基于物聯(lián)網(wǎng)的溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)

黃川

摘 要：本文研究了一種可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸?shù)奈锫?lián)網(wǎng)溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備納入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，并且可以直接互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)自組局域網(wǎng)，相互協(xié)作完成特定的業(yè)務(wù)。此系統(tǒng)具有智能化、遠(yuǎn)程化等特點(diǎn)，可用于室內(nèi)監(jiān)測、大棚蔬菜等領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) Zigbee ARM UDP/TCP Linux

中圖分類號：TP319 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（b）-0001-02

社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人類活動(dòng)的發(fā)展，對環(huán)境監(jiān)測的需求和意識(shí)不斷增強(qiáng)。人們對環(huán)境監(jiān)測的指標(biāo)、范圍、領(lǐng)域、頻次、質(zhì)控等方面的要求也逐步得到擴(kuò)展和提高。本文在充分研究嵌入式開發(fā)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了綜合設(shè)計(jì)，即通過對ARM開發(fā)板串行口的讀寫操作將Zigbee開發(fā)板上的溫濕度數(shù)據(jù)讀出并存入數(shù)據(jù)庫，然后將數(shù)據(jù)庫里面的數(shù)據(jù)讀出，利用C/S架構(gòu)將溫濕度數(shù)據(jù)傳輸至手機(jī)等移動(dòng)終端上，便于隨時(shí)接收最新數(shù)據(jù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)基于Zigbee開發(fā)板和ARM開發(fā)板，通過讀取DHT11傳感器的溫濕度數(shù)據(jù)，將讀出來的溫濕度數(shù)據(jù)顯示到Zigbee開發(fā)板的LCD屏上；然后通過串行口的讀寫操作將溫濕度數(shù)據(jù)讀取到ARM開發(fā)板，并將溫濕度數(shù)據(jù)存入中心數(shù)據(jù)庫；最后將溫濕度數(shù)據(jù)利用網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到手機(jī)移動(dòng)端或者瀏覽器上顯示。

2 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)所采用的主要硬件是網(wǎng)蜂科技的Zibee開發(fā)板以及ARM（A9）開發(fā)板。

第一步：利用IAR編程軟件將監(jiān)測溫度和濕度的應(yīng)用程序下載到Zibee底板（該底板采用CC2530芯片，具有一個(gè)溫濕度傳感器），通過無線傳輸將采集到的溫度和濕度等數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵陌濉５诙剑簩⒑诵陌逋ㄟ^串行口線插到ARM開發(fā)板，通過對ARM串行口的讀寫操作將得到的數(shù)據(jù)插入到ARM板的中心數(shù)據(jù)庫（Sqlite）中。第三步：通過對數(shù)據(jù)庫的讀操作，將數(shù)據(jù)庫中的最后一條（最新）數(shù)據(jù)讀出來通過C/S架構(gòu)（即UDP或者TCP協(xié)議）把數(shù)據(jù)顯示到手機(jī)、平板等移動(dòng)終端。（注：C/S架構(gòu)采用的是TCP協(xié)議，PC機(jī)作為服務(wù)器，手機(jī)為客戶端，通過Eclipse寫APK客戶端。）

3 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

3.1 硬件系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)溫濕度監(jiān)測項(xiàng)目硬件系統(tǒng)主要包括：網(wǎng)蜂科技的Zigbee開發(fā)板、ARM（A9）開發(fā)板、路由器、手機(jī)（移動(dòng)終端）等。ZigBee主要有CC2530（集成了8051單片機(jī)）核心板和傳感器底板組成，ZigBee節(jié)點(diǎn)所屬類別主要分3種，分別是協(xié)調(diào)器（Coordinator）、路由器（Router）和終端（End Device）。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。

3.2 系統(tǒng)軟件

3.2.1 數(shù)據(jù)采集終端

將大量的環(huán)境數(shù)據(jù)信息采集出來之后，通過串行口通信的讀寫操作將溫濕度數(shù)據(jù)信息發(fā)送至PC機(jī)，然后將讀出來的數(shù)據(jù)信息保存到中心數(shù)據(jù)庫（ARM數(shù)據(jù)庫，這里使用的是Sqlite數(shù)據(jù)庫）。

3.2.2 中心服務(wù)器

將數(shù)據(jù)庫里面的數(shù)據(jù)讀出來（每次讀取最后一條數(shù)據(jù)即最新數(shù)據(jù)），建立一個(gè)服務(wù)器，將讀取到的最新數(shù)據(jù)發(fā)送至客戶端。

3.2.3 移動(dòng)客戶端

利用Eclipse編寫一個(gè)apk（建立一個(gè)客戶，編寫好apk后安裝到手機(jī)上）用于接收服務(wù)器發(fā)送來的數(shù)據(jù)，手機(jī)等移動(dòng)終端上能隨時(shí)查收溫濕度數(shù)據(jù)信息。

4 設(shè)計(jì)過程

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和任務(wù)要求，本設(shè)計(jì)分為三步。首先將溫濕度數(shù)據(jù)采集出來后通過PC機(jī)串行口編程將ZigBee模塊的數(shù)據(jù)讀出來后存入數(shù)據(jù)庫；然后編寫一個(gè)服務(wù)器，每次讀取數(shù)據(jù)庫中的最新數(shù)據(jù)通過已建好的服務(wù)器發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù)；安裝好Eclipse后用Eclipse編寫一個(gè)客戶端，編寫好后生成APK安裝包安裝到手機(jī)上，手機(jī)和PC機(jī)連接同一個(gè)局域網(wǎng)，手機(jī)可實(shí)時(shí)查看溫濕度數(shù)據(jù)。

4.1 軟件編程調(diào)試

本項(xiàng)目主要用VI編輯器在linux操作系統(tǒng)上編寫和運(yùn)行程序；其中利用德州儀器IAR編寫ZigBee開發(fā)板上的代碼和下載代碼；利用Eclipse編程軟件在window操作系統(tǒng)上編寫Android安裝包APK。

4.2 軟件流程

本項(xiàng)目主要分為三大模塊，具體流程圖如圖1所示。

（1）數(shù)據(jù)采集終端，此終端能夠采集大量的環(huán)境信息，比如溫度、濕度、光線強(qiáng)弱、煙霧等。然后通過串行口的讀寫操作傳送至基于嵌入式的中心服務(wù)器（數(shù)據(jù)庫）。

（2）中心服務(wù)器，采用基于ARM CortexA9的三星Exynos4412開發(fā)板，此開發(fā)板具有接口豐富、性能強(qiáng)大等特點(diǎn)。將數(shù)據(jù)庫里面的數(shù)據(jù)讀出來后建立一個(gè)服務(wù)器（用于發(fā)送數(shù)據(jù)），然后開啟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與路由器相連。

（3）移動(dòng)手持終端，普通手機(jī)或者平板的設(shè)備。開發(fā)普通的APP等程序（建立一個(gè)客戶端，用于連接服務(wù)器接收數(shù)據(jù)信息），能夠通過WIFI連接到路由器，并與中心服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。實(shí)時(shí)查詢掌握當(dāng)前環(huán)境狀況。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)能夠通過主數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)，利用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端的智能軟件實(shí)現(xiàn)無線傳輸至中心服務(wù)器處理存儲(chǔ)；用戶可通過手持設(shè)備（比如手機(jī)、平板電腦等）實(shí)時(shí)查看當(dāng)前環(huán)境數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮了當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，為后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)在各個(gè)監(jiān)測行業(yè)中的進(jìn)一步發(fā)展提供了一定的可行性依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 弓雷.Linux典藏大系.ARM嵌入式Linux系統(tǒng)開發(fā)詳解[M].清華大學(xué)出版社，2010.

[2] 網(wǎng)蜂團(tuán)隊(duì).ZigBee實(shí)戰(zhàn)演練VI[M].廣州：廣州大學(xué)出版社，2012.

[3] （美）Kenneth L.Calvert Michael J.Donahoo.TCP/IP Socket編程[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[4] （英）馬修.斯通斯，著.linux程序設(shè)計(jì)[M].4版.人民郵電出版社，2010.

[5] Eclipse practical tutorial.Eclipse實(shí)用教程[M].電子工業(yè)出版社，2009.

[6] 周潤景，郝曉霞.傳感器與檢測技術(shù)[M].北京：電子工藝出版社，2014.