基于以太網的環境安全數據采集系統設計

（江蘇科技大學電氣與信息工程學院,212003）

基于以太網的環境安全數據采集系統設計

朱慕涵,張文琪

（江蘇科技大學電氣與信息工程學院,212003）

本系統以STC15F2K60S2單片機為核心控制器，借助W5100網絡模塊，利用以太網傳輸技術，將煙霧傳感器、溫濕度傳感器、火焰傳感器測得的環境數據通過W5100網絡模塊的Socket通道發送至多臺客戶端上位機，上位機也可以發送特定的指令再由W5100模塊傳回至單片機，實現了上位機與下位機的雙向通信。

STC15F2K60S2;以太網;數據采集;環境安全

1 系統硬件設計

本系統硬件由控制模塊、以太網模塊，傳感器模塊，輔助模塊及電源模塊組成。其硬件結構框圖如下圖1所示。

圖1 系統硬件結構圖

1.1 控制模塊

STC15F2K60S2系列單片機是STC生產的單時鐘/機器周期的單片機，是高速、高可靠、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，采用第八代加密技術，加密性超強，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8-12倍。內部集成高精度R/C時鐘，溫飄較小，時鐘頻率寬范圍可設置，可徹底聲調外部昂貴的晶振和外部復位電路。現STC15系列單片機采用超高速CPU內核，在相同的時鐘頻率下，速度又比STC早期的1T系列單片機的速度快20%。

1.2 以太網模塊

W5100 是一款多功能的單片網絡接口芯片，主要應用于高集成、高穩定、高性能和低成本的嵌入式系統中。使用 W5100 可以實現沒有操作系統的 Internet 連接。W5100 內部集成有16KB 存儲器用于數據傳輸。使用W5100不需要考慮以太網的控制，只需要進行簡單的端口編程。

1.3 傳感器模塊

本系統使用了溫濕度傳感器DHT-11、煙霧傳感器MQ-2以及火焰傳感器實現了對環境安全的有效監測。

1.3.1 火焰傳感器

火焰傳感器是機器人專門用來搜尋火源的傳感器，當然火焰傳感器也可以用來檢測光線的亮度，只是本傳感器對火焰特別靈敏。火焰傳感器利用紅外線對火焰非常敏感的特點，使用特制的紅外線接受管來檢測火焰，然后把火焰的亮度轉化為高低變化的電平信號，輸入到中央處理器中。

1.3.2 煙霧傳感器

MQ-2型煙霧傳感器屬于二氧化錫半導體氣敏材料，屬于表面離子式N型半導體。當處于200~300°C溫度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，形成氧的負離子吸附，使半導體中的電子密度減少。當與煙霧接觸時，如果晶粒間界處的勢壘受到該煙霧的調制而變化，就會引起表而電導率的變化。利用這一點就可以獲得這種煙霧存在的信息，煙霧濃度越大，電導率越大輸出電阻越低。

1.4 輔助模塊

OLED顯示屏實時顯示檢測到的溫濕度值以及煙霧濃度。當環境參數值超過所設定的閾值時，報警器報警。用戶可通過按鍵根據實際需求自主設計報警閾值，不需在程序中改變閾值。根據傳感器傳回的環境參數，用戶可通過上位機發送指令，接通直流電機。

2 系統軟件設計

2.1 W5100與主機通信配置

TCP是以連接為基礎的通信方式，它必須首先建立連接，然后利用連接的IP地址和端口號進行數據傳輸，本系統的w5100工作在TCP模式的服務器模式下，該方式下的編程步驟為：

（1）裝載網絡參數

該步驟中需要編程配置網關參數、加載子網掩碼及物理地址。此外還需配置W5100模塊的本機IP地址，以及端口號。

（2）硬件復位

為保證W5100正常工作，在使用前必須對W5100模塊進行硬件復位。用戶只需將W5100的復位引腳置“1”后再做適當延時。

（3）W5100 Socket 端口初始化設置

W5100有4個獨立的Socket通道，每個通道均可獨立地與一個客戶端連接通信，該步驟分別設置4個端口，根據端口工作模式，將端口置于TCP服務器、TCP客戶端或UDP模式。本系統配置了兩個Socket通道且均工作于服務端模式。

2.2 AD轉換軟件設計

STC15F2K60S2單片機集成有8通道10位高速電壓輸入型模/數轉換器（ADC），因此單片機不需要外接0809AD轉換芯片即可實現AD轉換。

3 結束語

基于以太網的數據傳輸技術，可以很好地實現數據傳輸。本系統利用以太網傳輸技術，實現了對環境安全參數的遠程監測。此外本系統還可以通過上位機遠程對遠端發送指令，命令下位機執行響應動作，實現了上位機與下位機的雙向通信。經檢驗，該系統工作穩定，實現了對環境數據的準確傳輸，達到了預期目標。

[1] 龔礪.嵌入式網絡數據采集系統在遠程監測中的應用[D].武漢理工大學,2006.

[2] 林宏.工業控制中以太網技術應用研究[D]. 福州大學,2006.

[3] 王蒙軍.嵌入式數據采集系統設計與實現[D]. 河北工業大學,2005.

Design of environmental security data acquisition system based on Ethernet

Zhu Muhan,Zhang Wenqi
(School of electrical and information engineering,Jiangsu University of Science and Technology,212003)

The system selects STC15F2K60S2 as the core controller,with W5100 network module and the Ethernet transmission technology,using smoke sensor,temperature and humidity sensor,flame sensor measuring environmental data and transmitting them to the client PC,PC can also send a specified instruction to the MCU and order it executing some actions.The bidirectional communication between the upper computer and the lower computer is realized.

STC15F2K60S2;Ethernet;environmental safety;Data collection