多點無線智能環境檢測系統設計與實現

董梅

（惠州經濟職業技術學院，廣東惠州，516057）

0 前言

本文進行了無限多點環境檢測系統的設計。通過利用高精度傳感器和遠程無線數據傳輸模式，能夠有效地實現智能監控，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，體現了創新性和實用性。

1 硬件設計

1.1 方案設計

對于該環境系統檢測的設計，要求包含環境溫度、濕度、光照強度、二氧化碳濃度等參數檢測，通過對檢測的節點進行模塊化的處理，利用無線傳感器網絡技術，實現數據的遠程無線傳輸，并且根據模塊化的方式，通過利用主機進行處理，能夠有效的滿足用戶的需要。在每個檢測節點中，都是由多傳感器以及無線數據傳輸模塊構成的，在檢測節點采用STM32L151處理器，具有較為豐富的功能，還能夠有效的降低功耗，提高環境檢測的效率。同時在整個檢測系統中裝備兩節電池進行供電，滿足環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，在與無線網絡進行連接，從而有效地實現用戶的實時監控，同時還便于用戶進行遠程操作。

1.2 主機設計

通過將各數據節點的數據傳回到中央主機之中，從而及時地對數據進行處理，便于用戶進行操作。在本文所設計的智能環境檢測系統中，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據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調試，從而能夠適配整個監測系統。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測系統運行的穩定性，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，提高系統的功能性，還需要在處一的外圍連接一些設備，包括FLASH、UART調試電路、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 檢測節點設計

在整個無線智能環境檢測系統的設計中，為了能夠便于用戶進行操作，采用模塊化的設計方式。檢測節點作為獨立的電路模塊，由多個部分進行構成，從而保證功能的多樣性。在檢測節點中，主要是以MCU處理器為主，通過利用MCU處理器，能夠有效地進行數據傳輸，及時對數據進行處理。同時，電源、傳感器和無線數據發射等幾個部分在檢測節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絡的設置，在整個環境檢測的過程中，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，從而保證數據監測的準確性。同時，由于所需要檢測的參數不同，因此也需要采用不同的傳感器進行數據收集，從而保證數據的準確性。因此，為了能夠提高整個環境檢測節點的性能，在傳感器的選擇上，主要采用芯片SHT10進行溫濕度傳感監測，采用光敏電阻構造進行光照強度的檢測，采用MG811型CO2氣體傳感器進行環境中的二氧化碳濃度檢測。最后進行無線數據傳輸的設計時，主要采用RF集成芯片CC1101，具有較高的性能，能夠有效地對數據進行處理。檢測節點具有一些限制，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點的性能，便于進行環境檢測。

2 軟件設計

軟件性能的好壞直接決定了整個環境檢測系統的質量，因此，在進行系統軟件設計時，就必須要保證設計的全面性和性能，系統軟件的設計主要包括上位機設計、主控制器程序設計、協調器程序設計以及監控節點程序設計，通過對這四個部分進行優化設計，能夠有效地保證整個軟件設計的性能。

2.1 上位機設計

在整個環境監測的過程中，上位機是十分重要的，能夠對整個系統中的各個環節參數進行綜合監控，同時還能夠利用上位機進行統一的管理。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計溫濕度數據的最大值、最小值以及平均值，一旦所監控的環境數據超出數值，就必須要及時進行報警。為了能夠便于用戶對監測結果進行了解，就可以將報警的信息自動發送到用戶的手機上，從而使用戶能夠及時的了解環境監測的信息，再利用上位機的軟件對整個環境監測儀器進行操控，從而實現遠程操控，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節的綜合監控，顯示監控點實時溫濕度的測量值，同時還需要包括過去所監測的結果查詢等，從而便于用戶對整個環境檢測信息進行了解。

2.2 主控制器程序設計

在硬件系統的選擇上，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，建立無線傳感網絡，從而及時地對數據進行傳輸，實現對節點數據的操控和觀測。其次，必須要保證程序能夠自動進行信息報警，通過利用GPRS，當環境檢測的溫度、濕度以及光照發生異常時，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，將監控數據實時的上傳到上位機，從而進行上位機的監控，并且根據上位機所傳輸的信息，對整個監測網絡進行操控和控制。最后，在系統運行的過程中，將數據傳輸到顯示屏上，從而方便用戶進行查看，便于用戶進行操控、進行數據的調整等。

2.3 協調器程序設計

在協調器的選擇上，采用CC1101芯片，由于主機和監控節點都需要協調器進行操控，因此，就需要對主機協調器和監控節點進行程序設計。首先，在主機協調器程序設計的過程中，要先將收發狀態設為空閑，連接初始化的無線連接端口，同時建立網絡，由協調器將網絡地址發送給控制中心，再將程序進入處循環。在數據傳輸的過程中，通過增加程序的智能性從而做出有效的判斷，如果有終端節點發送來的新數據，則可以直接將數據傳輸至控制中心中，一旦控制中心進行指令的下達，則需要協調器將這些控制指令傳輸到各個終端節點之中，從而實現對整個監控過程的操控。在進行監控節點程序設計時，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，之后再進行網絡連接，如果網絡連接失敗，則需要每兩秒進行重新連接一次，直至成功。在進行網絡連接之后，便可將注冊信息發送到協調器之中，再由協調器發送到控制中心中。在進行入網注冊之后，通過進入程序循環之中，如果接受到協調器的控制命令，則需要及時對整個控制器進行參數的調節，最終實現對整個系統的操控。

3 結語

為了能夠及時地對環境進行監測，保證環境的質量，本文進行了以STM32單片機和無線傳感網絡為主的多點無線智能環境監測系統的設計。在整個系統之中，通過采用模塊化的處理，將整個系統分成了多個模塊進行設計，從而提高整個監控系統的性能。在這個系統中，能夠對多組傳感器傳輸的數據進行處理，并且利用無線傳感網絡技術，將數據傳輸到中控主機之中，從而進行遠程監測和操控。