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1.產(chǎn)品簡介
1.1 產(chǎn)品設(shè)計背景
環(huán)境監(jiān)測是最早提出、應(yīng)用最為廣泛、影響最為深遠的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用之一。環(huán)境監(jiān)測，是指通過人類對環(huán)境有影響的各種物質(zhì)的含量、排放量以及各種環(huán)境狀態(tài)參數(shù)的檢測，跟蹤環(huán)境質(zhì)量的變化，確定環(huán)境質(zhì)量水平，為環(huán)境管理、污染治理、防災(zāi)減災(zāi)等工作提供基礎(chǔ)信息、方法指引和質(zhì)量保證。進行環(huán)境監(jiān)測，是開展一切環(huán)境管理和研究工作的前提。只有在對監(jiān)測信息進行解析、綜合的基礎(chǔ)上，才能全面、客觀、準(zhǔn)確地揭示監(jiān)測數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，對環(huán)境質(zhì)量及其變化做出正確的評價。
基于無線傳感網(wǎng)、傳感器、RFID等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)從環(huán)境感知、系統(tǒng)互聯(lián)、信息處理等方面做出了理論和技術(shù)革新。在全面互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測以環(huán)境信息為中心，四個基本環(huán)節(jié)即計劃、獲取、存儲傳遞、分析，形成一個立體、進化的整體，所有信息的交互可以且需要發(fā)生在任何兩個環(huán)節(jié)之間，信息傳遞的方向是雙向的。
物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用是指通過運用各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)τ绊懎h(huán)境質(zhì)量因素代表值進行實時在線測定，確定環(huán)境質(zhì)量(或污染程度)及其變化趨勢，預(yù)警和管控環(huán)境質(zhì)量的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用主要分為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和污染監(jiān)測，其中生態(tài)環(huán)境監(jiān)測又可進一步細(xì)分為大氣質(zhì)量監(jiān)測、地表水質(zhì)檢監(jiān)測、土壤墑情監(jiān)測以及近岸海域水質(zhì)監(jiān)測等；污染監(jiān)測則可細(xì)分為廢氣污染源監(jiān)測、廢水污染源監(jiān)測以及固體廢物在線監(jiān)管等。智能環(huán)境監(jiān)測就是物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用的典范。
1.2 產(chǎn)品設(shè)計目標(biāo)
為了解決高校對物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的教學(xué)科研和應(yīng)用需求，廣州飛瑞敖電子科技有限公司設(shè)計推出了IOT-S01-07型智能環(huán)境監(jiān)測實訓(xùn)套件，該套件有室外氣象站，室內(nèi)掛墻式環(huán)境監(jiān)測箱以及室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測實訓(xùn)臺三種體現(xiàn)形式，用于滿足高校不同需求。
2.產(chǎn)品介紹
2.1 產(chǎn)品概述
物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)由三部分組成，用于采集數(shù)據(jù)的傳感器感知層，用于傳輸傳感數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)層以及用于處理傳感數(shù)據(jù)的應(yīng)用層。典型物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2.1所示，在感知層IOT-S01-07型智能環(huán)境監(jiān)測實訓(xùn)套件提供了數(shù)十種家居工農(nóng)牧等行業(yè)應(yīng)用的常用傳感器供用戶選擇，在網(wǎng)絡(luò)層，套件根據(jù)應(yīng)用場景選擇最為合適的傳輸途徑，在應(yīng)用層，套件提供基于智能終端Android APP程序以及基于服務(wù)器的B/S架構(gòu)軟件供用戶使用。
在應(yīng)用場景設(shè)計中，智能環(huán)境監(jiān)測實訓(xùn)套件共提供室外氣象站，室內(nèi)掛墻式環(huán)境監(jiān)測箱以及室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測實訓(xùn)臺三種最為典型的應(yīng)用，每種應(yīng)用將在2.2節(jié)中有詳細(xì)介紹。
圖2.1
2.2 產(chǎn)品功能詳解
2.2.1 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測-室外氣象站
如圖2.2所示，是典型物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測室外氣象站應(yīng)用現(xiàn)場，本例氣象站的主要用途是采集山區(qū)風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等環(huán)境參數(shù)。
在圖標(biāo)1位置是三杯式風(fēng)速傳感器，圖標(biāo)2位置是風(fēng)向傳感器，圖標(biāo)3位置用于測量某一階段降雨量的雨量傳感器，上述三款傳感器分別通過有線方式與圖標(biāo)4位置的氣象站主機相連，進行數(shù)據(jù)匯集，氣象站主機配備有GPRS模塊，用于將匯集到數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸至公網(wǎng)用戶服務(wù)器上，圖標(biāo)5位置電源箱內(nèi)裝配有大容量蓄電池一塊，配合圖標(biāo)6所示的太陽能充電板，為整套環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)提供電能，采用太陽能供電方式可以有效解決野外環(huán)境無法布置電源的問題。在本例中，僅使用了3款傳感器，每臺氣象站主機最多可攜帶6個傳感器，更多傳感器種類請參考第4節(jié)設(shè)備清單。
圖2.2 室外氣象站物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)
2.2.2 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測-室內(nèi)掛墻式環(huán)境監(jiān)測箱
對于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和供電環(huán)境較好的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用，IOT-S01-07型智能環(huán)境監(jiān)測實訓(xùn)套件提供了室內(nèi)掛壁是環(huán)境監(jiān)測箱解決方案，監(jiān)測箱示意圖如2.3所示，在示意圖中從左上依次為CO2二氧化碳傳感器，溫濕度傳感器以及光照傳感器，三款傳感器分別通過串口線與WiFi設(shè)備服務(wù)器相連，多媒體弱電專用電源內(nèi)置開關(guān)電源與房間內(nèi)的市電相連，并統(tǒng)一為所有設(shè)備供電。該系統(tǒng)整體掛至與房間墻壁用于室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測。每個多媒體弱電專用電源箱最多可同時為3組傳感器+WiFi設(shè)備服務(wù)器供電。
圖2.3 室內(nèi)掛墻式環(huán)境監(jiān)測箱
2.2.3 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測-室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測實訓(xùn)臺
對于傳感器以及傳輸設(shè)備本身有教學(xué)需求的客戶，IOT-S01-07型智能環(huán)境監(jiān)測實訓(xùn)套件提供了更適合于教學(xué)實驗使用的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測實訓(xùn)臺方案，實訓(xùn)臺實物圖如圖2.4所示，物聯(lián)網(wǎng)智能環(huán)境監(jiān)測實訓(xùn)臺整體采用金屬主體結(jié)構(gòu)件設(shè)計，配備有臺面及電腦，各種類型傳感器及傳輸模塊固定在結(jié)構(gòu)件網(wǎng)板上，所有節(jié)點都是可拆卸更換的，學(xué)生既可以在本地獲取及解析傳感器數(shù)據(jù)，也可以二次開發(fā)應(yīng)用程序，將數(shù)據(jù)上傳至公網(wǎng)服務(wù)器。智能環(huán)境監(jiān)測實訓(xùn)臺網(wǎng)板上同時最多安置7組傳感器+傳輸模塊，更多組傳感器可以放置于實訓(xùn)臺的抽屜內(nèi)靈活使用。
圖2.4
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