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赵春辉+韩星越+王彦鹏+龚亚

摘 要：基于物联网思维，介绍了一种分布式监控系统，同时利用WiFi将各个监测点组建成局域网，再基于SCPI命令集和GSM远程通信技术将WiFi、GSM和SCPI进行融合，进而设计了一个分布式多传感器监控报警系统。该系统可用于智能家居、环境监控等领域，具有一定的应用价值。

关键词：物联网;状态监控;WiFi;GSM;SCPI;STC

1  基本介绍

将该系统用于室内污染气体的检测，可实现对一氧化碳、甲醛、甲苯、烟雾、温湿度等的传感器，对多个数据进行采集，并且通过WiFi能够实现在不同地点的两个模块之间相互交换测量。 当检测指标超过预定值时，还能够通过GSM模块，根据设置的命令进行远程（以短信形式）报警。并且可以通过移动终端进行当前数据的查询和远程控制。

当被测量超过预定值时，系统会向指定的手机号码发送一条报警信息“The value is too high（这个信息内容可在程序里设定）并且附上家庭当前图像信息，如果测定值一直超出预定值，系统会每隔几分钟向给定号码不断报警。此时可以回复信息“Stop warning”让系统停止报警。在未报警情况下，也可以用手机发信息“Read the value”获取当前被测量的值。这样，系统在家人还没有发现危险到来之前，就能够进行相关的提示操作，以避免一定危险事故的发生，从而达到监测报警，实现未卜先知的目的。

如果，厨房燃气泄露，如何及时察觉？家庭防盗，如何及时有效防止库房失火。

畅想一下，如果有个产品可以让您坐在办公室里，只需一条短信，便可获取家里的监测数据和图像信息，看着同事羡慕的目光。您是否特别想拥有这样的产品呢？那就拥有一套“室内气体监测及远程报警查询系统”吧！

2  工作原理

本系统包括：嵌入式微处理器、WiFi模块、GSM模块、ADC模块、若干传感器、I/O设备（显示屏、指示灯、键盘、开关）、电源模块等。所有模块是以微处理器为核心，这个处理器可以是DSP、单片机或者是FPGA等。图1所示是该分布式监测系统的结构图。

传感器的功能是对被测信号进行监测，同时利用ADC对模拟信号进行采样。把处理器的GPIO作为数字信号通用输入输出（GPIO），两者共同构成了传感器接口，用于与传感器连接，需要特别说明的是，我们没有定义传感器的接口，所以，系统并不针对某一个具体的传感器，在实际使用中，可以按照需求进行自定义。

图1  分布式监测系统结构图

WiFi模块则通过无线网络将多个模块构成一个整体，以便能够实现多个模块之间的数据交换。GSM模块则用于与外部的监测端或用户端进行信息交换，一般就是基于短信的形式。本系统也配备了一个常用的异步串口（UART）。SCPI命令的解析，则在处理器中完成。当然作为一个最小系统，还应当有基本的IO设备如，键盘、拨码开关、指示灯、显示屏等。最后还应当有一个必备的电源模块。

图2所示是该模块的硬件电路。图中，A1区域为模块的电源。A2区域为GSM模块的插座（插针），可用于连接GSM模块，实现收发短信。A3区域为USB转串口电路，该电路使用CH340G转换芯片，将串口升级为USB总线便于连接电脑以及烧录单片机程序，USB口也可用于模块供电。B1区域为八段数码管和LED指示灯，可指示系统所处的各种状态。B2区域为STC15F60S2单片机，是整个系统的核心部分。B3区域有一个拨码开关，调节拨码开关可切换系统工作模式。C1区域即为WiFi模块，用于在各个传感器之间组建无线局域网传输，也可用于连接以太网。C2区域为键盘区，通过键盘可实现对系统的控制。B4、C4、D3、D2及D1为传感器连接的接口，也可用做跳线，进行系统配置（一般不用），如图中D3区域的传感器接口上设置了一个跳线帽，就可以使该系统实现某一具体功能（由具体编程实现）。

图2  模块硬件电路

模块之间通过WiFi连接，每个子模块连接多个不同传感器，实现多样功能。而多个子模块可以放置在家庭任意角落，实现多点监测;多个子模块将所有的数据通过WiFi自动归集到主模块，使得监测范围覆盖至全家;主模块通过GSM接收外部发送过来的信号，同时利用GSM将有关的信号（数据）发送至手机或电脑端（包含文字和图像）。GSM中的报警信息用短信的方式发送，格式使用SCPI协议的部分内容（命令）。同时也可以使用短信对该系统进行控制，例如手机、既有短信收发功能（模块）的嵌入式系统或者PC等。

通俗的说，所谓分布式，就是有多个子模块分布在家庭各个角落，而每个模块，装上一个或多个传感器，就可实现多点监测;子模块之间可以自动构建WiFi，将检测数据传输到主模块，实现数据同步。在异常情况下，主模块上的GSM芯片也可以立即向每个家庭成员进行文字短信报警，并附上彩信图片。让您第一时间掌握最新资讯;反过来，每个家庭成员可以通过电脑或手机，随时查询家里的各项监测数据和图像信息。

3  作品创新点

本系统综合利用传感器技术、微控制器技术、WiFi技术以及GSM技术，并基于SCPI命令集开发一套可以进行分布式监测，操作方便，简洁实用的自动监测系统。

（1）通过WiFi局域网通信将检测领域覆盖全家 ，并通过GSM远程通信将查询和报警变得实时有效。两者的结合，可优势互补。

（2）传感器可任意配置，传感器的不同功能千变万化，使这个技术应用面广。（比如：用渗压传感器可监测大坝安全，倾角传感器可监测山体滑坡）。

（3）我们系统的监测结果不仅包含文字报警信息，还附上异常区域图像信息。以使您更加全面地了解家庭当前情况。

（4）我们系统不仅实现远程报警，还能使用户进行远程查询。实现远程信息的双向交互。

图3  比赛现场团体获奖风采照