多点无线智能环境检测系统设计与实现

董梅

（惠州经济职业技术学院，广东惠州，516057）

0 前言

本文进行了无限多点环境检测系统的设计。通过利用高精度传感器和远程无线数据传输模式，能够有效地实现智能监控，并且还能够进行远程操控，同时降低功率消耗，将各种功能和技术集合在一起，具有非常好的实用价值，体现了创新性和实用性。

1 硬件设计

1.1 方案设计

对于该环境系统检测的设计，要求包含环境温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度等参数检测，通过对检测的节点进行模块化的处理，利用无线传感器网络技术，实现数据的远程无线传输，并且根据模块化的方式，通过利用主机进行处理，能够有效的满足用户的需要。在每个检测节点中，都是由多传感器以及无线数据传输模块构成的，在检测节点采用STM32L151处理器，具有较为丰富的功能，还能够有效的降低功耗，提高环境检测的效率。同时在整个检测系统中装备两节电池进行供电，满足环境检测所需要的电能，通过使用STM32F103作为中央主机的处理器，在连接显示屏与键盘，在与无线网络进行连接，从而有效地实现用户的实时监控，同时还便于用户进行远程操作。

1.2 主机设计

通过将各数据节点的数据传回到中央主机之中，从而及时地对数据进行处理，便于用户进行操作。在本文所设计的智能环境检测系统中，采用STM32F102ZET6处理器，作为STMF103系列中最好的处理器，能够有效的保证对传输数据快速的处理速度以及操作的灵活性，同时，这种处理器具有较为丰富的接口和容量，能够支持许多编程的使用。在整个主机中，还需要包括42个16位的后备寄存器，对于这些寄存器，必须要能够满足SWD和JTAG调试，从而能够适配整个监测系统。再加上80个通用IO口、4个通用定时器、2个高级定时器、2个基本定时器、2个SPI接口、2路I2S接口、2路I2C接口。同时，为了能够保证整个监测系统运行的稳定性，就必须要选择运行较好的MCU电路，因此，在设计的过程中，就需要保证电源、滤波电容以及时钟电路的设计稳定性，从而促进整个主机设计的完善性。为了能够便于操作，提高系统的功能性，还需要在处一的外围连接一些设备，包括FLASH、UART调试电路、以及一些接口等，从而能够提高主机的储存功能，便于用户进行测试和通讯，同时再加上这些接口，能够有效的连接各种其他设备，从而提高主机的功能性和操作性。

1.3 检测节点设计

在整个无线智能环境检测系统的设计中，为了能够便于用户进行操作，采用模块化的设计方式。检测节点作为独立的电路模块，由多个部分进行构成，从而保证功能的多样性。在检测节点中，主要是以MCU处理器为主，通过利用MCU处理器，能够有效地进行数据传输，及时对数据进行处理。同时，电源、传感器和无线数据发射等几个部分在检测节点设计中也是十分重要的，因此需要对这几个部分进行设计。首先，在进行MCU的选择时，选择采用STM32L151CB16作为整个检测节点的微处理器，具有超低的功耗，同时具有较高的性能，具有较高的性价比。其次就是进行传感器网络的设置，在整个环境检测的过程中，需要对温湿度、光照度以及二氧化碳等参数进行检测，因此，对于传感器的要求较高，需要采用一些具有高精度和高性能的传感器进行应用，从而保证数据监测的准确性。同时，由于所需要检测的参数不同，因此也需要采用不同的传感器进行数据收集，从而保证数据的准确性。因此，为了能够提高整个环境检测节点的性能，在传感器的选择上，主要采用芯片SHT10进行温湿度传感监测，采用光敏电阻构造进行光照强度的检测，采用MG811型CO2气体传感器进行环境中的二氧化碳浓度检测。最后进行无线数据传输的设计时，主要采用RF集成芯片CC1101，具有较高的性能，能够有效地对数据进行处理。检测节点具有一些限制，因此，在设计的过程中，必须要保证功耗、体积以及运行等特点，通过本文的设计，能够有效的保证检测节点的性能，便于进行环境检测。

2 软件设计

软件性能的好坏直接决定了整个环境检测系统的质量，因此，在进行系统软件设计时，就必须要保证设计的全面性和性能，系统软件的设计主要包括上位机设计、主控制器程序设计、协调器程序设计以及监控节点程序设计，通过对这四个部分进行优化设计，能够有效地保证整个软件设计的性能。

2.1 上位机设计

在整个环境监测的过程中，上位机是十分重要的，能够对整个系统中的各个环节参数进行综合监控，同时还能够利用上位机进行统一的管理。在软件设计的过程中，需要保证软件功能的多样性，在进行上位机设置时，需要保证上位机能够自动统计温湿度数据的最大值、最小值以及平均值，一旦所监控的环境数据超出数值，就必须要及时进行报警。为了能够便于用户对监测结果进行了解，就可以将报警的信息自动发送到用户的手机上，从而使用户能够及时的了解环境监测的信息，再利用上位机的软件对整个环境监测仪器进行操控，从而实现远程操控，达到无人值守的目的。在进行上位机软件的设计时，必须要保证上位机对整个环节的综合监控，显示监控点实时温湿度的测量值，同时还需要包括过去所监测的结果查询等，从而便于用户对整个环境检测信息进行了解。

2.2 主控制器程序设计

在硬件系统的选择上，主控制器采用STM32L103处理器，具有较高的性能。因此，在进行软件程序设计的过程中，就需要保证其功能的多样性。首先，在进行程序设计时，利用CC1101芯片，建立无线传感网络，从而及时地对数据进行传输，实现对节点数据的操控和观测。其次，必须要保证程序能够自动进行信息报警，通过利用GPRS，当环境检测的温度、湿度以及光照发生异常时，能够及时的编辑信息进行报警，从而使用户能够快速的获得信息。同时，在主控制器程序设计的过程中，需要与上位机进行配合，将监控数据实时的上传到上位机，从而进行上位机的监控，并且根据上位机所传输的信息，对整个监测网络进行操控和控制。最后，在系统运行的过程中，将数据传输到显示屏上，从而方便用户进行查看，便于用户进行操控、进行数据的调整等。

2.3 协调器程序设计

在协调器的选择上，采用CC1101芯片，由于主机和监控节点都需要协调器进行操控，因此，就需要对主机协调器和监控节点进行程序设计。首先，在主机协调器程序设计的过程中，要先将收发状态设为空闲，连接初始化的无线连接端口，同时建立网络，由协调器将网络地址发送给控制中心，再将程序进入处循环。在数据传输的过程中，通过增加程序的智能性从而做出有效的判断，如果有终端节点发送来的新数据，则可以直接将数据传输至控制中心中，一旦控制中心进行指令的下达，则需要协调器将这些控制指令传输到各个终端节点之中，从而实现对整个监控过程的操控。在进行监控节点程序设计时，需要对应用层进行初始化，打开全局中断并初始化无线连接端口，之后再进行网络连接，如果网络连接失败，则需要每两秒进行重新连接一次，直至成功。在进行网络连接之后，便可将注册信息发送到协调器之中，再由协调器发送到控制中心中。在进行入网注册之后，通过进入程序循环之中，如果接受到协调器的控制命令，则需要及时对整个控制器进行参数的调节，最终实现对整个系统的操控。

3 结语

为了能够及时地对环境进行监测，保证环境的质量，本文进行了以STM32单片机和无线传感网络为主的多点无线智能环境监测系统的设计。在整个系统之中，通过采用模块化的处理，将整个系统分成了多个模块进行设计，从而提高整个监控系统的性能。在这个系统中，能够对多组传感器传输的数据进行处理，并且利用无线传感网络技术，将数据传输到中控主机之中，从而进行远程监测和操控。