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篇(1)

關(guān)鍵詞：STM32；空氣質(zhì)量檢測(cè)；甲醛；WiFi

中圖分類(lèi)號(hào)：TP212.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）8012502

1引言

近些年來(lái)，空氣污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，室內(nèi)有害氣體污染狀況不容樂(lè)觀，引起室內(nèi)空氣污染的物質(zhì)多種多樣，最普遍的當(dāng)屬甲醛。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有氣w檢測(cè)設(shè)備研發(fā)起步較晚，穩(wěn)定性不足，通信能力差。因此研發(fā)一款具有無(wú)線傳輸功能的氣體檢測(cè)設(shè)備是極其重要的。

設(shè)計(jì)并研發(fā)了基于STM32的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，儀器核心為STM32微處理器，運(yùn)用甲醛傳感器實(shí)時(shí)采集室內(nèi)甲醛濃度信號(hào)，將數(shù)據(jù)顯示在液晶屏，同時(shí)又具有遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

采用高精度甲醛傳感器進(jìn)行系統(tǒng)前端信號(hào)采集，將甲醛濃度物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳輸給微處理器控制部分進(jìn)行處理和運(yùn)算，在液晶顯示屏上顯示室內(nèi)甲醛實(shí)時(shí)濃度數(shù)值。另一方面，用戶可通過(guò)智能手機(jī)等無(wú)線設(shè)備向WIFI模塊發(fā)送指令，單片機(jī)接收指令后再做出相應(yīng)操作，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)總體架構(gòu)框圖如圖1所示。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

開(kāi)發(fā)的硬件主要包括：微處理器最小系統(tǒng)、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(bào)警模塊等。硬件架構(gòu)如圖2所示。

本系統(tǒng)采用ST公司出品的STM32F103C8T6微處理器，具有低功耗、最大集成度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理速度快、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。其最小系統(tǒng)的電路原理圖如圖3所示。

甲醛傳感器采用的型號(hào)是MS1100-P111VOC，該型號(hào)傳感器具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，是一種進(jìn)口的半導(dǎo)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(hào)是DHT11，該傳感器電路簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、功耗很小，可以自動(dòng)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(jià)格低

廉，受到廣大用戶喜愛(ài)，無(wú)需轉(zhuǎn)編號(hào)，支持直接漢字驅(qū)動(dòng)、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(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用模塊化和層次化的設(shè)計(jì)方法，使用C語(yǔ)言進(jìn)行代碼編寫(xiě)。基于軟件模塊化開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，編寫(xiě)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(bào)警模塊等的驅(qū)動(dòng)程序。軟件流程圖如圖7所示。

該系統(tǒng)樣機(jī)軟硬件已經(jīng)設(shè)計(jì)制作完畢，同時(shí)進(jìn)行了設(shè)備的測(cè)試，結(jié)果顯示該系統(tǒng)可以完成甲醛濃度、溫濕度采集，液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前室內(nèi)空氣質(zhì)量情況。如果甲醛濃度超標(biāo)，蜂鳴器則發(fā)出聲音告警信息，提示用戶。該系統(tǒng)實(shí)物照片如圖8所示。

5結(jié)語(yǔ)

研制和開(kāi)發(fā)了基于STM32的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用甲醛傳感器、溫濕度傳感器進(jìn)行信號(hào)采集，并將甲醛的濃度值、溫濕度值實(shí)時(shí)顯示在液晶顯示屏上，可以通過(guò)WiFi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)送到移動(dòng)設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。如果空氣中甲醛超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)安全閾值，系統(tǒng)會(huì)立刻進(jìn)行蜂鳴報(bào)警，以實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)空氣污染物實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。測(cè)試結(jié)果證明，所有功能能夠完整地實(shí)現(xiàn)，可靠性高，該系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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徐科軍.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[J].北京：電子工業(yè)出版社，2011：202～260.

[2]陳啟軍，余有靈.嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2011：20～23.

篇(2)

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，關(guān)鍵技術(shù)，傳感器節(jié)點(diǎn)

 

1 前言

環(huán)境保護(hù)越來(lái)越受到重視，環(huán)境監(jiān)測(cè)是環(huán)境保護(hù)的基礎(chǔ)，其目的是為環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)的依據(jù)。目前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。與傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)手段相比，使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)有三個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)[1]：一是傳感器節(jié)點(diǎn)的體積很小且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)只需要部署一次，因此部署傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)被檢測(cè)環(huán)境的人為影響很小。二是傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量大，分布密度高，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以采集到某個(gè)局部環(huán)境的詳細(xì)信息并匯總?cè)诤虾髠鞯交?，因此傳感器網(wǎng)絡(luò)具有數(shù)據(jù)采集量大，探測(cè)精度高的特點(diǎn)。三是傳感器節(jié)點(diǎn)本身具有一定得計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力，可以根據(jù)物理環(huán)境的變化進(jìn)行較為復(fù)雜的檢測(cè)，傳感器節(jié)點(diǎn)還具有無(wú)線通信能力，可以在節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行協(xié)同監(jiān)控。因?yàn)閭鞲衅骶W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)環(huán)境變化、傳感器網(wǎng)絡(luò)自身變化以及網(wǎng)絡(luò)控制指令做出及時(shí)反應(yīng)，所以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)適用于多種環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用中。

2 環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用中無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)

圖1節(jié)點(diǎn)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(jù)存儲(chǔ)容量的多少提供多種引腳兼容。

無(wú)線通信采用CC2420ZigBee芯片，CC2420ZigBee芯片通過(guò)SPI接口與MSP430相連接。

電源用電池供電，使用AA電池。

傳感器節(jié)點(diǎn)可以不在節(jié)點(diǎn)中包含模數(shù)轉(zhuǎn)化器，而是使用數(shù)字換能器接口。

3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 節(jié)點(diǎn)部署

好的無(wú)線傳感器的節(jié)點(diǎn)部署必須同時(shí)考慮覆蓋和連通兩個(gè)問(wèn)題。覆蓋要求在感知中的每個(gè)地方都能至少被一個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)視到，而連通要求在網(wǎng)絡(luò)通信上不被分割。覆蓋受節(jié)點(diǎn)的敏感度影響，而連通受到節(jié)點(diǎn)的通信距離影響。

因監(jiān)測(cè)環(huán)境的復(fù)雜性和監(jiān)測(cè)環(huán)境對(duì)于外來(lái)設(shè)備的敏感性、為了獲得周?chē)h(huán)境的確切參數(shù)和為了延長(zhǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)部署的有效時(shí)間、增強(qiáng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用性，所以用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的傳感器節(jié)點(diǎn)需要滿足體積小、精度高、生命周期長(zhǎng)的要求。

選擇可替換、高精度的傳感器對(duì)于環(huán)境監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。一般來(lái)說(shuō)，同類(lèi)的傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)之間誤差應(yīng)不超過(guò)3%，這樣通過(guò)一定得補(bǔ)償機(jī)制可以將誤差控制在1%之內(nèi)。選擇傳感器的另一個(gè)重要因素是傳感器的啟動(dòng)時(shí)間。在啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)傳感器需要一個(gè)持續(xù)的電流作用，因此需要采用啟動(dòng)時(shí)間較短的傳感器以節(jié)省能量。

3.2 能量管理

目前的傳感器節(jié)點(diǎn)大多使用兩節(jié)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(xù)工作9個(gè)月，每個(gè)節(jié)點(diǎn)平均每天只有8.148mAh的電量。表列出了傳感器節(jié)點(diǎn)常用操作消耗的能量。實(shí)際應(yīng)用中需要仔細(xì)地在本地計(jì)算、數(shù)據(jù)采集和通信之間分配能量

篇(3)

[關(guān)鍵詞]環(huán)境監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)鎢礦

中圖分類(lèi)號(hào):TP301文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1110055-01

本文通過(guò)對(duì)當(dāng)前的鎢礦環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)狀的研究,結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一套適用于鎢礦環(huán)境的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

一、礦山環(huán)境無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)總體設(shè)計(jì)

由于有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)其自身的局限性以及生態(tài)環(huán)境的復(fù)雜性,特別是無(wú)法對(duì)危險(xiǎn)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè),導(dǎo)致在某些場(chǎng)合有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已導(dǎo)致在某些場(chǎng)合有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已不能滿足人們的需求[1]。針對(duì)鎢礦復(fù)雜的環(huán)境,分析了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系,設(shè)計(jì)了一種適用于鎢礦環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)為一個(gè)層次型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),底層為部署在監(jiān)測(cè)環(huán)境中的終端無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn),上層依次為無(wú)線傳感器匯聚節(jié)點(diǎn)、傳輸網(wǎng)絡(luò)、上位機(jī)(監(jiān)控計(jì)算機(jī)),最終連接到Internet和公司局域網(wǎng)。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

二、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

(一)節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器模塊、處理器模塊、無(wú)線通信模塊和能量供給模塊組成[2]。傳感模塊主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)信息的采集并將各種傳感器采集的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)并傳送給處理器模塊。處理器模塊負(fù)責(zé)控制整個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理操作、路由協(xié)議、功耗管理、任務(wù)管理和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全可靠的通信協(xié)議[3]。無(wú)線通信模塊負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信,交換控制消息和收發(fā)數(shù)據(jù)。能量供給模塊負(fù)責(zé)為節(jié)點(diǎn)各個(gè)功能模塊供電。

(二)各功能模塊設(shè)計(jì)

1.微處理器模塊

在選擇微處理器時(shí)切忌一味追求性能,選擇的原則[4]應(yīng)該是“夠用就好”?，F(xiàn)在微處理器運(yùn)行速度越來(lái)越快,但性能的提升往往帶來(lái)功耗的增加。一個(gè)復(fù)雜的微處理器集成度高、功能強(qiáng),但片內(nèi)晶體管多,總漏電流大,即使進(jìn)入休眠或空閑狀態(tài),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(yīng)優(yōu)先選用具有休眠模式的微處理器,因?yàn)樾菝吣Ｊ较绿幚砥鞴目梢越档?～5個(gè)數(shù)量級(jí)。考慮實(shí)際需求,本設(shè)計(jì)中處理器模塊選擇ATMEL公司的AVR系列的ATmega128L單片機(jī)。ATmega128L[5]是ATMEL公司于2001年推出的采用低功耗COMS工藝生產(chǎn)的基于AVR RISC結(jié)構(gòu)的8位微控制器,是目前AVR系列中功能最強(qiáng)大的單片機(jī)。該單片機(jī)具有體積小、功耗低、集成度高、支持睡眠模式、喚醒時(shí)間短、運(yùn)行速度快、成本低和足夠的外部接口等特點(diǎn)。

2.無(wú)線通信模塊

無(wú)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(biāo)準(zhǔn)的無(wú)線收發(fā)器。它基于Chipcon公司的SmartRF03技術(shù),以0.18umCMOS工藝制成,只需極少外部元器件,性能穩(wěn)定且功耗極低。該無(wú)線收發(fā)芯片具有集成度高,工作電壓低、功耗低和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),易于得到廠商提供的協(xié)議棧和開(kāi)發(fā)套件。

3.傳感器模塊

根據(jù)項(xiàng)目的應(yīng)用背景和實(shí)際需要,選擇傳感器對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的溫度、濕度、粉塵、二氧化碳、一氧化碳和氧氣等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)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(jié)點(diǎn)的可擴(kuò)展性,在節(jié)點(diǎn)中提供了可擴(kuò)展不同傳感器的接口。

設(shè)計(jì)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(xué)傳感器分別對(duì)溫度、濕度、粉塵、二氧化碳、一氧化碳和氧氣等參數(shù)進(jìn)行探測(cè)。選用了瑞士盛世瑞恩(Sensirion)公司的數(shù)字溫濕度傳感器SHT10采集環(huán)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(cè)分別選用瑞士盟巴玻(Membrapor)公司的生產(chǎn)的電化學(xué)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最寶貴的資源,它決定著傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。為了滿足降低節(jié)點(diǎn)能耗的目標(biāo),節(jié)省系統(tǒng)電源,傳感器模塊只有在工作時(shí)才啟動(dòng),因此電源供應(yīng)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(diǎn),輸出為1.2V～5.5V電壓可調(diào)的低壓降穩(wěn)壓器,驅(qū)動(dòng)能力達(dá)500mA～7.5A。

三、節(jié)點(diǎn)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是個(gè)資源受限的嵌入式系統(tǒng),包括硬件資源受限、帶寬有限、能量受限及補(bǔ)給困難的特點(diǎn),決定了現(xiàn)有的一些嵌入式操作系統(tǒng)(如Linux操作系統(tǒng))不能很好適用于傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

TinyOS是目前傳感器網(wǎng)絡(luò)的主流操作系統(tǒng),采用基于組件的體系結(jié)構(gòu),應(yīng)用程序的各個(gè)功能都是由相應(yīng)的組件實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)事件對(duì)應(yīng)的硬件中斷發(fā)生時(shí),TinyOS的事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制能夠快速地調(diào)用相關(guān)的事件處理程序,從而使CPU在事件發(fā)生時(shí)迅速執(zhí)行相關(guān)任務(wù),在處理完之后進(jìn)入睡眠狀態(tài),從而有效的提高了CPU的使用效率,并且節(jié)省了能量。

四、結(jié)論

在鎢礦環(huán)境監(jiān)測(cè)中采用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),利用傳感器節(jié)點(diǎn)功耗低、工作時(shí)間長(zhǎng)、成本低、能自組織地通信以及在危險(xiǎn)區(qū)域和大面積監(jiān)測(cè)中容易布置等特點(diǎn),能夠?qū)崿F(xiàn)鎢礦環(huán)境參數(shù)低成本連續(xù)在線監(jiān)測(cè),較傳統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有更大的優(yōu)勢(shì),對(duì)于礦山安全具有重要意義。

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.50764005)

參考文獻(xiàn):

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篇(4)

摘要：本文簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單介紹嵌入式單片微機(jī)在網(wǎng)絡(luò)化溫室信息檢測(cè)中的應(yīng)用，以農(nóng)田信息的傳輸方式為主線，重點(diǎn)介紹了基于ZigBee技術(shù)的的無(wú)線溫室環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得溫室信息測(cè)控等農(nóng)田設(shè)施發(fā)展在嵌入式系統(tǒng)的智能化和網(wǎng)絡(luò)化方面進(jìn)一步提高。

關(guān)鍵詞：嵌入式單片機(jī)；無(wú)線智能溫室；ZigBee技術(shù)

一、緒論

溫室智能化控制系統(tǒng)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的設(shè)施節(jié)約型農(nóng)業(yè)技術(shù)，在充分利用自然資源的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)綜合控制，調(diào)節(jié)環(huán)境中的濕度、溫度、光照強(qiáng)度等因子來(lái)獲得作物生長(zhǎng)的最佳條件，從而達(dá)到作物增產(chǎn)、調(diào)節(jié)生長(zhǎng)周期、改善品質(zhì)、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。傳統(tǒng)的溫室環(huán)境測(cè)控系統(tǒng)由簡(jiǎn)單的單片機(jī)控制，系統(tǒng)運(yùn)算能力低，難以完成復(fù)雜的控制算法。嵌入式單片微機(jī)系統(tǒng)不僅增加了溫室系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)支持、并且其出發(fā)能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性也有很大的提高。同時(shí)降低了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的難度、成本和消耗、滿足溫室計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)日益復(fù)雜化的需要。嵌入式單片微機(jī)在農(nóng)田設(shè)施的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的發(fā)展使得農(nóng)田信息得到精準(zhǔn)的判斷和實(shí)施的控制。

二、嵌入式系統(tǒng)單片機(jī)的發(fā)展

（一）嵌入式系統(tǒng)和單片機(jī)的發(fā)展。

嵌入式系統(tǒng)和單片機(jī)都起源于20世紀(jì)70年代，以微處理器為核心的微型計(jì)算機(jī)以其小型、價(jià)廉、高可靠性的特點(diǎn)，以及表現(xiàn)出的智能化水平使得微型機(jī)被引入到一個(gè)對(duì)象體系中，實(shí)現(xiàn)對(duì)象體系的智能化控制。21世紀(jì)初，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入了單芯化的道路，即嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展的單片機(jī)的時(shí)代。其模式設(shè)計(jì)是完全按照嵌入式應(yīng)用要求全新設(shè)計(jì)，滿足嵌入式應(yīng)用要求的體系結(jié)構(gòu)、微處理器、指令系統(tǒng)、總線方式等。嵌入式系統(tǒng)經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)一段時(shí)間單片機(jī)發(fā)展的道路，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)最底層的嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體的高端應(yīng)用也可以通過(guò)嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

（二）嵌入式單片微機(jī)在智能化溫室中的發(fā)展和應(yīng)用。

溫室智能化控制系統(tǒng)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的節(jié)約型農(nóng)業(yè)技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)綜合控制，調(diào)節(jié)環(huán)境中的濕度、溫度、光照強(qiáng)度等因子來(lái)獲得作物生長(zhǎng)的最佳條件，從而達(dá)到作物增產(chǎn)、調(diào)節(jié)生長(zhǎng)周期、改善品質(zhì)、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。嵌入式單片微機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫室環(huán)境的精準(zhǔn)控制和檢測(cè)，是智能化溫室環(huán)境的核心。承載無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊的單片機(jī)的開(kāi)發(fā)為溫室智能控制系統(tǒng)提供了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持，并且其使用成本低，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)確定了其成為未來(lái)農(nóng)田信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

三、網(wǎng)絡(luò)化智能溫室系統(tǒng)的構(gòu)成

（一）網(wǎng)絡(luò)智能溫室的分類(lèi)。

智能化溫室系統(tǒng)根據(jù)信息傳輸方式可分為有線通信方式和無(wú)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(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械多傳感器集成和農(nóng)田信息采集；無(wú)線通信方式可分類(lèi)為長(zhǎng)距離通信和短距離通信。長(zhǎng)距離通信主要借助于移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)如GSM，GPRS等，用于設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控與農(nóng)業(yè)信息遠(yuǎn)程采集。短距離通信方式如藍(lán)牙、ZIGBEE、RFID等，兩種溫室各有其優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)具體的設(shè)施環(huán)境和要求選擇和合適的信息傳輸方式。

（二）網(wǎng)絡(luò)化智能溫室系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)型溫室環(huán)境采集控制系統(tǒng)由智能模塊為核心的采集控制系統(tǒng)和處理系統(tǒng)構(gòu)成，兩者通過(guò)局域網(wǎng)交換機(jī)連接。處理系統(tǒng)主要完成數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)接收、顯示處理、參數(shù)設(shè)置、查詢與分析功能，采集控制系統(tǒng)主要完成空氣濕度、葉面濕度、土壤溫度、空氣溫度、光照強(qiáng)度、營(yíng)養(yǎng)液液位、CO2濃度、EC值與PH值等溫室傳感器信息的實(shí)時(shí)采集、顯示、和存儲(chǔ)。

（1）采用CAN總線技術(shù)的有線智能化溫室系統(tǒng)。

控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network，簡(jiǎn)稱CAN)總線是目前國(guó)外大型農(nóng)機(jī)設(shè)備普遍采用的一種標(biāo)準(zhǔn)總線，已被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織認(rèn)證，其控制芯片已經(jīng)商品化，而且性價(jià)比高，因此基于CAN總線技術(shù)的控制系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)信息傳輸系統(tǒng)向智能化發(fā)展的理想系統(tǒng)。

（2）無(wú)線溫室環(huán)境控制系統(tǒng)。

在一些特殊環(huán)境采用有線方式傳輸數(shù)據(jù)是很困難的，甚至不可能的，此時(shí)采用無(wú)線方式能實(shí)現(xiàn)農(nóng)田信息的自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)傳輸。ZigBee技術(shù)是一種最近發(fā)展起來(lái)的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)，是一種短距離通信傳播技術(shù)，廣泛應(yīng)用在溫室系統(tǒng)中，其工作頻帶范圍在21400---214835 GHz之間，采用IEEE80211514規(guī)范要求的直接序列擴(kuò)頻方式，數(shù)據(jù)速率達(dá)250kB／s。此外，短距離傳輸技術(shù)還有RFID技術(shù)，RFID即無(wú)線射頻識(shí)別。一個(gè)RFID系統(tǒng)都是由3部分組成：閱讀器、標(biāo)簽和天線。其原理是標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息，或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)；閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)處理。這種技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于濕度、光照、溫度和振動(dòng)等無(wú)線標(biāo)簽式傳感器之中。

四、基于ZigBee技術(shù)的溫室檢測(cè)系統(tǒng)

ZigBee技術(shù)是近年來(lái)才興起的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。這種嶄新無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)具備低功耗、低成本、短時(shí)延、高容量等特點(diǎn)使ZigBee技術(shù)非常適合在無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等方面的應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)設(shè)施遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)從示范到實(shí)用的研究搭建了一個(gè)不可多得的技術(shù)平臺(tái)。

IEEE 802.15．4標(biāo)準(zhǔn)支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括具有層次發(fā)散鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)、主從工作模式的測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，根據(jù)農(nóng)業(yè)設(shè)施測(cè)控系統(tǒng)的特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的具有層次發(fā)散鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)的系統(tǒng)框。

其中工控機(jī)完成命令的發(fā)送、數(shù)據(jù)的接收、綜合分析處理、顯示和報(bào)警。協(xié)調(diào)器處在工控機(jī)的第一層，以有線通信的方式與工控機(jī)通信，負(fù)責(zé)將其下位機(jī)上傳的數(shù)據(jù)與自身的數(shù)據(jù)捆綁在一起以一定的格式存儲(chǔ)在自身的存儲(chǔ)空間，再以約定的方式上傳給工控機(jī)。處在末梢的傳感器只負(fù)責(zé)采集上傳數(shù)據(jù)。。

上述基于ZigBee技術(shù)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了溫室環(huán)境檢測(cè)中的中主要參數(shù)(如土壤濕度、溫度、空氣濕度、土光照強(qiáng)度等)檢測(cè)與控制系統(tǒng)的內(nèi)部無(wú)線自組網(wǎng)。

五、基于嵌入式單片微機(jī)的無(wú)線智能溫室的發(fā)展趨勢(shì)

ZigBee技術(shù)應(yīng)用在智能化溫室測(cè)控系統(tǒng)中是嵌入式單片微機(jī)應(yīng)用在農(nóng)業(yè)工程中的一個(gè)具體實(shí)例。其表現(xiàn)了初期建設(shè)周期短、投資小、易于升級(jí)、易于重組，尤其是承載ZigBee技術(shù)的片上系統(tǒng)的―無(wú)線單片機(jī)CC2430的應(yīng)用，使得系統(tǒng)可以靈活便捷地組成適應(yīng)不同規(guī)模、不同情況、不同要求的溫室設(shè)施測(cè)控系統(tǒng)，并且所構(gòu)建的系統(tǒng)成本次、功耗低、穩(wěn)定可靠、具有低復(fù)雜度。

有線傳輸和無(wú)線傳輸各有其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，不同的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)適用場(chǎng)合、環(huán)境各異。實(shí)踐證明一無(wú)線信息傳輸為技術(shù)的農(nóng)田信息傳輸方式具有開(kāi)發(fā)周期短，維護(hù)方便，成本低?？煽啃愿叩葍?yōu)點(diǎn)，有很好的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用前景，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)溫室測(cè)控系統(tǒng)中的信息傳輸?shù)那度胧?、自?dòng)化、智能化與網(wǎng)絡(luò)化奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn):

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篇(5)

關(guān)鍵詞：傳感器；家居環(huán)境監(jiān)測(cè)；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）16-0087-03

1 概述

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織特性、非常容易組網(wǎng)部署、易于擴(kuò)展、通信代價(jià)較低、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延小等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)中最為重要的一種網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型，尤其適合智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)，可以很好地管理室內(nèi)空氣質(zhì)量、溫濕度質(zhì)量、家庭生活電氣安全防盜等。本文分析了傳感器網(wǎng)絡(luò)在家居環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用背景，對(duì)家居環(huán)境監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行了總體需求分析，將其分為三個(gè)關(guān)鍵功能，分別是家居環(huán)境信息采集功能、家居環(huán)境信息傳輸功能和家居環(huán)境信息處理功能，并且分析了家居環(huán)境信息的總體架構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行了有效處理，具有較好的作用?；赯igBee技術(shù)設(shè)計(jì)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能，分析了系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和服務(wù)器部署結(jié)構(gòu)，并且選擇了ZigBee無(wú)線節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了一種功能強(qiáng)大的家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)傳輸和處理功能，有效支持環(huán)境數(shù)據(jù)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。

2 家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能分析

2.1 家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體功能

家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要完成以下目標(biāo)：一是基于ZigBee技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使之能夠覆蓋整個(gè)室內(nèi)生活環(huán)境，實(shí)現(xiàn)全方位的環(huán)境監(jiān)測(cè)；二是基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的全面部署，包括傳感器節(jié)點(diǎn)、路由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)等，實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)自組織功能，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)存在的故障節(jié)點(diǎn)、刪除的節(jié)點(diǎn)或新增的傳感器節(jié)點(diǎn)，能夠快速連接，并且實(shí)現(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)功能，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的修復(fù)和自適應(yīng)功能，同時(shí)優(yōu)化管理部署節(jié)點(diǎn)，全方位覆蓋生活環(huán)境，延長(zhǎng)電池的使用壽命；三是基于ARM Linux操作系統(tǒng)環(huán)境下，使用嵌入式QT技術(shù)編寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)界面，以便家庭用戶能夠?qū)崟r(shí)地監(jiān)測(cè)生活環(huán)境的室內(nèi)溫度、室內(nèi)氧氣、室內(nèi)一氧化碳、室內(nèi)二氧化硫、室內(nèi)濕度、室內(nèi)甲烷和室內(nèi)二氧化碳的含量等溫度、濕度和濃度，監(jiān)測(cè)生活用水、用電和用氣的安全性和用量，以及監(jiān)測(cè)室內(nèi)各種生活家電的狀態(tài)等。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)化更新，并且對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警處理。

2.2 家居環(huán)境信息采集功能

家居環(huán)境信息采集可以使用室內(nèi)部署的溫度傳感器、濕度傳感器、甲醛傳感器等采集室內(nèi)的溫度、濕度、甲醛等信息，并且能夠?qū)⑦@些信息發(fā)送傳感器攜帶的存儲(chǔ)器中。

2.3 家居環(huán)境信息傳輸功能

家居環(huán)境信息采集之后，可以通過(guò)ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送至匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)可以將信息通過(guò)串口發(fā)送至家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的服務(wù)器中，實(shí)時(shí)的保存家居環(huán)境的信息。信息傳輸過(guò)程中，需要高效路由和轉(zhuǎn)發(fā)，以便盡可能快的將信息發(fā)送至服務(wù)器。

2.4 家居環(huán)境信息處理功能

傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器之后，負(fù)責(zé)處理采集到的視頻信息、家用生活電氣信息、空氣質(zhì)量信息等傳到相關(guān)的環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置上，如果傳感器服務(wù)器發(fā)現(xiàn)相關(guān)的信息值超過(guò)了用戶設(shè)置的預(yù)警值，傳感器檢測(cè)裝置可以通過(guò)4G通信網(wǎng)絡(luò)以短信或數(shù)據(jù)通信的方式通知用戶，并且將收集的信息的相關(guān)存儲(chǔ)到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便用戶非常方便地查看歷史生活環(huán)境信息。相關(guān)的邏輯業(yè)務(wù)處理結(jié)果可以將數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和預(yù)測(cè)的結(jié)果發(fā)送到相關(guān)的界面上，以便于用戶查看和分析。

3 傳感器在家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

3.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

在室內(nèi)布置各類(lèi)終傳感器節(jié)點(diǎn)，以全方位地覆蓋家居環(huán)境，采集家居環(huán)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(shí)使用防盜紅外線傳感器、家電狀態(tài)傳感器、水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器等檢測(cè)各種生活設(shè)施的使用狀態(tài)，并且將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)，各種傳感器自組織構(gòu)建一個(gè)室內(nèi)的綜合信息采集和感知網(wǎng)絡(luò)，以便能夠ARM處理采集到的相關(guān)信息，并且將處理結(jié)果保存到相關(guān)的邏輯業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，如圖1所示。

3.2 無(wú)線傳感器選型

美國(guó)德州儀器公司是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體企業(yè)，該企業(yè)主要生產(chǎn)數(shù)字信號(hào)處理機(jī)相關(guān)的模擬器，能夠提供傳感器等硬件信息采集設(shè)備。目前，在家居環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中，常用的傳感器無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以采用德州儀器的CC2350芯片，并且使用CC2350EB開(kāi)發(fā)套件，其中芯片相對(duì)較為成熟，已經(jīng)在傳感器應(yīng)用領(lǐng)域取得了良好的效果，如圖3所示。

3.3 無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要包括三種節(jié)點(diǎn)，分別是傳感器終端節(jié)點(diǎn)、路由轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)和一些控制節(jié)點(diǎn)，每一種節(jié)點(diǎn)都具備不同的功能，以便能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)等功能。終端通信節(jié)點(diǎn)可以讀取室內(nèi)各種環(huán)境信息，并且將數(shù)據(jù)封裝起來(lái)，發(fā)送到相關(guān)的匯聚節(jié)點(diǎn)，同時(shí)其可以接收相關(guān)的回應(yīng)指令，以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的調(diào)節(jié)和覆蓋網(wǎng)絡(luò)，終端節(jié)點(diǎn)的功能如圖4所示。

路由器可以接收傳感器數(shù)據(jù)，將其封裝到數(shù)據(jù)包中發(fā)送到關(guān)口服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的路由、轉(zhuǎn)發(fā)功能。

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的功能主要是接收下位機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)能夠轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)發(fā)送的指令信息，以便很好地控制傳感器的采集數(shù)據(jù)分布區(qū)域和位置，具有非常重要功能。

家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用Linux操作系統(tǒng)、QT集成工具開(kāi)發(fā)完成。Linux操作系統(tǒng)擁有的核心API能夠完成基本的通信需求，但是對(duì)于具體的溫濕度傳感器驅(qū)動(dòng)組件、甲醛傳感器驅(qū)動(dòng)組件，需要進(jìn)行開(kāi)發(fā)。為了能夠節(jié)約篇幅，本文詳細(xì)介紹系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵組件及運(yùn)行截圖，給出了傳感器驅(qū)動(dòng)組件實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵描述。

3.4 傳感器應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

溫濕度傳感器驅(qū)動(dòng)組件主要包括四個(gè)關(guān)鍵檔，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)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(jié)合Linux操作系統(tǒng)提供的MainC.nc和TimerMilliC（）組件共同構(gòu)成了傳感器驅(qū)動(dòng)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(hào)控制和硬件連接檔，可以配置硬件通信描述層的內(nèi)容。配置組件SHTC.nc可以定義和描述模塊組件SHTP.nc中的相關(guān)界面、構(gòu)成組件以及二者之間的關(guān)系。模塊組件SHTP.nc可以初始化溫濕度傳感器、測(cè)量溫濕度、讀取傳感器數(shù)據(jù)，其是溫濕度傳感器組件的核心業(yè)務(wù)邏輯組成部分。應(yīng)用層組件可以通過(guò)界面檔SHT.nc中的相關(guān)命令，與溫濕度傳感器進(jìn)行交互。界面檔SHT.nc定義的函數(shù)包括以下三個(gè)：讀取溫濕度傳感器數(shù)據(jù)的命令函數(shù)Read（）、讀取數(shù)據(jù)結(jié)束完成的事件函數(shù)ReadDone（）和計(jì)算家居環(huán)境的實(shí)際溫度函數(shù)Calculate_RealValue（）。

溫濕度傳感器可以采用CC2350的第1、2個(gè)引腳進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。為了檢測(cè)本文家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確程度，將其測(cè)得的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)的QFA4160溫濕度傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，詳細(xì)的溫度測(cè)量數(shù)據(jù)如表1所示（測(cè)量環(huán)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(cè)得的溫度值相比，本文采用CC2350傳感器測(cè)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(qū)動(dòng)組件主要包括三個(gè)關(guān)鍵檔，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，命名為界面檔Formalin.nc、配置組件FormalinC.nc和模塊組件FormalinP.nc，結(jié)合Linux操作系統(tǒng)提供的PlatformSerialC.nc組件共同構(gòu)成了甲醛傳感器驅(qū)動(dòng)組件。系統(tǒng)提供的PlatformSerialC.nc組件能夠提供三種類(lèi)型的界面，分別是UartStream.nc界面、CC2350UartControl.nc界面和UartStdControl.nc界面，上述三個(gè)界面可以完成設(shè)置串口通信串列傳輸速率、控制串口開(kāi)關(guān)等功能，有效實(shí)現(xiàn)傳感器和控制器的通信工作。配置組件FormalinC.nc可以詳細(xì)地定義模塊組件FormalinP.nc組件和界面之間的關(guān)系。模塊組件FormalinP.nc組件可以初始化傳感器、測(cè)量甲醛數(shù)據(jù)和讀取數(shù)據(jù)的邏輯業(yè)務(wù)，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?yàn)閼?yīng)用層提供邏輯業(yè)務(wù)回應(yīng)功能，該界面包含的關(guān)鍵函數(shù)分別是初始化甲醛傳感器命令函數(shù)Init（）、讀取甲醛傳感器測(cè)量值的函數(shù)Read（）、讀取數(shù)據(jù)完成之后的事件函數(shù)ReadDone（）和計(jì)算甲醛濃度實(shí)際值的函數(shù)Calculate_RealValue（）。

為了能夠驗(yàn)證本文甲醛傳感器的準(zhǔn)確度，與高精度甲醛傳感器ME3M-CH2O檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，具體選擇5周的加強(qiáng)濃度測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如表2所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，本文甲醛傳感器可以很好檢測(cè)室內(nèi)甲醛濃度，以便及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，確保甲醛含量處于一個(gè)正常的范圍，確保人的生命健康安全。如果甲醛濃度過(guò)高，可以及時(shí)報(bào)警，提醒用戶開(kāi)窗通風(fēng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著傳感器、無(wú)線通信等技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)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(xiàn)：

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篇(6)

[關(guān)鍵字]環(huán)境監(jiān)測(cè)　GPRS技術(shù)　軟硬件實(shí)現(xiàn)　檢測(cè)運(yùn)行

[中圖分類(lèi)號(hào)]　X8

[文獻(xiàn)碼]　B

[文章編號(hào)]　1000-405X（2012）-10-58-1

工業(yè)發(fā)展下的環(huán)境污染問(wèn)題隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步而越來(lái)越嚴(yán)重，現(xiàn)在世界各國(guó)都在加強(qiáng)環(huán)境的監(jiān)測(cè)與污染治理，期望從各個(gè)環(huán)境實(shí)現(xiàn)對(duì)污染度的控制，調(diào)整自然環(huán)境平衡，減少污染，提升城市環(huán)境的質(zhì)量。城市環(huán)境的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及眾多污染排放點(diǎn)，并且需要實(shí)時(shí)進(jìn)行觀察統(tǒng)計(jì)，隨著城市發(fā)展水平的提升，監(jiān)測(cè)需求與難度也越來(lái)越大，傳統(tǒng)的有線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的城市監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀，因此，必須開(kāi)發(fā)新的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)城市環(huán)境的全面、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。GPRS技術(shù)作為一種成熟的無(wú)線通信技術(shù)在無(wú)線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中擁有著廣闊的應(yīng)用前景，它在應(yīng)用上的各種優(yōu)點(diǎn)能夠更好更全面的滿足城市環(huán)境監(jiān)測(cè)需求，本文針對(duì)GPRS支持下的城市環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究。

1　GPRS系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

作為一種成熟的無(wú)線通訊技術(shù)，GPRS能為城市環(huán)境監(jiān)測(cè)提供透明的數(shù)據(jù)傳輸，直接使用網(wǎng)絡(luò)傳輸接口通道；相對(duì)來(lái)說(shuō)，GPRS技術(shù)能確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性，不僅速度快，低于從前的監(jiān)測(cè)效率，在穩(wěn)度、準(zhǔn)確度與精度上也更勝一籌，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)帶來(lái)的實(shí)時(shí)在線也是監(jiān)測(cè)得以順利實(shí)施的重要保障；在所需要耗費(fèi)人力、物力及經(jīng)費(fèi)使用上，GPRS技術(shù)支持下的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從長(zhǎng)遠(yuǎn)方向來(lái)看，也更為低廉，可以說(shuō)，GPRS技術(shù)是城市環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不二選擇。

2　如何實(shí)現(xiàn)GPRS技術(shù)對(duì)城市環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的支持

2.1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

城市環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一共有三部分組成，現(xiàn)場(chǎng)機(jī)系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)以及上位機(jī)系統(tǒng)三部分。這三個(gè)部分互相獨(dú)立但是又聯(lián)系密切，他們地位平等，對(duì)城市各個(gè)地方的環(huán)境監(jiān)測(cè)反饋通過(guò)四通八達(dá)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的交匯。現(xiàn)場(chǎng)機(jī)系統(tǒng)主要是執(zhí)行數(shù)據(jù)采集工作，所有監(jiān)測(cè)分析儀輸出的資料應(yīng)能夠換算為標(biāo)態(tài)下污染物濃度，儀器均應(yīng)具有良好的抗干擾能力，系統(tǒng)質(zhì)量過(guò)硬，故障率低，且系統(tǒng)兼容性要滿足現(xiàn)在及未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)環(huán)保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用需求，并有利于全市的系統(tǒng)整合及管理平臺(tái)的建立。傳輸系統(tǒng)是所有信息得以被進(jìn)行整合的關(guān)鍵通道，因此在網(wǎng)絡(luò)通道設(shè)置上，要確保其暢通性與優(yōu)質(zhì)性。比如監(jiān)控中心需要定時(shí)向現(xiàn)場(chǎng)機(jī)系統(tǒng)指令，檢查其儀器參數(shù)及反饋信息，就需要良好的傳輸通道作為保障。上位機(jī)系統(tǒng)是環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最主要組成部分，也是環(huán)境監(jiān)測(cè)功能得以發(fā)揮的核心，它包括對(duì)所有數(shù)據(jù)的匯總、整理。命令以及對(duì)各種反饋信息的分析處理等。上機(jī)位功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于系統(tǒng)應(yīng)用軟件的編寫(xiě)，根據(jù)其職責(zé)，可以分為數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)庫(kù)管理兩個(gè)部分。總之，環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須符合《環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)規(guī)范（試行）》（國(guó)家環(huán)?？偩止妗?007年第4號(hào)）和《環(huán)境空氣質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T　193-2005）的要求，在實(shí)際運(yùn)作中滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)需求。系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖1。

2.2　硬件實(shí)現(xiàn)

從監(jiān)測(cè)需求和監(jiān)測(cè)環(huán)境出發(fā)，所有監(jiān)測(cè)硬件都至少要具備以下要求：①工作電源：AC220V（10％），50HZ；②工作環(huán)境溫度：0℃－40℃；③工作環(huán)境濕度：0％RH－80%RH；④工作方式：連續(xù)自動(dòng)，在單機(jī)技術(shù)性能指標(biāo)上，即使出現(xiàn)大范圍供電障礙，各監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備也要具備停電來(lái)電自恢復(fù)功能，確保監(jiān)測(cè)的及時(shí)性與連貫性。環(huán)境監(jiān)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)系統(tǒng)能滿足自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行正常、穩(wěn)定環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)要求；具有各項(xiàng)資料自動(dòng)傳輸，遠(yuǎn)程自動(dòng)和手動(dòng)控制、診斷、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)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(yīng)達(dá)到90%以上，并且能夠結(jié)合對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響的多個(gè)要素實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器多參數(shù)的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制校準(zhǔn)，具有校準(zhǔn)性能檢驗(yàn)功能。傳輸系統(tǒng)的所有系統(tǒng)通訊協(xié)議、接口、數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、傳輸必須符合《污染源在線自動(dòng)監(jiān)控（監(jiān)測(cè)）系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)》（HJ/T　212-2005），具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、無(wú)線（GPRS或CDMA）或有線（ADSL或光纖）等數(shù)據(jù)傳輸功能。

2.3　軟件設(shè)計(jì)

軟件的編程設(shè)計(jì)主要集中于上機(jī)位系統(tǒng)，主要是協(xié)調(diào)各監(jiān)測(cè)任務(wù)，命令，實(shí)施調(diào)度，因此可以從用模塊化的軟件設(shè)計(jì)方法，例如uC／OS-II嵌入式操作系統(tǒng)，在把握各任務(wù)之間關(guān)系與重要性的基礎(chǔ)之上進(jìn)行調(diào)度，一方面實(shí)現(xiàn)了采集與傳輸之間的串口通信，一方面實(shí)現(xiàn)了與數(shù)據(jù)中心的實(shí)時(shí)通信，完全可以滿足協(xié)調(diào)、傳輸與數(shù)據(jù)庫(kù)功能。軟件平臺(tái)在運(yùn)行過(guò)程中，要加強(qiáng)各模塊監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理各類(lèi)問(wèn)題故障。例如以VC++為基礎(chǔ)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，其采用Socket方式實(shí)現(xiàn)，能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理與處理功能，方便使用。在系統(tǒng)平成后，要進(jìn)行測(cè)試實(shí)驗(yàn)，確保軟件系統(tǒng)的合理、規(guī)范、高校運(yùn)行。

2.4　系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)

在硬件鏈接平臺(tái)及軟件平臺(tái)都投入使用的情況下，對(duì)系統(tǒng)的工作狀況進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。首先是硬件部分，硬件裝置連接完成后，要對(duì)各儀器進(jìn)行運(yùn)行檢測(cè)，確保其功能的實(shí)現(xiàn)，尤其是戶外裝置，要做好檢測(cè)、保護(hù)與維修。其實(shí)是軟件平臺(tái)的運(yùn)行檢測(cè)，要確保運(yùn)行無(wú)漏洞，根據(jù)監(jiān)測(cè)需求及時(shí)對(duì)內(nèi)在任務(wù)模塊進(jìn)行調(diào)整，在各方測(cè)試成功之后，再接入GPRS模塊進(jìn)行測(cè)試。最后是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的檢測(cè)與實(shí)現(xiàn)，要從數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析整合、命令和反饋等方面綜合進(jìn)行調(diào)整、評(píng)估，確保環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái)的高效與完整，能夠切實(shí)的投入使用。

3　小結(jié)

總之，GPRS技術(shù)支持下的城市環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮到城市現(xiàn)行的環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀，也要考慮到城市未來(lái)發(fā)展所帶來(lái)的需求提升空間，盡量以現(xiàn)有平臺(tái)為基礎(chǔ)，進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)于運(yùn)行中的問(wèn)題及時(shí)調(diào)整、改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的長(zhǎng)久、高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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篇(7)

【關(guān)鍵詞】傳感器技術(shù) 無(wú)線通信 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

當(dāng)前無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了體積小、成本低、低功耗、工作持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的信息采集無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的必要性。該系統(tǒng)利用無(wú)線收發(fā)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)，無(wú)需專(zhuān)門(mén)架線，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)省了人力物力，通過(guò)監(jiān)控中心可實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田溫濕度的監(jiān)控等功能，實(shí)現(xiàn)真正意義上的無(wú)人值守，與普通無(wú)線技術(shù)相比，還具有低功耗、低成本和網(wǎng)絡(luò)容量大等特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模檢測(cè)系統(tǒng)的信息化、自動(dòng)化、提高工作效率具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

（1）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種融合短程無(wú)線通訊技術(shù)、微電子傳感器、嵌入式系統(tǒng)的新技術(shù)，隨著互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及物聯(lián)網(wǎng)的迅速崛起，各行業(yè)推進(jìn)信息化建設(shè)、構(gòu)筑營(yíng)銷(xiāo)新體系既是行業(yè)發(fā)展的需要，同時(shí)也是提高企業(yè)未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)力、搶占未來(lái)新市場(chǎng)的制高點(diǎn)。近年來(lái)，我國(guó)機(jī)電行業(yè)發(fā)展迅猛，傳統(tǒng)線下市場(chǎng)穩(wěn)步提升的同時(shí)，線上市場(chǎng)的份額也正在逐步擴(kuò)展之中。

（2）與傳統(tǒng)線下市場(chǎng)機(jī)電行業(yè)依托廣告投放、口碑相傳的營(yíng)銷(xiāo)模式相比，可快速準(zhǔn)確的向受眾傳達(dá)推廣信息，而且營(yíng)銷(xiāo)推廣成本低，更重要的是推動(dòng)了機(jī)電企業(yè)信息化建設(shè)和完善的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)銷(xiāo)售體系的構(gòu)建，而這則正是機(jī)電企業(yè)在未來(lái)面臨全球經(jīng)濟(jì)一體化新的競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)所需要的。

（3）在實(shí)際的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中，有了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)與M2M平臺(tái)相結(jié)合的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)相比提高了監(jiān)測(cè)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性。以往的環(huán)境監(jiān)測(cè)只是在一個(gè)很大的區(qū)域內(nèi)安裝一到兩個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，環(huán)境監(jiān)測(cè)站雖然采用的儀器精密且采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，但是監(jiān)測(cè)站所反映的不過(guò)是一個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，不能反映一個(gè)區(qū)域相關(guān)數(shù)據(jù)的地理層次和相關(guān)變化方向；而如果環(huán)境監(jiān)測(cè)站是單點(diǎn)工作，如果出現(xiàn)設(shè)備異常將不能實(shí)際反映這一地區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)應(yīng)用前景

（1）光纖無(wú)線電技術(shù)光載無(wú)線通信技術(shù)是應(yīng)高速大容量無(wú)線通信需求，新興發(fā)展起來(lái)的將光纖通信和無(wú)線通信結(jié)合起來(lái)的無(wú)線接入技術(shù)。光載射頻拉遠(yuǎn)系統(tǒng)是技術(shù)和成本驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)物，是光網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)初步結(jié)合的一種體現(xiàn)。它能大大減少運(yùn)營(yíng)商對(duì)于站址資源的要求，減低投資，同時(shí)能夠有效改善覆蓋效果。

（2）新一代工業(yè)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的使用，可以構(gòu)成無(wú)線系統(tǒng)，集合數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控、管理于一體，而作為計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、傳感器、人類(lèi)等的生態(tài)系統(tǒng)，電信、信息技術(shù)工業(yè)控制能夠使業(yè)務(wù)流程自動(dòng)化，集成公司資訊科技 (IT)系統(tǒng)和非IT設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)，并創(chuàng)造增值服務(wù)。這一平臺(tái)可在安全監(jiān)測(cè)、自動(dòng)抄表、機(jī)械服務(wù)和維修業(yè)務(wù)、自動(dòng)售貨機(jī)、公共交通系統(tǒng)、車(chē)隊(duì)管理、工業(yè)流程自動(dòng)化、電動(dòng)機(jī)械、城市信息化等環(huán)境中運(yùn)行并提供廣泛的應(yīng)用和解決方案。

（3）從當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展來(lái)看，可以分為剛性需求和可選需求。比如公安執(zhí)法、巡邏、地鐵站臨時(shí)排爆點(diǎn)監(jiān)控等不具備布線條件的監(jiān)控產(chǎn)所，不采取無(wú)線監(jiān)控則無(wú)法達(dá)到目的。這些是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的剛性需求。而在學(xué)校的的遠(yuǎn)程看護(hù)、小區(qū)的安保。為了節(jié)省布線及維護(hù)成本而選擇無(wú)線網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控則是其可選需求。

3 無(wú)線檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

（1）保證各種無(wú)線電業(yè)務(wù)的順暢運(yùn)行，離不開(kāi)良好的空中電磁環(huán)境，而破壞電磁環(huán)境的一個(gè)主要手段就是設(shè)立“假冒基站”。探索建立臺(tái)站管理新模式。深入推動(dòng)臺(tái)站屬地化管理，凡國(guó)家政策允許的臺(tái)站，強(qiáng)化監(jiān)督，對(duì)頻率臺(tái)站行政審批事項(xiàng)辦理情況適時(shí)進(jìn)行檢查，進(jìn)一步完善臺(tái)站審批技術(shù)審查、電臺(tái)執(zhí)照年審、頻率臺(tái)站審批備案等臺(tái)站管理重點(diǎn)環(huán)節(jié)工作，努力實(shí)現(xiàn)由重事前審批向重事中事后監(jiān)管轉(zhuǎn)變。加強(qiáng)4G新設(shè)基站設(shè)臺(tái)管理，確保各4G網(wǎng)絡(luò)安全有序運(yùn)行。規(guī)范業(yè)余無(wú)線電臺(tái)站管理，組織開(kāi)展業(yè)余電臺(tái)清理登記，加強(qiáng)工作銜接，抓好操作能力考試和換證工作，探索通過(guò)多種方式發(fā)揮業(yè)余無(wú)線電愛(ài)好者的積極作用

（2）以居家安全監(jiān)控為例，在攝影機(jī)擷取畫(huà)面后，消費(fèi)者可以透過(guò)3G或是4G電信技術(shù)，實(shí)時(shí)地清楚看到住家的各處影像畫(huà)面。又或者，就大樓自動(dòng)化而言，各類(lèi)系統(tǒng)透過(guò)傳感器獲得信息后，可以利用ZigBee或是Wi-Fi將數(shù)據(jù)傳回后臺(tái)或是服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)匯整分析以取得有意義的信息，進(jìn)行全面性的大樓動(dòng)態(tài)管理，像是每日的用電情況，對(duì)管理者就是相當(dāng)重要且基本的信息。

（3）本系統(tǒng)分為測(cè)試終端和服務(wù)器端，服務(wù)器端只需要一臺(tái)性能良好的個(gè)人計(jì)算機(jī)，而測(cè)試終端主要由以下幾個(gè)模塊構(gòu)成：射頻前端模塊模塊、功率測(cè)量與存儲(chǔ)模塊、GPS接收器、太陽(yáng)能供電模塊、處理器模塊及GPRS無(wú)線通信模塊。各個(gè)模塊主要是通過(guò)STM32微處理器的GPIO口連接與通信。處理器需要對(duì)射頻前端的調(diào)諧器和解調(diào)器進(jìn)行調(diào)諧頻道和解調(diào)參數(shù)設(shè)置，并對(duì)RS誤包率、LDPC誤包率等信息進(jìn)行讀取。

4 結(jié)束語(yǔ)

若是人體的生理訊號(hào)，如體溫的變化、心跳次數(shù)與呼吸頻率等，同樣都是簡(jiǎn)易數(shù)據(jù)的傳送，但畢竟在消費(fèi)性電子領(lǐng)域中，藍(lán)牙的能見(jiàn)度遠(yuǎn)高于ZigBee，這時(shí)比的就不是技術(shù)優(yōu)劣，而是在特定應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)成熟度。也因此用藍(lán)牙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)據(jù)送進(jìn)手機(jī)，手機(jī)若有相關(guān)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(hào)回傳至醫(yī)療照護(hù)中心，作進(jìn)一步的分析與監(jiān)測(cè)，其結(jié)果同樣也可以送回手機(jī)讓用戶知悉。

參考文獻(xiàn)

[1]楊吉.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)[D].北方工業(yè)大學(xué),2010.