秸稈禁燒監控系統的軟件設計

肖青青

摘 要

為了實現秸稈禁燒的實時監控，本文基于物聯網技術，在前期硬件設計框架的基礎上進行了監控系統的軟件設計，以ARMSTR710FR為控制核心，設計了系統中傳感節點、集中器、報警程序、以及上位機的軟件部分。整個系統的主要優勢是實現網絡監控的實時性，提高系統的效率、并節約能耗、降低成本。

關鍵詞

秸稈禁燒;監控系統;Zigbee

中圖分類號： TP274.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 14 . 75

0 引言

秸稈焚燒會讓空氣質量下降，引起火災，影響土地質量，焚燒產生的煙霧粉塵也會影響人們的身體健康。但是秸稈焚燒是人們自古以來的習慣，很難改變，政府因此加大了整治力度，但如果采用人為值守，不僅需要大量的人力物力，還會有一定的監控困難，本文結合自動控制，采用遠程監控的方式來實現大面積農田的實時監測，還可以采用網格化的方式，把數據匯聚在一起，歸入大數據系統，統一管理，最終形成長期有效的監控模式，久而久之，規范農民的行為，最后從根本上解決這個問題。

1 秸稈禁燒監控系統的軟件設計

秸稈禁燒監控系統的硬件部分集中器選用ARM公司的STR710FR芯片，傳感器節點中處理器用CC2510芯片，傳感部分采用SQD1003，主要任務是監測區域中的煙氣和溫度，接口部分采用CS8900A作為控制芯片。在此硬件框架的基礎上，本文主要設計對應的軟件部分，主要是傳感節點、集中器、報警程序、以及上位機的軟件部分等。整個設計的目的是在一個限定區域范圍內組件一個遠程監控系統，通過遠程上位機對整個監測區域實時監控煙氣及溫度，一旦超過閾值及時報警，并通過控制中心采取安全措施。具體方法是通過終端傳感器采集煙氣和溫度數據，在區域內組建無線自組織網絡，通過網絡將采集的信息發送給集中器，由集中器分析數據是否完整，再由Zigbee和GSM模塊將數據實時傳送給PC，與限定值進行比較分析，實時監控。在此過程中，硬件和軟件部分相輔相成，協同合作。

1.1 無線傳感器節點的軟件設計

秸稈禁燒監控系統主要采用煙氣溫度傳感器，節點硬件部分在之前的論文中已有敘述，軟件部分的功能主要有形成自組織網絡、實現良好連通和覆蓋、采集溫度及煙氣數據、實時發送采集數據，并且接受和執行控制命令。節點的主程序流程圖如圖1所示。從圖中可以看出，節點的主要流程為初始化，包含整個傳感器節點板級硬件的初始化、傳感器模塊的初始化、然后進行傳感器內部工作設置，開啟定時器功能和中斷功能，當入網成功后判斷傳感器是否到預定時間點采集完數據，如果采集完畢，就發送數據到中心匯聚節點，如果沒有，就等待控制中心發送命令再采集，采集的煙霧和溫度數據通過傳感器轉換為電信號后在控制中心與設置的閾值進行比較，從而判斷采集點是否燃燒秸稈。

1.2 集中器的軟件設計

集中器AP的主要功用是建立無線傳感網絡，比如平面網絡、分級網絡、混合網絡以及Mesh網絡等，采用自組織的方式形成完整的拓撲結構，而傳感器節點就是組成整個網絡的成員，另外集中器還負責存儲采集的數據信息及向控制中心轉發任務等。如圖2所示，集中器的任務流程為：先初始化板級硬件BSP，并且初始化串口，為與上位機通訊做準備，當無線自組織網絡建立好后，將網絡拓撲信息等相關參數發送給PC，當有新的節點要加入網絡時，集中器負責管理新節點的端口分配問題，當新節點加入后，AP會實時更新整個網絡新的拓撲信息，接收所有入網節點的數據并存儲，當網絡比較龐大時，可以采用分布式結構，對網絡進行分層，由簇頭節點將數據融合，然后再發送給集中器，這樣可以減少信息通信的消耗以及信道擁塞問題，從而節約能耗，增加網絡壽命。

1.3 報警程序設計

當溫度以及煙霧濃度超過報警程序設定的閾值時，報警器將會鳴叫提醒并有紅燈閃爍，提醒工作人員采取相應的安全措施，或者通過一些自動控制裝置來進行安全操作，進而最大程度上保證生產安全，避免因焚燒而引起的安全事故。具體流程如圖3所示，當程序執行時，會先讀取溫度和煙度值，判斷數據是否超過閾值，如果超過了，紅色LED燈亮并報警，同時仍然實時監測新的數據信息，如果恢復正常，則返回主程序，繼續實時監控。

1.4 上位機軟件設計

無線傳感網絡中采集的數據信息通過串口傳送到上位機，由上位機實現節點入網、信道偵聽和調度、網絡拓撲方面的監控，并能用組態軟件實時監測，掌握數據的最新動態信息。流程圖如圖4所示，初始化后對串口進行設置，發送端發送數據，接收端會驗證數據的完整性，若無丟失，打開串口發送接收請求，此時發送端會應答并且進行數據傳輸，PC接收數據。

2 結語

本文結合物聯網技術，在設計整個秸稈禁燒監控系統硬件部分的基礎上，設計了系統的軟件部分，分別包括傳感器節點，集中器，報警部分和上位機部分，本系統的創新點是在傳統秸稈禁燒系統的基礎上加入了物聯網技術，減少信道競爭、通信耗費，從而達到節約能耗的效果，大大提高了系統的性能。但是仍然有很多需要繼續完善的地方，比如怎樣優化算法使網絡的拓撲結構具有更好的覆蓋性和連通性，如何更好地采用MAC協議實現轉換節點的休眠和工作機制等，因此后期仍然需要繼續完善系統。

參考文獻

[1]劉傳振，程耕國.基于ZigBee的大型樓宇安全監控系統，《現代電子技術》，2017，40（4）：95-98.

[2]劉岳鵬，蔡睿，周磊.基于ZigBee的環境參數遠程無線監控系統設計，《計算機測量與控制》，2017，25（7）：87-89.

[3]丁楊，李啟丙.基于ZigBee的電源監控系統設計與實現，《現代電子技術》，2017，40（5）：166-170.

[4]王勇.基于Zigbee礦井監控系統設計，《國外電子測量技術》，2017，36（7）.

[5]洪蕾等.基于物聯網和GIS的城市空氣污染監測預警系統，《科技信息》，2014（12）：186-186.