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篇(1)

關鍵詞：STM32；空氣質量檢測；甲醛；WiFi

中圖分類號：TP212.9

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）8012502

1引言

近些年來，空氣污染問題日益嚴重，室內有害氣體污染狀況不容樂觀，引起室內空氣污染的物質多種多樣，最普遍的當屬甲醛。國內現有氣w檢測設備研發起步較晚，穩定性不足，通信能力差。因此研發一款具有無線傳輸功能的氣體檢測設備是極其重要的。

設計并研發了基于STM32的無線環境監測系統，儀器核心為STM32微處理器，運用甲醛傳感器實時采集室內甲醛濃度信號，將數據顯示在液晶屏，同時又具有遠程監測功能。

2系統總體設計

采用高精度甲醛傳感器進行系統前端信號采集，將甲醛濃度物理信號轉換為電信號傳輸給微處理器控制部分進行處理和運算，在液晶顯示屏上顯示室內甲醛實時濃度數值。另一方面，用戶可通過智能手機等無線設備向WIFI模塊發送指令，單片機接收指令后再做出相應操作，可實現遠程監控。系統總體架構框圖如圖1所示。

3系統硬件設計

開發的硬件主要包括：微處理器最小系統、電源供電模塊、中文液晶顯示屏、甲醛采集模塊、溫濕度采集模塊、WIFI模塊、蜂鳴報警模塊等。硬件架構如圖2所示。

本系統采用ST公司出品的STM32F103C8T6微處理器，具有低功耗、最大集成度、結構簡單、處理速度快、性價比高等優點。其最小系統的電路原理圖如圖3所示。

甲醛傳感器采用的型號是MS1100-P111VOC，該型號傳感器具有靈敏度高、準確度高等優點，是一種進口的半導體式傳感器。具體電路圖如圖4所示。

溫濕度傳感器采用的型號是DHT11，該傳感器電路簡單、穩定性好、功耗很小，可以自動休眠，具體電路圖如圖5所示。

顯示屏采用Usart-GPU串口液晶屏，由于價格低

廉，受到廣大用戶喜愛，無需轉編號，支持直接漢字驅動、真彩圖形顯示。顯示屏與STM32微處理器的接口原理圖如圖6所示。

4系統軟件設計

本系統采用模塊化和層次化的設計方法，使用C語言進行代碼編寫。基于軟件模塊化開發和設計，編寫了STM32硬件初始化模塊、甲醛傳感器采集模塊、溫濕度傳感器采集模塊、Usart-GPU串口液晶顯示模塊、蜂鳴報警模塊等的驅動程序。軟件流程圖如圖7所示。

該系統樣機軟硬件已經設計制作完畢，同時進行了設備的測試，結果顯示該系統可以完成甲醛濃度、溫濕度采集，液晶顯示屏實時顯示當前室內空氣質量情況。如果甲醛濃度超標，蜂鳴器則發出聲音告警信息，提示用戶。該系統實物照片如圖8所示。

5結語

研制和開發了基于STM32的無線環境監測系統，采用甲醛傳感器、溫濕度傳感器進行信號采集，并將甲醛的濃度值、溫濕度值實時顯示在液晶顯示屏上，可以通過WiFi無線網絡技術將監測結果發送到移動設備上，實現了遠程監測。如果空氣中甲醛超過國家標準安全閾值，系統會立刻進行蜂鳴報警，以實現對室內空氣污染物實時監測和預警。測試結果證明，所有功能能夠完整地實現，可靠性高，該系統具有良好的應用前景。

參考文獻：

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徐科軍.傳感器與檢測技術[J].北京：電子工業出版社，2011：202～260.

[2]陳啟軍，余有靈.嵌入式系統及其應用[J].上海：同濟大學出版社，2011：20～23.

篇(2)

關鍵詞：無線傳感器網絡，關鍵技術，傳感器節點

 

1 前言

環境保護越來越受到重視，環境監測是環境保護的基礎，其目的是為環境保護提供科學的依據。目前無線傳感器網絡在環境監測中發揮著越來越重要的作用。與傳統的環境監測手段相比，使用無線傳感器網絡進行環境監測有三個顯著優勢[1]：一是傳感器節點的體積很小且整個網絡只需要部署一次，因此部署傳感器網絡對被檢測環境的人為影響很小。二是傳感器節點數量大，分布密度高，每個節點可以采集到某個局部環境的詳細信息并匯總融合后傳到基站，因此傳感器網絡具有數據采集量大，探測精度高的特點。三是傳感器節點本身具有一定得計算能力和存儲能力，可以根據物理環境的變化進行較為復雜的檢測，傳感器節點還具有無線通信能力，可以在節點間進行協同監控。因為傳感器網絡節點對環境變化、傳感器網絡自身變化以及網絡控制指令做出及時反應，所以無線傳感器網絡適用于多種環境監測應用中。

2 環境監測應用中無線傳感器網絡節點的硬件設計

圖1節點硬件組成

微處理器采用TI公司的超低功耗的MSP430系列處理器，功能完善、集成度高，而且根據存儲容量的多少提供多種引腳兼容。

無線通信采用CC2420ZigBee芯片，CC2420ZigBee芯片通過SPI接口與MSP430相連接。

電源用電池供電，使用AA電池。

傳感器節點可以不在節點中包含模數轉化器，而是使用數字換能器接口。

3 無線傳感器網絡用于環境監測中的關鍵技術

3.1 節點部署

好的無線傳感器的節點部署必須同時考慮覆蓋和連通兩個問題。覆蓋要求在感知中的每個地方都能至少被一個節點監視到，而連通要求在網絡通信上不被分割。覆蓋受節點的敏感度影響，而連通受到節點的通信距離影響。

因監測環境的復雜性和監測環境對于外來設備的敏感性、為了獲得周圍環境的確切參數和為了延長傳感器網絡部署的有效時間、增強傳感器網絡的實用性，所以用于環境監測的傳感器節點需要滿足體積小、精度高、生命周期長的要求。

選擇可替換、高精度的傳感器對于環境監測來說至關重要。一般來說，同類的傳感器測得數據之間誤差應不超過3%，這樣通過一定得補償機制可以將誤差控制在1%之內。選擇傳感器的另一個重要因素是傳感器的啟動時間。在啟動時間內傳感器需要一個持續的電流作用，因此需要采用啟動時間較短的傳感器以節省能量。

3.2 能量管理

目前的傳感器節點大多使用兩節AA電池供電，這樣的電力在3V情況下大約是2200mAh。如果需要持續工作9個月，每個節點平均每天只有8.148mAh的電量。表列出了傳感器節點常用操作消耗的能量。實際應用中需要仔細地在本地計算、數據采集和通信之間分配能量

篇(3)

[關鍵詞]環境監測無線傳感器網絡鎢礦

中圖分類號:TP301文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1110055-01

本文通過對當前的鎢礦環境監測系統現狀的研究,結合無線傳感器網絡技術、嵌入式系統技術和網絡通信技術,設計和實現了一套適用于鎢礦環境的無線傳感器網絡環境參數監測系統。

一、礦山環境無線傳感器網絡總體設計

由于有線監測系統其自身的局限性以及生態環境的復雜性,特別是無法對危險環境進行監測,導致在某些場合有線監測系統已導致在某些場合有線監測系統已不能滿足人們的需求[1]。針對鎢礦復雜的環境,分析了系統的結構體系,設計了一種適用于鎢礦環境參數監測的無線傳感器網絡系統結構。該結構為一個層次型網絡結構,底層為部署在監測環境中的終端無線傳感器節點,上層依次為無線傳感器匯聚節點、傳輸網絡、上位機(監控計算機),最終連接到Internet和公司局域網。系統總體架構如圖1所示。

二、無線傳感器網絡節點硬件設計

(一)節點硬件結構設計

傳感器節點由傳感器模塊、處理器模塊、無線通信模塊和能量供給模塊組成[2]。傳感模塊主要負責監測區域內信息的采集并將各種傳感器采集的信號轉變為數字信號并傳送給處理器模塊。處理器模塊負責控制整個節點的數據處理操作、路由協議、功耗管理、任務管理和實現網絡安全可靠的通信協議[3]。無線通信模塊負責與其他節點進行無線通信,交換控制消息和收發數據。能量供給模塊負責為節點各個功能模塊供電。

(二)各功能模塊設計

1.微處理器模塊

在選擇微處理器時切忌一味追求性能,選擇的原則[4]應該是“夠用就好”?，F在微處理器運行速度越來越快,但性能的提升往往帶來功耗的增加。一個復雜的微處理器集成度高、功能強,但片內晶體管多,總漏電流大,即使進入休眠或空閑狀態,漏電流也變得不可忽視;而低速的微處理器不僅功耗低,成本也低。另外,應優先選用具有休眠模式的微處理器,因為休眠模式下處理器功耗可以降低3～5個數量級?？紤]實際需求,本設計中處理器模塊選擇ATMEL公司的AVR系列的ATmega128L單片機。ATmega128L[5]是ATMEL公司于2001年推出的采用低功耗COMS工藝生產的基于AVR RISC結構的8位微控制器,是目前AVR系列中功能最強大的單片機。該單片機具有體積小、功耗低、集成度高、支持睡眠模式、喚醒時間短、運行速度快、成本低和足夠的外部接口等特點。

2.無線通信模塊

無線通信模塊選擇Chipcon公司的CC2420芯片。CC2420是Chipcon公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4標準的無線收發器。它基于Chipcon公司的SmartRF03技術,以0.18umCMOS工藝制成,只需極少外部元器件,性能穩定且功耗極低。該無線收發芯片具有集成度高,工作電壓低、功耗低和靈敏度高等優點,易于得到廠商提供的協議棧和開發套件。

3.傳感器模塊

根據項目的應用背景和實際需要,選擇傳感器對監測區域內的溫度、濕度、粉塵、二氧化碳、一氧化碳和氧氣等參數進行監測。在節點的硬件設計和研制中,充分考慮了傳感器的能耗、精度、采樣頻率、與微處理器的接口特性等要求。為了提高節點的可擴展性,在節點中提供了可擴展不同傳感器的接口。

設計中選用了溫濕度傳感器、粉塵傳感器、二氧化碳傳感器、電化學傳感器分別對溫度、濕度、粉塵、二氧化碳、一氧化碳和氧氣等參數進行探測。選用了瑞士盛世瑞恩(Sensirion)公司的數字溫濕度傳感器SHT10采集環境的溫度和濕度。粉塵傳感器選用日本神龍公司的粉塵傳感器PD4NS。二氧化碳、一氧化碳和氧氣的探測分別選用瑞士盟巴玻(Membrapor)公司的生產的電化學傳感器6004二氧化碳傳感器、O2/I-06氧氣傳感器、CF-1000一氧化碳傳感器。

4.電源供給及管理模塊

能量是無線傳感器網絡最寶貴的資源,它決定著傳感器網絡的壽命。為了滿足降低節點能耗的目標,節省系統電源,傳感器模塊只有在工作時才啟動,因此電源供應及管理模塊中研究了采用TI公司TPS 79501傳感器模塊電源控制器。TPS 79501具有超低噪聲、高PSRR、高電平啟用等特點,輸出為1.2V～5.5V電壓可調的低壓降穩壓器,驅動能力達500mA～7.5A。

三、節點軟件系統設計

無線傳感器網絡節點是個資源受限的嵌入式系統,包括硬件資源受限、帶寬有限、能量受限及補給困難的特點,決定了現有的一些嵌入式操作系統(如Linux操作系統)不能很好適用于傳感器網絡節點。

TinyOS是目前傳感器網絡的主流操作系統,采用基于組件的體系結構,應用程序的各個功能都是由相應的組件實現的。當事件對應的硬件中斷發生時,TinyOS的事件驅動機制能夠快速地調用相關的事件處理程序,從而使CPU在事件發生時迅速執行相關任務,在處理完之后進入睡眠狀態,從而有效的提高了CPU的使用效率,并且節省了能量。

四、結論

在鎢礦環境監測中采用無線傳感器網絡,利用傳感器節點功耗低、工作時間長、成本低、能自組織地通信以及在危險區域和大面積監測中容易布置等特點,能夠實現鎢礦環境參數低成本連續在線監測,較傳統在線監測系統具有更大的優勢,對于礦山安全具有重要意義。

基金項目:國家自然科學基金項目(No.50764005)

參考文獻:

[1]黃布毅、常亞軍、張海霞等,基于無線傳感器網絡的煤礦安全監測系統設計,通信技術,2008,41(9):170～172.

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[3]姜連祥、汪小燕,無線傳感器網絡硬件設計綜述,單片機與嵌入式系統應用,2006.11.

[4]王殊、胡富平、屈曉旭等,無線傳感器網絡的理論及應用[M].北京:北京航空航天大學出版社,2007.

[5]馬潮,高檔8位單片機ATmega128原理與開發應用指南(上),北京:北京航空航天大學出版社,2004.

篇(4)

摘要：本文簡單簡單介紹嵌入式單片微機在網絡化溫室信息檢測中的應用，以農田信息的傳輸方式為主線，重點介紹了基于ZigBee技術的的無線溫室環境測控系統。無線網絡技術的發展使得溫室信息測控等農田設施發展在嵌入式系統的智能化和網絡化方面進一步提高。

關鍵詞：嵌入式單片機；無線智能溫室；ZigBee技術

一、緒論

溫室智能化控制系統是近年來發展起來的設施節約型農業技術，在充分利用自然資源的基礎上，通過計算機綜合控制，調節環境中的濕度、溫度、光照強度等因子來獲得作物生長的最佳條件，從而達到作物增產、調節生長周期、改善品質、提高經濟效益的目的。傳統的溫室環境測控系統由簡單的單片機控制，系統運算能力低，難以完成復雜的控制算法。嵌入式單片微機系統不僅增加了溫室系統的網絡支持、并且其出發能力和系統的穩定性也有很大的提高。同時降低了系統開發的難度、成本和消耗、滿足溫室計算機控制系統日益復雜化的需要。嵌入式單片微機在農田設施的發展以及網絡傳輸技術的發展使得農田信息得到精準的判斷和實施的控制。

二、嵌入式系統單片機的發展

（一）嵌入式系統和單片機的發展。

嵌入式系統和單片機都起源于20世紀70年代，以微處理器為核心的微型計算機以其小型、價廉、高可靠性的特點，以及表現出的智能化水平使得微型機被引入到一個對象體系中，實現對象體系的智能化控制。21世紀初，嵌入式計算機系統進入了單芯化的道路，即嵌入式系統獨立發展的單片機的時代。其模式設計是完全按照嵌入式應用要求全新設計，滿足嵌入式應用要求的體系結構、微處理器、指令系統、總線方式等。嵌入式系統經過很長一段時間單片機發展的道路，不僅能夠實現最底層的嵌入式系統的應用，網絡、通信、多媒體的高端應用也可以通過嵌入式單片機系統實現。

（二）嵌入式單片微機在智能化溫室中的發展和應用。

溫室智能化控制系統是近年來發展起來的節約型農業技術，通過計算機綜合控制，調節環境中的濕度、溫度、光照強度等因子來獲得作物生長的最佳條件，從而達到作物增產、調節生長周期、改善品質、提高經濟效益的目的。嵌入式單片微機系統實現對溫室環境的精準控制和檢測，是智能化溫室環境的核心。承載無線網絡模塊的單片機的開發為溫室智能控制系統提供了網絡技術支持，并且其使用成本低，系統穩定可靠等優點確定了其成為未來農田信息系統的發展趨勢。

三、網絡化智能溫室系統的構成

（一）網絡智能溫室的分類。

智能化溫室系統根據信息傳輸方式可分為有線通信方式和無線通信方式兩種。有線通信方式主要有兩種形式，CAN總線通信方式和基于掌上電腦的通信方式，這兩種形式已被廣泛應用于農業機械多傳感器集成和農田信息采集；無線通信方式可分類為長距離通信和短距離通信。長距離通信主要借助于移動通訊網絡如GSM，GPRS等，用于設備遠程監控與農業信息遠程采集。短距離通信方式如藍牙、ZIGBEE、RFID等，兩種溫室各有其優缺點，應根據具體的設施環境和要求選擇和合適的信息傳輸方式。

（二）網絡化智能溫室系統的結構。

網絡型溫室環境采集控制系統由智能模塊為核心的采集控制系統和處理系統構成，兩者通過局域網交換機連接。處理系統主要完成數據數據接收、顯示處理、參數設置、查詢與分析功能，采集控制系統主要完成空氣濕度、葉面濕度、土壤溫度、空氣溫度、光照強度、營養液液位、CO2濃度、EC值與PH值等溫室傳感器信息的實時采集、顯示、和存儲。

（1）采用CAN總線技術的有線智能化溫室系統。

控制器局域網(Controller Area Network，簡稱CAN)總線是目前國外大型農機設備普遍采用的一種標準總線，已被國際標準化組織認證，其控制芯片已經商品化，而且性價比高，因此基于CAN總線技術的控制系統是農業信息傳輸系統向智能化發展的理想系統。

（2）無線溫室環境控制系統。

在一些特殊環境采用有線方式傳輸數據是很困難的，甚至不可能的，此時采用無線方式能實現農田信息的自動測量和自動傳輸。ZigBee技術是一種最近發展起來的近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術，是一種短距離通信傳播技術，廣泛應用在溫室系統中，其工作頻帶范圍在21400---214835 GHz之間，采用IEEE80211514規范要求的直接序列擴頻方式，數據速率達250kB／s。此外，短距離傳輸技術還有RFID技術，RFID即無線射頻識別。一個RFID系統都是由3部分組成：閱讀器、標簽和天線。其原理是標簽進入磁場后，接收閱讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息，或者主動發送某一頻率的信號；閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行相關數據處理。這種技術開始應用于濕度、光照、溫度和振動等無線標簽式傳感器之中。

四、基于ZigBee技術的溫室檢測系統

ZigBee技術是近年來才興起的無線網絡通信技術。這種嶄新無線網絡通信技術具備低功耗、低成本、短時延、高容量等特點使ZigBee技術非常適合在無線數據傳輸、無線傳感器網絡等方面的應用，為農業設施遠程測控系統從示范到實用的研究搭建了一個不可多得的技術平臺。

IEEE 802.15．4標準支持多種網絡拓撲結構，包括具有層次發散鏈式結構、主從工作模式的測控系統的結構，根據農業設施測控系統的特點，所設計的具有層次發散鏈式結構的系統框。

其中工控機完成命令的發送、數據的接收、綜合分析處理、顯示和報警。協調器處在工控機的第一層，以有線通信的方式與工控機通信，負責將其下位機上傳的數據與自身的數據捆綁在一起以一定的格式存儲在自身的存儲空間，再以約定的方式上傳給工控機。處在末梢的傳感器只負責采集上傳數據。。

上述基于ZigBee技術的系統實現了溫室環境檢測中的中主要參數(如土壤濕度、溫度、空氣濕度、土光照強度等)檢測與控制系統的內部無線自組網。

五、基于嵌入式單片微機的無線智能溫室的發展趨勢

ZigBee技術應用在智能化溫室測控系統中是嵌入式單片微機應用在農業工程中的一個具體實例。其表現了初期建設周期短、投資小、易于升級、易于重組，尤其是承載ZigBee技術的片上系統的―無線單片機CC2430的應用，使得系統可以靈活便捷地組成適應不同規模、不同情況、不同要求的溫室設施測控系統，并且所構建的系統成本次、功耗低、穩定可靠、具有低復雜度。

有線傳輸和無線傳輸各有其優勢和劣勢，不同的無線通信網絡技術適用場合、環境各異。實踐證明一無線信息傳輸為技術的農田信息傳輸方式具有開發周期短，維護方便，成本低。可靠性高等優點，有很好的開發和應用前景，為未來實現溫室測控系統中的信息傳輸的嵌入式、自動化、智能化與網絡化奠定了基礎。

參考文獻:

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[2]李棟，張林，徐保。無線溫室信息監測系統設計【J】微計算機信息（嵌入式與SOC）2009年25卷.

[3]蔡春麗 智能溫室環境控制系統研究【J】 重慶工學院學報 2007年.

篇(5)

關鍵詞：傳感器；家居環境監測；無線網絡

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）16-0087-03

1 概述

無線傳感器網絡具有自組織特性、非常容易組網部署、易于擴展、通信代價較低、數據傳輸時延小等優點，已經成為物聯網中最為重要的一種網絡類型，尤其適合智能家居環境監測，可以很好地管理室內空氣質量、溫濕度質量、家庭生活電氣安全防盜等。本文分析了傳感器網絡在家居環境監測中的應用背景，對家居環境監測信息進行了總體需求分析，將其分為三個關鍵功能，分別是家居環境信息采集功能、家居環境信息傳輸功能和家居環境信息處理功能，并且分析了家居環境信息的總體架構，對其進行了有效處理，具有較好的作用?；赯igBee技術設計了無線傳感器網絡監測系統的功能，分析了系統的拓撲結構和服務器部署結構，并且選擇了ZigBee無線節點實現了一種功能強大的家居環境監測系統，該系統能夠實現強大的數據傳輸和處理功能，有效支持環境數據存儲轉發。

2 家居環境監測系統功能分析

2.1 家居環境監測系統總體功能

家居環境監測系統需要完成以下目標：一是基于ZigBee技術進行網絡拓撲結構設計，使之能夠覆蓋整個室內生活環境，實現全方位的環境監測；二是基于ZigBee網絡拓撲結構實現無線傳感器網絡節點的全面部署，包括傳感器節點、路由網關節點等，實現無線傳感器網絡自組織功能，以便及時發現網絡存在的故障節點、刪除的節點或新增的傳感器節點，能夠快速連接，并且實現自組織網絡功能，自動實現網絡的修復和自適應功能，同時優化管理部署節點，全方位覆蓋生活環境，延長電池的使用壽命；三是基于ARM Linux操作系統環境下，使用嵌入式QT技術編寫顯示數據界面，以便家庭用戶能夠實時地監測生活環境的室內溫度、室內氧氣、室內一氧化碳、室內二氧化硫、室內濕度、室內甲烷和室內二氧化碳的含量等溫度、濕度和濃度，監測生活用水、用電和用氣的安全性和用量，以及監測室內各種生活家電的狀態等。同時，實現數據的實時化更新，并且對異常數據進行報警處理。

2.2 家居環境信息采集功能

家居環境信息采集可以使用室內部署的溫度傳感器、濕度傳感器、甲醛傳感器等采集室內的溫度、濕度、甲醛等信息，并且能夠將這些信息發送傳感器攜帶的存儲器中。

2.3 家居環境信息傳輸功能

家居環境信息采集之后，可以通過ZigBee無線傳感器網絡將信息發送至匯聚節點，匯聚節點可以將信息通過串口發送至家居環境監測系統的服務器中，實時的保存家居環境的信息。信息傳輸過程中，需要高效路由和轉發，以便盡可能快的將信息發送至服務器。

2.4 家居環境信息處理功能

傳感器網絡采集到的數據傳輸到服務器之后，負責處理采集到的視頻信息、家用生活電氣信息、空氣質量信息等傳到相關的環境監測裝置上，如果傳感器服務器發現相關的信息值超過了用戶設置的預警值，傳感器檢測裝置可以通過4G通信網絡以短信或數據通信的方式通知用戶，并且將收集的信息的相關存儲到服務器數據庫中，以便用戶非常方便地查看歷史生活環境信息。相關的邏輯業務處理結果可以將數據統計分析和預測的結果發送到相關的界面上，以便于用戶查看和分析。

3 傳感器在家居環境監測系統中的應用設計

3.1 無線傳感器網絡架構設計

在室內布置各類終傳感器節點，以全方位地覆蓋家居環境，采集家居環境中的氧氣含量、煙霧含量、二氧化碳含量、二氧化硫含量、一氧化碳含量等各種氣體的濃度，同時使用防盜紅外線傳感器、家電狀態傳感器、水質監測傳感器等檢測各種生活設施的使用狀態，并且將采集到的數據通過無線傳感器網絡傳輸到匯聚節點，各種傳感器自組織構建一個室內的綜合信息采集和感知網絡，以便能夠ARM處理采集到的相關信息，并且將處理結果保存到相關的邏輯業務數據庫服務器，如圖1所示。

3.2 無線傳感器選型

美國德州儀器公司是全球領先的半導體企業，該企業主要生產數字信號處理機相關的模擬器，能夠提供傳感器等硬件信息采集設備。目前，在家居環境監測過程中，常用的傳感器無線網絡可以采用德州儀器的CC2350芯片，并且使用CC2350EB開發套件，其中芯片相對較為成熟，已經在傳感器應用領域取得了良好的效果，如圖3所示。

3.3 無線傳感器節點設計

ZigBee無線傳感器網絡主要包括三種節點，分別是傳感器終端節點、路由轉發節點和一些控制節點，每一種節點都具備不同的功能，以便能夠實現無線傳感器網絡采集數據、傳輸數據、處理數據和轉發數據等功能。終端通信節點可以讀取室內各種環境信息，并且將數據封裝起來，發送到相關的匯聚節點，同時其可以接收相關的回應指令，以便實現自動化的調節和覆蓋網絡，終端節點的功能如圖4所示。

路由器可以接收傳感器數據，將其封裝到數據包中發送到關口服務器，實現數據包的路由、轉發功能。

協調器節點的功能主要是接收下位機的相關數據，同時能夠轉發系統發送的指令信息，以便很好地控制傳感器的采集數據分布區域和位置，具有非常重要功能。

家居環境監測系統采用Linux操作系統、QT集成工具開發完成。Linux操作系統擁有的核心API能夠完成基本的通信需求，但是對于具體的溫濕度傳感器驅動組件、甲醛傳感器驅動組件，需要進行開發。為了能夠節約篇幅，本文詳細介紹系統實現的關鍵組件及運行截圖，給出了傳感器驅動組件實現的關鍵描述。

3.4 傳感器應用實現

溫濕度傳感器驅動組件主要包括四個關鍵檔，系統開發過程中，命名為頭檔SHT.h、界面檔SHT.nc、配置組件SHTC.nc和模塊組件SHTP.nc，結合Linux操作系統提供的MainC.nc和TimerMilliC（）組件共同構成了傳感器驅動組件。頭檔SHT.h頭檔的主要作用是描述溫濕度傳感器和控制器之間的信號控制和硬件連接檔，可以配置硬件通信描述層的內容。配置組件SHTC.nc可以定義和描述模塊組件SHTP.nc中的相關界面、構成組件以及二者之間的關系。模塊組件SHTP.nc可以初始化溫濕度傳感器、測量溫濕度、讀取傳感器數據，其是溫濕度傳感器組件的核心業務邏輯組成部分。應用層組件可以通過界面檔SHT.nc中的相關命令，與溫濕度傳感器進行交互。界面檔SHT.nc定義的函數包括以下三個：讀取溫濕度傳感器數據的命令函數Read（）、讀取數據結束完成的事件函數ReadDone（）和計算家居環境的實際溫度函數Calculate_RealValue（）。

溫濕度傳感器可以采用CC2350的第1、2個引腳進行系統實現。為了檢測本文家居環境監測系統的準確程度，將其測得的數據與標準的QFA4160溫濕度傳感器測量的數據進行比較，詳細的溫度測量數據如表1所示（測量環境為冬季，選取五周的溫度值平均值大概為23℃左右）。

由表1可知，高精度的QFA4160傳感器測得的溫度值相比，本文采用CC2350傳感器測量得到的溫度值更加符合冬季室溫的范圍，具有較好的作用。

甲醛傳感器驅動組件主要包括三個關鍵檔，系統開發過程中，命名為界面檔Formalin.nc、配置組件FormalinC.nc和模塊組件FormalinP.nc，結合Linux操作系統提供的PlatformSerialC.nc組件共同構成了甲醛傳感器驅動組件。系統提供的PlatformSerialC.nc組件能夠提供三種類型的界面，分別是UartStream.nc界面、CC2350UartControl.nc界面和UartStdControl.nc界面，上述三個界面可以完成設置串口通信串列傳輸速率、控制串口開關等功能，有效實現傳感器和控制器的通信工作。配置組件FormalinC.nc可以詳細地定義模塊組件FormalinP.nc組件和界面之間的關系。模塊組件FormalinP.nc組件可以初始化傳感器、測量甲醛數據和讀取數據的邏輯業務，是非常重要的組成部分。界面檔Formalin.nc可以甲醛傳感器功能，以便能夠為應用層提供邏輯業務回應功能，該界面包含的關鍵函數分別是初始化甲醛傳感器命令函數Init（）、讀取甲醛傳感器測量值的函數Read（）、讀取數據完成之后的事件函數ReadDone（）和計算甲醛濃度實際值的函數Calculate_RealValue（）。

為了能夠驗證本文甲醛傳感器的準確度，與高精度甲醛傳感器ME3M-CH2O檢測的數據進行比較，具體選擇5周的加強濃度測量數據進行比較，如表2所示。

實驗結果證明，本文甲醛傳感器可以很好檢測室內甲醛濃度，以便及時進行報警，確保甲醛含量處于一個正常的范圍，確保人的生命健康安全。如果甲醛濃度過高，可以及時報警，提醒用戶開窗通風。

4 結束語

隨著傳感器、無線通信等技術的快速發展，物聯網已經在智能家居管理中得到了廣泛的普及和使用，能夠提高家用電器智能控制、安防控制的信息化水平，具有重要的作用和意義。

參考文獻：

[1] 戴建，史志才，吳飛，等.基于GSM與ZigBee的環境監測與采集系統[J].自動化與儀表， 2015（9）：38-42.

[2] 高磊，屈媛，張建國，等.基于Arduino的智能家居環境監測系統設計[J].數字技術與應用， 2015（6）：154-154.

[3] 王素青，郝文婷.基于多機通信的家居環境監測系統設計[J].工業控制計算機， 2014（12）：71-72.

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[關鍵字]環境監測　GPRS技術　軟硬件實現　檢測運行

[中圖分類號]　X8

[文獻碼]　B

[文章編號]　1000-405X（2012）-10-58-1

工業發展下的環境污染問題隨著經濟的進步而越來越嚴重，現在世界各國都在加強環境的監測與污染治理，期望從各個環境實現對污染度的控制，調整自然環境平衡，減少污染，提升城市環境的質量。城市環境的監測系統涉及眾多污染排放點，并且需要實時進行觀察統計，隨著城市發展水平的提升，監測需求與難度也越來越大，傳統的有線數據傳輸技術已經不能滿足現在的城市監測現狀，因此，必須開發新的系統實現對城市環境的全面、實時監測。GPRS技術作為一種成熟的無線通信技術在無線監測管理系統中擁有著廣闊的應用前景，它在應用上的各種優點能夠更好更全面的滿足城市環境監測需求，本文針對GPRS支持下的城市環境監測系統進行研究。

1　GPRS系統優勢

作為一種成熟的無線通訊技術，GPRS能為城市環境監測提供透明的數據傳輸，直接使用網絡傳輸接口通道；相對來說，GPRS技術能確保數據傳輸的及時性，不僅速度快，低于從前的監測效率，在穩度、準確度與精度上也更勝一籌，同時，網絡優勢帶來的實時在線也是監測得以順利實施的重要保障；在所需要耗費人力、物力及經費使用上，GPRS技術支持下的監測系統從長遠方向來看，也更為低廉，可以說，GPRS技術是城市環境監測系統的不二選擇。

2　如何實現GPRS技術對城市環境監測系統的支持

2.1　系統結構與功能

城市環境監測系統一共有三部分組成，現場機系統、傳輸系統以及上位機系統三部分。這三個部分互相獨立但是又聯系密切，他們地位平等，對城市各個地方的環境監測反饋通過四通八達的網絡技術實現信息的交匯。現場機系統主要是執行數據采集工作，所有監測分析儀輸出的資料應能夠換算為標態下污染物濃度，儀器均應具有良好的抗干擾能力，系統質量過硬，故障率低，且系統兼容性要滿足現在及未來一定時期內環保監測系統的使用需求，并有利于全市的系統整合及管理平臺的建立。傳輸系統是所有信息得以被進行整合的關鍵通道，因此在網絡通道設置上，要確保其暢通性與優質性。比如監控中心需要定時向現場機系統指令，檢查其儀器參數及反饋信息，就需要良好的傳輸通道作為保障。上位機系統是環境監測系統的最主要組成部分，也是環境監測功能得以發揮的核心，它包括對所有數據的匯總、整理。命令以及對各種反饋信息的分析處理等。上機位功能實現的關鍵在于系統應用軟件的編寫，根據其職責，可以分為數據通信與數據庫管理兩個部分?？傊?，環境監測系統必須符合《環境空氣質量監測規范（試行）》（國家環?？偩止妗?007年第4號）和《環境空氣質量自動監測技術規范》（HJ/T　193-2005）的要求，在實際運作中滿足環境監測需求。系統構成見圖1。

2.2　硬件實現

從監測需求和監測環境出發，所有監測硬件都至少要具備以下要求：①工作電源：AC220V（10％），50HZ；②工作環境溫度：0℃－40℃；③工作環境濕度：0％RH－80%RH；④工作方式：連續自動，在單機技術性能指標上，即使出現大范圍供電障礙，各監測儀器設備也要具備停電來電自恢復功能，確保監測的及時性與連貫性。環境監測的現場機系統能滿足自動連續進行正常、穩定環境空氣監測要求；具有各項資料自動傳輸，遠程自動和手動控制、診斷、現場手動控制及故障顯示等基本功能，在有效污染信息的捕獲率上應達到90%以上，并且能夠結合對監測數據準確性產生影響的多個要素實現對儀器多參數的遠程自動控制校準，具有校準性能檢驗功能。傳輸系統的所有系統通訊協議、接口、數據采集、存儲、傳輸必須符合《污染源在線自動監控（監測）系統數據傳輸標準》（HJ/T　212-2005），具有點對點、無線（GPRS或CDMA）或有線（ADSL或光纖）等數據傳輸功能。

2.3　軟件設計

軟件的編程設計主要集中于上機位系統，主要是協調各監測任務，命令，實施調度，因此可以從用模塊化的軟件設計方法，例如uC／OS-II嵌入式操作系統，在把握各任務之間關系與重要性的基礎之上進行調度，一方面實現了采集與傳輸之間的串口通信，一方面實現了與數據中心的實時通信，完全可以滿足協調、傳輸與數據庫功能。軟件平臺在運行過程中，要加強各模塊監控，及時發現、處理各類問題故障。例如以VC++為基礎進行開發，其采用Socket方式實現，能夠為系統提供更強大的數據管理與處理功能，方便使用。在系統平成后，要進行測試實驗，確保軟件系統的合理、規范、高校運行。

2.4　系統運行實現

在硬件鏈接平臺及軟件平臺都投入使用的情況下，對系統的工作狀況進行全面監測。首先是硬件部分，硬件裝置連接完成后，要對各儀器進行運行檢測，確保其功能的實現，尤其是戶外裝置，要做好檢測、保護與維修。其實是軟件平臺的運行檢測，要確保運行無漏洞，根據監測需求及時對內在任務模塊進行調整，在各方測試成功之后，再接入GPRS模塊進行測試。最后是整個系統運行的檢測與實現，要從數據采集、傳輸、分析整合、命令和反饋等方面綜合進行調整、評估，確保環境監測平臺的高效與完整，能夠切實的投入使用。

3　小結

總之，GPRS技術支持下的城市環境監測系統，設計時既要考慮到城市現行的環境監測現狀，也要考慮到城市未來發展所帶來的需求提升空間，盡量以現有平臺為基礎，進行設計，對于運行中的問題及時調整、改進，實現環境監測系統的長久、高效運行。

參考文獻

[1]秦宇飛，白焰，張菊軍，李曉忠，鐘艷輝.垃圾焚燒發電廠環境監測系統的設計與實現[J].熱力發電，2010（10）

[2]王磊，許小琳.GPRS無線數據傳輸中服務器端軟件的設計和實現[J]．測控技術，2007，26（11）：55-6

篇(7)

【關鍵詞】傳感器技術 無線通信 網絡系統

當前無線傳感器網絡的應用現狀，提出了體積小、成本低、低功耗、工作持續時間長的信息采集無線傳感器網絡節點的必要性。該系統利用無線收發設備傳輸數據，無需專門架線，系統結構簡單，節省了人力物力，通過監控中心可實現對農田溫濕度的監控等功能，實現真正意義上的無人值守，與普通無線技術相比，還具有低功耗、低成本和網絡容量大等特點，為實現大規模檢測系統的信息化、自動化、提高工作效率具有很高的實際應用價值。

1 無線傳感器網絡技術的應用與發展

（1）無線傳感器網絡是一種融合短程無線通訊技術、微電子傳感器、嵌入式系統的新技術，隨著互聯網、移動互聯網以及物聯網的迅速崛起，各行業推進信息化建設、構筑營銷新體系既是行業發展的需要，同時也是提高企業未來競爭力、搶占未來新市場的制高點。近年來，我國機電行業發展迅猛，傳統線下市場穩步提升的同時，線上市場的份額也正在逐步擴展之中。

（2）與傳統線下市場機電行業依托廣告投放、口碑相傳的營銷模式相比，可快速準確的向受眾傳達推廣信息，而且營銷推廣成本低，更重要的是推動了機電企業信息化建設和完善的無線網絡銷售體系的構建，而這則正是機電企業在未來面臨全球經濟一體化新的競爭形勢所需要的。

（3）在實際的環境監控系統中，有了無線傳感器網絡與M2M平臺相結合的環境監測系統與傳統的人工監測相比提高了監測的時效性和準確性。以往的環境監測只是在一個很大的區域內安裝一到兩個環境監測站，環境監測站雖然采用的儀器精密且采集的數據準確，但是監測站所反映的不過是一個點的數據，不能反映一個區域相關數據的地理層次和相關變化方向；而如果環境監測站是單點工作，如果出現設備異常將不能實際反映這一地區的相關數據。

2 無線網絡監測應用前景

（1）光纖無線電技術光載無線通信技術是應高速大容量無線通信需求，新興發展起來的將光纖通信和無線通信結合起來的無線接入技術。光載射頻拉遠系統是技術和成本驅動的產物，是光網絡和無線網絡初步結合的一種體現。它能大大減少運營商對于站址資源的要求，減低投資，同時能夠有效改善覆蓋效果。

（2）新一代工業無線通訊網絡系統的使用，可以構成無線系統，集合數據采集、工業控制、遠程監控、管理于一體，而作為計算機、網絡、設備、傳感器、人類等的生態系統，電信、信息技術工業控制能夠使業務流程自動化，集成公司資訊科技 (IT)系統和非IT設備的實時狀態，并創造增值服務。這一平臺可在安全監測、自動抄表、機械服務和維修業務、自動售貨機、公共交通系統、車隊管理、工業流程自動化、電動機械、城市信息化等環境中運行并提供廣泛的應用和解決方案。

（3）從當前無線網絡的發展來看，可以分為剛性需求和可選需求。比如公安執法、巡邏、地鐵站臨時排爆點監控等不具備布線條件的監控產所，不采取無線監控則無法達到目的。這些是無線網絡的剛性需求。而在學校的的遠程看護、小區的安保。為了節省布線及維護成本而選擇無線網絡視頻監控則是其可選需求。

3 無線檢測網絡系統的實現

（1）保證各種無線電業務的順暢運行，離不開良好的空中電磁環境，而破壞電磁環境的一個主要手段就是設立“假冒基站”。探索建立臺站管理新模式。深入推動臺站屬地化管理，凡國家政策允許的臺站，強化監督，對頻率臺站行政審批事項辦理情況適時進行檢查，進一步完善臺站審批技術審查、電臺執照年審、頻率臺站審批備案等臺站管理重點環節工作，努力實現由重事前審批向重事中事后監管轉變。加強4G新設基站設臺管理，確保各4G網絡安全有序運行。規范業余無線電臺站管理，組織開展業余電臺清理登記，加強工作銜接，抓好操作能力考試和換證工作，探索通過多種方式發揮業余無線電愛好者的積極作用

（2）以居家安全監控為例，在攝影機擷取畫面后，消費者可以透過3G或是4G電信技術，實時地清楚看到住家的各處影像畫面。又或者，就大樓自動化而言，各類系統透過傳感器獲得信息后，可以利用ZigBee或是Wi-Fi將數據傳回后臺或是服務器，進行數據匯整分析以取得有意義的信息，進行全面性的大樓動態管理，像是每日的用電情況，對管理者就是相當重要且基本的信息。

（3）本系統分為測試終端和服務器端，服務器端只需要一臺性能良好的個人計算機，而測試終端主要由以下幾個模塊構成：射頻前端模塊模塊、功率測量與存儲模塊、GPS接收器、太陽能供電模塊、處理器模塊及GPRS無線通信模塊。各個模塊主要是通過STM32微處理器的GPIO口連接與通信。處理器需要對射頻前端的調諧器和解調器進行調諧頻道和解調參數設置，并對RS誤包率、LDPC誤包率等信息進行讀取。

4 結束語

若是人體的生理訊號，如體溫的變化、心跳次數與呼吸頻率等，同樣都是簡易數據的傳送，但畢竟在消費性電子領域中，藍牙的能見度遠高于ZigBee，這時比的就不是技術優劣，而是在特定應用領域的技術成熟度。也因此用藍牙進行數據傳輸，將數據送進手機，手機若有相關的軟件就能初步了解自已的身體狀況，又或是可以將這些信息用3G訊號回傳至醫療照護中心，作進一步的分析與監測，其結果同樣也可以送回手機讓用戶知悉。

參考文獻

[1]楊吉.無線傳感器網絡監控軟件平臺開發[D].北方工業大學,2010.