Cortex-M3的生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)數據采集分站設計

摘要：以Cortex-M3處理器LM3S811為核心，設計了面向森林生態(tài)監測的物聯(lián)網(wǎng)數據采集終端分站系統。通過(guò)單總線(xiàn)數字式溫濕度傳感器、煙霧傳感器、CO2傳感器和環(huán)境光亮度傳感器分別采集溫度、濕度、可燃性顆粒物、CO2含量和光照等與林木生態(tài)相關(guān)的環(huán)境信息和林場(chǎng)防火的相關(guān)信息。由LM3S811處理器處理并添加分站ID和校驗碼后，采用無(wú)線(xiàn)模塊傳送給服務(wù)器。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；LM3S811；數據采集；無(wú)線(xiàn)模塊

引言
隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IOT)得到了越來(lái)越多的企業(yè)和學(xué)者的重視。盡管對物聯(lián)網(wǎng)的確切定義還頗有爭議，但有一點(diǎn)可以肯定，那就是物聯(lián)網(wǎng)必將進(jìn)一步提升信息社會(huì )的智能化水平。同樣，在森林環(huán)境乃至生態(tài)系統監測中，物聯(lián)網(wǎng)也為人們提供了更多的選擇。
針對森林生態(tài)監測中所關(guān)心的溫度、濕度、CO2濃度、環(huán)境光照以及與森林防火息息相關(guān)的煙霧濃度等數據，本文基于Cortex-M3處理器設計了生態(tài)數據采集分站，并將采集的數據用本地LCD液晶顯示，同時(shí)采用無(wú)線(xiàn)模塊傳送給數據中心主站。程序開(kāi)發(fā)在嵌入式操作系統μC／OS -II的基礎上分模塊進(jìn)行，不僅保證了良好的擴展性，也提高了開(kāi)發(fā)效率。

1 系統硬件設計
1．1 系統總體結構
數據分站以L(fǎng)M3S811處理器為核心，并引入了與森林生態(tài)監測相關(guān)的多種傳感器，單總線(xiàn)數字式溫濕度復合型傳感器DHT11、I2C總線(xiàn)接口的環(huán)境光亮度傳感器BH1710FVC、電壓輸出型煙霧傳感器MQ-2和CO2傳感器MG-811。通過(guò)Cortex-M3處理器實(shí)時(shí)采集傳感器信息，經(jīng)處理后通過(guò)SPI接口的無(wú)線(xiàn)模塊nRF905發(fā)送給數據主站服務(wù)器。同時(shí)將采集的傳感器信息通過(guò)本地LCD顯示。若采集的傳感器信息異常(如煙霧濃度過(guò)高)，需聲光報警。系統總體結構框圖如圖1所示。

1．2 系統模塊組成
1．2．1 溫濕度傳感器DHT11
DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合單總線(xiàn)傳感器。它應用專(zhuān)用的數字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品的可靠性與長(cháng)期穩定性。單線(xiàn)制串行接口，使系統集成變得簡(jiǎn)易快捷。它體積小、功耗極低，信號傳輸距離可達20 m以上，適用于環(huán)境監測的應用。DHT11簡(jiǎn)要說(shuō)明如表1所列。

DHT11除電源和地線(xiàn)外，只有1條數據線(xiàn)，在與CPU接口時(shí)，數據線(xiàn)需用5 kΩ上拉電阻。DHT11與CPU的接口示意圖如圖2所示。在本設計中，采用LM3S811的PB0模擬單總線(xiàn)采集溫濕度傳感器的數據。

DHT11的供電電壓為3～5．5 V，這里采用直流5 V電壓供電。傳感器上電后，要等待1 s以越過(guò)不穩定狀態(tài)。
數據線(xiàn)DATA與LM3S811的通信和同步，采用單總線(xiàn)數據格式。一次通信時(shí)間4 ms左右。一次完整的數據傳輸為40位，高位先出。數據分小數部分和整數部分，具體格式說(shuō)明如下：
8位濕度整數數據+8位濕度小數數據+8位溫度整數數據+8位溫度小數數據+8位校驗和數據傳送正確時(shí)校驗和數據等于“8位濕度整數數據+8位濕度小數數據+8位溫度整數數據+8位溫度小數數據”所得結果的末8位。