán)境的有效測距距離比較近，但是可以滿足ToA定位系統(tǒng)的應(yīng)用。
3.3 非視距測距的影響
在對安裝了定位系統(tǒng)的地下廠房進行測試時，發(fā)現(xiàn)非視距測距對測距精度的影響很大，當出現(xiàn)如下情況的時候，就會產(chǎn)生非視距測距的現(xiàn)象，造成測距結(jié)果比真實結(jié)果大，嚴重影響定位的精度。如圖2所示，當手持機與定位基站之間的實際距離為15米時，由于它們之間存在著遮擋物，所以無線電波不能直線到達被測基站，實際的測距結(jié)果是通過與后側(cè)墻壁的反射后的距離。實際測距的距離為R1+R2≈35米，比實際距離大了15米。如果此測距結(jié)果用于最終的定位算法中，將會嚴重地影響定位的精度，從而得出工作人員在實際場景中跳來跳去的結(jié)果。
3.4 定位系統(tǒng)的優(yōu)化手段
3.4.1 對定位基站進行擴展參數(shù)設(shè)置
水電站地下大廳內(nèi)一共布置了9個定位基站，因此理論上定位手持機最多可以測量到周圍9個定位基站的距離，但是最小二乘法等定位算法使用3組測距結(jié)果即可。從測試結(jié)果來看，每個定位基站的有效測量距離都在40米以內(nèi)，并且由于遮擋物位置的不同，所以每個定位基站會有所差異。在數(shù)據(jù)庫端對每個定位基站進行有效的距離配置時，當出現(xiàn)超過此測量距離的數(shù)值時，可以直接過濾掉該數(shù)值，從而最大程度地避免多徑干擾和非視距測距距離對定位結(jié)果的影響。
3.4.2 對算法進行優(yōu)化
在傳統(tǒng)的ToA算法中，每組測距結(jié)果的N個測距值的權(quán)重是一樣的，這樣一個或幾個測距偏差比較大的測距值將直接導(dǎo)致定位結(jié)果誤差偏大。結(jié)合水電站的實際使用環(huán)境來看，接收信號強度數(shù)值越大的測距結(jié)果，其真實距離越遠，那么測量距離的誤差就可能越大。因為安裝的定位基站數(shù)量比較多，每個基站之間的間隔為25米，所以測距距離越近的越可靠是毋庸置疑的。
4 水電站現(xiàn)場室內(nèi)定位結(jié)果
首先過濾掉不合理的ToA測距距離，在圖3中的“*”ToA代表用僅過濾后得到的ToA測距距離進行定位的位置結(jié)果，再根據(jù)接收信號強度指示指標RSSI對過濾后的ToA測距距離進行排序，并且對信號強度越高的測距結(jié)果分配越高計算權(quán)重，圖中“+”RSSI-ToA代表用排序加權(quán)后進行定位的位置結(jié)果。
5 結(jié)束語
在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為了彌補ToA算法在水電站環(huán)境中的缺陷，通過RSSI確定不同的測量距離值分配不同的計算權(quán)重值，在水電站地理環(huán)境中放置多個定位基站來解決復(fù)雜的電磁環(huán)境下單個基站有效測距距離過近的問題，對各個基站設(shè)定不同的權(quán)重值和有效測距距離，最大程度地過濾掉不合適的測量距離值，從而加大可信度高的測距值的權(quán)重，使定位結(jié)果更接近于實際位置，提高了定位系統(tǒng)的精度。
摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是新時代信息技術(shù)的優(yōu)秀，它借助互聯(lián)網(wǎng)將物物相連，實現(xiàn)延伸和擴展，通過智能感知、識別技術(shù)和普適計算的方法實現(xiàn)信息溝通，應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)融合。文章結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)LED照明系統(tǒng)概述，以物聯(lián)網(wǎng)的LED室內(nèi)變照度照明系統(tǒng)控制方法為例，探討了照明系統(tǒng)設(shè)計的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；LED；室內(nèi)照明系統(tǒng)；智能感知；識別技術(shù)；普適計算
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，社會經(jīng)濟文化進入新的時期，人們對未來生活也開展了較多的探索，基于物聯(lián)網(wǎng)的照明系統(tǒng)設(shè)計研究具有重要的意義，也會對LED室內(nèi)照明領(lǐng)域產(chǎn)生深遠的影響。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用信息技術(shù)將互感器和控制器等聯(lián)系在一起，提高了系統(tǒng)中設(shè)備和資源的個性化和智能化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)保證日常應(yīng)用中的物品有思想，體現(xiàn)出智能化特點，為日常生活帶來重要的變革，基于物聯(lián)網(wǎng)的LED室內(nèi)照明系統(tǒng)也會為人們提供更高質(zhì)量的生活。
1 基于物聯(lián)網(wǎng)的LED照明系統(tǒng)概述
隨著人們生活水平的提高，對室內(nèi)照明系統(tǒng)的要求由原來的節(jié)能環(huán)保轉(zhuǎn)變?yōu)閷駥哟蔚淖非螅缯彰飨到y(tǒng)的健康化、智能化和藝術(shù)化。LED照明燈具應(yīng)用功能過程中充分體現(xiàn)出輕巧、不易碎、色彩豐富、便于光色控制和組合的優(yōu)點，為室內(nèi)照明燈具的健康化和藝術(shù)化奠定了基礎(chǔ)。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中借助互聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)的優(yōu)勢，實現(xiàn)了室內(nèi)照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的大背景下，室外成員可以應(yīng)用計算機實現(xiàn)遠程控制，自動發(fā)送電子郵件和短信，完善照明系統(tǒng)的報警功能。室內(nèi)照明燈具的生產(chǎn)廠家可以借助網(wǎng)絡(luò)對技術(shù)人員提供指導(dǎo)，便于及時排除故障，從而提高產(chǎn)品售后服務(wù)的質(zhì)量。智能化的室內(nèi)照明系統(tǒng)可以記錄用戶的生活習(xí)慣和作息方式，借助可靠的情景感知技術(shù)與其他家用電器之間產(chǎn)生互動，體現(xiàn)智能化的優(yōu)勢，提高人們的生活質(zhì)量。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在室內(nèi)LED照明系統(tǒng)中的深度融合，將徹底改變?nèi)藗兊纳罘绞剑蔀槭覂?nèi)生活的重要角色。
2 基于物聯(lián)網(wǎng)的LED室內(nèi)變照度照明系統(tǒng)研究
2.1 照度要求
照度是指物體被照亮的程度，從一個方向上看，在固定方向上任何表面每單位投影面積上的光照強度，照度也是室內(nèi)照明系統(tǒng)的重要指標。照度會對室內(nèi)人員的生活產(chǎn)生重要的影響，由于照度給人們的視覺感受不一樣，在連續(xù)工作的同時，如果照度不足，將會嚴重影響人們的視力，引發(fā)頭暈、皮膚病等問題。購物商場內(nèi)的照度將會影響商品的視覺效果，合適的照度將會激發(fā)客戶的購買欲望，有利于銷售。
在同一棟大樓中，由于房間位置的不同，人們對照度的要求也會不同。與傳統(tǒng)燈具相比，LED燈具具有良好的可調(diào)性，很容易滿足人們對室內(nèi)照度的需求，光線不足時可以將燈具調(diào)亮一些，也可以在光線充足時將燈具調(diào)暗一些或者關(guān)閉。
2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的照度控制方法
將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于室內(nèi)LED照度控制，需要從室內(nèi)照度的智能感知層、智能建筑網(wǎng)絡(luò)層和智能變照度控制層方面進行分析。
為了實現(xiàn)對LED燈具的照度控制，需要及時掌握室內(nèi)的照度，目前在計算室內(nèi)光照度的過程中，需要結(jié)合燈具、室內(nèi)光反射情況和平均照度，現(xiàn)介紹以下方法：
第一步，選擇特定的房間，在地面上做出規(guī)劃，分出邊長為1m的正方形網(wǎng)格，同時測出不同交叉點的照度。
第二步，應(yīng)用不同交叉點的照度構(gòu)建光場模型。利用光場模型計算出房間中任何一點的照度。在應(yīng)用該模型的過程中，已知房間內(nèi)的點有A1、A2、A3、A4……An，并且已經(jīng)知道這些點的光照度，結(jié)合這些已知點的坐標，求出任意一點的照度。
第三步，在建立模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用已知點的光照度和待定點的坐標為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，計算出相應(yīng)點的光照度。
為了實現(xiàn)設(shè)計目的，在設(shè)計過程中應(yīng)用分級控制方法，不同的燈具作為相應(yīng)的子節(jié)點，集中控制器對不同子節(jié)點進行控制，同時將集中控制器連接在中央控制器中。其中子節(jié)點可以是無線燈光控制的節(jié)點，集控器是無線節(jié)點的集中控制單元，機控軟件選為局域網(wǎng)PC機的控制軟件。
燈光控制可以應(yīng)用無線通信和無線節(jié)點實現(xiàn)集中控制，其中將無線節(jié)點集中控制器連接在局域網(wǎng)服務(wù)器上，在局域網(wǎng)服務(wù)器的幫助下，可以連接到外網(wǎng)服務(wù)器上，收集、PC設(shè)備等都可以借助外網(wǎng)服務(wù)器對燈光進行監(jiān)測。
系統(tǒng)硬件設(shè)計方面，主要涉及到節(jié)點模塊和集控模塊的設(shè)計。子節(jié)點設(shè)計的重點在無線接收模塊和照度檢測模塊。其中無線接收模塊可以及時準確地獲取信號，并對信號進行解碼，如果解碼有效，解碼信號將會在處理器中被處理，可以結(jié)合實際信號，將不同占空比的PWM信號輸出，實現(xiàn)燈光的驅(qū)動和調(diào)節(jié)。如果解碼信號無效，將不會做出任何處理。照度檢測模塊主要實現(xiàn)對光通量的變化進行檢測，如果光通量出現(xiàn)變化，可以及時將信號反饋到中央處理器，對信號進行分析處理后對PWM進行調(diào)節(jié)。集控器設(shè)計過程中應(yīng)用多個中央處理器協(xié)同工作，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)和信號模擬，將模擬信號轉(zhuǎn)換為控制信號，同時中央處理器也可以實現(xiàn)編碼，及時將編碼發(fā)射出去。
3 基于物聯(lián)網(wǎng)的LED室內(nèi)照明系統(tǒng)的設(shè)計趨勢
在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸普及的同時，智慧城市的建設(shè)理念也被人們接受，設(shè)計師在融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的過程中，對室內(nèi)LED照明系統(tǒng)進行深入研究，在未來的發(fā)展過程中，照明系統(tǒng)體現(xiàn)出自適應(yīng)和自管理的優(yōu)勢。
3.1 照明系統(tǒng)借助全面感知的能力實現(xiàn)自適應(yīng)
未來的發(fā)展過程中，室內(nèi)照明系統(tǒng)將體現(xiàn)出“聰明能干”的特點，體現(xiàn)出自適應(yīng)的優(yōu)勢。在應(yīng)用傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)和RFID射頻識別技術(shù)的過程中，照明系統(tǒng)借助內(nèi)部的傳感器系統(tǒng)和微處理系統(tǒng)獲取環(huán)境的變化信息，基于物聯(lián)網(wǎng)的LED照明系統(tǒng)感知環(huán)境信息，可以隨環(huán)境而變，自適應(yīng)地提出解決方案，為人們提供自然的服務(wù)。
將先進的傳感器系統(tǒng)嵌入到物聯(lián)網(wǎng)LED室內(nèi)照明系統(tǒng)中，可以及時感知環(huán)境變化，借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制方法，結(jié)合環(huán)境變化快速制定出工作方案，適應(yīng)用戶的需求，可以節(jié)省用戶的選擇時間，燈具的使用過程也更加人性化和智能化，如果用戶在應(yīng)用的過程中出現(xiàn)生活習(xí)慣的變化，照明系統(tǒng)將會生成新的設(shè)定方式。例如，LED照明系統(tǒng)需要根據(jù)冰箱開啟的時間自動調(diào)節(jié)照度，針對智能型熱水器而言，可以根據(jù)外部環(huán)境溫度的變化，應(yīng)用LED照明系統(tǒng)為用戶提供水溫信息和水量信息。
3.2 照明系統(tǒng)借助智能化技術(shù)實現(xiàn)自管理
未來的發(fā)展過程中，室內(nèi)照明系統(tǒng)將體現(xiàn)出自管理的能力。未來物聯(lián)網(wǎng)LED室內(nèi)照明系統(tǒng)應(yīng)用智能化技術(shù)，打破傳統(tǒng)程序框架的束縛，不僅僅局限于設(shè)計師設(shè)計定的程序，也會不斷改變傳統(tǒng)的被動接受指令和執(zhí)行指令，改變傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中的單一控制方法，而是發(fā)展成為擁有智能化特點、擁有多種思維方式的設(shè)備，可以實現(xiàn)自主識別、自主判斷、自主學(xué)習(xí)等功能。
在對照明燈具自身進行控制的同時，還可以應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能化控制系統(tǒng)，掌握生產(chǎn)流程和運行參數(shù)，對生產(chǎn)環(huán)境進行可靠的監(jiān)控，實現(xiàn)LED產(chǎn)品生產(chǎn)過程的智能化控制和管理，盡可能消除人為因素的影響，保證生產(chǎn)過程中的安全，可以避免生產(chǎn)過程對環(huán)境造成破壞。
4 結(jié)語
信息技術(shù)的發(fā)展為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供了堅實的平臺。將物理網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于LED室內(nèi)照明系統(tǒng)中，擁有可靠的技術(shù)發(fā)展平臺和良好的技術(shù)環(huán)境，有利于實現(xiàn)智慧生活，為人們提供更加便捷、舒適、安全、智能的生活空間。目前，室內(nèi)LED照明系統(tǒng)還處于發(fā)展階段，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，室內(nèi)LED照明系統(tǒng)將會朝著網(wǎng)絡(luò)化、信息化和智慧化方向發(fā)展。LED照明系統(tǒng)不僅綠色環(huán)保，而且有利于提升城市形象、美化居住環(huán)境，為人們提供更加安全舒適的照明系統(tǒng)。
【摘要】 本文結(jié)合中國移動通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及現(xiàn)有室內(nèi)分布系統(tǒng)工程建設(shè)情況，依據(jù)中國移動“四網(wǎng)協(xié)同”室內(nèi)分布系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計及運行效果，對“四網(wǎng)協(xié)同”室內(nèi)分布系統(tǒng)如何設(shè)計，從覆蓋，容量，分區(qū)，切換，外泄，合路等方面進行研究。
【關(guān)鍵詞】 四網(wǎng)協(xié)同 室分設(shè)計 覆蓋 容量 小區(qū)規(guī)劃 切換/外泄 合路
一、引言
隨著通信技術(shù)的發(fā)展，移動通信工程建設(shè)從單一制式建設(shè)發(fā)展到多制式共同建設(shè)，運營商不同制式的網(wǎng)絡(luò)該如何進行業(yè)務(wù)分流？如何利用最少的投資獲取最大的利潤？如何打造覆蓋全面、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量高、數(shù)據(jù)速率快的無線網(wǎng)絡(luò)？這將是未來室內(nèi)分布系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮的重點。
所謂“四網(wǎng)協(xié)同”即通過整體協(xié)同規(guī)劃原則，實現(xiàn)不同區(qū)域、不同場景的差異化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)價值的最大化。
二、“四網(wǎng)協(xié)同”室分設(shè)計研究
2.1四網(wǎng)協(xié)同室分設(shè)計需求細化
在勘測及規(guī)劃前期，設(shè)計人員應(yīng)詳細了解站點環(huán)境，明確覆蓋需求，須考慮當前及未來兩年內(nèi)覆蓋需求區(qū)域?qū)σ苿覩SM/TD-SCDMA/WLAN/TD-LTE四網(wǎng)信號的覆蓋需求，優(yōu)選GSM/TD-SCDMA/WLAN/TD-LTE四網(wǎng)系統(tǒng)同步規(guī)劃。一來在設(shè)計規(guī)劃及工程實施方面可以避免系統(tǒng)調(diào)整架構(gòu)，反復(fù)實施工程，站點多次投資；二來可以方便業(yè)主一體化協(xié)商，降低業(yè)主反感程度，有利于最大化實現(xiàn)“四網(wǎng)協(xié)同”覆蓋要求。
2.2四網(wǎng)協(xié)同室分覆蓋設(shè)計
“四網(wǎng)協(xié)同”系統(tǒng)中，WLAN系統(tǒng)因頻率最高，穿透能力最差，在同等環(huán)境下，室分天線覆蓋區(qū)域衰減最大。加上終端對邊緣場強要求要求大于-80dBm甚至更高，依據(jù)空間損耗L0（dB）=32.44+20lgF+20lgD.（式中，F(xiàn)為頻率，單位MHz；D為移動臺與天線之間的距離，單位KM），可以得出WLAN系統(tǒng)中天線覆蓋半徑大致6～10米，并優(yōu)先天線入戶布放。對于無WLAN系統(tǒng)熱點覆蓋的區(qū)域，如停車場，避難層等，天線覆蓋半徑取10～16米。
對于電梯覆蓋，考慮多系統(tǒng)合路，應(yīng)采用定向壁掛隔三層（主瓣朝電梯廳）或隔四層（主瓣朝電梯井道）布放于電梯井道，確保覆蓋。
“四網(wǎng)協(xié)同”系統(tǒng)中，在規(guī)劃覆蓋天線密度后，可依據(jù)現(xiàn)場環(huán)境確定平面安裝圖。根據(jù)各系統(tǒng)的邊緣覆蓋場強推算出各系統(tǒng)要求的天線口功率，再由天線口功率反推出各個系統(tǒng)所需總功率。由于各系統(tǒng)設(shè)備功率不一致，適用的主要業(yè)務(wù)場景和覆蓋能力也不一樣，從而引發(fā)對“四網(wǎng)協(xié)同”容量探討。
2.3四網(wǎng)協(xié)同室分容量設(shè)計
GSM（GSM900&DCS1800）系統(tǒng)，容量需求主要由話務(wù)需求及覆蓋需求決定。目前話務(wù)一般是這樣計算：話務(wù)量=站點人流量×手機用戶比例×移動用戶比例×每用戶忙時話務(wù)×修正因子。覆蓋方面，依據(jù)“降三高”及“話務(wù)下沉”的原則，單小區(qū)配置不高于8，對于部分無線利用率偏高，用戶需求較高的區(qū)域，可采用GSM900與DCS1800混頻組網(wǎng)。
TD-SCDMA系統(tǒng)，容量主要由數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求來決定，即數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)大概占語音業(yè)務(wù)的30%，TD-SCDMA系統(tǒng)容量暫時按照2G語音業(yè)務(wù)×1.3計算。
WLAN系統(tǒng)，容量需求主要由用戶數(shù)量來決定。一般每個AP大約支持30個用戶。對于用戶超高區(qū)域。如場館/會所/機場等區(qū)域，可加入單獨AP覆蓋，以緩解容量壓力。
TD-LTE系統(tǒng)，容量估算的方法與GSM/TD-SCDMA/ WLAN系統(tǒng)的容量估算方法不同，由于影響TD-LTE容量估算的因素較多，包括結(jié)構(gòu)環(huán)境、干擾抑制、設(shè)備性能等因素，目前，行業(yè)內(nèi)主要是通過設(shè)計仿真，現(xiàn)場測試，然后統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)的方法獲得不同無線場景下、網(wǎng)絡(luò)和UE不同配置下的小區(qū)吞吐量和小區(qū)邊緣吞吐量。
2.4四網(wǎng)協(xié)同室分分區(qū)規(guī)劃設(shè)計
GSM（GSM900&DCS1800）系統(tǒng)，分區(qū)需求主要由容量需求，覆蓋需求，頻率規(guī)范決定。針對用戶密度高地區(qū)，無線利用率偏高，出現(xiàn)話務(wù)擁塞等現(xiàn)象時。可以將原有小區(qū)劃分為若干單小區(qū)，滿足話務(wù)量高的需要。覆蓋方面，由于系統(tǒng)覆蓋面積大，饋線布放難度高，饋線損耗大，所以必須將覆蓋區(qū)域分為若干單小區(qū)。頻率方面，由于小區(qū)較多，會出現(xiàn)同鄰頻干擾現(xiàn)象，加上容量的影響，可以采用GSM900&DCS1800混頻組網(wǎng)分區(qū)。
TD-SCDMA系統(tǒng)，分區(qū)主要由容量需求及系統(tǒng)升級需求決定。TD-SCDMA系統(tǒng)分區(qū)規(guī)劃一般是：單小區(qū)RRU數(shù)量優(yōu)先不超過6臺，各光口RRU級聯(lián)數(shù)量不超過3臺。
WLAN系統(tǒng)，分區(qū)主要由容量需求及頻率規(guī)劃決定。容量需求分區(qū)，可以采用2.4G與5.8G分區(qū)覆蓋相結(jié)合。頻率規(guī)劃，WLAN系統(tǒng)現(xiàn)網(wǎng)頻點的1，6，11可交替使用。
TD-LTE系統(tǒng)，分區(qū)主要由頻率規(guī)劃及系統(tǒng)規(guī)模決定。由于TD-LTE子載波眾多，室內(nèi)系統(tǒng)大都采用O1配置。因此業(yè)務(wù)需求須設(shè)置多個小區(qū)時，相鄰小區(qū)間建議采用異頻組網(wǎng)。并在建筑物內(nèi)利用自然阻隔合理進行頻率規(guī)劃。同層小區(qū)間頻率也可交錯復(fù)用，受系統(tǒng)規(guī)模影響，當單小區(qū)LTE RRU數(shù)量超過6臺時須分區(qū)。
2.5四網(wǎng)協(xié)同室分切換/外泄設(shè)計
“四網(wǎng)協(xié)同”系統(tǒng)中，運營商為了充分利用系統(tǒng)資源，并適應(yīng)話音向數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)升級轉(zhuǎn)型，已經(jīng)在各系統(tǒng)間做了優(yōu)化切換。常見的如：2G/3G網(wǎng)絡(luò)互操作，G/T網(wǎng)絡(luò)分流等。在此只對室內(nèi)分布系統(tǒng)部分進行探討。
GSM（GSM900&DCS1800）系統(tǒng)，切換主要指室分系統(tǒng)各小區(qū)之間及室內(nèi)與室外信號的切換。室分系統(tǒng)各小區(qū)切換主要表現(xiàn)為混頻組網(wǎng)切換，樓宇上下切換，樓層左右切換，覆蓋區(qū)同心圓切換，各覆蓋小區(qū)與切換小區(qū)切換，電梯與樓層切換等。
針對室分小區(qū)內(nèi)部切換，我們可以采取以下幾種方法：
A.加大切換區(qū)域，即在切換邊界區(qū)域?qū)⒋袚Q的小區(qū)信號加強，保留足夠的緩沖區(qū)域。
B.無法加大切換區(qū)域時，盡量減少切換。可以借助電梯井道，建筑物天花板、墻體等自身障礙物產(chǎn)生的穿透損耗形成小區(qū)間的隔離。
針對室分小區(qū)與室外小區(qū)切換，除了考慮以上方法，還必須考慮外泄問題：常用防止外泄的方法有：
在臨界區(qū)域使用定向天線。
利用現(xiàn)場建筑物特點，依靠建筑物的遮擋防止外泄。
現(xiàn)場無法安裝定向天線且天線無遮擋時，可適當降低室內(nèi)吸頂天線口功率防止外泄。
2.6四網(wǎng)協(xié)同室分合路方式設(shè)計
目前室內(nèi)分布系統(tǒng)由于通信制式的增加基本都經(jīng)過了多次工程建設(shè)，大多采用了多系統(tǒng)合路共天饋系統(tǒng)方式。但多次合路帶來的后果就是：合路器的插損導(dǎo)致各系統(tǒng)功率下降，加上工程工藝質(zhì)量差或器件質(zhì)量差導(dǎo)致多系統(tǒng)指標惡化。設(shè)計上建議優(yōu)先使用高性能四頻合路器，以滿足“四網(wǎng)協(xié)同”多系統(tǒng)室內(nèi)分布系統(tǒng)合路要求。
三、結(jié)語
四網(wǎng)協(xié)同是綜合考慮網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、建設(shè)與融合，最終目的是提升客戶感知、挖掘管道價值。它既可以均衡網(wǎng)絡(luò)容量、引導(dǎo)業(yè)務(wù)分流、保障用戶體驗，提升整體管道價值，也符合中國移動提出的建設(shè)“六分在設(shè)計方案、三分在產(chǎn)品質(zhì)量、一分在工程實施”的工程優(yōu)生理念。
