引言隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的普及和應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，智能監(jiān)測系統(tǒng)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。特別是在突發(fā)事件監(jiān)測領(lǐng)域，智能監(jiān)測系統(tǒng)可以提供更加準(zhǔn)確、快速的監(jiān)測方式，為保護(hù)人民生命財產(chǎn)安全提供了更強有力的技術(shù)支持。傳統(tǒng)的突發(fā)事件監(jiān)測方式主要依靠專業(yè)人員的巡查和人工報警，這種方式存在很多弊端，如監(jiān)測效率低、響應(yīng)速度慢、人為因素干擾等問題，不能滿足現(xiàn)代社會對于突發(fā)事件監(jiān)測的要求。而基于物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)測系統(tǒng)可以通過相關(guān)的傳感器、網(wǎng)絡(luò)通和數(shù)據(jù)處理等技術(shù)來實現(xiàn)對需要監(jiān)測是環(huán)境參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等信息進(jìn)行自動采集、分析和處理，從而實現(xiàn)對突發(fā)事件的實時監(jiān)測和預(yù)警。這種智能監(jiān)測系統(tǒng)不僅可以提高監(jiān)測效率和響應(yīng)速度，還可以降低人工成本和減少人為干擾，具有非常重要的應(yīng)用價值和推廣的意義。本次主要是設(shè)計并實現(xiàn)一種基于物聯(lián)網(wǎng)的突發(fā)事件智能監(jiān)測系統(tǒng)，用來提高應(yīng)對突發(fā)事件的系統(tǒng)監(jiān)測效率和響應(yīng)速度。該系統(tǒng)將傳感器、通信模塊、數(shù)據(jù)處理單元等集成在一起，通過無線通信技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理，同時具備實時報警功能，當(dāng)環(huán)境參數(shù)超出預(yù)定閾值時，系統(tǒng)會自動向相關(guān)人員發(fā)送報警信息，提醒其及時采取措施。在設(shè)計過程中，主要考慮了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和實用性。首先，選擇了合適的傳感器和通信模塊，確保系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地采集和傳輸數(shù)據(jù)。其次，采用高效的數(shù)據(jù)處理算法，從而能夠保證系統(tǒng)在運行時能夠快速對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。最后，進(jìn)一步實現(xiàn)實時報警的功能，并對系統(tǒng)進(jìn)行了全面的測試和評估，驗證了系統(tǒng)的可行性和實用性。通過本文的研究和實踐，深刻認(rèn)識到基于物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)測系統(tǒng)在突發(fā)事件監(jiān)測領(lǐng)域的重要作用和應(yīng)用價值。未來，將進(jìn)一步完善系統(tǒng)的功能和性能，擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，為突發(fā)事件監(jiān)測領(lǐng)域的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。1系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)主要包括服務(wù)端和客戶端兩個主體部分。在需要實現(xiàn)的服務(wù)端設(shè)計方面，采用的是STM32F103C8T6單片機作為主要控制器部件，配合檢測溫濕度的傳感器、可燃?xì)怏w檢測傳感器、火焰采集傳感器等多個模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過無線WiFi模塊將采集到的相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)實時的傳送到客戶端?？蛻舳瞬捎肣T進(jìn)行上位機設(shè)計，顯示數(shù)據(jù)并設(shè)置環(huán)境參數(shù)閾值，同時與服務(wù)端通過無線模塊連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與命令交互與相關(guān)硬件設(shè)備的控制。1.1服務(wù)端設(shè)計1.1.1控制器選擇在設(shè)計服務(wù)端的硬件設(shè)備是，選取的是STM32控制器，這個芯片是一款性能優(yōu)異、價格比較實惠的ARM系列微控制器，特點就是具有高速的運算能力和豐富的外設(shè)硬件資源，尤其適合用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的智能監(jiān)測系統(tǒng)中。該芯片主頻為72MHz，內(nèi)部設(shè)計和集成了一個具有64KB大小的Flash存儲器和20KB大小的RAM存儲器，可以支持多種型號的外設(shè)接口，包括ADC、SPI、I2C、USART等，能夠滿足系統(tǒng)對于高性能、低功耗的要求。1.1.2傳感器模塊對于參數(shù)采集的需求，系統(tǒng)采用了多個可靠的傳感器模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集操作，其中就包括溫濕度采集傳感器、可燃?xì)怏w濃度傳感器和火焰情況傳感器。溫濕度傳感器通過內(nèi)置的高效采集電路來采集周圍環(huán)境的溫度和濕度信息，快速反映環(huán)境變化情況，為突發(fā)事件監(jiān)測提供重要數(shù)據(jù)支撐。對于可燃?xì)怏w濃度檢測的傳感器，可以實時的監(jiān)測周圍環(huán)境中可燃?xì)怏w濃度情況，一旦模塊檢測到周圍環(huán)境的相關(guān)濃度超出預(yù)設(shè)閾值的可燃?xì)怏w濃度，即可及時進(jìn)行報警處理，避免事故發(fā)生?；鹧?zhèn)鞲衅鲃t是通過監(jiān)測周圍環(huán)境中的火焰信號，判斷是否存在火災(zāi)等突發(fā)事件，并及時報警提示相關(guān)人員采取措施。這些用于采集環(huán)境數(shù)據(jù)的傳感器模塊可以通過通信接口與STM32單片機的硬件接口相連接，實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)等信息的自動采集和分析，從而為服務(wù)端提供準(zhǔn)確、全面的監(jiān)測數(shù)據(jù)。1.1.3數(shù)據(jù)處理服務(wù)端通過接收多個傳感器模塊采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行實時的處理，再進(jìn)一步通過無線WiFi模塊將處理完成的數(shù)據(jù)傳送至客戶端。具體的相關(guān)實現(xiàn)過程如下：首先，作為服務(wù)端核心的硬件部分通過內(nèi)置的ADC片上外設(shè)模塊對溫濕度傳感器、可燃?xì)怏w傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鬟M(jìn)行數(shù)據(jù)信號高速的采集，將所得到的信號轉(zhuǎn)換成便于處理的數(shù)字信號，并將數(shù)據(jù)存儲到芯片內(nèi)部的暫存寄存器中；接著，服務(wù)端按照軟件驅(qū)動的方式，通過處理算法對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的分析和處理，實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)變化的實時監(jiān)測和預(yù)警；最后，服務(wù)端通過WiFi模塊將處理完成的數(shù)據(jù)傳送至客戶端，與客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和命令控制。1.2客戶端設(shè)計1.2.1上位機設(shè)計客戶端采用QT進(jìn)行上位機設(shè)計，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示和環(huán)境參數(shù)閾值的設(shè)置。具體實現(xiàn)過程如下：首先，客戶端通過WiFi模塊連接至服務(wù)端，接收服務(wù)端傳送過來的監(jiān)測數(shù)據(jù)；接著，客戶端通過QT進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析和顯示，將監(jiān)測結(jié)果以可視化的方式展示給用戶，方便用戶了解周圍環(huán)境的變化情況；最后，客戶端還可以通過QT進(jìn)行監(jiān)測系統(tǒng)異常環(huán)境參數(shù)閾值的設(shè)置，即監(jiān)測到的環(huán)境參數(shù)超過預(yù)設(shè)的環(huán)境閾值時，系統(tǒng)就會自動的向相關(guān)人員發(fā)送預(yù)設(shè)的報警提示信息，從而提醒工作人員采取一些應(yīng)急措施。1.2.2數(shù)據(jù)傳輸對于客戶端是如何通過WiFi模塊與服務(wù)端進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸和命令交互。具體是實現(xiàn)過程如下：客戶端通過WiFi連接功能與服務(wù)端進(jìn)行互聯(lián)互通，進(jìn)而建立網(wǎng)絡(luò)通信鏈路；客戶端是可以向服務(wù)端隨時的發(fā)送一些命令，例如設(shè)置環(huán)境參數(shù)閾值以及開啟一些應(yīng)急設(shè)施；服務(wù)端在接收到客戶端發(fā)送過來的命令之后，就可以對其進(jìn)行相關(guān)的處理，并將處理的結(jié)果和狀態(tài)及時的返回給客戶端查看。通過這種數(shù)據(jù)交互傳輸?shù)姆绞?，客戶端和服?wù)端之間的可以實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸和命令交互操作，從而實現(xiàn)對突發(fā)事件的實時監(jiān)測和處理。本系設(shè)計并實現(xiàn)的是一種基于物聯(lián)網(wǎng)的突發(fā)事件智能監(jiān)測系統(tǒng)，這個系統(tǒng)是通過將多個傳感器模塊采集的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，并通過WiFi模塊將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送至客戶端，實現(xiàn)對突發(fā)事件的實時監(jiān)測和預(yù)警。該系統(tǒng)具有監(jiān)測效率高、響應(yīng)速度快、可靠性高等優(yōu)點。2硬件平臺介紹2.1主控開發(fā)板如圖2-1所示，STM32F103C8T6是一款由意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）公司開發(fā)的ARMCortex-M3內(nèi)核微控制器。該芯片性能優(yōu)異、價格實惠，采用了32位數(shù)據(jù)總線、32位地址總線和16位指令集，支持單周期訪問Flash存儲器，具有高效的指令集和強大的運算能力，可滿足高性能、低功耗嵌入式應(yīng)用的需求。作為一款微控制器，STM32F103C8T6的存儲器是非常重要的組成部分。這個主控芯片擁有Flash存儲器和RAM存儲器，這些存儲器的大小直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。Flash存儲器可用于存儲程序代碼和數(shù)據(jù)，具有良好的數(shù)據(jù)保護(hù)功能和電擦除能力。RAM存儲器則用于存儲程序運行時所需的數(shù)據(jù)、棧和堆等，具有快速讀寫能力和低功耗特性。此外，該芯片還支持EEPROM存儲器，可以實現(xiàn)非易失性數(shù)據(jù)的長久存儲，從而確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性以及可靠性。這個單片機可以支持多種外設(shè)接口，其中的ADC模塊可以用于對電子器件的模擬信號進(jìn)行高頻率的采樣和轉(zhuǎn)換操作，將其由模擬信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)提供給CPU進(jìn)行相關(guān)的處理。SPI接口可用于實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和控制，支持主從模式和全雙工通信模式。IIC接口也是一種在嵌入式系統(tǒng)中常用的串行數(shù)據(jù)通信的接口，可以用于連接多個具有相同協(xié)議的從屬設(shè)備，實現(xiàn)多點通信。USART接口則是一種通用異步收發(fā)器，可以實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)傳輸和通信控制。這些外設(shè)接口的存在使得STM32F103C8T6能夠滿足各種應(yīng)用場景的需求。中斷控制器功能強大支持NVIC（NestedVectoredInterruptController），就是常用的中斷控制器，可以實現(xiàn)高效的中斷處理和優(yōu)先級別的控制。該芯片提供了16個中斷通道和4個優(yōu)先級組，可以通過配置中斷優(yōu)先級來實現(xiàn)對中斷的響應(yīng)和控制。中斷處理機制是嵌入式系統(tǒng)中非常重要的一個部分，能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)異?；蛘咛囟ㄊ录l(fā)生時及時響應(yīng)和處理，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。電源管理也是STM32F103C8T6的一大特點。芯片具有著多種的低功耗模式和節(jié)能控制功能，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景和不同的需求選擇合適的功耗模式來實現(xiàn)電量控制和節(jié)能優(yōu)化設(shè)計。此外，還支持電源保護(hù)機制，比如過壓電源保護(hù)、欠壓識別保護(hù)、過流過載保護(hù)和短路保護(hù)等，可以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。該芯片具有高效的指令集和強大的運算能力、大容量存儲器、豐富的外設(shè)資源、強大的中斷處理機制和可靠的電源管理功能等多種優(yōu)點，足夠滿足在此項目中的應(yīng)用場景需求。圖2-1STM32F103C8T62.2DHT11溫濕度模塊如圖2-2所示，為DHT11溫濕度檢測傳感器的控制模塊，這個傳感器的內(nèi)部特別設(shè)計了一套功能電路，它能將精確校準(zhǔn)后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為輸出數(shù)據(jù)，這使得與其他類型的傳感器在設(shè)計上就有所不同。DHT11模塊是一款復(fù)合型的傳感器，它將溫度和濕度的檢測裝整合在一起。這個傳感器能夠測量環(huán)境濕度參數(shù)的范圍是5~95%RH，同時它也能測量溫度的范圍是-20~+60攝氏度。在測量精度方面，濕度的測量誤差為±5%RH，而溫度的測量誤差是±2攝氏度。這樣的精度基本上能滿足日常應(yīng)用場景的需求，同樣符合本設(shè)計的需求。圖2-2DHT11模塊2.3氣體檢測模塊如圖2-3所示，MQ-2煙霧傳感器是一種常見的氣體檢測設(shè)備，廣泛用于廚房、餐廳和特殊建筑物中，主要是用于檢測氣體排放和泄漏的情況。主要適用于液化氣和煙霧等有害氣體的濃度監(jiān)測。從圖中可以看出，MQ-2煙霧傳感器實際上是一種多功能的空氣質(zhì)量檢測傳感器，其應(yīng)用范圍非常廣泛。圖2-3MQ氣體檢測模塊這款傳感器的技術(shù)特點顯著，其中就包括高靈敏度、快速響應(yīng)、穩(wěn)定性好、壽命長以及驅(qū)動控制電路極其的簡單等。和其他的敏感電阻元件傳感器類似，也是利用敏感特性電阻電路元件的不同材料特點來設(shè)計和制造的。核心結(jié)構(gòu)就是由一種稱為二氧化錫的化學(xué)氧化物質(zhì)來構(gòu)成的，這是一種具有氣敏性的半導(dǎo)體電阻材料。它的工作原理就是，當(dāng)傳感器一直的保持在200~300攝氏度的特定溫度時，二氧化錫物質(zhì)材料就會吸附環(huán)境空氣中的氧離子。由于材料的物理特性，吸附的氧離子會導(dǎo)致傳感器的內(nèi)部半導(dǎo)體材料中存在的電子數(shù)量顯著的減少，進(jìn)而降低電勢能，使得電阻材料的電阻值明顯的上升?；谶@一特性，MQ-2被制作為氣體檢測器件。當(dāng)傳感器的敏感部件接觸到煙霧時，離子的濃度變化會影響到傳感器終端敏感材料表面的導(dǎo)電特性。利用這種較為顯著的變化特性，可以獲取煙霧中氣體的數(shù)據(jù)和信息。煙霧中離子的濃度越高，導(dǎo)電的性能就越強，進(jìn)而輸出的電阻值就會越低，最終產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和模擬信號就越多越明顯。通過轉(zhuǎn)化這些變化關(guān)系，就可以得到所需的物理量。在系統(tǒng)中用到的這個模塊是已經(jīng)集成好的電子器件，只需要采集模擬信號量就行。這些模擬信號是原始的未經(jīng)過處理的信息，經(jīng)過主控的采集和算法的轉(zhuǎn)換后，以易于理解的形式呈現(xiàn)出來。AD信號采集方法是將電壓信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，從而得到精確的煙霧濃度值。這種方法使我們能夠更直觀地了解環(huán)境中被測氣體的實際濃度。2.4GSM模塊GSM模塊是一種用于移動通信的設(shè)備，它在現(xiàn)代社會中扮演著連接設(shè)備與GSM網(wǎng)絡(luò)之間的重要角色，推動了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。GSM（GlobalSystemforMobileCommunications）采用TDMA（時分多址）技術(shù)，將信道分為8個時隙，每個時隙持續(xù)時間為15/26毫秒，并且由通用基站的附屬子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)運營商支持系統(tǒng)三部分組成。GSM模塊作為連接設(shè)備與基站子系統(tǒng)之間的橋梁，具有完整的GSM/GPRS協(xié)議棧，這樣就可以連接到移動端的通信網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步實現(xiàn)短信是發(fā)送和接收、語音通話功能、GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)韧ㄐ殴δ?。GSM模塊的特點包括有通信接口的豐富、低功耗的電路設(shè)計、高度集成的基帶、射頻解調(diào)器以及可靠的性能和技術(shù)支持。這使得GSM通信模塊適用于各種各樣的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和嵌入式系統(tǒng)的通信需求。在物聯(lián)網(wǎng)及其他相關(guān)的行業(yè)領(lǐng)域，GSM模塊作為連接其它設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，提供安全可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道，促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。它也被廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控領(lǐng)域，例如電力設(shè)備、水利設(shè)備、交通設(shè)施、工業(yè)自動化等，通過GSM模塊可以實現(xiàn)對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，及時獲取設(shè)備狀態(tài)和運行數(shù)據(jù)，確保設(shè)備的正常運行。此外，這個數(shù)據(jù)通信模塊還在智能家居的系統(tǒng)和車聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)有著重要功能。在智能家居的系統(tǒng)設(shè)計工程中，GSM模塊可以發(fā)揮自身通信頻率和成熟基帶的優(yōu)勢實現(xiàn)對家居設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控功能，提高家居設(shè)備的自動化控制和管理水平；而在車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，GSM模塊可以實現(xiàn)對車輛狀態(tài)和位置的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制，提高車輛的安全性、便利性和舒適性。GSM模塊作為連接設(shè)備與GSM網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁，在物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、遠(yuǎn)程監(jiān)控和車聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。其通信功能、豐富的接口、低功耗設(shè)計、高度集成和可靠性等特點，使其成為推動現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展和智能化應(yīng)用的重要組成部分?？紤]到以上的優(yōu)勢與實際應(yīng)用的場景相結(jié)合，選取了該模塊作為系統(tǒng)的一部分，通過開發(fā)提供的功能，盡可能的將該模塊充分利用。2-4GSM模塊2.5執(zhí)行模塊2.5.1風(fēng)扇模塊考慮到系統(tǒng)的綜合應(yīng)用要求，在本次的設(shè)計中選取了直流小電機作為風(fēng)扇模塊。當(dāng)系統(tǒng)環(huán)境中的溫度超出設(shè)定值的時候，風(fēng)扇模塊會自動開啟進(jìn)行通風(fēng)散熱功能。同時，該模塊還可以由手機端APP上的按鈕進(jìn)行控制，當(dāng)風(fēng)扇開啟按鈕按下，可以打開風(fēng)扇模塊，按下關(guān)閉按鈕，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動。圖2-5風(fēng)扇模塊2.5.2水泵模塊與溫度檢測控制風(fēng)扇模塊一樣，對于火焰的情況處理也是這樣。采取水泵滅火的方案，當(dāng)檢測到火情出現(xiàn)時，及時的打開水泵模塊進(jìn)行滅火操作。這樣在一定程度上可以降低財產(chǎn)的損失以及人員的傷亡。此外，當(dāng)溫度模塊損壞或者異常報警時，APP也可以通過界面上的按鈕進(jìn)行開啟或者關(guān)閉水泵執(zhí)行模塊的操作。圖2-6水泵模塊3硬件電路系統(tǒng)設(shè)計3.1主控芯片電路如圖3-1所示，采用的是STM32F103C8T6最小系統(tǒng)板來作為設(shè)計的主控單元，豐富的硬件管腳以及內(nèi)置的片上設(shè)備足夠驅(qū)動系統(tǒng)的正常使用。圖3-1最小系統(tǒng)原理圖3.2傳感器數(shù)據(jù)采集電路在此次報警系統(tǒng)的設(shè)計中，運用了模塊化的設(shè)計理念，即CPU主控和傳感器都采用模塊化實現(xiàn)。鑒于模塊種類繁多且精細(xì)，項目設(shè)計最終需要將它們整合在一起，以確保系統(tǒng)的完整性和功能性。為此，在AD軟件中設(shè)計了PCB電路板，將各個模塊集中于一塊電路板之上。使用PCB電路板有效避免了電路干擾，同時將復(fù)雜的線路清晰地印制在板材上，這既方便了批量生產(chǎn)，也便于后期模塊的更換或維修。通過采用電路板制作方式，成功降低了電子產(chǎn)品的重量。同時，個性化的電路板設(shè)計方法使得產(chǎn)品能夠去除多余區(qū)域，進(jìn)而大幅降低成本。在電路設(shè)計過程中，采用不同器件的布線方式和電路處理工具，來優(yōu)化電子設(shè)備的工作可靠性和產(chǎn)品的質(zhì)量。這樣標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)設(shè)計方法也促進(jìn)了大規(guī)模焊接和自動化生產(chǎn)的實現(xiàn)，提高了批量生產(chǎn)的工作效率。這種方法在各類應(yīng)用產(chǎn)品中得到了廣泛采用，展現(xiàn)了其優(yōu)越性和實用性。具體原理與PCB，如圖3-2所示。圖3-2PCB板塊及原理圖3.2.1DHT11溫濕度模塊驅(qū)動如圖3-3所示，對于溫濕度采集模塊DHT11來說，因為它的數(shù)據(jù)傳輸口是漏極開路，由于特殊的電平特性造成的影響，如果是不接一個上拉電阻的情況，就會導(dǎo)致只輸出低電平和高阻態(tài)這兩種模式，從而不能輸出高電平狀態(tài)，所以在設(shè)計的時候就需要外接一個上拉電阻來解決這個問題的影響。DHT11模塊的實際工作的電流也就是1mA，VCC接模塊的5V或者3.3V接口。對于上拉阻的選取根據(jù)公式R=5/1=5KΩ，所以，一般3.3k~10k就可以。圖3-3DHT11溫濕度模塊原理圖3.2.2氣體檢測電路設(shè)計如圖3-4所示，MQ型號的煙霧傳感器采用的二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料作為其核心的部件，屬于是表面離子式的N型半導(dǎo)體中的一種材料。當(dāng)該傳感器與煙霧接觸的時候，這個材料介質(zhì)的表面導(dǎo)電率就會發(fā)生一些變化。利用這一個特性，傳感器可以有效地檢測煙霧的存在和濃度情況。煙霧的濃度越高，也就意味著導(dǎo)電率也就是越大，這就會導(dǎo)致輸出的電阻因此降低，進(jìn)而產(chǎn)生出更大的模擬信號量輸出。這一物理機制使得傳感器能夠準(zhǔn)確獲取煙霧的濃度信息。于是，在設(shè)計電子電路時要綜合考慮其中的影響。圖3-4MQ-2煙霧傳感器模塊4軟件驅(qū)動設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的實際要求，首先系統(tǒng)上電進(jìn)入初始化階段，進(jìn)一步加載傳感器驅(qū)動。系統(tǒng)通過實時采集的環(huán)境數(shù)據(jù)與閾值做出對比，從而確定是否進(jìn)入報警模式，一旦進(jìn)入報警狀態(tài)，對應(yīng)的執(zhí)行模塊就會開啟進(jìn)行相關(guān)應(yīng)急操作。在這個報警系統(tǒng)之中主要是對環(huán)境中存在的溫濕度、氣體以及火焰情況等物理參數(shù)進(jìn)行的采集。其次就是，選擇STM32作為主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理以及核心算數(shù)和邏輯的運算。再者就是，采集的環(huán)境數(shù)據(jù)顯示，采取WiFi模塊上傳實時數(shù)據(jù)，并且移動端顯示當(dāng)前環(huán)境數(shù)據(jù)。圖4-1系統(tǒng)流程4.1傳感器驅(qū)動4.1.1DHT11溫濕度模塊驅(qū)動和之前設(shè)計的整體系統(tǒng)一樣的原理，軟件也按照模塊化驅(qū)動實現(xiàn)。模塊化編程在這里是通過逐一實現(xiàn)不同模塊的軟件驅(qū)動代碼，最終整合到一個完整的系統(tǒng)之中。在DHT11傳感器的驅(qū)動中，重點是在于實現(xiàn)傳感器的通信驅(qū)動過程。這一過程就涉及對時序電路的深入分析和利用，并且通過編程控制硬件的數(shù)據(jù)引腳，按照協(xié)議規(guī)定的時序完成電平的高低設(shè)置和數(shù)據(jù)的檢測。檢測到的模擬數(shù)據(jù)隨后被轉(zhuǎn)換為更加易于理解和接受的數(shù)據(jù)形式，呈現(xiàn)在顯示的設(shè)備上，來供用戶查看。圖4-2DHT11工作流程對應(yīng)的模塊軟件設(shè)計，就是使用一個傳感器或者一個其它的外部設(shè)備，這就需要存在一個與其對應(yīng)的連接口來進(jìn)行硬件設(shè)備的連接，這樣才能夠保證傳輸數(shù)據(jù)通路的有效執(zhí)行。staticvoiddht11_GPIO_initConfig(void){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;DHT11_Dout_SCK_APBxClock_FUN(DHT11_Dout_GPIO_CLK,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=DHT11_Dout_GPIO_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(DHT11_Dout_GPIO_PORT,&GPIO_InitStructure); }下一步就是，考慮到該設(shè)施硬件模塊采用單數(shù)據(jù)線的連接模式，即單總線通信方式。STM32作為核心處理器，具備在單個輸入輸出引腳上靈活選擇多種模式的能力，這包括引腳的功能模式設(shè)置。在本應(yīng)用中，就會特別的選擇將引腳配置為上拉輸入電平的模式及推挽輸出的模式。為確保數(shù)據(jù)的有效傳輸，需要設(shè)定一個相應(yīng)的通信模式操作，在這里涉及到的輸入模式和輸出模式的切換。以下是對應(yīng)的輸入驅(qū)動程序的實現(xiàn)代碼片段：staticvoidDHT11_Mode_Out_PP(void){ GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=DHT11_Dout_GPIO_PIN; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(DHT11_Dout_GPIO_PORT,&GPIO_InitStructure_o); }系統(tǒng)通過精確的配置引腳模式和編寫相應(yīng)驅(qū)動程序，就可以實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的單總線通信，確保設(shè)施硬件模塊與STM32之間的數(shù)據(jù)傳輸高效且準(zhǔn)確。完成驅(qū)動的初始化工作之后，驅(qū)動就會運行正常，也就是可以開始數(shù)據(jù)的讀取流程。在這一過程中，系統(tǒng)采集的是環(huán)境中的溫度和濕度參數(shù)。數(shù)據(jù)讀取的核心在于通過通信協(xié)議之后在主控芯片和從屬器件間進(jìn)行規(guī)律性的碼流交互過程。在DHT11傳感器應(yīng)用之中，涉及到對數(shù)據(jù)的傳輸所用引腳電平控制的操作，并且需要結(jié)合軟件驅(qū)動程序，來確保數(shù)據(jù)模式的匹配，進(jìn)而將數(shù)據(jù)按既定格式整理。在數(shù)據(jù)處理過程上，系統(tǒng)采用的是一個包含40比特位數(shù)據(jù)位的數(shù)據(jù)包格式，遵循的第最高位先傳輸?shù)脑瓌t。具體而言，就是數(shù)據(jù)包里面包括連續(xù)的十六位濕度數(shù)據(jù)、十六位溫度數(shù)據(jù)以及八位的校驗數(shù)據(jù)。這種格式的設(shè)計確保了數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。staticu8DH11_readdataByte(void);此函數(shù)的功能就是用于執(zhí)行數(shù)據(jù)的整合與傳輸操作，確保數(shù)據(jù)按照預(yù)定格式進(jìn)行打包和發(fā)送。4.1.2MQ-2煙霧模塊驅(qū)動如圖4-3所示，對于MQ-2煙霧模塊驅(qū)動的設(shè)計，這個模塊集成了高效的電壓轉(zhuǎn)換功能，使得模塊能夠?qū)崟r檢測周圍環(huán)境中的氣體含量，并將檢測到的數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換后直接展示在屏幕上，為用戶提供了直觀、便捷的觀察方式。為了確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，模塊還采用了ADC檢測驅(qū)動技術(shù)，通過對檢測到的電壓值進(jìn)行精確轉(zhuǎn)換，從而獲取當(dāng)前的氣體濃度信息。這一設(shè)計不僅提高了模塊的檢測精度和響應(yīng)速度，還使得整個系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。同時，MQ-2煙霧模塊還具有廣泛的應(yīng)用范圍，可以廣泛應(yīng)用于家庭、工業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域，為人們的生活和工作提供有力的支持。圖4-3MQ2工作流程將采集到的電壓值轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制參數(shù)：u16get_adc(void){ u16adc_value=0; u8i=0; for(i=0;i<50;i++) { //開始轉(zhuǎn)換 ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE); //轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 while(ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC)!=SET); adc_value=adc_value+ADC_GetConversionValue(ADC1);//讀ADC的值} returnadc_value/50;}4.2主控驅(qū)動如圖4-4所示，在執(zhí)行主函數(shù)main時，系統(tǒng)將對所有所需的硬件管腳進(jìn)行初始化，包括將模塊化的驅(qū)動初始化程序或默認(rèn)設(shè)置狀態(tài)統(tǒng)一整合在主函數(shù)中。為提高使用效率，利用系統(tǒng)內(nèi)部Time4定時器編寫中斷處理函數(shù)，實現(xiàn)相關(guān)的處理功能。圖4-4主控驅(qū)動實現(xiàn)為確保報警系統(tǒng)中對實時性要求較高的溫度檢測能夠準(zhǔn)確且快速地讀取和傳輸，將對應(yīng)的軟件驅(qū)動讀取函數(shù)置于主函數(shù)的大循環(huán)中，采用高頻輪詢式的操作，確保數(shù)據(jù)處理的及時性和準(zhǔn)確性。這種設(shè)計不僅優(yōu)化了系統(tǒng)的性能，還提高了整體的運行的穩(wěn)定性和高度的可靠性。串口通信程序通過利用具有特定功能的引腳接口與外部設(shè)備相連，其中PA9被指定為接收數(shù)據(jù)的輸出引腳。首要的任務(wù)就是是配置這些引腳，將其設(shè)置為輸出模式，以滿足數(shù)據(jù)發(fā)送的需求。通過編寫數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)，實現(xiàn)對不同類型數(shù)據(jù)的封裝和發(fā)送。這種封裝的方式不僅可以提高代碼的復(fù)用性和可讀性，還簡化通過串口發(fā)送數(shù)據(jù)與其他部件進(jìn)行通信的操作過程。這些的函數(shù)可以作為串口通信模塊的重要組成部分，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定、高效的數(shù)據(jù)傳輸能力。5顯示界面設(shè)計在設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)的突發(fā)事件智能監(jiān)測系統(tǒng)的QT界面時，必須充分考慮到QT作為一個跨平臺應(yīng)用開發(fā)軟件的特性。鑒于此，決定利用這個圖形界面設(shè)計工具，開發(fā)一個適用于安卓平臺的應(yīng)用程序，能夠清晰的展示系統(tǒng)的狀態(tài)、數(shù)據(jù)信息和控制按鈕等過年。通過設(shè)計界面布局和合理設(shè)置的控件，用戶是可以直觀的獲取系統(tǒng)運行的狀態(tài)和實時的數(shù)據(jù)，并且可以方便的進(jìn)行相關(guān)操作和控制。在數(shù)據(jù)接收與處理方面，將采用網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收與指令的發(fā)送。通過設(shè)置相應(yīng)的控件，如文本框，來顯示和處理傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并編寫相關(guān)處理函數(shù)對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和處理操作。這樣就可以確保在系統(tǒng)運行之中能夠高效地接收和處理來自其它傳感器和設(shè)備的數(shù)據(jù)，并為后續(xù)的分析和預(yù)警提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)支持。圖5-1數(shù)據(jù)顯示針對突發(fā)事件監(jiān)測功能，我們將在界面中設(shè)置相應(yīng)的控件和按鈕，用于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接功能并調(diào)用相應(yīng)的處理函數(shù)從傳感器實時獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析預(yù)警。這些控件和按鈕的合理設(shè)置和布局將使用戶能夠迅速啟動監(jiān)測功能并實時了解系統(tǒng)的監(jiān)測狀態(tài)，從而及時做出相應(yīng)的響應(yīng)和決策。圖5-2控制按鈕此外，我們還將在界面中加入硬件控制器控制按鈕，以實現(xiàn)對相關(guān)硬件設(shè)備的操控。這些按鈕的設(shè)置將使用戶能夠方便地對系統(tǒng)中的各種硬件設(shè)備進(jìn)行控制和操作，從而進(jìn)一步確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。通過綜合考慮界面布局、控件設(shè)置和功能實現(xiàn)，我們將能夠設(shè)計出一個既美觀大方又功能強大的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)測系統(tǒng)界面，為系統(tǒng)的成功實現(xiàn)提供關(guān)鍵的支持和保障。6成果與結(jié)論6.1項目成果從適應(yīng)多種場景的目的出發(fā)，設(shè)計了這個基于物聯(lián)網(wǎng)的突發(fā)事件智能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。核心的硬件設(shè)備框架構(gòu)建，主要是依托STM32F103C8T6單片機所設(shè)計的最小系統(tǒng)電路板，并且加上環(huán)境傳感器模塊。這些傳感器是通過精心設(shè)計的，在PCB電路板上也是布局合理，模塊巧妙的集成在一個緊湊的區(qū)域內(nèi)，凸顯出印刷電路板布線技術(shù)的優(yōu)越性。在軟件設(shè)計層面上，按照官方提供的標(biāo)準(zhǔn)庫，配置出自己在系統(tǒng)只能怪所需的開發(fā)文件，并且構(gòu)建起完整的開發(fā)工程。卡考慮到編程效率和代碼的可維護(hù)性，采用的是模塊化編程的策略，將各個傳感器的驅(qū)動程序分別編寫在獨立的文件中。在keil開發(fā)工具的環(huán)境下，成功搭建開發(fā)工程，并確保鏈接文件的正確驅(qū)動配置，為后續(xù)的開發(fā)工作奠定堅實的基礎(chǔ)。安裝硬件設(shè)施時，將事先準(zhǔn)備的各個模塊焊接到PCB電路板上面，確保焊盤穩(wěn)定并且沒有虛焊漏焊的情況，確保電路正確連接導(dǎo)通。首先是，接通電路板的系統(tǒng)電源，這些設(shè)備上的電源模塊指示燈就會亮起，如圖5-1所示。圖5-1硬件設(shè)備開機狀態(tài)如圖5-2所示，連接無線網(wǎng)絡(luò)，點擊安卓軟件應(yīng)用進(jìn)入到數(shù)據(jù)顯示界面，按照操作連接正確的IP網(wǎng)絡(luò)之后可以看到當(dāng)前的設(shè)備正常運行，各傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理就會實時的顯示到數(shù)據(jù)的屏幕上。圖5-2數(shù)據(jù)實時顯示顯示界面上除了環(huán)境參數(shù)顯示串口，還具有硬件設(shè)備控制按鈕，按照文本分別點擊按鈕即可控制下位機上的硬件設(shè)備。除了手動控制外，當(dāng)環(huán)境溫度若是超出閾值，這時，在觸發(fā)SIM900A模塊發(fā)送短信給相關(guān)人員的同時，風(fēng)扇也會開啟，作為本地硬件控制來實現(xiàn)應(yīng)急的處理；火焰?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測到有火焰時，考慮到系統(tǒng)的及時性與可靠性，系統(tǒng)除了會采取來電提醒的方式實現(xiàn)預(yù)警，還會觸發(fā)硬件設(shè)備，開啟水泵進(jìn)行滅火操作；煙霧傳感器檢測到系統(tǒng)異常的情況，就會開啟蜂鳴器驚醒報警。6.2項目總結(jié)本項目的設(shè)計與實現(xiàn)旨在為多種場景下的突發(fā)事件提供智能監(jiān)測解決方案。突發(fā)事件是指在日常生活中發(fā)生的、具有突擊性、短時間內(nèi)對人民群眾生命財產(chǎn)安全造成較大危害的突發(fā)事件。它們往往具有突然性、不可預(yù)測性、多樣性和復(fù)雜性，因此需要及時、準(zhǔn)確地獲取環(huán)境信息，進(jìn)行快速反應(yīng)和處置。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將傳感器、單片機、無線通信模塊等硬件設(shè)備相互連接，實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸，并通過客戶端上位機界面進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示和控制操作。同時，該系統(tǒng)還具備報警功能，可以在環(huán)境數(shù)據(jù)異常時及時發(fā)出警報并采取相應(yīng)的應(yīng)急處理措施。在硬件方面，我們自行設(shè)計了PCB電路板，并將各個傳感器集成到一塊面積不大的區(qū)域，從而有效節(jié)省了空間。在電路板設(shè)計過程中，我們考慮到不同場景下的需求，選擇了適合不同場景下使用的傳感器。例如，在火災(zāi)檢測方面，我們采用了煙霧傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鳌Ｔ诤附舆^程中，我們保證了焊盤穩(wěn)定無虛焊漏焊，從而確保電路正確連接導(dǎo)通。為了避免電路板的短路等問題，在設(shè)計電路板時，我們將各個元件之間的距離和線路的走向進(jìn)行了合理規(guī)劃，同時選擇了符合要求的焊錫，以保證電路板的安全性和穩(wěn)定性。在軟件方面，我們采用了模塊化編程方式，將各個傳感器所涉及的驅(qū)動程序分別編寫，并在開發(fā)工具中進(jìn)行鏈接文件配置。通過這種方式，可以有效地提高代碼的重用性和可維護(hù)性。同時，我們還通過算法優(yōu)化和調(diào)試來提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和響應(yīng)速度?？傊卷椖吭O(shè)計與實現(xiàn)充分考慮了多種場景下需求，實現(xiàn)了智能化的監(jiān)測和處理功能，具有較高的實用價值和推廣應(yīng)用前景。該系統(tǒng)不僅可以在家庭、學(xué)校、醫(yī)院等場所中使用，也可以在自然災(zāi)害發(fā)生時，及時檢測環(huán)境數(shù)據(jù)，提醒人們采取應(yīng)急措施，保障人們的生命財產(chǎn)安全。在未來，我們將繼續(xù)研究和改進(jìn)該系統(tǒng)，使其更加智能、高效、便捷，為人們的生活和工作帶來更多的便利和安全。結(jié)語隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能監(jiān)測系統(tǒng)在突發(fā)事件監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)成為一種趨勢。這種系統(tǒng)以其準(zhǔn)確、快速的監(jiān)測方式為社會提供了更強有力的技術(shù)支持，為保護(hù)人民生命財產(chǎn)安全做出了重要貢獻(xiàn)。傳統(tǒng)的監(jiān)測方式存在諸多弊端，而基于物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)測系統(tǒng)通過自動化采集、分析和處理信息的方式，極大地提高了監(jiān)測效率和響應(yīng)速度，降低了人工成本和減少了人為干擾，具有巨大的應(yīng)用潛力和推廣意義。突發(fā)情況智能監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用范圍還是非常廣泛的。這個系統(tǒng)可以適應(yīng)多種場所的報警提示，比如是倉庫廠房和家庭的樓宇環(huán)境中，幾乎無一都使用到相關(guān)的警示系統(tǒng)裝置。在沒有人在或者根本不適合人體進(jìn)入的場合下，系統(tǒng)可以自動的完成系統(tǒng)報警任務(wù)，有效的進(jìn)行突發(fā)情況提示，及時的將出現(xiàn)的異常情況發(fā)現(xiàn)并且啟動報警裝置提示報警。這個系統(tǒng)還有其他的應(yīng)用場景，在眾多的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，溫度控制是至關(guān)重要的。因此，溫度報警的需求也日益凸顯出來。溫度報警器不僅為工業(yè)生產(chǎn)帶來了顯著效益，這個應(yīng)用也廣泛的滲透到人的日常生活中。比方說，家庭中的微波爐和電冰箱均搜配備了溫度報警器，確保設(shè)備運行的安全與穩(wěn)定。在火災(zāi)報警方面，其重要性更是無可替代。火災(zāi)一旦發(fā)生，往往對人們的生產(chǎn)生活造成巨大的破壞。所以，及時的發(fā)現(xiàn)火情對于保障人民生命財產(chǎn)安全具有重大意義。在項目設(shè)計中，特別考慮了火情監(jiān)測的需求，通過引入火焰檢測模塊來實時監(jiān)控環(huán)境內(nèi)的火情狀況，通過來電提醒和發(fā)短息的方式更為高效體現(xiàn)出來，從而降低火災(zāi)帶來的財產(chǎn)損失。此外，人體檢測模塊的應(yīng)用也日漸廣泛，尤其在安防場景或禁止人員進(jìn)入的區(qū)域，通過人體檢測模塊可以有效實現(xiàn)安全監(jiān)控與防范。這些技術(shù)的應(yīng)用不僅提升了安全防護(hù)水平，也為人們的生產(chǎn)生活提供了更多保障。本次項目是設(shè)計并實現(xiàn)一種基于物聯(lián)網(wǎng)的突發(fā)事件智能監(jiān)測系統(tǒng)，主要是在提高突發(fā)事件監(jiān)測的效率和速度。在系統(tǒng)集成了多種的傳感器、通信模塊、數(shù)據(jù)處理單元等關(guān)鍵組件，通過無線通信技術(shù)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理，同時具備實時報警功能，能夠及時向相關(guān)人員發(fā)送警報信息，促使他們采取必要的措施。在設(shè)計過程中，更加注重系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和實用性，選擇了合適的傳感器和通信模塊，采用高效的數(shù)據(jù)處理算法，并進(jìn)行了全面的測試和評估，驗證了系統(tǒng)的可行性和實用性。通過本次的研究，深刻的認(rèn)識到了基于物聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)測系統(tǒng)在突發(fā)事件監(jiān)測領(lǐng)域的重要作用以及實際應(yīng)