基于STM32和無線數傳模塊的遠程環境監控系統設計

李海

摘? ?要：傳統的環境監控大多采用有線數據傳輸，因此接入的數據線比較多，安裝難度也較大，監控距離也會受到數據線長度的影響。為了彌補這些不足，該文利用STM32F103主控芯片和無線數傳模塊設計了一個具有無線聯網功能的遠程監控系統。該系統可以采集多點遠程環境數據，采用無線模式在GPRS網絡環境下傳輸數據，將數據上傳到原子云服務器，原子云服務器將數據反饋到控制中心進行數據分析，根據分析的結果對遠程終端通過無線數傳模塊進行控制。

關鍵詞：STM32;無線數傳模塊;遠程監控;原子云服務器

中圖分類號：TP368? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

傳統的環境監測系統一般都在有線范圍內對終端設備對象進行數據采集傳輸，距離越遠成本越高，很難實現遠程監控的功能，為了解決這一問題，該文提出了一種新型的環境監控系統，結合STM32和無線傳輸技術設計了具有無線聯網功能，并能對終端環境數據進行實時監控的系統。

1 系統整體結構設計

如圖1所示，系統總體框架大致分為信息采集發送部分和服務器接收反饋部分。數據采集與傳輸部分主要由STM32嵌入式系統和ATK-GPRS-M26模塊組成，以STM32f103ZE為控制器，工作頻率72 MHz，這款芯片內置了32kB的SRAM、512kB的Flash。STM32F103ZE采集環境中的溫濕度、煙霧以及光照強度等參數通過ATK-GPRS-M26模塊上傳到原子云服務器進行數據處理，根據處理結果去控制相對應的終端設備。

2 STM32F103 簡介

STM32從內核上分有Cortex-M0、M3、M4和M7這4種，每個內核又大概分為主流、高性能和低功耗。F1代表了基礎型，基于Cortex-M3內核，主頻為72 MHz。F4代表了高性能，基于Cortex-M4 內核，主頻180 M。STM32憑借其產品線的多樣化、極高的性價比、簡單易用的庫開發方式，迅速在眾多Cortex-M3 MCU中脫穎而出，成為最閃亮的一顆新星。STM32一上市就迅速占領了中低端為微控制單元（MCU）市場，支持應用編程（IAP），可接非常多的傳感器，可以控制很多的設備。現實生活中，我們接觸到的很多電器產品都有STM32的身影，比如智能手環、微型四軸飛行器、平衡車、移動POST機、智能電飯鍋、3D打印機等。STM32F103 是意法公司生產的一款32位Cortex-M3內核的處理器，最高主頻72 MHz，在存儲器的0等待周期訪問時可達1.25 Mips/MHz，并且具有單周期乘法和硬件除法器。STM32F03具有豐富的外設：2個12位AD通道，7路DMA控制器，具有定時器、CAN、USB、SPI、I2C、USART等總線，多達80個快速I/O端口。調試下載：支持JTAG/SWD接口調試下載。STM32F103具有主頻高、功效低、集成度高、開發工具低廉等一系列優點，很適合低成本的嵌入式產品開發。

3 ATK-GPRS-M26模塊簡介

該模塊穩定可靠，自動重連和看門狗雙重保證數據傳輸的穩定可靠。當程序運行異常時，看門狗會自動復位并自動重啟數據傳輸單元（DTU），保證系統正常運行不會死機。當網絡連接出現異常斷開/系統重啟時，DTU會自動重連之前的服務器，保證連接可靠。

3.1 ATK-GPRS-M26串口GPRS DTU特點

其主要包括19個特點。1）支持RS232和RS485通信接口，支持隔離和不隔離2種版本，滿足不同使用場景。2）串口參數個性化配置，波特率范圍2 400～921 600。3）串口緩存最大10 kByte，可以保證數據不丟失。4）寬的供電電壓范圍：+5 V～+28 V，支持2種供電接口。5）免費提供上位機配置軟件，支持一鍵查詢、一鍵配置、地圖位置顯示、自定義AT指令等功能。6）支持4種頻段850 MHz/900 MHz/1800 MHz/1900 MHz。7）支持中國移動和中國聯通手機卡。8）內嵌網絡服務協議棧，可以同時支持4路TCP/UDP網絡連接。9）支持網絡透傳模式、HTTP模式和短信透傳模式3種工作模式。10）網絡透傳模式下支持TCP和UDP連接，最多同時支持4路連接，并且每路連接可以工作在不同模式。11）HTTP模式下支持GET和POST請求方式。12）短信透傳模式下支持中英文短信的發送和接收。13）提供免費的原子云服務器。14）支持心跳包和注冊包2種數據包。15）支持自動重連機制，內置看門狗，確保設備的長時間穩定運行。16）支持動態域名和IP地址訪問。17）支持AT指令配置和透傳指令配置，方便用戶擴展使用。18）支持串口透傳指令、網絡透傳指令和短信透傳指令3種透傳指令配置。19）支持基站定位功能，直接輸出經緯度數據。

3.2 3種工作模式：網絡透傳、短信透傳、HTTP模式

網絡透傳：ATK-GPRS-M26 DTU可以將用戶設備的串口數據與服務器端數據進行透傳交換，用戶無須關心底層實現過程，多路連接可用于數據備份等場景。短信透傳：串口端接收到的數據以短信形式發送到手機，也可以接收任意手機發送過來的短信數據，并通過串口輸出。HTTP模式：將用戶數據以GET或POST的方式交給Web服務器，并讀取服務器的應答數據，以串口數據形式交給用戶設備。

服務器接收和顯示部分由原子云平臺實現。該平臺不僅可以保存接收到的數據，還可以利用其應用程序設計功能將接收到的圖像數據添加到網頁中，方便用戶在線查看。

4 系統軟件設計

用Keil軟件編寫了C語言的圖像監控系統軟件。流程如圖2所示。

程序首先分別初始化ATK-GPRS-M26模塊、STM32等相關配置，并用命令完成相關寄存器配置，然后檢測、連接正點原子云服務器，連接成功后，開始對多點終端設備所處環境的各個參數進行數據采集，采集后的數據通過ATK-GPRS-M26模塊上傳給原子云服務器，原子云再把數據發給監控中心，監控中心收到數據后對數據進行綜合分析，產生分析結果，該結果再通過ATK-GPRS-M26模塊反饋到各個終端，終端收到分析結果后進行處理，做出相應的動作。

5 實驗結果與分析

一旦系統啟動，上傳的數據將保存在原子云服務器創建的數據流中。為了方便用戶查看，數據可以定期刷新圖像數據的網頁。網頁顯示效果表明，系統拍攝的圖像可以完整清晰地顯示在網頁上，起到遠程監控的作用。與傳統的監控系統相比，用戶只有在設備有線連接的監控距離內才能看到監控畫面，該文設計的遠程監控系統在使用上無疑更加方便，用戶只需使用手機或其他連接設備，就可以隨時隨地對目標對象進行遠程監控。

6 結語

結合傳統電子設備與物聯網的思想，對傳統的監測系統進行了改進，具有無線聯網功能的遠程圖像監控系統可以更好地滿足當前人們對監控系統的需求，無距離限制、安裝方便。在此基礎上，后面將研究相應的APP，這樣會給無線監控帶來更多的便利。

參考文獻

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