多點無線智能環(huán)境檢測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

董梅

（惠州經(jīng)濟職業(yè)技術學院，廣東惠州，516057）

0 前言

本文進行了無限多點環(huán)境檢測系統(tǒng)的設計。通過利用高精度傳感器和遠程無線數(shù)據(jù)傳輸模式，能夠有效地實現(xiàn)智能監(jiān)控，并且還能夠進行遠程操控，同時降低功率消耗，將各種功能和技術集合在一起，具有非常好的實用價值，體現(xiàn)了創(chuàng)新性和實用性。

1 硬件設計

1.1 方案設計

對于該環(huán)境系統(tǒng)檢測的設計，要求包含環(huán)境溫度、濕度、光照強度、二氧化碳濃度等參數(shù)檢測，通過對檢測的節(jié)點進行模塊化的處理，利用無線傳感器網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程無線傳輸，并且根據(jù)模塊化的方式，通過利用主機進行處理，能夠有效的滿足用戶的需要。在每個檢測節(jié)點中，都是由多傳感器以及無線數(shù)據(jù)傳輸模塊構(gòu)成的，在檢測節(jié)點采用STM32L151處理器，具有較為豐富的功能，還能夠有效的降低功耗，提高環(huán)境檢測的效率。同時在整個檢測系統(tǒng)中裝備兩節(jié)電池進行供電，滿足環(huán)境檢測所需要的電能，通過使用STM32F103作為中央主機的處理器，在連接顯示屏與鍵盤，在與無線網(wǎng)絡進行連接，從而有效地實現(xiàn)用戶的實時監(jiān)控，同時還便于用戶進行遠程操作。

1.2 主機設計

通過將各數(shù)據(jù)節(jié)點的數(shù)據(jù)傳回到中央主機之中，從而及時地對數(shù)據(jù)進行處理，便于用戶進行操作。在本文所設計的智能環(huán)境檢測系統(tǒng)中，采用STM32F102ZET6處理器，作為STMF103系列中最好的處理器，能夠有效的保證對傳輸數(shù)據(jù)快速的處理速度以及操作的靈活性，同時，這種處理器具有較為豐富的接口和容量，能夠支持許多編程的使用。在整個主機中，還需要包括42個16位的后備寄存器，對于這些寄存器，必須要能夠滿足SWD和JTAG調(diào)試，從而能夠適配整個監(jiān)測系統(tǒng)。再加上80個通用IO口、4個通用定時器、2個高級定時器、2個基本定時器、2個SPI接口、2路I2S接口、2路I2C接口。同時，為了能夠保證整個監(jiān)測系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，就必須要選擇運行較好的MCU電路，因此，在設計的過程中，就需要保證電源、濾波電容以及時鐘電路的設計穩(wěn)定性，從而促進整個主機設計的完善性。為了能夠便于操作，提高系統(tǒng)的功能性，還需要在處一的外圍連接一些設備，包括FLASH、UART調(diào)試電路、以及一些接口等，從而能夠提高主機的儲存功能，便于用戶進行測試和通訊，同時再加上這些接口，能夠有效的連接各種其他設備，從而提高主機的功能性和操作性。

1.3 檢測節(jié)點設計

在整個無線智能環(huán)境檢測系統(tǒng)的設計中，為了能夠便于用戶進行操作，采用模塊化的設計方式。檢測節(jié)點作為獨立的電路模塊，由多個部分進行構(gòu)成，從而保證功能的多樣性。在檢測節(jié)點中，主要是以MCU處理器為主，通過利用MCU處理器，能夠有效地進行數(shù)據(jù)傳輸，及時對數(shù)據(jù)進行處理。同時，電源、傳感器和無線數(shù)據(jù)發(fā)射等幾個部分在檢測節(jié)點設計中也是十分重要的，因此需要對這幾個部分進行設計。首先，在進行MCU的選擇時，選擇采用STM32L151CB16作為整個檢測節(jié)點的微處理器，具有超低的功耗，同時具有較高的性能，具有較高的性價比。其次就是進行傳感器網(wǎng)絡的設置，在整個環(huán)境檢測的過程中，需要對溫濕度、光照度以及二氧化碳等參數(shù)進行檢測，因此，對于傳感器的要求較高，需要采用一些具有高精度和高性能的傳感器進行應用，從而保證數(shù)據(jù)監(jiān)測的準確性。同時，由于所需要檢測的參數(shù)不同，因此也需要采用不同的傳感器進行數(shù)據(jù)收集，從而保證數(shù)據(jù)的準確性。因此，為了能夠提高整個環(huán)境檢測節(jié)點的性能，在傳感器的選擇上，主要采用芯片SHT10進行溫濕度傳感監(jiān)測，采用光敏電阻構(gòu)造進行光照強度的檢測，采用MG811型CO2氣體傳感器進行環(huán)境中的二氧化碳濃度檢測。最后進行無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O計時，主要采用RF集成芯片CC1101，具有較高的性能，能夠有效地對數(shù)據(jù)進行處理。檢測節(jié)點具有一些限制，因此，在設計的過程中，必須要保證功耗、體積以及運行等特點，通過本文的設計，能夠有效的保證檢測節(jié)點的性能，便于進行環(huán)境檢測。

2 軟件設計

軟件性能的好壞直接決定了整個環(huán)境檢測系統(tǒng)的質(zhì)量，因此，在進行系統(tǒng)軟件設計時，就必須要保證設計的全面性和性能，系統(tǒng)軟件的設計主要包括上位機設計、主控制器程序設計、協(xié)調(diào)器程序設計以及監(jiān)控節(jié)點程序設計，通過對這四個部分進行優(yōu)化設計，能夠有效地保證整個軟件設計的性能。

2.1 上位機設計

在整個環(huán)境監(jiān)測的過程中，上位機是十分重要的，能夠?qū)φ麄€系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)參數(shù)進行綜合監(jiān)控，同時還能夠利用上位機進行統(tǒng)一的管理。在軟件設計的過程中，需要保證軟件功能的多樣性，在進行上位機設置時，需要保證上位機能夠自動統(tǒng)計溫濕度數(shù)據(jù)的最大值、最小值以及平均值，一旦所監(jiān)控的環(huán)境數(shù)據(jù)超出數(shù)值，就必須要及時進行報警。為了能夠便于用戶對監(jiān)測結(jié)果進行了解，就可以將報警的信息自動發(fā)送到用戶的手機上，從而使用戶能夠及時的了解環(huán)境監(jiān)測的信息，再利用上位機的軟件對整個環(huán)境監(jiān)測儀器進行操控，從而實現(xiàn)遠程操控，達到無人值守的目的。在進行上位機軟件的設計時，必須要保證上位機對整個環(huán)節(jié)的綜合監(jiān)控，顯示監(jiān)控點實時溫濕度的測量值，同時還需要包括過去所監(jiān)測的結(jié)果查詢等，從而便于用戶對整個環(huán)境檢測信息進行了解。

2.2 主控制器程序設計

在硬件系統(tǒng)的選擇上，主控制器采用STM32L103處理器，具有較高的性能。因此，在進行軟件程序設計的過程中，就需要保證其功能的多樣性。首先，在進行程序設計時，利用CC1101芯片，建立無線傳感網(wǎng)絡，從而及時地對數(shù)據(jù)進行傳輸，實現(xiàn)對節(jié)點數(shù)據(jù)的操控和觀測。其次，必須要保證程序能夠自動進行信息報警，通過利用GPRS，當環(huán)境檢測的溫度、濕度以及光照發(fā)生異常時，能夠及時的編輯信息進行報警，從而使用戶能夠快速的獲得信息。同時，在主控制器程序設計的過程中，需要與上位機進行配合，將監(jiān)控數(shù)據(jù)實時的上傳到上位機，從而進行上位機的監(jiān)控，并且根據(jù)上位機所傳輸?shù)男畔ⅲ瑢φ麄€監(jiān)測網(wǎng)絡進行操控和控制。最后，在系統(tǒng)運行的過程中，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)斤@示屏上，從而方便用戶進行查看，便于用戶進行操控、進行數(shù)據(jù)的調(diào)整等。

2.3 協(xié)調(diào)器程序設計

在協(xié)調(diào)器的選擇上，采用CC1101芯片，由于主機和監(jiān)控節(jié)點都需要協(xié)調(diào)器進行操控，因此，就需要對主機協(xié)調(diào)器和監(jiān)控節(jié)點進行程序設計。首先，在主機協(xié)調(diào)器程序設計的過程中，要先將收發(fā)狀態(tài)設為空閑，連接初始化的無線連接端口，同時建立網(wǎng)絡，由協(xié)調(diào)器將網(wǎng)絡地址發(fā)送給控制中心，再將程序進入處循環(huán)。在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，通過增加程序的智能性從而做出有效的判斷，如果有終端節(jié)點發(fā)送來的新數(shù)據(jù)，則可以直接將數(shù)據(jù)傳輸至控制中心中，一旦控制中心進行指令的下達，則需要協(xié)調(diào)器將這些控制指令傳輸?shù)礁鱾€終端節(jié)點之中，從而實現(xiàn)對整個監(jiān)控過程的操控。在進行監(jiān)控節(jié)點程序設計時，需要對應用層進行初始化，打開全局中斷并初始化無線連接端口，之后再進行網(wǎng)絡連接，如果網(wǎng)絡連接失敗，則需要每兩秒進行重新連接一次，直至成功。在進行網(wǎng)絡連接之后，便可將注冊信息發(fā)送到協(xié)調(diào)器之中，再由協(xié)調(diào)器發(fā)送到控制中心中。在進行入網(wǎng)注冊之后，通過進入程序循環(huán)之中，如果接受到協(xié)調(diào)器的控制命令，則需要及時對整個控制器進行參數(shù)的調(diào)節(jié)，最終實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的操控。

3 結(jié)語

為了能夠及時地對環(huán)境進行監(jiān)測，保證環(huán)境的質(zhì)量，本文進行了以STM32單片機和無線傳感網(wǎng)絡為主的多點無線智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計。在整個系統(tǒng)之中，通過采用模塊化的處理，將整個系統(tǒng)分成了多個模塊進行設計，從而提高整個監(jiān)控系統(tǒng)的性能。在這個系統(tǒng)中，能夠?qū)Χ嘟M傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行處理，并且利用無線傳感網(wǎng)絡技術，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街锌刂鳈C之中，從而進行遠程監(jiān)測和操控。