摘 要

噪声污染会对城市居民的生活质量和身心健康造成诸多不良影响。防治噪声污染的重要性不言而喻，而噪声监测是其中的关键一环。日趋成熟的物联网技术为噪声监测系统带来了轻量化、网络化的发展方向。在众多网络协议中，简单、轻量级的MQTT协议独树一帜。MQTT为应对设备运算性能有限和网络不稳定的情况而生，有着广阔的应用前景。本文的目的就是结合物联网概念设计实现一个基于MQTT的噪声监测系统。

本系统在Android平台上开发。噪声监测终端的嵌入式开发板运行Android系统，启动后会订阅一个话题，然后通过程序调用麦克风收录环境噪声并计算出分贝级，再将数据发布到话题中。结合MQTT订阅/发布的特点，运行在手机上的移动客户端一旦订阅了同一话题，就能够接收到消息。客户端会将分贝值以图表的形式显示并计算最大值和最小值。两个客户端软件都采用MVC结构设计，它们之间是C/S架构。

最后通过测试，验证了系统达到了设计要求的定时启动、数据处理、数据传输功能

关键词：MQTT；噪声监测；物联网；Android

Abstract

Noise pollution can cause many adverse effects on the quality of life as well as physical and mental health of urban residents. The importance of prevention and control of noise pollution is obvious, of which noise monitoring is the key node. The growing maturity of the Internet of things technology has brought a new direction for the noise monitoring system. Among many protocols used in Internet of things, MQTT protocol is born to cope with the limited computing performance and network instability which has a bright prospect. The purpose of this paper is to design and implement a noise monitoring system based on MQTT.

The system is developed in Android platform. The noise monitoring terminal runs the Android system, the application will subscribe to a topic, then record noise through microphone and calculate the noise level of the environment, the result will be released on the topic. Combined with MQTT`s characteristics of subscription / release, once the application that runs on the phone subscribed to the same topic, it will be able to receive messages. The client application can display the decibel value in the form of a graph and calculates the maximum and minimum values. The two client software use MVC structure, but the structure between them is C/S .

The test shows that the system has reached the design requirements of timing, data processing, data transmitting. It has certain practicality.

Key Words：MQTT；noise monitoring；IoT；Android

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3课题研究重点 2

1.4论文的组织结构 2

第2章 系统需求分析 4

2.1系统功能分析 4

2.1.1Android 监测终端功能分析 4

2.1.2 Android 移动终端功能分析 4

2.2系统技术分析 4

2.2.1消息推送方式对比 4

2.2.2网络协议对比 4

2.2.3协议选择 4

2.2.4操作系统选择 5

2.3 MQTT协议简介 5

2.3.1MQTT的基本概念 5

2.3.2 MQTT协议的特点 6

2.3.3MQTT的消息格式 6

2.3.4MQTT协议工作原理 7

2.3.5Eclipse Paho 项目 8

2.4相关工具 8

2.4.1开发环境搭建 8

2.4.2硬件选择 8

2.5系统可行性分析 9

第3章 系统设计 10

3.1系统功能结构设计 10

3.2系统功能模块的设计 11

3.2.1界面的设计 11

3.2.2监测设备客户端功能模块的设计 11

3.2.3移动客户端功能模块的设计 12

3.3代理端架构 13

第4章 系统的实现 14

4.1 系统开发环境 14

4.1.1 硬件开发环境 14

4.1.2 服务器平台 14

4.1.3软件开发环境 14

4.2监测设备客户端实现 14

4.2.1MQTT引擎模块 16

4.2.2数据处理模块实现 17

4.2.3录音模块实现 17

4.2.4定时模块实现 17

4.3移动设备客户端实现 18

4.3.1MQTT引擎实现 20

4.3.2绘图模块实现 20

4.3.3数据处理模块实现 21

第5章 系统运行与测试 23

5.1系统功能测试 23

5.1.1开发板联网 23

5.1.2安装应用软件 23

5.1.4软件功能测试 24

5.2系统在不同场景环境中的测试 27

5.2.1宽敞的室内场所 27

5.2.2开阔的室外场所 28

5.2.3道路交通场所 29

5.2.4施工场所 30

5.2.5结果分析 32

第6章 总结与展望 33

6.1本文工作总结 33

6.2下一步的工作展望 33

参考文献 34

致谢 35

附录 36

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

噪音污染如同大气污染、水污染，是人类对自身工业生产、日常生活不加妥善管理的产物。随着中国工业化与城市化的稳步发展，噪音污染现象越来越普遍。就世界卫生组织 2012年全球的噪音污染情况调查表明，中国等发展中国家也步发达国家后尘，面临的噪音污染问题越来越严重。噪音污染不仅会导致人的注意力无法集中、工作学习效率低下，还会引起心慌、食欲不振等亚健康症状，甚至会导致耳聋耳鸣、高血压等疾病。医学研究表明，人在短时间里暴露在强噪声环境中会出现听力下降症状，长时间处在强噪声环境中则可能会造成永久性耳聋。每年世界上都有众多噪声所致的耳聋病例，同时还有更多的人正在饱受噪声侵扰之苦。因此防治噪音污染的相关研究值得政府的扶持与民众的重视。噪声监测是噪声防治工程的第一步，也是最重要的一步，因而研发噪声监测系统的必要性不言而喻。

自从物联网的蓝图多年前被提出，环境监测与干预、物流、医疗和制造等领域纷纷推出了许多有创意的原型和产品。众多物联网产品都具有数据采集和数据处理功能，其中数据采集功能由具有若干传感器和一个微处理器的终端设备实现，而数据处理功能通过软件算法实现。本文研究的噪声监测系统也采用了这一概念：环境噪声监测系统主要由噪声监测终端和移动终端组成，噪声监测终端负责收集当前环境噪声值，通过网络把噪声数据发送到移动终端，用户通过移动终端可以查看到实时的环境噪声值。噪声数据在网络中传输需要满足特定的网络协议，而在众多网络协议中消息队列遥测传输（MQTT）以它简单、轻量级并且非常适合装置性能有限和网络可靠性不佳的情况的特点脱颖而出。MQTT协议规定了一个2字节固定长度的消息报头、一对多的分发机制和三个消息发布的QoS等级。附加的一些出色内置属性比如：清理会话、保留消息和预消息。这使它更适合大多数物联网情景。