基于ARM和WSN技術(shù)的環(huán)境信息檢測系統(tǒng)設(shè)計

時間：2021-10-24 15:25:10

關(guān)鍵字：信息監(jiān)測 ARM 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 數(shù)據(jù)監(jiān)控

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[導讀]摘要：針對傳統(tǒng)禽舍環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)安裝維護復雜、多點布線困難等問題，文中設(shè)計開發(fā)了一種基于ARM和WSN技術(shù)的環(huán)境信息監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過采集禽舍溫度，濕度，NH 濃度等環(huán)境數(shù)據(jù)，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)監(jiān)控平臺，用于后續(xù)管理、查看與分析。對本系統(tǒng)各項功能進行測試，測試結(jié)果表明，所測數(shù)據(jù)準確，通信可靠穩(wěn)定

引言

在現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等領(lǐng)域中，無線數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。禽類生活環(huán)境復雜且多變，使得現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)限制了養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。針對無線環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域中禽舍環(huán)境信息監(jiān)測的多樣化，設(shè)計一種智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)尤為重要，通過多點實時采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并控制設(shè)備及時改善室內(nèi)環(huán)境，達到科學養(yǎng)殖的目的 [1]。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)Wireless Sensor Networks，WSN）可通過各種傳感器實時感知和采集各種監(jiān)測對象的信息，并將采集到的信息以多跳無線網(wǎng)絡(luò)傳送方式傳送給用戶[2]。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理、存儲等部分在以 ARM 為核心的開發(fā)平臺上進行，具有豐富的軟硬件資源

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計

系統(tǒng)分為信息采集模塊、數(shù)據(jù)通信模塊和上位機監(jiān)控模塊三部分。信息采集模塊主要是對溫度，濕度，NH 濃度的采集；數(shù)據(jù)通信模塊包含路由器節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點，將采集到的數(shù)據(jù)通過路由器節(jié)點以無線多跳的方式發(fā)送給協(xié)調(diào)器，完成信息數(shù)據(jù)傳輸；上位機監(jiān)控模塊主要由圖形用戶界面和數(shù)據(jù)庫組成，通過界面對接收到的數(shù)據(jù)進行管理。系統(tǒng)設(shè)計總體框圖如圖 1 所示

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 信息采集模塊

在無線通信技術(shù)中，WSN 技術(shù)主要有 Bluetooth，WiFi UWB，NFC 和 ZigBee 等。在傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，ZigBee 具有技術(shù)容量大、組網(wǎng)能力強、成本較低的優(yōu)點 [3]，雖然傳輸速度不及其他無線通信技術(shù)，但本文系統(tǒng)所設(shè)計的環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量范圍在 20 ～250 kbit/s 之間，足以滿足系統(tǒng)需求，所以選擇 ZigBee 技術(shù)組建環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

信息采集模塊主要包括主控制器和用于采集禽舍環(huán)境中溫度，濕度，NH3 濃度的傳感器。系統(tǒng)選用 TI 公司生產(chǎn)的CC2530 作為 ZigBee 節(jié)點的主控制器，負責 WSN 的建立、環(huán)境信息的采集和傳輸。CC2530 是一款完全兼容 8051 內(nèi)核同時支持 IEEE 802.15.4 協(xié)議的無線射頻單片機 [4]。溫度傳感器和濕度傳感器采用集成的數(shù)字式溫濕度傳感器 SHT10，供電電壓為直流 5 V。NH3 濃度傳感器采用 MQ-X 型氣體傳感器模塊，采集監(jiān)測區(qū)域內(nèi)有害氣體 NH3 的濃度。氣體傳感器模塊原理如圖 2 所示 [5]。