设计移动环境监测系统
作者：齐京
来源：《科技创新导报》 2015年第7期
齐京
(北京信息职业技术学院 北京 100018)
摘要：近年来，随着高等职业教育的快速发展，高职院校开展项目设计成为潮流，加强高职院校师资队伍的建设成为各院校的重点任务。教师们在企业人员的指导下开展项目设计是一个可行的途径，这样可以使教师具备丰富的专业实践经验和专业操作技能，有助于提高教师的科技创新和设计能力,这对高职院校教师在科研能力的建设上有着深远的意义。
中图分类号：G71
文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2015)03(a)-0060-03
铁氧体电感
环境监测是通过对人类和环境有影响的各种物质的含量、排放量的检测,跟踪环境质量的变化,确定环境质量水平,为环境管理、污染治理等工作提供基础和保证。简单地说,了解环境水平,进行环境监测,是开展一切环境工作的前提。环境监测的目的是为了准确、及时、全面地反映环境质量现状及发展趋势,为环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据。
环境监测指通过计算机、传感器、通信网络等新技术,动态实时的获取和监测环境的各项指标。本系统设计重点集中在空气质量监测,对一个区域内的能够代表空气质量的污 染物例如PM2.5等进行监测。
在线预约系统 1 环境监测系统的组成部分
(1)客户端:客户端运行在平板电脑上,操作系统采用Android系统,用户可以通过平板电脑实时看到当前环境指标数值,比如co2浓度、PM2.5数值,空气污染等级等。
(2)服务端:服务端运行在定制实验箱硬件上,操作系统采用Android系统,服务端一方面接受客户端数据读取请求,给予响应;另一方面通过串口读取外接zigbee模块，采集到的环境指标数据。 (3)客户端与服务端连接:通过wifi网络连接。
(4)协调器:一个单片机,集成了zigbee模块,与外部各种传感器以及继电器通信,传感器以及继电器也是集成了zigbee模块。
(5)协调器与传感器连接:传感器和协调器之间通过zigbee通信。
(6)服务端与协调器:通过串口数据线连接。
2 系统架构
服务端系统主要入口在HTTPServerService, 它负责创建HttpServer和串口读线程,一旦创建完毕,后续的串口读线程周期采集(频率依赖外部串口设备)，串口数据保存到内存变量中。而Http Server则负责接收来自客户端的请求,当请求到达时，创建一个线程处理该请求,线程内部首先解析请求,根据请求的参数区分进行后续的业务逻辑处理,业务逻辑处理过程会从内存变量中读取采集到的串口数据,处理完毕后构造响应消息应答客户端设备。
3 主要流程
采集串口传感数据流程，采集串口传感器数据包装在SerialportService的CO2SensorTask类中,定时任务。任务开始时,延时一秒发送外设请求，数据通过handler回传。线程循环读取外部设备数据,当读满一个采样周期完整的数据时,对该读到的数据按照接口协议进行解析,解析出每个传感数据的数值,并将原始采样数值按照约定算法进行，结果数值转换成用户可以理解的数值,处理完毕后将一个采样周期的串口数据放入内存数据结构。Http Server则负责接收来自客户端的请求,当请求到达时创建一个线程
处理该请求,线程内部首先解析请求,根据请求的参数区分进行后续的业务逻辑处理,业务逻辑处理过程会从消息队列中读取采集到的串口数据,处理完毕后构造响应消息应答客户端设备。设备连接后,应用程序发送0x00, 0x31命令。外设接收到指令后,返回设备物理地址，后续发送数据,解析需要依据这些地址。
4 关键类设计
(1)MainActivity类：该类继承自Activity类,负责服务端界面的绘制,响应来自界面的用户操作，serverSwitch按钮负责打开和关闭串口和http服务。控制串口,读取串口数据有单独service控制,并与MainActivity绑定,使得系统更稳定。http服务也是有单独service控制。
(2)JasonHttpServer类：该类继承自NanoHTTPD类,负责实现android平台下的http server,在此基础上完成了客户端http请求消息的解析处理,并生成响应消息应答客户端的请求。该类主要重载了NanoHTTPD的serve方法,serve函数负责处理http请求,根据请求的uri、header等信息,解析出body,并依据这些信息获取相关数据,构造响应应答客户端。
(3)SerialportService类：该类在OnStart()处被创建,并启动串口读线程,该线程负责读取来自串口的数据并放入消息队列。同时从sqlite中读取用户之前设置的各个传感器告警阀值，启动http服务等待客户端请求。
(4)DatabaseUtil类：该类基于SQLite编写,SQLite为手机客户端提供数据存储功能,并且有常用的增删改查功能api,使用便捷。该类负责保存用户信息,提供用户登录验证和用户添加。操作串口模块采用开源项目android-serialport-api进行android平台下串口数据读写操作。
(5)http server模块：采用开源项目nanohttpd实现android平台下的http server,在此基础上完成了客户端http请求消息的解析处理,并生成响应消息应答客户端的请求。
5 CO2气体传感器
CO2气体传感器的特点：对CO2有良好的灵敏度和选择性，受温湿度的变化影响较小，具有良好的稳定性、再现性。应用领域包括：空气质量控制系统，发酵过程控制，温室CO2浓度检测。工作原理：本传感器采用固体电解质电池原理，元件加热电压由外电路提供，当其表面温度足够高时，元件相当于一个电池，其两端会输出一电压信号，其值与能斯特方程符合得较好。元件测量时放大器的阻抗须在100—1000GΩ之间，其测试电流应控制在1pA以下。
6 温湿度传感器
温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用于工业COMS过程微加工技术,确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。其中包括：一个电容式聚合体测湿元件和一电子狗数据
个能隙式测温元件,并与一个14位的A/D转换器以及串行接口电路在同一芯片上实现无缝连接。因此,该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中,传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。两线制串行接口和内部基准电压,使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗,使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品提供表面贴片LCC(无铅芯片)或4针单排引脚封装。
手机摄像头驱动 7 移动客户端设计
移动客户端使用Android手机，用户通过界面点击注册按钮，输入用户名、密码、邮箱地址之后点击确定触发用户注册流程。注册将用户信息提交到服务端，持久化到sqlite数据库。
注册部分实现逻辑：
(1)注册开始。
(2)在界面上输入用户名，密码，邮件等必须信息。
(3)启动注册线程。
(4)使用用户名密码等数据构造HTTP请求和JASON BODY。
(5)向服务器端发送请求。
(6)服务器应收该请求。
(7)服务器对接到到的HTTP请求，分解JasonBody中的数据。
(8)对注册信息进行校验。通过则注册成功成功。
(9)校验不成功，是返错误代码。
登录部分功能说明：用户通过登录界面输入用户名、密码之后点击登录界面触发登录流程。
登录部分实现逻辑：
(1)用户在登录界面输入用户名，密码等信息。
(2)启动登录线程。
(3)使用用户名密码等数据构造HTTP请求和JASON BODY。
(4)向服务器端发送请求。
(5)服务器应收该请求。
(6)服务器对接到到的HTTP请求，分解JasonBody中的数据。
(7)对注册信息进行校验。通过则注册成功成功。
(8)校验不成功，是返错误代码。
空气温度监测功能说明：提供空气温度监测数值曲线显示：在环境监测主界面能够动态显示空气温度的状态曲线，显示出空气温度的变换状况。每个绘图点的高度要能够反映出所对应时间点的数值高度，在每个绘图点的上方有所对应数值显示。
空气温度监测实现逻辑：
(1)客户端初始化曲线图界面。
(2)启动一个定时线程（定时间隔可调，默认为1秒）。机票查询接口
(3)将空气温度查询指令构造为HTTP请求和JASON BODY。
(4)向服务端发送请求。
(5)服务端响应该请求。
(6)根据指令，读取空气温度传感器的当时数据。水下光缆
(7)将空气温度传感器的当时数据构造HTTP请求和JASON BODY。
(8)将HTTP请求返回客户端。
(9)客户端接收该数据后，解析该数据，并根据当前的值在界面上画出对应的曲线。
空气湿度监测功能说明：提供空气湿度监测数值曲线显示：在环境监测主界面能够动态显示空气湿度的状态曲线，显示出空气湿度的变换状况。每个绘图点的高度要能够反映出所对应时间点的数值高度，在每个绘图点的上方有所对应数值显示。
空气湿度监测实现逻辑：
(1)客户端初始化曲线图界面。
(2)启动一个定时线程（定时间隔可调，默认为1秒）。
(3)将空气湿度查询指令构造为HTTP请求和JASON BODY。
(4)向服务端发送请求。
(5)服务端响应该请求。
(6)根据指令，读取空气湿度传感器的当时数据。
(7)将空气湿度传感器的当时数据构造HTTP请求和JASON BODY。
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