基于ESP8266的空气污染监测

基于物联网和ESP8266‐12及谷歌Firebase的空气污染监测系统

1. 引言

污染的成因包括碳酸气体、一氧化碳气体、污染物、铅、氨、颗粒物和地面臭氧气体。物联网使物体能够被检测或处于主导状态。在物联网中，“物”指的是诸如心脏监测植入物、配备内置传感器的车辆等设备。开发污染监测系统将有助于控制和实时掌握与污染相关的参数。

目前存在多种控制和测量污染参数的方法。我倾向于测量并实现车辆中的污染检测，以判断由于燃料燃烧导致的污染程度是高还是低。我倾向于通过使用Node MCU和其他元件来构建并实施该系统。这种方法在车辆污染检测中正变得越来越重要。车辆会排放碳酸气体（CO2）和一氧化碳气体（CO）。我采用电子文本传输协议（HTTP）进行数据激活和传输，同时确保数据不被篡改，并实现100%的数据传输。所有车辆信息的存储将利用物联网云。

2. 项目描述

A. 提出的系统：

该系统利用微控制器和物联网技术来监测空气质量，旨在提升空气质量。通过使用物联网技术，增强了对环境多个方面的监测方法，如空气质量监测问题等。在此项目中，MQ135用于检测多种有害气体，DHT11用于检测温度和湿度变化，而小型控制器则是本项目的核心，负责管理整个方法。

B. 项目提案的来源

印度作为第四大温室气体排放国，其环境问题使得提高公众对气体传感和监测意识变得刻不容缓，该方法指的是持续追踪空气中各种空气成分浓度的变化。

C. 问题陈述

城市化进程的加快以及商业城市的增多，使得对环境状况进行详细关注成为一种需求。持续监测工业区、繁忙交通信号灯、易受侵蚀的村庄及高氨浓度等受限地点变得尤为重要。

3. 需求

A. 硬件

气体检测仪

在MQ135气体传感器元件中，含有二氧化锡，这是一种在清洁空气中具有低电导率的敏感材料。当存在目标可燃气体时，随着气体浓度的增加，传感器电导率将升高。MQ135气体传感器元件对氨和苯蒸气具有高质量的检测能力。它被用作有毒气体检测装置，适用于氨、芳香烃、硫、苯甲酰蒸气的检测。

温湿度传感器用户手册

DHT11数字温湿度传感器是一种带有校准输出的温湿度复合传感器。该传感器包含两个传感组件。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校准室中进行校准。校准系数以程序的形式存储，在传感器的内部信号检测过程中调用这些校准系数。通过单线接口可实现简单快速的系统集成。

特性传感器 DHT11 (温度传感器)
- 工作电压：3.3V‐5.5V
- 湿度测量范围：20%‐95%（0°C-50°C）
- 湿度测量误差：±5%
- 温度测量范围：0°C-50°C
- 温度测量误差：±2°C
- 尺寸：29.0mm×18.0mm
- 固定孔尺寸：2.0mm

Node mcu

微控制器的内部内存较小，不足以长期保存传感器生成的数据，因此必须使用外部存储设备，或通过互联网将数据保存到云上。

B. 软件需求

• 操作系统：Windows
• 领域：物联网
• 集成开发环境：Arduino
• 语言：嵌入式C, HTML, CSS, JavaScript
• 物联网协议：HTTP协议

Arduino集成开发环境

它是一个在PC上运行的软件程序，用于嵌入式微控制器设计。

嵌入式C编程

它是一种C编程语言的扩展，旨在解决不同嵌入式系统的C扩展之间的常见问题。

谷歌Firebase

它帮助开发人员为物联网构建实时应用程序，通过发送消息和通知来实现，这是移动平台之一。它也称为GCM。

HTML

1. HTML 是超文本标记语言的缩写。
2. HTML 是网页内容结构的标记语言。
3. HTML 是标记语言页面的构建模块。
4. HTML 元素由标签定义。

CSS

CSS 是一种描述超文本标记语言文档设计的语言。
CSS 描述了超文本标记语言部分应如何显示。

JavaScript

JavaScript 是超文本标记语言和互联网的编程语言。

HTTP

通过网络监控开发板，一个使用 JavaScript 通过 HTTP POST 方法从开发板获取信息的网页。该网页通过设备ID识别开发板，并通过访问令牌连接到 Particle云服务。

4. 相关工作

基于物联网的污染监测与预测系统：本文 [1] 介绍了物联网在环境保护中的应用，并提出了一种污染监测与预测系统。

用于实时污染监测的无线设备网络，本文 [2] 提出的系统由多个分布式监测站组成，这些监测站通过机器对机器（M2M）通信与后端服务器进行无线通信。

Poll利用无线设备网络监测污染：本文的目的是开发一个偶尔价格的多传感器节点用于污染监测。本文提出的带有预测模型的城市污染监测系统及其污染监测系统和预测模块。

基于交通设备网络的城市空气质量监测的经济型数据采集与估计 本文[5]专注于利用交通设备网络（VSN）监测城市空气质量，并在VSN上开发一种经济型数据采集与估计（EDGE）机制。

城市环境中的空气质量监测中，污染是一个环境和社会问题，因为它对人类健康、生态系统和气候产生不利影响。

[7] 偶尔会使用一种价格低廉的地理参考空气污染测量系统作为预警工具：整个系统连接到一个具备内置 Wi‐Fi 的低成本开发板，可通过 MQTT 协议定期将信息发送至物联网云，随后地理参考数据可利用物联网在开放访问平台上显示。

本文中[8] 监测车辆和道路污染，在交通云环境中，该论文关注的交通云环境可能成为长期的技术动态模型，通过利用智能交通网络、自动交通状况信息、道路车辆自主管理，以及开发决策支持系统来预防事故，并对道路上车辆排放致命气体量进行分析，从而提供经济可行的解决方案。

该论文[9]提出了两种基于真实污染物扩散模型的数学公式，用于优化最低成本的无线传感器网络配置以进行污染监测。

5. 结论

本研究旨在利用Node MCU和物联网技术来监测空气中的有毒物质，并实现对空气质量的调控。通过应用物联网技术，本文提出了一种监测空气毒性和控制大气中多种气体的方法。采用MQ135传感器检测多种有害气体，Node MCU作为该应用的核心，控制整个系统运行。

Wi‐Fi模块负责将所有数据传输至网络，监控功能用于在网络中显示所有网页内容。未来可考虑使用两个或更多传感器。