基于ARM9和3G網絡的社區溫濕度遠程監測系統研究

劉廣新，楊建華，李 娟

（西北工業大學 自動化學院，陜西 西安 710129）

基于ARM9和3G網絡的社區溫濕度遠程監測系統研究

劉廣新，楊建華，李 娟

（西北工業大學 自動化學院，陜西 西安 710129）

為了提高人民居住環境，設計開發了一種基于3G網絡和嵌入式系統的遠程環境監測系統。實現對溫濕度的遠程實時監測、存儲、歷史數據查詢和超標報警。介紹了系統的硬件原理與組成和軟件設計方案，結合實時數據和圖表對系統運行情況進行了說明。

ARM9；3G網絡；環境監測；數據傳輸

隨著人們生活水平的提高，人們對居住環境的要求越來越高，家居環境中尤為受到人們關注的是有害氣體的污染、溫濕度控制等。研究結果表明：人體最適宜的健康溫度為18～24℃，健康濕度為 45%～65%RH，在這種環境下人體感覺最舒適[1]。傳統的環境監測系統大部分采用的是人工采集或是采用有線監測的方法，人工采集數據，既消耗大量的人力和物力又不能夠實時的采集環境監測數據，有時還會給數據采集帶來誤差。有線監測雖然具有很多優點，但是由于監測點分布廣而散，有些監測點既偏遠又危險，給有線監測的實現帶來非常巨大的困難，同時有線監測需要大量的電話線進行數據傳輸增加了巨大的成本。隨著第三代移動通訊在我國大量普及，以3G網絡和嵌入式系統為基礎的遠程環境監測系統取得了快速發展。監測點采集到的數據通過第三代移動通信傳輸到監測中心，實施遠程實時在線監測，并對采集回來的數據進行匯總、分析和處理[2]。

1 系統結構

遠程監測系統如圖1所示。該系統主要由遠程監測端、數據傳輸系統和監測中心組成。其中遠程監測系統將傳感器采集的信息進行處理編碼打包并通過3G模塊發送到移動網絡。數據傳輸系統由移動網絡和Internet網絡組成，將遠程監測系統采集發送的信息發送到監測中心。監測中心將接收到的信息進行分析、處理、顯示并且存入數據庫，以備查詢統計[3-4]。

圖1 系統結構圖Fig.1 Structure diagram of the system

2 硬件設計

2.1 遠程監測端

遠程監測端主要由數據采集模塊、數據處理模塊、無線傳輸模塊組成，該系統硬件結構如圖2所示。

圖2 遠程監測端硬件結構圖Fig.2 Structure diagram of the remote monitor part hardware system

數據處理模塊考慮到系統既需要連續長時間地工作，又需要有較強的數據處理能力和支持網絡功能的接口，所以選用了低功耗、低成本、接口豐富的ARM9處理器S3C2410，其CPU內核采用的是ARM公司的16/32位ARM920T RISC處理器。S3C2410處理器集成的功能主要有：1.8 V內核供電，3.3 V存儲器供電，3.3 V外部I/O供電；外部存儲器控制器；LCD控制器提供1通道LCD專用的DMA；8通道10位ADC接口，轉換速率最大為500KSPS(Kilo Sample Per Second，千采樣點每秒)；117位通用的I/O口和24通道的外部中斷源；支持NAND Flash的啟動裝載；帶MMU的先進體系結構支持WinCE、EPOC32、Linux[5-6]。

無線傳輸模塊采用廈門才茂公司生產的CM8350P CDMA20001X EV-DO 3G DTU。該DTU內嵌工業級通訊模塊，標準工業規格設計，支持TCP/UDP/HTTP協議，數據接口為RS232標準接口，實現數據透明傳輸功能。

2.2 監測中心

監測中心為一臺使用代理或擁有公網固定IP地址的PC機，是數據的接收顯示端，運行數據接收顯示軟件，并向采集端發送控制信息。

3 軟件設計

依據“遠程監測端”和“監控中心”體系，系統軟件也分為兩部分：遠程監測端嵌入式Linux操作系統軟件和監測中心軟件。遠程監測端嵌入式Linux操作系統軟件主要完成傳感器采集信息的處理、編碼和打包，并將系統通過3G DTU接入移動網絡，將打包的信息通過網絡發送給監測中心[5-6]。監測中心軟件采用Visual C++6.0編程，Visual C++是微軟公司開發的局域C/C++的集成開發工具。監測中心軟件主要實現接收各遠程監測端發送的數據，將解算出的溫濕度實時顯示，當有超出設定范圍的溫濕度信號時報警，并將每次接收到的溫濕度信息存入數據庫，以備查詢使用[7-8]。軟件設計流程圖如圖3所示。

圖3 軟件設計流程圖Fig.3 Flow chart of the software design

4 實驗結果

監控中心顯示界面如圖4所示，設置端口號，點擊連接使系統進入等待遠程監測端連接狀態，如有監測端請求連接則接收請求并將數據存入數據庫。點擊列表可以選擇要顯示的監測單元，通過溫濕度上下限設置報警值，當低于下限或高于上限時系統自動報警。歷史查詢界面如圖5所示。選擇要顯示的時間跟單元，點擊確定在列表框顯示查詢結果，點擊返回則返回監測界面。

圖4 監測中心監測界面Fig.4 Interface chart of the monitor center system

圖5 歷史查詢界面Fig.5 Interface chart of historical queries

5 結束語

隨著生活水平提高，家居環境的安全性和舒適度，越來越得到人們的重視，該系統可以實現遠距離的溫濕度實時顯示存儲、超標報警、提供歷史記錄查詢功能。論文從元器件選擇、電路設計、程序設計等幾個方面詳細介紹了整體設計的原理及過程。本設計綜合利用ARM9、傳感器、3G網絡，數據傳輸等方面技術，系統地介紹了軟硬件的組成和設計方法。

[1]于波.基于單片機的室內環境監測系統設計[D].青島：中國海洋大學，2011.

[2]姜舒文.基于3G網絡的玉米生長環境監測系統的設計與實現[D].吉林：吉林農業大學，2012.

[3]雅茹.基于3G的視頻傳輸系統監測中心的設計與實現[D].呼和浩特：內蒙古大學，2012.

[4]楊臣蔚.基于嵌入式的無線室內環境監測系統研究[D].衡陽：南華大學，2012.

[5]鄧漫齡.ARM嵌入式Linux系統的研究與實現[D].北京：北京郵電大學，2009.

[6]劉紅丹.基于ARM的嵌入式Linux移植與裁剪研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2007.

[7]夏永松，楊建華，陳友斌.基于CDMA1X網絡的視頻傳輸系統設計與軟件實現[J].測控技術，2009,28(5):67-70.

XIA Yong-song，YANG Jian-hua，CHEN You-bin.Design of video transmission system based on CDMAlX and its software implementation[J].Measurement&Control Technology，2009，28(5)：67-70.

[8]戴峻峰.基于NiosII和3G無線網絡的遠程數據傳輸系統[J].測控技術與儀器儀表，2013,39(2):86-88.

DAI Jun-feng.Remote data transmission system based on NiosII and 3G wireless networks[J].Measurement Control Technology and Instruments,2013,39(2):86-88.

Study on community temperature and humidity remote monitor system based on ARM9 and 3G networks

LIU Guang-xin,YANG Jian-hua,LI Juan
（College of Automation,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710129,China）

In order to improve people’s living environment,a remote environmental monitoring system is developed based on ARM9 and 3G wireless network。 The remote monitoring of the community’s temperature and humidity,history data reviewing,super scale temperature and humidity alarming can be realized.The makeup of hardware and scheme of software is introduced.The real time value and chart of temperature and humidity data from system operating is demonstrated in the end.

ARM9；3G Networks；environmental monitoring；data transmission

TP23

A

1674-6236（2014）13-0140-02

2013-10-22 稿件編號：201310140

劉廣新（1987—），男，遼寧朝陽人，碩士研究生。研究方向：檢測技術及其自動化裝置。