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基于物联网的无线温度监测系统

发布时间:2019-01-06 01:06:07 文章来源:未来智讯    
    基于物联网的无线温度监测系统作者: 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。如婴儿保温箱恒温抑制系统等。传统的温度测量一般选取有线系统测量,具有布线繁琐、添加节点复杂等困难、可靠性低等缺点,而且单个保温箱抑制失效一般由事务人员检查得知,容易发买卖外。基于基于物联网[1]的无线温度检测系统选取无线采集数据、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、处理器模块和通讯模块组成,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
  处理器模块和通讯模块由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 微抑制器内核,可以以相当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大略,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、停止系统、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投入到传感网。惟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,惟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、处理器模块和通讯模块组成,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讯。处理器模块和通讯模块由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讯的数据帧格式如图5所示:
  图5 协调器与主控器通信数据帧格式
  帧标志为0111111011111111,表示帧的起初和结束;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,校验码选取累加和校验。
  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,可以正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号节点后其温度值准确地传到了客户端。实验结果和实验现场完全一致。
  4 结束语
  分析了物联网技能和温度采集的方法,选取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。本系统选取不同的传感器,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:观念、架构与关键技能研讨综述[J].北京邮电大学学报,2010(6):1-9.
  [2]王保云.物联网技能研讨综述术[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通讯网络的应用设计[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].现代电子技能2012(4):95-97.
  作者简介:陈宜冬(1969,11-),男,哈尔滨理工大学副教授,研讨方向:嵌入式、网络应用。
  曾卓敏(1994-),哈尔滨理工大学。
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