基于A(yíng)RM9和3G網(wǎng)絡(luò )的社區溫濕度遠程監測系統研究

摘要：為了提高人民居住環(huán)境，設計開(kāi)發(fā)了一種基于3G網(wǎng)絡(luò )和嵌入式系統的遠程環(huán)境監測系統。實(shí)現對溫濕度的遠程實(shí)時(shí)監測、存儲、歷史數據查詢(xún)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(shí)時(shí)數據和圖表對系統運行情況進(jìn)行了說(shuō)明。

隨著(zhù)人們生活水平的提高，人們對居住環(huán)境的要求越來(lái)越高，家居環(huán)境中尤為受到人們關(guān)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(huán)境下人體感覺(jué)最舒適。傳統的環(huán)境監測系統大部分采用的是人工采集或是采用有線(xiàn)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(shí)時(shí)的采集環(huán)境監測數據，有時(shí)還會(huì )給數據采集帶來(lái)誤差。有線(xiàn)監測雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是由于監測點(diǎn)分布廣而散，有些監測點(diǎn)既偏遠又危險，給有線(xiàn)監測的實(shí)現帶來(lái)非常巨大的困難，同時(shí)有線(xiàn)監測需要大量的電話(huà)線(xiàn)進(jìn)行數據傳輸增加了巨大的成本。隨著(zhù)第三代移動(dòng)通訊在我國大量普及，以3G網(wǎng)絡(luò )和嵌入式系統為基礎的遠程環(huán)境監測系統取得了快速發(fā)展。監測點(diǎn)采集到的數據通過(guò)第三代移動(dòng)通信傳輸到監測中心，實(shí)施遠程實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測，并對采集回來(lái)的數據進(jìn)行匯總、分析和處理。

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(jìn)行處理編碼打包并通過(guò)3G模塊發(fā)送到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )。數據傳輸系統由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )和Internet網(wǎng)絡(luò )組成，將遠程監測系統采集發(fā)送的信息發(fā)送到監測中心。監測中心將接收到的信息進(jìn)行分析、處理、顯示并且存入數據庫，以備查詢(xún)統計。

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(wú)線(xiàn)傳輸模塊組成，該系統硬件結構如圖2所示。

數據采集模塊采用Sensirion公司生產(chǎn)的SHT75溫濕度傳感器。SHT75屬于Sensirion溫濕度傳感器家族中的插針型封裝系列。傳感器將傳感元件和信號處理電路集成在一塊微型電路板上，輸出完全標定的數字信號。傳感器采用專(zhuān)利的CMOSens(R)技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(cháng)期穩定性。傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測濕敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測溫元件，并在同一芯片上，與14位的A/D轉換器以及串行接口電路實(shí)現無(wú)縫連接，具有品質(zhì)卓越、響應迅速、抗干擾能力強、性?xún)r(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。

數據處理模塊考慮到系統既需要連續長(cháng)時(shí)間地工作，又需要有較強的數據處理能力和支持網(wǎng)絡(luò )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(zhuān)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(diǎn)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(dòng)裝載;帶MMU的先進(jìn)體系結構支持WinCE、EPOC32、Linux。

無(wú)線(xiàn)傳輸模塊采用廈門(mén)才茂公司生產(chǎn)的CM8350PCDMA20001X EV-DO 3G DTU。該DTU內嵌工業(yè)級通訊模塊，標準工業(yè)規格設計，支持TCP/ UDP/HTTP協(xié)議，數據接口為RS232標準接口，實(shí)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(wǎng)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(fā)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(guò)3G DTU接入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )，將打包的信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送給監測中心。監測中心軟件采用Visual C++6.0編程，Visual C++是微軟公司開(kāi)發(fā)的局域C/C++的集成開(kāi)發(fā)工具。監測中心軟件主要實(shí)現接收各遠程監測端發(fā)送的數據，將解算出的溫濕度實(shí)時(shí)顯示，當有超出設定范圍的溫濕度信號時(shí)報警，并將每次接收到的溫濕度信息存入數據庫，以備查詢(xún)使用。軟件設計流程圖如圖3所示。

4 實(shí)驗結果

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

5 結束語(yǔ)

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