<p>自我介绍：杨佳康对电子产品制作以及物联网方向有着浓厚的兴趣，主要研究方向：嵌入式、硬件电路设计，曾参加大学生电子设计大赛，“蓝桥杯”大赛，“飞思卡尔”智能车大赛，“挑战杯”大赛等多项电子类大赛。史峰对设备组网通信有着深刻的研究，包含无线NB蓝牙通讯，有线光纤通信等。</p> <p>项目简介：生活方式逐渐从室外转向室内,使得室内的环境引起了人们的注意。教室作为学生学习的环境,尤其应该注意空气质量的问题。由于教室中人员密集，加上气体流通性差，很容易造成二氧化碳浓度 超标，其次还会因为装修等原因，会引起甲醛含量超标，因此想到针对教室这两项主要的气体指标进行检测，并结合物联网技术研发一套教室空气质量实时监测系统，能有效的减少教室二氧化碳和甲醛浓度,提高学生学习状态和教师学习工作状态。        项目详情：基于NB-IOT的教室空气质量监测系统由线下硬件检测部分和线上远程监控软件部分组成，其中硬件部分主控芯片为复旦微FM33LC046芯片，二氧化碳检测传感器为Sense Air S8系列，具有高精度、低功耗等优点，甲醛检测传感器为达特公司的WZ-S型甲醛检测模组，SHT20传感器完成温湿度测量NB-IOT模块采用移动M5311通讯模组，用于线下检测部分与服务器之间的数据通讯。该系统通过二氧化碳传感器、甲醛传感器分别完成对教室二氧化碳和甲醛气体浓度采集，主控芯片对原始数据数据进行进一步处理，通过TFT彩色液晶屏将实时监测数据显示出来，再通过M5311 NB模组将数据发送到阿里云服务器，服务器可将数据传输到手机电脑等监测终端，完成手机扫码显示监测数据功能，并且该系统对气体设定阈值，当气体浓度过高时，主控芯片发出报警反应，并接通继电器等从而可控制大功率设备进行通风等操作，除此之外服务器可完成手机短信和语音报警功能，钉钉群内报警功能用于提醒家长老师等教室空气质量异常，及时做出应对措施。电源部分采用锂电池供电，并可以实现充电功能。项目整体框图如图1-1所示。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/Rwo9FN1THizzsamlCIVoqalHl4WpfxT6nmXxmJnR.png" alt="QQ截图20200917095449.png">                                                                                     图1-1 项目整体框图</p> <p>项目所面临的挑战及所解决的问题：本项目可以有效的对教室二氧化碳浓度、甲醛浓度等进行精确测量，且可以做到实时报警，及时提醒教室及同学对教室进行通风，保障了教室学生清新的学习环境。由于本项目对教室参数测量指标之一为二氧化碳浓度，因此还可以将改设备推广到农业大棚中，同时后台可利用人工智能算法对设备上传的二氧化碳浓度数据进行分析，从而对农作物的涨势做出有效的调控，此问题可在后续研究中逐步完成。</p> <p>项目硬件简介：基于NB-IOT的教室空气质量监测系统硬件电路系统设计包含主控部分最小系统电路，二氧化碳检测电路，甲醛检测电路，SHT20温湿度检测电路，NB-IOT模组电路，按键检测电路，蜂鸣器电路，锂电池充放电电路，系统电源电路等部分组成，其中主控芯片采用复旦微FM33LC046系列单片机，NB-IOT模组采用移动M5311_LV低电压全网通NB模组，电源电路采用Type-C接口和锂电池供电方式。</p> <p>项目软件简介：系统程序开始运行后首先执行系统初始化包含时钟初始化、串口初始化、液晶显示初始化、IIC初始化等，初始化完成后，系统执行NB-IOT程序，为保障程序执行流畅性，NB模组程序使用状态机完成，NB模组开机后，开始查询网络，网络连接成功后，进入数据发送程序，期间按时序执行二氧化碳检测程序，甲醛检测程序，温湿度检测程序，时间显示程序等。M5311 NB 模组通过串口4与主控芯片进行数据交互，因此执行NB模组程序前首先对串口4初始化，波特率配置为115200，串口配置 完成后，执行NB复位程序，复位完成后，执行开机程序，开机完成后，自动配置网络，当主控芯片接收到IP地址后，代表NB模组连网成功，连网成功后通过“AT+CSQ”查询信号质量并显示出来，通过“AT+CCLK?”指令获取网络时间，并以此对系统时钟校准。使用 MQTTCFG命令来设置参数来配置MQTT客户端用过户名和密码，接收到配置成功消息后，使用MQTTOPEN命令打开连接，返回成功命令后，NB模组MQTT组网成功，此时开始重复通过MQTTSUB订阅主题并发送二氧化碳浓度、甲醛浓度、温湿度等消息数据，发送数据需将C语言数据转换为阿里云服务器可以识别的json格式数据。其中短信、语音、钉钉报警等功能通过阿里云服务器调用短信、语音、钉钉等API接口，订阅服务来完成。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/AdAiYFFDbvJRLghpxfUHfKtMKfo7xNjvfs7skely.jpeg" alt="IMG_20200913_101040.jpg"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/lOv4tUgRQMXH294HRSBQhIrNb70nSTBvgpsX2jzs.jpeg" alt="1.jpg"> 二氧化碳浓度浓度超标报警，云端界面指示灯亮起 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/sk8jUu9KlEMzQwdkqocnh6CVdT3iZiWNuKpsYHkW.jpeg" alt="2.jpg"> 甲醛检测将设备置于配气箱中，配气箱由胶体连接而成，因此配气箱中甲醛浓度较高，国家标准为0.08mg/m3。<img src="//image.lceda.cn/pullimage/Uh61AGA0IeU3HCDNfCRimElaT1s8rM1dhOCBsari.jpeg" alt="10.jpg"></p> <p>手机扫码进入监控界面，短信语音报警，钉钉群内报警 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/hldbZzbWLgpSiaLO0rLF3dumQZrKYeJT6Yz5HrMC.png" alt="6.png"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/AYhjPbUoae2FGWaUyARGE34cOoh4xOT3TnEDCWxY.jpeg" alt="3.jpg"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/qIWP2TAomg7jOdbwgwCyL2jDcly9QxJVlNXA3Jxw.jpeg" alt="4.jpg"> 主控电路设计，包含主控芯片最小系统电路，二氧化碳浓度电路，甲醛检测电路，液晶屏电路等电路组成。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/IfpRNJQYlNIFZEiL39VKW8Azmrg8LLETNhEmsMCw.png" alt="7.png"> NB-IOT模组采用移动M5311 NB模组，NB卡采用贴片卡可减少PCB板体积，NB模组电源加入钽电容，可以为模组发射瞬间提供所需大电流，NB模组供电采用锂电池直接供电，可有效保证模组工作期间电流充足。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/0Ok4NW41CF8FiDQZOhd45GczIvHk68fMwPwR1OVY.png" alt="8.png"> 电源电路包含锂电池充放电电路，升压电路，锂电池保护电路，Type-C接口。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/jwexxX4sP2F5GsqiDXjJUNXcqC4V169EsF57jpxC.png" alt="9.png"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/6JJ5z9xtknDAn1fjTpeRvisJNWBnA1Wj1mdIrDPk.png" alt="QQ截图20200917100343.png"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/w8sKbSTuvy8Mgj3QF6PrIRsJrRRmyYJ2aOD4f2BW.png" alt="QQ截图20200917100311.png"></p> <p>部分器件表 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/f6tLYceHU8Zu1l3eOHmWCyefuIBSuovfHvHvYpob.png" alt="77.png"> 哔哩哔哩视频链接<a href="https://www.bilibili.com/video/BV1r54y1y7fD/" target="_blank">https://www.bilibili.com/video/BV1r54y1y7fD/</a></p>