环境质量检测设备及其数据传输方法、环境监测系统与流程

本发明涉及环境监测领域，具体地涉及一种环境质量检测设备及其数据传输方法，进一步，本发明还涉及一种环境监测系统。

背景技术：

随着时代的发展和科技的进步，当今社会已经是一个智能化的社会。物联网作为一种备受关注的新兴技术，其应用逐渐得到普及和人们的欢迎。

经济的发展时常伴随不同程度的空气污染。若不加以监测和治理，人们赖于生存的环境将越来越恶劣。在一些特定的场所，如刚装修完的办公楼或住宅，存在较多的有害气体挥发物，影响人们身心健康，环境监测系统应运而生。

目前具有联网功能的环境监测系统得到广泛应用，联网技术包括多种，以下以zigbee为例进行说明。环境质量检测设备通电后对空气的有害物质如pm2.5、甲醛等进行检测，然后将检测的数据实时上传给支持zigbee的智能网关，进而传至app上，向用户及时推送当前空气质量信息。

目前像pm2.5、甲醛等物质的传感器耗电较大，通常采用市电持续供电，持续向智能网关推送实时空气质量信息。zigbee的一大优势就是支持成百上千的设备同时接入同一网络，达到同时监测的目的。当环境质量检测设备检测到的数据发生一定变化(前后监测值大于设定阈值)，则向智能网关上传数据，进而推送至app。比如，设定pm2.5上报的阈值为5。假设上次监测到的值为50，若第2次监测到的值大于55或者小于45时，设备向网关更新当前数据；若监测值处于(45,55)区间时，则不上报更新。

智能网关的本地资源相对固定，但是不同网络里的环境质量检测设备的数量差异很大。zigbee的另外一个特点是低速率，针对一些大系统，如果成百上千的环境质量检测设备非常频繁地向同一个智能网关上传数据，势必会造成网络阻塞，特别是针对一些资源有限的智能网关，更可能造成系统资源溢出，甚至不可恢复的崩溃。倘若系统数据更新很慢，特别是一些小系统，则无法及时联动场景，导致用户app无法及时获取信息，会大大降低用户体验效果。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是为了克服现有技术中存在的上述缺陷，提供一种能够改善由于资源过载导致系统崩溃的情况以及由于数据传输过慢造成的系统资源得不到充分利用降低用户体验效果的情况。

为了实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种环境质量检测设备，该环境质量检测设备包括：

检测模块，用于检测环境质量指数；

接收模块，用于接收该环境质量检测设备所处的网络的网关系统资源利用率s；

阈值设置模块，用于根据所述网关系统资源利用率s设置数据发送阈值ve；以及

数据发送模块，用于在所述检测模块检测到的前后两次环境质量指数的差值的绝对值大于所述数据发送阈值ve时，发送后次检测的环境质量指数。

优选地，所述阈值设置模块在所述网关系统资源利用率s＞70％时，增大所述数据发送阈值ve；

在所述网关系统资源利用率s≥30％且≤70％时，不对所述数据发送阈值ve进行调整；以及

在所述网关系统资源利用率s＜30％时，减小所述数据发送阈值ve。

优选地，所述阈值设置模块用于执行以下操作中的一者或多者：

在所述网关系统资源利用率s＞90％时，设置所述数据发送阈值ve＝v0+α×β×(s-0.5)；

在所述网关系统资源利用率s＞70％且≤90％时，设置所述数据发送阈值ve＝v0+β×(s-0.5)；

在所述网关系统资源利用率s≥30％且≤70％时，设置所述数据发送阈值为v0；以及

在所述网关系统资源利用率s＜30％时，设置所述数据发送阈值ve＝v0-β×(0.5-s)；

其中，α为大于1的系数，β为加权系数，β的取值范围是0～2，v0为初始数据发送阈值。

优选地，所述网关系统资源利用率s为网关系统资源利用率s在一设定周期内的平均值。

本发明实施例第二方面提供一种环境质量检测设备的数据传输方法，该环境质量检测设备用于检测环境质量指数，所述方法包括：

接收该环境质量检测设备所处的网络的网关系统资源利用率s；

根据所述网关系统资源利用率s设置数据发送阈值ve；以及

在检测到的前后两次环境质量指数的差值的绝对值大于所述数据发送阈值ve时，发送后次检测的环境质量指数。

优选地，所述根据所述网关系统资源利用率s设置数据发送阈值ve包括：

在所述网关系统资源利用率s＞70％时，增大所述数据发送阈值ve；

在所述网关系统资源利用率s≥30％且≤70％时，不对所述数据发送阈值ve进行调整；以及

在所述网关系统资源利用率s＜30％时，减小所述数据发送阈值ve。

优选地，所述方法还包括：

在所述网关系统资源利用率s＞90％时，设置所述数据发送阈值ve＝v0+α×β×(s-0.5)；和/或，

在所述网关系统资源利用率s＞70％且≤90％时，设置所述数据发送阈值ve＝v0+β×(s-0.5)；和/或，

在所述网关系统资源利用率s≥30％且≤70％时，设置所述数据发送阈值为v0；和/或，

在所述网关系统资源利用率s＜30％时，设置所述数据发送阈值ve＝v0-β×(0.5-s)；

其中，α为大于1的系数，β为加权系数，β的取值范围是0～2，v0为初始数据发送阈值。

优选地，所述网关系统资源利用率s为网关系统资源利用率s在一设定周期内的平均值。

本发明实施例第三方面提供一种环境监测系统，所述环境监测系统包括：

智能网关，用于发送网关系统资源利用率s；

根据本发明实施例第一方面所述的环境质量检测设备，用于接收所述网关系统资源利用率s并根据该网关系统资源利用率s向所述智能网关发送检测的环境质量指数。

本发明实施例第四方面提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行根据本发明实施例第二方面所述的环境质量检测设备的数据传输方法。

本发明实施例提供的技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例提供的环境质量检测设备能够根据网关系统资源利用率s来设置数据发送阈值ve；从而可以动态地调整和改变发送数据的频率，进而能够在网关系统资源利用率s较高时，以较低的频率接收输入的环境质量指数，而在网关系统资源利用率s较低时以较高的频率接收输入的环境质量指数，从而能够有效抑制由于大量环境质量检测设备频繁地向同一个智能网关上传数据所造成的网络阻塞，改善由于资源过载导致系统崩溃的情况，另外，还可以改善由于数据传输过慢造成的系统资源得不到充分利用降低用户体验效果的情况。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明一实施例提供的环境质量检测设备的示意性结构框图；

图2是本发明一实施例提供的环境质量检测设备的数据传输方法的流程图；

图3是本发明另一实施例提供的环境质量检测设备的数据传输方法的流程图；

图4是本发明又一实施例提供的环境质量检测设备的数据传输方法的流程图；

图5是本发明一实施例提供的环境监测系统的示意性结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

参阅图1，本发明实施例第一方面提供一种环境质量检测设备，该环境质量检测设备包括检测模块、接收模块、阈值设置模块和数据发送模块。其中，检测模块用于检测环境质量指数，该环境质量指数例如可以为空气中的例如pm2.5或甲醛等有害物质的浓度等指标；接收模块用于接收该环境质量检测设备所处的网络的网关系统资源利用率s；阈值设置模块用于根据所述网关系统资源利用率s设置数据发送阈值ve；数据发送模块用于在所述检测模块检测到的前后两次环境质量指数的差值的绝对值大于所述数据发送阈值ve时，发送后次检测的环境质量指数。

通过上述描述可以看出，数据发送阈值ve设置的越大，数据发送模块发送环境质量指数的频率越高，由于数据发送阈值ve是根据网关系统资源率来设置的，因此，该数据发送阈值ve可以随着不同的网关系统资源利用率s产生相应的动态调整。具体地，能够在网关系统资源利用率s较高时，以较低的频率接收输入的环境质量指数，而在网关系统资源利用率s较低时以较高的频率接收输入的环境质量指数，从而能够有效抑制由于大量环境质量检测设备频繁地向同一个智能网关上传数据所造成的网络阻塞，改善由于资源过载导致系统崩溃的情况，另外，还可以改善由于数据传输过慢造成的系统资源得不到充分利用降低用户体验效果的情况。

在系统初始化时，设定一个初始数据发送阈值v0，当前后两次检测到的环境质量指数的差值的绝对值大于v0时，发送后次检测到的环境质量指数到智能网关，然后通过智能网关发送到用户app，以便用户app更新数据。智能网关定期向网络里的所有环境质量检测设备广播当前的网关系统资源利用率s，s越大表示当前网关资源越紧张，s的取值范围是0～100％。

在一优选实施例中，所述阈值设置模块可通过如下方式根据所述网关系统资源利用率s设置所述数据发送阈值ve：

在网关系统资源利用率s＞70％时，增大数据发送阈值ve；具体地，在s＞70％的情况下，说明此时网关资源紧张，网络中的环境质量检测设备较多，数据收发频繁，此时，相对于当前数据发送阈值ve增大环境质量检测设备的数据发送阈值ve，可以减小环境质量检测设备向智能网关发送数据的频率，从而缓解系统负荷；

在网关系统资源利用率s≥30％且≤70％时，说明网关资源得到合理的利用，当前数据发送阈值ve的设置合理，此时，不对当前数据发送阈值ve进行调整；

在网关系统资源利用率s＜30％时，表示网关资源宽裕，网络中的设备较少，此时，可适当相对于当前数据发送阈值ve减小数据发送阈值ve，增大环境质量检测设备向智能网关发送数据的频率，进而提高数据更新的及时性。

通过上述方式，无论接入网络中的环境质量检测设备的数据如何变化，均可将网关系统资源利用率s有效地维持在30％到70％之间，进而改善由于资源过载导致系统崩溃的情况或者改善由于数据传输过慢造成的系统资源得不到充分利用降低用户体验效果的情况。

一般情况下，接入智能网关的环境质量检测设备的数量相对固定，在系统初始化后，初始数据发送阈值被设置为v0，每台环境质量检测设备均在前后两次检测到的环境质量指数大于v0的情况下，发送后次检测到的环境质量指数到智能网关。智能网关接收对应的环境质量指数，并且定期地向环境质量检测设备发送当前网关系统资源利用率s。在此基础上，

当网关系统资源利用率s≥30％且≤70％时，说明初始数据发送阈值v0设置合理，不对数据发送阈值ve进行调整，即保持数据发送阈值ve＝v0，环境质量检测设备按照该阈值v0发送数据。

当网关系统资源利用率s＜30％时，说明网关资源宽裕，初始数据发送阈值v0设置过大，此时，可相对于初始数据发送阈值v0减小数据发送阈值ve，具体地，可通过公式ve＝v0-β×(0.5-s)来设置数据发送阈值ve，其中，β为加权系数，β的取值范围是0～2，优选地，β一般取初始值为1，然后根据实际返回的网关系统资源利用率s在0～2的范围内调整β的取值。

当网关系统资源利用率s＞70％时，说明网关资源紧张，初始数据发送阈值v0设置过小，此时，可相对于初始数据发送阈值v0增大数据发送阈值ve，具体地，可通过公式ve＝v0+β×(s-0.5)来设置数据发送阈值ve，其中，β为加权系数，β的取值范围是0～2，优选地，β一般取初始值为1，然后根据实际返回的网关系统资源利用率s在0～2的范围内调整β的取值。

在一些情况下，智能网关或环境质量检测设备也可能出现突发情况，导致网关资源在某时刻异常紧张，例如s＞90％，当s＞90％时，智能网关向所有的环境质量检测设备紧急广播s，环境质量检测设备在收到紧急广播后紧急调节数据发送阈值ve，且调整幅度需增加，具体地，设置所述数据发送阈值ve＝v0+α×β×(s-0.5)；其中，α为大于1的系数，β为加权系数，β的取值范围是0～2，优选地，β的取值为1。

进一步，当网络中接入的环境质量检测设备的数量发生变化时，可通过调节上述计算公式中的v0的取值来改变当前的数据发送阈值ve。

在一优选实施例中，所述网关系统资源利用率s为网关系统资源利用率s在一设定周期内的平均值。具体地，智能网关按照一定的频率f向环境质量检测设备发送当前的网关系统资源利用率s，环境质量检测设备中包括计算模块，该计算模块每隔设定时间t计算接收模块在该设定时间t内接收的所有网关系统资源利用率的平均值其中，n为所述接收模块在该设定时间t内接收的所有网关系统资源利用率的个数，n＝t×f，sn’为接收模块在设定时间t内接收到的第n个网关系统资源率；阈值设置模块根据所述计算模块计算得到的所述平均值设置数据发送阈值ve，设置方法与前文类似，此处不再赘述。

在一具体实施例中，输入频率f的取值范围例如可以是1/6次每小时～1/24次每小时。设定时间t的取值范围例如可以为6小时～24小时，且设定时间t＞1/f。

需要说明的是，若依据网关系统资源利用率s在一设定周期内的平均值来设置数据发送阈值ve，则在智能网关或环境质量检测设备出现突发情况时，即在s＞90％时，立即调节当前的数据发送阈值ve＝v0+α×β×(s-0.5)，无需等待设定时间t。

在一优选实施例中，为了保证用户app数据更新的及时性，设置数据发送阈值ve具有最小值vmin，另外，从网关资源的角度考虑，为了避免网关资源过度紧张，设置数据发送阈值ve具有最大值vmax；最大值和最小值的具体取值与环境质量指数的具体类型相关，例如，以环境质量指数为pm2.5为例(单位为ug/m³)，vmin取值例如可以为1～2，vmax取值例如可以为18～23；以环境质量指数为甲醛为例(单位为ug/m³)，vmin取值例如可以为9～12，vmax取值例如可以为58～63。

总结本发明实施例提供的上述环境质量检测设备可以看出，数据发送阈值ve的调节主要发生在以下几个时间节点上：

1.系统上电1个采集周期(即上述设定时间t)后；

2.系统在运行中环境质量检测设备数量较大幅度增加或减少；

3.由于上述1和2中出现突发情况导致数据发送阈值ve调节不到位，以致网关系统资源利用率s仍然无法得到合理利用；

4.智能网关或环境质量检测设备出现突发情况导致网关资源异常紧张。

参阅图2，基于本发明实施例第一方面提供的环境质量检测设备，本发明实施例第二方面提供一种环境质量检测设备的数据传输方法，该环境质量检测设备用于检测环境质量指数，该方法包括：接收该环境质量检测设备所处的网络的网关系统资源利用率s；根据所述网关系统资源利用率s设置数据发送阈值ve；以及在检测到的前后两次环境质量指数的差值的绝对值大于所述数据发送阈值ve时，发送后次检测的环境质量指数。

由于数据发送阈值ve是根据网关系统资源率来设置的，因此，该数据发送阈值ve可以随着不同的网关系统资源利用率s产生相应的动态调整。具体地，能够在网关系统资源利用率s较高时，以较低的频率接收输入的环境质量指数，而在网关系统资源利用率s较低时以较高的频率接收输入的环境质量指数，从而能够有效抑制由于大量环境质量检测设备频繁地向同一个智能网关上传数据所造成的网络阻塞，改善由于资源过载导致系统崩溃的情况，另外，还可以改善由于数据传输过慢造成的系统资源得不到充分利用降低用户体验效果的情况。

在系统初始化时，设定一个初始数据发送阈值v0，当前后两次检测到的环境质量指数的差值的绝对值大于v0时，发送后次检测到的环境质量指数到智能网关，然后通过智能网关发送到用户app，以便用户app更新数据。智能网关定期向网络里的所有环境质量检测设备广播当前的网关系统资源利用率s，s越大表示当前网关资源越紧张，s的取值范围是0～100％。

参阅图3，在一优选实施例中，可通过如下方式根据所述网关系统资源利用率s设置所述数据发送阈值ve：

在网关系统资源利用率s＞70％时，增大数据发送阈值ve；具体地，在s＞70％的情况下，说明此时网关资源紧张，网络中的环境质量检测设备较多，数据收发频繁，此时，增大环境质量检测设备的当前数据发送阈值ve，可以减小环境质量检测设备向智能网关发送数据的频率，从而缓解系统负荷；

在网关系统资源利用率s≥30％且≤70％时，说明网关资源得到合理的利用，当前数据发送阈值ve的设置合理，此时，不对当前数据发送阈值ve进行调整；

在网关系统资源利用率s＜30％时，表示网关资源宽裕，网络中的设备较少，此时，可适当减小当前数据发送阈值ve，增大环境质量检测设备向智能网关发送数据的频率，进而提高数据更新的及时性。

通过上述方式，无论接入网络中的环境质量检测设备的数据如何变化，均可将网关系统资源利用率s有效地维持在30％到70％之间，进而改善由于资源过载导致系统崩溃的情况或者改善由于数据传输过慢造成的系统资源得不到充分利用降低用户体验效果的情况。

参阅图4，一般情况下，接入智能网关的环境质量检测设备的数量相对固定，在系统初始化后，初始数据发送阈值被设置为v0，每台环境质量检测设备均在前后两次检测到的环境质量指数大于v0的情况下，发送后次检测到的环境质量指数到智能网关。智能网关接收对应的环境质量指数，并且定期地向环境质量检测设备发送当前网关系统资源利用率s。在此基础上，

当网关系统资源利用率s≥30％且≤70％时，说明初始数据发送阈值v0设置合理，不对数据发送阈值ve进行调整，即保持数据发送阈值ve＝v0，环境质量检测设备按照该阈值v0发送数据。

当网关系统资源利用率s＜30％时，说明网关资源宽裕，初始数据发送阈值v0设置过大，此时，可相对于初始数据发送阈值v0减小数据发送阈值ve，具体地，可通过公式ve＝v0-β×(0.5-s)来设置数据发送阈值ve，其中，β为加权系数，β的取值范围是0～2，优选地，β一般取初始值为1，然后根据实际返回的网关系统资源利用率s在0～2的范围内调整β的取值。

当网关系统资源利用率s＞70％时，说明网关资源紧张，初始数据发送阈值v0设置过小，此时，可相对于初始数据发送阈值v0增大数据发送阈值ve，具体地，可通过公式ve＝v0+β×(s-0.5)来设置数据发送阈值ve，其中，β为加权系数，β的取值范围是0～2，优选地，β一般取初始值为1，然后根据实际返回的网关系统资源利用率s在0～2的范围内调整β的取值。

继续参阅图4，在一些情况下，智能网关或环境质量检测设备也可能出现突发情况，导致网关资源在某时刻异常紧张，例如s＞90％，当s＞90％时，智能网关向所有的环境质量检测设备紧急广播s，环境质量检测设备在收到紧急广播后紧急调节数据发送阈值ve，且调整幅度需增加，具体地，设置所述数据发送阈值ve＝v0+α×β×(s-0.5)；其中，α为大于1的系数，β为加权系数，β的取值范围是0～2，优选地，β的取值为1。

进一步，当网络中接入的环境质量检测设备的数量发生变化时，可通过调节上述计算公式中的v0的取值来改变当前的数据发送阈值ve。

在一优选实施例中，所述网关系统资源利用率s为网关系统资源利用率s在一设定周期内的平均值。具体地，智能网关按照一定的频率f向环境质量检测设备发送当前的网关系统资源利用率s，环境质量检测设备每隔设定时间t计算在该设定时间t内接收的所有网关系统资源利用率s的平均值其中，n为环境质量检测设备在该设定时间t内接收的所有网关系统资源利用率s的个数，n＝t×f，sn’为环境质量检测设备在设定时间t内接收到的第n个网关系统资源率；然后根据所述平均值设置数据发送阈值ve，具体设置方法可依照前文，例如在智能网关或环境质量检测设备可能出现突发情况，设置数据发送阈值

在一具体实施例中，输入频率f的取值范围例如可以是1/6次每小时～1/24次每小时。设定时间t的取值范围例如可以为6小时～24小时，且设定时间t＞1/f。

需要说明的是，若依据网关系统资源利用率s在一设定周期内的平均值来设置数据发送阈值ve，则在智能网关或环境质量检测设备出现突发情况时，即在s＞90％时，立即调节当前的数据发送阈值ve＝v0+α×β×(s-0.5)，无需等待设定时间t。

在一优选实施例中，为了保证用户app数据更新的及时性，设置数据发送阈值ve具有最小值vmin，另外，从网关资源的角度考虑，为了避免网关资源过度紧张，设置数据发送阈值ve具有最大值vmax；最大值和最小值的具体取值与环境质量指数的具体类型相关，例如，以环境质量指数为pm2.5为例(单位为ug/m³)，vmin取值例如可以为1～2，vmax取值例如可以为18～23；以环境质量指数为甲醛为例(单位为ug/m³)，vmin取值例如可以为9～12，vmax取值例如可以为58～63。

总结本发明实施例提供的上述环境质量检测设备的数据传输方法可以看出，数据发送阈值ve的调节主要发生在以下几个时间节点上：

1.系统上电1个采集周期(即上述设定时间t)后；

2.系统在运行中环境质量检测设备数量较大幅度增加或减少；

3.由于上述1和2中出现突发情况导致数据发送阈值ve调节不到位，以致网关系统资源利用率s仍然无法得到合理利用；

4.智能网关或环境质量检测设备出现突发情况导致网关资源异常紧张

参阅图5，本发明实施例第三方面提供一种环境监测系统，该环境监测系统包括：智能网关和环境质量检测设备，其中环境质量检测设备为根据本发明实施例第一方面所述的环境质量检测设备，系统上电运行后，智能网关定期地向环境质量检测设备发送当前的网关系统资源利用率s，环境质量检测设备根据智能网关发送的网关系统资源利用率s设置数据发送阈值ve，并且按照该数据发送阈值ve向智能网关上传环境质量指数，发送数据的方法如前文所述，此处不再赘述。

另外，本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。