基于物联网的无线温度监测系统

陈宜冬 曾卓敏

摘 要：基于CC2530 802.14.5、STH15传感器、使用C语言构造无线温度采集系统，通过RS232将采集的数据上传到主控机进行分析并存储，开发服务器程序，实现远程用户通过互联网对现场数据进行的实时监控。解决了现场数据实时存储、故障分析、预警处理的问题。

关键词：物联网；Zigbee；CC2530

引言

温度采集在很多应用系统中都有极其重要的作用。如婴儿保温箱恒温控制系统等。传统的温度测量一般采用有线系统测量，具有布线繁琐、添加节点复杂等困难、可靠性低等缺点，而且单个保温箱控制失效一般由工作人员检查得知，容易发生意外。基于基于物联网[1]的无线温度检测系统采用无线采集数据、传输，通过互联网将采集的数据和设备状态传到远程用户，实现远程用户对现场数据和设备状态的实时监控，极大地提高了系统的可靠性。

1 基于物联网的无线温度监测系统的体系结构

本系统由传感器节点、协调器节点、主控机、互联网和远程监控用户组成。基于物联网的无线温度检测系统的体系结构如图1 所示。

图1 基于物联网的无线温度监测系统的体系结构

由传感器节点和协调器节点构成了物联网的感知层，由无线网和互联网构成了物联网的传输层，由主控机和远程用户构成了物联网的应用层[2]。传感器节点采集现场的温度，通过无线的方式传输到协调器节点，协调器节点通过RS232总线将采集到的数据传到主控机中，主控机对采集到的数据分析、存储、预处理、报警等处理，远程用户通过互联网对设备的状态实时监控。

2 传感器节点的设计

传感器节点用于保温箱温度的采集、标度变换、数据传输等。传感器节点由电源模块、传感器模块、处理器模块和通信模块组成，如图2所示。

图2 传感器节点结构图

2.1 传感器节点的硬件结构

处理器模块和通信模块由CC2530[3]实现。CC2530 是德州仪器开发的用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 应用的一个真正的片上系统解决方案，内部集成了具有代码预取功能的低功耗8051 微控制器内核，能够以非常低的成本建立强大的网络节点。CC2530 具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。CC2530内部集成了一个温度传感器和一个12位的A/D转换器，但其精度不高，所以传感器模块由STH15实现。SHT15是Sensirion公司温湿度传感器，两线制的串行接口与内部的电压调整，使外围系统集成变得快速而简单，该产品具有品质卓越、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优点。

2.2 传感器节点的软件设计

传感器节点上电后对定时器、串行口、看门狗、中断系统、STH15传感器等硬件进行初始化，然后发现协调器节点并通过认证程序[4]通过协调器节点的认证加入到传感网。只有经过协调器节点认证后的传感器节点才能向协调器发送数据。传感器节点向协调器节点发送数据的格式如图3所示：

图3 传感器节点数据格式

3 协调器节点的设计

协调器节点用于无线网络的管理，对传感器节点进行认证，只有通过认证的传感器节点才能在网络中发送有效的数据。协调器节点由电源模块、串口模块、处理器模块和通信模块组成，结构如图4所示：

图4 协调器节点结构图

串口模块由MAX232[5]实现，用来实现协调器节点和主控机的通信。处理器模块和通信模块由CC2530实现，负责接收传感器节点的发送的数据，进行数据预处理，然后将数据通过串行口送到主控机中。主控机的功能是接收协调器节点的数据，对数据进行分析、处理、存储，通过服务器程序将数据发送发到远程用户端，实现远程用户对设备状态的实时监测。主控机和协调器节点通信的数据帧格式如图5所示：

图5 协调器与主控器通讯数据帧格式

帧标志为0111111011111111，表示帧的开始和结束；节点数表示本次采集数据的节点数量；节点名称是各个节点的逻辑地址，数据位本次采集到的温度值，校验码采用累加和校验。

系统实现

将4个传感器节点分布在不同位置，设置不同的环境温度，在主控机上设置温度的报警阈值，其它主机通过互联网，实时监测传感器节点的温度。在实验的过程中将4号节点关闭，然后再打开，通过远程监控端查看各传感器节点的状态，如图6所示：

图6 远程监控端查看各传感器节点的状态

通过实验，能够准确地测得各传感器节点的温度值，在2、3、4次采样的数据中节点4的值为“*”，是因为实验过程中关闭了4号节点，打开4号节点后其温度值正确地传到了客户端。实验结果和实验现场完全一致。

4 结束语

分析了物联网技术和温度采集的方法，采用CC2530和STH15实现了温度的无线采集、传输，远程用户通过Internet，可对设备状态进行在线监测，实现了基于物联网的无线温度监测系统，解决了有线数据采集的弊端，杜绝了单个设备节点失效后设备状态无法检测的缺点。本系统采用不同的传感器，可实现湿度、气体浓度、压力等现场数据的实时监测。

参考文献

[1]孙其博，刘杰.物联网：概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报，2010（6）：1-9.

[2]王保云.物联网技术研究综述术[J].电子测量与仪器学报，2009（12）：1-7.

[3]李俊斌，胡永忠.基于CC2530的ZigBee通信网络的应用设计[J].电子设计工程，2011（8）：108-111.

[4]赵亮，张吉礼，梁若冰.面向建筑能源系统的物联网通用网关设计与实现[J].大连理工大学学报，2014（1）：85-90.

[5]郭付才，王洪涛，刘志华.基于AT89C51单片机的RS-232串行数据截取器设计[J].现代电子技术2012（4）：95-97.

作者简介：陈宜冬（1969，11-），男，哈尔滨理工大学副教授，研究方向：嵌入式、网络应用。

曾卓敏（1994-），哈尔滨理工大学。