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仿真生態(tài)環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
江蘇警官學(xué)院 高浩煒 2019/6/6 15:56:21
（接上頁）系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的融合問題，如何從海量數(shù)據(jù)中挖掘隱藏信息和有效數(shù)據(jù)，給數(shù)據(jù)處理帶來巨大挑戰(zhàn)。
（二）Arduino開發(fā)平臺
Arduino是由一個歐洲開發(fā)團隊于2005年冬季開發(fā)的一款開放原碼、便捷靈活、方便上手的開源電子原型平臺，具有使用類似Java、C語言的Processing/Wiring開發(fā)環(huán)境。主要包含兩個的部分：硬件部分是可以用來做電路連接的Arduino電路板；另外一個則是Arduino IDE。IDE是用戶二次開發(fā)接口，將編寫的程序代碼燒制到Arduino電路板后，程序功能便可執(zhí)行。Arduino能通過各種各樣的傳感器來感知環(huán)境，通過控制燈光、馬達和其他的裝置來反饋、影響環(huán)境。板子上的微控制器可以通過Arduino的編程語言來編寫程序，編譯成二進制文件，燒錄進微控制器。對Arduino的編程是通過 Arduino編程語言和Arduino開發(fā)環(huán)境來實現(xiàn)的。此外,Arduino的編程界面更直觀,編程方法相對簡單,用戶可以控制和實現(xiàn)特定的功能。
三、仿真生態(tài)環(huán)境的實現(xiàn)
（一）基本要求
借助Arduino的硬件平臺和傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以有效、便捷的實現(xiàn)仿真生態(tài)環(huán)境設(shè)計。仿真生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，傳感器在數(shù)量和質(zhì)量方面都發(fā)揮著重要作用，對監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響，應(yīng)根據(jù)具體實際需求進行選擇，注意減少系統(tǒng)開銷。系統(tǒng)傳感節(jié)點可以在用戶需要時收集環(huán)境數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)設(shè)置的收集周期長度自動收集和發(fā)送環(huán)境數(shù)據(jù)。應(yīng)根據(jù)工作模式采用主動和被動隨機選擇模式。當(dāng)傳感器節(jié)點被設(shè)置為路由節(jié)點時，可以同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)包的傳輸，從而擴展了傳感網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和數(shù)據(jù)傳輸能力。
將基于Arduino溫濕度傳感、光傳感器、水濁度傳感器、二氧化碳傳感器、PH傳感器等各傳感器等模塊搭建在模擬生態(tài)系統(tǒng)中，并通過通信模塊相互聯(lián)系成為一個傳感器網(wǎng)絡(luò)，以進行數(shù)據(jù)的收集與分析。運用新興智能感知術(shù)和通信技術(shù)為仿真生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研究和設(shè)計提供堅實的保障。圖1是該仿真生態(tài)系統(tǒng)的圖例說明。
（二）硬件選擇
1.光傳感器。光傳感器能敏捷感受由紫外光到紅外光的光能量，并將光能量轉(zhuǎn)換成電信號的器件。光傳感器主要分為環(huán)境光傳感器、紅外光傳感器、太陽光傳感器、紫外光傳感器四類。本實驗中主要采用的是DFRobot公司生產(chǎn)的模擬環(huán)境光傳感器LX1972。對可見光照度的反應(yīng)特性與人眼的特性類似，可以模擬人對環(huán)境光線的強度的判斷，從而方便做出與人友好互動的應(yīng)用。該傳感器的工作電壓為3~5.5V，工作溫度為-40~80°C，照度范圍為1 – 800Lux。
2.二氧化碳傳感器。在本實驗中，使用的是DFRobot公司生產(chǎn)的高精度紅外DAC二氧化碳傳感器，其有效量程可達0至5000ppm。傳感器利用非色散紅外（NDIR）原理對空氣中存在的二氧化碳進行探索，具有良好的選擇性和無氧氣依賴性，并且內(nèi)置溫度補償。DFRobot紅外激光傳感器是將成熟的紅外吸收氣體檢測技術(shù)與精密光路設(shè)計、精良電路設(shè)計緊密結(jié)合而制作出的高性能傳感器，具有高靈敏度、高分辨率、低功耗。
3.PH值傳感器。pH傳感器常用來進行對溶液、水等物質(zhì)的工業(yè)測量。在本實驗中，使用的是DFRobot公司生產(chǎn)的模擬pH傳感器，主要包括：板載電源指示燈、BNC接口和PH2.0接口。PH傳感器的電極采用玻璃電極和參比電極組合在一起的塑殼是不可填充式復(fù)合電極，是PH測量元件用來測量水溶液中的氫離子活度，即PH值。該傳感器的模塊電源為5V，測量范圍在0至14pH，測量環(huán)境的溫度可以在0℃至60℃。響應(yīng)時間小于1min。
4.水濁度傳感器。濁度傳感器利用光學(xué)原理，通過測量溶液中的透光率和散射率來綜合判斷溶液濁度情況，從而達到檢測水質(zhì)的目的。在本實驗中，使用的是DFRobot公司生產(chǎn)的Arduino水濁度傳感器。該傳感器的精度較高且性能穩(wěn)定，可以持續(xù)性較長時間記錄水濁度。該傳感器的工作電壓為5V，工作電流40mA(MAX),響應(yīng)時間可以小于500ms。操作溫度在-30℃至80℃之間，而存儲溫度在-10℃至80℃之間。
5.溫度傳感器。溫度傳感器是一種能夠感受溫度并且將其轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號的傳感器。溫度傳感器是溫度測量儀表的核心，其品類繁多。按照測量方式可以分為非接觸式和接觸式兩大類，按電子元件特性和傳感器材料分為熱電阻和熱電偶兩類。本實驗采用的是BME280傳感器。BME280是一款集成溫度、濕度、氣壓，三位一體的環(huán)境傳感器。具有高精度，多功能，小尺寸等特點。
（三）系統(tǒng)配置要點
1.LX1972模擬環(huán)境光傳感器。
使用時需注意：(1)模塊上帶有感光元件和模擬傳感器的標(biāo)識，并且數(shù)據(jù)線的顏色與（未完，下一頁）
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