時間：2022-10-06 01:24:10
序論：在您撰寫無線環(huán)境監(jiān)測時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
一、系統(tǒng)方案設(shè)計
（一）設(shè)計任務(wù)
設(shè)計并制作一套無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置，實現(xiàn)對周邊溫度和光照信息的探測與采集。該裝置由 1 個監(jiān)測終端和不多于255個探測節(jié)點組成（實際制作2個）。每個裝置由無線收發(fā)信機(jī)，耦合線圈（天線），傳感器，信息處理器，顯示器等多個模 塊構(gòu)成，實現(xiàn)監(jiān)測終端對不同探測節(jié)點周邊環(huán)境信息的探測與采集。命題所要求系統(tǒng)具體的性能與術(shù)指標(biāo)：實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)通信；探測節(jié)點可預(yù)置編碼，并不多于255個；溫度測量范圍0℃～100℃，絕對誤差小于2℃；探測有無光照；探測時延小于5s；監(jiān)測終端與探測節(jié)點通信距離不小于10cm，增加節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)功能，通信距離不小于50cm；盡量降低整套裝置的功耗。
（二）方案論證與選擇
1.調(diào)制解調(diào)方式
數(shù)字通信中常用的調(diào)制方式有ASK，F(xiàn)SK，PSK等。由于探測節(jié)點由電池供電，而FSK或PSK調(diào)制解調(diào)方式需要的供電電壓和功耗較高，所以我們選用功耗低且易于實現(xiàn)ASK調(diào)制解調(diào)方式。
2.載波頻率
對耦合線圈作為天線傳遞信息進(jìn)行計算與分析，在發(fā)射功率一定的情況下，載頻越高，天線指向性越強(qiáng)，則接收信號質(zhì)量越好。受限于命題載波頻率小于30MHz 的要求，最終將載波頻率定為12MHz，由晶體振蕩器產(chǎn)生。
3.功放的選擇
由于探測節(jié)點的低電壓供電要求使得功率放大在使用普通元件時變得相對困難，經(jīng)測試，非門振蕩器所產(chǎn)生的信號，經(jīng)模擬電路處理，接50Ω負(fù)載最低幅值達(dá)1.65V（6.4mW），可以直接接到天線發(fā)射，無需再加功放電路。
4.單片機(jī)選型
監(jiān)測終端：監(jiān)測終端可以采用5v電源供電，因此可以選用5V電源的單片機(jī)，我們采用了AT89S52單片機(jī)，AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。AT89S52單片機(jī)具有編程容易，兼容性強(qiáng)等優(yōu)點，出于AT89S52單片機(jī)是我們了解的比較深入，同時也是我們使用的比較多的單片機(jī)，所以我們選擇AT89S52做我們監(jiān)測終端的處理器。
探測節(jié)點：探測節(jié)點是由兩節(jié)電池3V供電，單片機(jī)必須選擇更低電壓的。在作品中，我們選擇了STC12LE5A16S2。STC12LE5A16S2是一種更低功耗，與51系列單片機(jī)兼容的微處理器。
（三）系統(tǒng)方案框圖
對每一個探測節(jié)點和檢測終端都制作同樣的收發(fā)信機(jī)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
數(shù)據(jù)發(fā)射：單片機(jī)串口發(fā)數(shù)據(jù)，經(jīng)晶體ASK調(diào)制發(fā)射機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，再通過天線匹配網(wǎng)絡(luò)，最終將信號經(jīng)耦合線圈發(fā)送出。
數(shù)據(jù)接收：耦合線圈接收射頻信號，經(jīng)選頻進(jìn)入接收機(jī)混頻，然后差頻出一個5M的中頻信號，再通過接收機(jī)內(nèi)的ASK解調(diào)電路將信號解調(diào)出來。輸出基帶信號，再經(jīng)模擬信號處理獲得數(shù)字信息。
二、理論分析計算與電路設(shè)計
（一）發(fā)射部分
1. 耦合天線
天線線圈等效電路如圖2所示，其中LANT表示線圈電感量，RANT表示線圈的等效電阻，CANT表示線圈的分布電容。
根據(jù)要求實際制作的線圈，用LCR電橋測量的結(jié)果為：LANT=1.5UH，RANT=25mΩ，CANT=7.5pF。天線的品質(zhì)因數(shù)是天線正確調(diào)諧和所獲得性能的一個重要特性，所制線圈的品質(zhì)因數(shù)Q=ωR*LANT/RANT=10178.8。而根據(jù)線圈的幾何形狀，Q的值通常在50到100之間。要進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)傳輸這個值還要減少，由于帶寬B=Fr/Q，以及時間與帶寬乘積規(guī)定B*T≥1，得出Q≤fR*T。由于元件的容差和對溫度的依靠，Q通常取35，所以要降低原始Q因數(shù)。須串入一個外部電阻REXT=ωRLANT/35-RANT=7.24Ω。采用圖2所示的電路圖將天線匹配到50Ω。
2.發(fā)射機(jī)
系統(tǒng)發(fā)射采用ASK調(diào)制方式。系統(tǒng)采用非門振蕩器產(chǎn)生27MHz載頻信號，運(yùn)用或非門數(shù)字器件實現(xiàn)符合邏輯要求的ASK已調(diào)信號。發(fā)射功率大于等于6.5mW（50Ω假負(fù)載）。發(fā)射機(jī)硬件實現(xiàn)電路如圖4所示。考慮到功耗問題以及邏輯電路穩(wěn)定工作，發(fā)射機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前10ms啟動晶體振蕩，然后調(diào)制基帶信號。
1. 3839a接收機(jī)
3839A接收機(jī)電路如圖5所示。3839A是一款低電壓供電，帶有高速接收信號強(qiáng)度指示（RSSI）輸出的 FM 接收機(jī)芯片，分析其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。射頻信號進(jìn)入3839A與本振混頻得到中頻，然后經(jīng)中頻濾波器，進(jìn)入中頻放大器，再次對中頻濾波，然后經(jīng)中頻限幅放大器輸出，而3839A芯片內(nèi)部的快速 RSSI（100kHz）根據(jù)中頻放大器和中頻限幅放大器獲取RSSI信號。由于該套通信系統(tǒng)所建立的信道是ASK信道，則可以根據(jù)該芯片的RSSI輕松實現(xiàn)ASK信號的解調(diào)。RSSI的轉(zhuǎn)換速率可輕松滿足系統(tǒng)的最高通信速率。
2.解調(diào)信號處理
接收機(jī)解調(diào)信號處理電路如圖6所示。信號解調(diào)后經(jīng)過一級同相放大，放大后經(jīng)過一級電壓比較器輸出到單片機(jī)處理。解調(diào)后的信號很微弱不足以直接送給單片機(jī)處理，同相放大是為了滿足我們對信號電壓的要求。信號在放大后，經(jīng)過一級比較器，將解調(diào)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
（三）傳感器
1.光電傳感器
圖7光照判斷
有光照時，光電二極管導(dǎo)通，26腳為低電平，沒光照時，光電二極管截止，26腳為高電平，設(shè)置合適的門限電壓，單片機(jī)通過判斷26腳的電平高低判別有無光照信息。
2.溫度傳感器
采用低電壓供電SPI總線的數(shù)字溫度傳感器DS18B20，該溫度傳感器最大絕對誤差小于2℃，滿足命題要求。
（四）信號處理
1.終端
終端電路包括一個單片機(jī)最小系統(tǒng)、顯示電路、LED指示電路。單片機(jī)首先發(fā)出搜索信號去搜索探測節(jié)點，探測節(jié)點接收到信號后，發(fā)回一個應(yīng)答信號給終端，然后再發(fā)數(shù)據(jù)。終端通過串口接收把數(shù)據(jù)接收進(jìn)來進(jìn)行處理，處理的信息包括光照信息和溫度信息，溫度信息通過1602LCD顯示出來，光照信息通過LED2、LED3的亮滅來指示。LED2亮表示探測節(jié)點A有光照信息，LED2不亮表示探測節(jié)點A沒有光照信息。LED3亮表示探測節(jié)點B有光照信息，LED3不亮表示探測節(jié)點B沒有光照信息。
2.探測節(jié)點
探測節(jié)點信號處理電路就是一個單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，光電傳感器電路和溫度傳感器電路得到光照信息和溫度信息后送到單片機(jī)處理，光照信號和溫度信號在數(shù)字編碼后通過串行口進(jìn)行發(fā)送。
三、系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件設(shè)計包括兩個部分，一個是軟件編解碼的碼型設(shè)計，一個是無線通信協(xié)議的設(shè)計。
1.碼型設(shè)計
方案一，采用高低電平的占空比不同表示“1”與“0”。設(shè)置傳輸一位碼元的周期為固定值，即傳輸波特率固定。定義“1”為800us高電平與200us低電平，占空比為4/5。定義“0”為200us低電平與800us高電平，占空比為1/5。一幀數(shù)據(jù)以“引導(dǎo)碼+數(shù)據(jù)”的方式發(fā)送。此方案在大多數(shù)有線通信中被采用，但考慮到無線通信過程中噪聲干擾的不確定性。長時間的高電平或低電平都很容易產(chǎn)生毛刺導(dǎo)致誤碼。而且編碼中有長時間的低電平或高電平，硬件電路的不易實現(xiàn)整形和解調(diào)。所以編碼不采用此設(shè)計方案。
方案二，采用占空比相同而周期不同的形式表示“1”與“0”。一個碼元用占空比為1、2的形式表示。定義數(shù)據(jù)“1”表示為周期等于1ms，數(shù)據(jù)“0”表示為周期等于2ms。引導(dǎo)碼為2個字節(jié)的AAH。種編碼方式和數(shù)據(jù)幀的定義，可以避免長“1”或長“0”時出現(xiàn)長時間的高電平或低電平，增加了碼元通信的可靠性。同時，這種編碼方式可以獲得有效的同步信號，即使在傳輸40Bit（本裝置設(shè)計發(fā)送一幀數(shù)為5個字節(jié)，即40Bit）的長串?dāng)?shù)據(jù)的情況下，仍能有效的控制通信過程的同步要求。
從軟件編程的思路和降低編解碼的誤碼率的角度考慮，我們采用了方案二，即以1KHz的頻率表示數(shù)據(jù)“1”，周期為1ms。以500Hz的頻率表示數(shù)據(jù)“0”，周期為2ms。占空比均為1/2。在碼型確定下來之后，又確定以兩個字節(jié)的AAH作為一幀數(shù)據(jù)的同步頭。這種編碼方式和數(shù)據(jù)幀的定義，可以避免長“1”或長“0”時出現(xiàn)長時間的高電平或低電平，增加了碼元通信的可靠性。同時，這種編碼方式可以獲得有效的同步信號，即使在傳輸40Bit（本裝置設(shè)計發(fā)送一幀數(shù)為5個字節(jié)，即40Bit）的長串?dāng)?shù)據(jù)的情況下，仍能有效的控制通信過程的同步要求。
2.通信協(xié)議
根據(jù)本無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的功能，設(shè)計通信協(xié)議為：發(fā)送一幀數(shù)據(jù)包括“引導(dǎo)碼+ID碼+數(shù)據(jù)+命令”，共5個字節(jié)。其中引導(dǎo)碼占用兩個字節(jié)，地址碼1個字節(jié)，數(shù)據(jù)碼和命令碼兩個字節(jié)。8BitID碼可以識別256個不同的探測節(jié)點，能夠滿足系統(tǒng)需要。數(shù)據(jù)碼用來傳輸8Bit的數(shù)據(jù)，其中b0-b6用來表示溫度信息，b7用來表示光照的有無。命令碼用于實現(xiàn)組網(wǎng)通信的協(xié)議要求。規(guī)定：
關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測；實時監(jiān)控；無線通信；接力傳輸
無人值守綜合監(jiān)控系統(tǒng)可在比較復(fù)雜環(huán)境中實現(xiàn)無人值守檢測，集中式管理與分布式監(jiān)控遠(yuǎn)程設(shè)備。對于無線遠(yuǎn)程實施監(jiān)控系統(tǒng)來講，在系統(tǒng)內(nèi)充分運(yùn)用了諸多先進(jìn)技術(shù)，如無線通信技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)及環(huán)境測試技術(shù)等，可將其大致劃分為三部分，即以Web為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)與分析模塊、服務(wù)器端接收存儲模塊及終端采集發(fā)送模塊。本文基于MSP430探討環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計路徑。
1.系統(tǒng)分析與模塊介紹
1.1系統(tǒng)總體設(shè)計
無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計中，選用節(jié)點尋址技術(shù)，實施多節(jié)點通信。手機(jī)無線通信距離外的各節(jié)點數(shù)據(jù)，乃是無線實時檢測系統(tǒng)所需解決的關(guān)鍵問題，也就是監(jiān)控終端采用切實辦法對無線通信距離之外的探測節(jié)點數(shù)據(jù)進(jìn)行實時收集，有別于其它類型的預(yù)設(shè)路由的接力數(shù)據(jù)傳輸方式，對于覆蓋區(qū)域相應(yīng)拓展問題給予了有效解決，在運(yùn)行中，監(jiān)控終端始終均為主控，能夠收集制定區(qū)域框架內(nèi)各探測節(jié)點的實時數(shù)據(jù)，而對于特殊情況，針對所接收到的遠(yuǎn)端請求，能以被動的方式來接受，若在節(jié)點發(fā)生緊急情況，能夠及時作出處理。而對于探測節(jié)點，其處從屬地位，監(jiān)控終端對其實施控制，在緊急狀況下，可調(diào)整至主動發(fā)送，保證能夠及時上報可能出現(xiàn)的環(huán)境污染因子。
1.2系統(tǒng)硬件設(shè)計
1.2.1硬件設(shè)計思路
無論是探測模塊還是監(jiān)控模塊，均需由MCU實現(xiàn)，本文均選用MSP430F1611單片機(jī)（TI公司），將其當(dāng)作控制器，對于MSP系列單片機(jī)來講，其實際就是功耗超低、擁有精簡指令集且為16位的混合型單片機(jī)，其具有比較底的功耗消耗，此點對于本系統(tǒng)設(shè)計，對于本次設(shè)計尤為重要。對于環(huán)境監(jiān)測模塊而言，可監(jiān)測二氧化硫、氮氧化物、PM2.5、VOCs等信息，而對于其它類環(huán)境信息的測量，在本系統(tǒng)中快速植入。定點采集及輪詢等方式，各節(jié)點實現(xiàn)有序通信，而通過運(yùn)用預(yù)設(shè)路由的接力數(shù)據(jù)傳輸方式，能夠較好的且系統(tǒng)化的解決覆蓋范圍拓展問題，對于監(jiān)控終端，還有屏顯與鍵盤功能，本文選用128×64液晶屏顯及4×4按鈕鍵盤。
1.2.2無線通信模塊
對于環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，其實為靜態(tài)信息，具有相對不高的數(shù)據(jù)傳輸速度要求，在對無線通信模塊進(jìn)行設(shè)計時，則可將nkF24L01數(shù)字無線收發(fā)器作為優(yōu)選。此接收器其實為一款低成本無線收發(fā)器，即為工業(yè)級內(nèi)置硬件鏈路層協(xié)議。此器件于2.4GHz工作，在ISM頻段全球開放，內(nèi)部設(shè)置有多種功能模塊，如調(diào)制器、晶體振蕩器、功率放大器及頻率合成器等，并且其中還內(nèi)置有ShockBurst技術(shù)（增強(qiáng)型），另外，可通過程度配置方式，確定通信頻道與輸出功率?？芍苯舆B接于單片機(jī)I/O，具有較少的外界元件。nRY24L01在功耗方面比較低，若將發(fā)生功率{整至-6dBm，則工作電流便會維持在8mA：若處于接收狀態(tài)，電流則維持在12.2mA，通過各種低功率工作模式的運(yùn)用，可更好的開展節(jié)能設(shè)計。
1.2.3監(jiān)控模塊
對于監(jiān)控模塊，對于其核心處理器的選用，通常以MSP430F1611單片機(jī)為基礎(chǔ)，實際就是功耗超低、擁有精簡指令集且為16位的混合型單片機(jī)。監(jiān)控模塊當(dāng)中的液晶顯示與鍵盤，能夠操作各種菜單功能，另外，還可進(jìn)行數(shù)據(jù)與信息的實時查詢。在內(nèi)容上，還包含有基于本地環(huán)境的監(jiān)測模塊，類似一節(jié)點。
1.2.4環(huán)境監(jiān)測模塊
環(huán)境監(jiān)測模塊的核心處理器也采用的是MSP430F1611單片機(jī)，能夠測量二氧化硫、二氧化氮和臭氧等。在檢測二氧化硫、二氧化氮和臭氧時，分別選用紫外熒光傳感器、化學(xué)發(fā)光傳感器和紫外吸收傳感器，測量范圍為0-500ppb，通過與SPI形成兼容效應(yīng)，用微型SOT23-6來封裝。通常情況下，化學(xué)發(fā)光法傳感器測量范圍為0-500ppb。
2.系統(tǒng)功能設(shè)計
2.1輪詢模式
先選擇“數(shù)據(jù)采集”，從中找出“輪詢模式”，然后進(jìn)至此模式，對于其中各個節(jié)點，需逐個訪問，針對各節(jié)點的執(zhí)行，需要做到與定點采集模式相同，首先從節(jié)點1進(jìn)行定點采集之后以自動的方式在，在需要訪問的后續(xù)地址上加一，也就是節(jié)點2，以此方式類推，直至最后節(jié)點。最后屏顯所測數(shù)據(jù)，以便清晰觀察分析。探測時，如若在等待時間上超出終端，便會向下節(jié)點自動跳轉(zhuǎn)，并繼續(xù)進(jìn)行訪問，在終端數(shù)據(jù)上予以顯示，從中便可查知此節(jié)點所存在的故障，所以，此模式能夠?qū)Ω骷罢O單正常工作與否進(jìn)行檢測。
2.2自動接收
對于自動接收模式而言，其能夠?qū)⒈O(jiān)控模塊，時刻控制在等待接收狀態(tài)，各探測節(jié)點依據(jù)實現(xiàn)設(shè)定好的順序，將環(huán)境數(shù)據(jù)信息定時發(fā)送。為不出現(xiàn)沖突，即大于2個節(jié)點同時進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，當(dāng)進(jìn)至自動接收模式時，監(jiān)控模塊會將一個啟動時鐘發(fā)送至全部探測節(jié)點，將其為基準(zhǔn)，各個探測點延時后，會將環(huán)境數(shù)據(jù)信息自動發(fā)送。
3.環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋范圍擴(kuò)展
本文所設(shè)計的無線傳輸模塊，主要將nRY24L01芯片作為其核心，其工作狀態(tài)，滿足于各種低功率要求，能夠有效開展節(jié)能設(shè)計。但低功耗也存有些許問題，比如在傳輸距離方面相對有限，通常情況下，維持在～100m，針對此監(jiān)測系統(tǒng)來講，其覆蓋范圍為100m，因此，此狀況會對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的效用，產(chǎn)生某種趨向范疇內(nèi)的嚴(yán)重制約。而在接力數(shù)據(jù)傳輸方式方面，如若選用預(yù)設(shè)路由，便能將覆蓋不足的缺陷給予有效解決。對于此種傳輸方式，能夠為把處于遠(yuǎn)端，并且不在監(jiān)控范圍之內(nèi)的各節(jié)點，結(jié)合上級節(jié)點相應(yīng)指定，與監(jiān)控模塊間形成數(shù)據(jù)傳輸。由于環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，在環(huán)境數(shù)據(jù)量方面比較少，因此，也就具有比較小的無線通信數(shù)據(jù)量，而運(yùn)用此方式，不會由于節(jié)點的增加，而造成通信阻塞狀況。
關(guān)鍵詞：STM32；空氣質(zhì)量檢測；甲醛；WiFi
中圖分類號：TP212.9
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2017）8012502
1引言
近些年來，空氣污染問題日益嚴(yán)重，室內(nèi)有害氣體污染狀況不容樂觀，引起室內(nèi)空氣污染的物質(zhì)多種多樣，最普遍的當(dāng)屬甲醛。國內(nèi)現(xiàn)有氣w檢測設(shè)備研發(fā)起步較晚，穩(wěn)定性不足，通信能力差。因此研發(fā)一款具有無線傳輸功能的氣體檢測設(shè)備是極其重要的。
設(shè)計并研發(fā)了基于STM32的無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，儀器核心為STM32微處理器，運(yùn)用甲醛傳感器實時采集室內(nèi)甲醛濃度信號，將數(shù)據(jù)顯示在液晶屏，同時又具有遠(yuǎn)程監(jiān)測功能。
2系統(tǒng)總體設(shè)計
采用高精度甲醛傳感器進(jìn)行系統(tǒng)前端信號采集，將甲醛濃度物理信號轉(zhuǎn)換為電信號傳輸給微處理器控制部分進(jìn)行處理和運(yùn)算，在液晶顯示屏上顯示室內(nèi)甲醛實時濃度數(shù)值。另一方面，用戶可通過智能手機(jī)等無線設(shè)備向WIFI模塊發(fā)送指令，單片機(jī)接收指令后再做出相應(yīng)操作，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)總體架構(gòu)框圖如圖1所示。
3系統(tǒng)硬件設(shè)計
開發(fā)的硬件主要包括：微處理器最小系統(tǒng)、電源供電模塊、中文液晶顯示屏、甲醛采集模塊、溫濕度采集模塊、WIFI模塊、蜂鳴報警模塊等。硬件架構(gòu)如圖2所示。
本系統(tǒng)采用ST公司出品的STM32F103C8T6微處理器，具有低功耗、最大集成度、結(jié)構(gòu)簡單、處理速度快、性價比高等優(yōu)點。其最小系統(tǒng)的電路原理圖如圖3所示。
甲醛傳感器采用的型號是MS1100-P111VOC，該型號傳感器具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點，是一種進(jìn)口的半導(dǎo)體式傳感器。具體電路圖如圖4所示。
溫濕度傳感器采用的型號是DHT11，該傳感器電路簡單、穩(wěn)定性好、功耗很小，可以自動休眠，具體電路圖如圖5所示。
顯示屏采用Usart-GPU串口液晶屏，由于價格低
廉，受到廣大用戶喜愛，無需轉(zhuǎn)編號，支持直接漢字驅(qū)動、真彩圖形顯示。顯示屏與STM32微處理器的接口原理圖如圖6所示。
4系統(tǒng)軟件設(shè)計
本系統(tǒng)采用模塊化和層次化的設(shè)計方法，使用C語言進(jìn)行代碼編寫。基于軟件模塊化開發(fā)和設(shè)計，編寫了STM32硬件初始化模塊、甲醛傳感器采集模塊、溫濕度傳感器采集模塊、Usart-GPU串口液晶顯示模塊、蜂鳴報警模塊等的驅(qū)動程序。軟件流程圖如圖7所示。
該系統(tǒng)樣機(jī)軟硬件已經(jīng)設(shè)計制作完畢，同時進(jìn)行了設(shè)備的測試，結(jié)果顯示該系統(tǒng)可以完成甲醛濃度、溫濕度采集，液晶顯示屏實時顯示當(dāng)前室內(nèi)空氣質(zhì)量情況。如果甲醛濃度超標(biāo)，蜂鳴器則發(fā)出聲音告警信息，提示用戶。該系統(tǒng)實物照片如圖8所示。
5結(jié)語
研制和開發(fā)了基于STM32的無線環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，采用甲醛傳感器、溫濕度傳感器進(jìn)行信號采集，并將甲醛的濃度值、溫濕度值實時顯示在液晶顯示屏上，可以通過WiFi無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將監(jiān)測結(jié)果發(fā)送到移動設(shè)備上，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測。如果空氣中甲醛超過國家標(biāo)準(zhǔn)安全閾值，系統(tǒng)會立刻進(jìn)行蜂鳴報警，以實現(xiàn)對室內(nèi)空氣污染物實時監(jiān)測和預(yù)警。測試結(jié)果證明，所有功能能夠完整地實現(xiàn)，可靠性高，該系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。
參考文獻(xiàn)：
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徐科軍.傳感器與檢測技術(shù)[J].北京：電子工業(yè)出版社，2011：202～260.
[2]陳啟軍，余有靈.嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2011：20～23.
關(guān)鍵詞：無線環(huán)境監(jiān)測 模擬裝置 探討
中圖分類號：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）07-0192-01
1 方案設(shè)計與論證
1.1 無線收發(fā)模塊
（1）方案比較：方案一：采用編解碼集成電路PT2262/2272，其為CMOS工藝制造，具有低功耗、外部元器件少，工作電壓范圍寬：2.6～15v等特點，應(yīng)用于車輛防盜系統(tǒng)、家庭防盜系統(tǒng)、遙控玩具、其他電器遙控等方面。方案二：采用XEMICS公司推出的CMOS超低功率傳輸器、單片無線收發(fā)芯片XE1209，其適用于小范圍低頻、音頻資料傳輸系統(tǒng)，可以實現(xiàn)2次連續(xù)相位頻率位移鍵控調(diào)制（FSK）。方案三：以MELEXIS公司的單片射頻收發(fā)芯片TH7122作為主要芯片，其工作頻率范圍在27MHz～930MHz，具有很寬的調(diào)諧范圍?？梢怨ぷ髟?種不同的狀態(tài)下：待機(jī)狀態(tài)、發(fā)送狀態(tài)、接收狀態(tài)和空閑狀態(tài)。（2）方案確定：綜合分析以上三種方案的優(yōu)缺點，方案三具有更大的優(yōu)越性、靈活性，因此我們采用方案三作為具體實施的方案。
1.2 處理器比較與選擇
由于本系統(tǒng)中的兩個探測點采用兩節(jié)1.5V干電池供電，并要求盡量降低各探測節(jié)點的功耗，因此采用一般的C51單片機(jī)并不滿足要求。而ARM微控制器STM32系列雖然具有豐富的資源、強(qiáng)大的功能與低功耗等特點，但是其性價比相對來說比較高，整機(jī)電路也比較復(fù)雜，故也不選取。因此在保證滿足要求的前提下，我們選擇了適合于許多要求高集成度、低成本的P89LPC922微控制器，其集成了許多系統(tǒng)級的功能，大大減少了元件的數(shù)目并降低系統(tǒng)的成本。
1.3 顯示器比較與選擇
（1）方案比較。方案一：采用DM-162液晶顯示模塊，具有低功耗、模塊結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、裝配容易等特點，但是其界面比較小，不能達(dá)到比較好顯示的效果。方案二：采用漢字圖形點陣液晶顯示模塊RT12864M，可顯示的內(nèi)容非常豐富，但是其功耗相對高于NOKIA 5110。方案三：采用NOKIA5110手機(jī)液晶，其驅(qū)動采用低功耗的CMOS LCD控制驅(qū)動器PCD8544，所有的顯示功能集成在一塊芯片上，所需外部元件很少且功耗小。（2）方案確定。綜合以上分析，從功耗與性價比的角度來考慮，我們選擇方案三作為顯示模塊。（3）信道調(diào)制方式。由于無線收發(fā)芯片已經(jīng)確定使用了單片射頻收發(fā)芯片TH7122，其在發(fā)射模式下產(chǎn)生載波頻率，可以采用FSK/ASK/FM三種調(diào)制方式，但是在本系統(tǒng)中我們固定了載波頻率為27MHz，再綜合這三種調(diào)制方式的特點，另外FSK對鑒頻器的參數(shù)非常高，對調(diào)試不是很方便，因此在這里采用ASK調(diào)制方式作為具體實現(xiàn)的方案。（4）總體方案根據(jù)以上分析與論證，我們確定了總體設(shè)計方案：監(jiān)測終端硬件以P89LPC922為主控制器，以液晶5110、無線收發(fā)模塊為受控模塊。探測點也以P89LPC922為主控制器，以無線收發(fā)模塊、光電傳感器與溫度傳感器為受控模塊。（如圖1）
2 系統(tǒng)測試及數(shù)據(jù)分析
2.1 測試儀器及設(shè)備
（1）UT30D數(shù)字萬用表。（2）SS-7802 20M數(shù)字示波器。
2.2 測試方法及數(shù)據(jù)
（1）測試方法。1）分模塊進(jìn)行測試：對探測節(jié)點的光照檢測進(jìn)行測試，驗證它是否能正常工作；對探測節(jié)點的溫度檢測進(jìn)行測試，驗證它是否能正常工作；對無線通信模塊進(jìn)行測試，驗證是否能正常通信。2）保證各模塊正常工作之后，再進(jìn)行整機(jī)測試。（2）數(shù)據(jù)記錄。直接對單個光敏電阻進(jìn)行光照變化時的阻值測量，記錄數(shù)據(jù)如下：（如表1）
2.3 數(shù)據(jù)分析
以上對光敏電阻阻值的測量，由于光敏電阻本身的特性與操作方法的原因，所記錄的數(shù)據(jù)只是針對于某個特定情況之下，其實光敏電阻的阻值是隨光照強(qiáng)度的變化而變化的。
3 結(jié)語
本系統(tǒng)主要由P89LPC922微控制器、單片射頻收發(fā)芯片TH7122、低耗電數(shù)字溫度傳感器TMP102等構(gòu)成，很好地實現(xiàn)了外部環(huán)境的監(jiān)測：光照與溫度，并且性能比較好。很有市場前途。
參考文獻(xiàn)
[1]高吉祥，主編.高頻電子線路設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，2007年.
關(guān)鍵詞：無線環(huán)境監(jiān)測模擬裝置設(shè)計
0 引言
在很多情況下，監(jiān)控中心都需要對周邊及關(guān)鍵位置的環(huán)境信息（如溫度、照度、濕度等）進(jìn)行監(jiān)測和處理。各探測點信息采用有線傳輸是一種可靠的方法，但受建筑物裝修要求和環(huán)境障礙等因素限制，不宜采用有線方式傳輸時，使用無線方式傳輸無疑是一種經(jīng)濟(jì)適用的選擇。本裝置要求能在5秒鐘內(nèi)完成對255個探測節(jié)點環(huán)境溫度和光照信息的無線探測，并自動巡回或手動選擇顯示相關(guān)環(huán)境信息。
1 系統(tǒng)方案設(shè)計
根據(jù)設(shè)計要求，為便于對周邊多點環(huán)信息進(jìn)行探測，實現(xiàn)監(jiān)測終端與各探測節(jié)點之間信息的無線傳輸，本裝置由探測節(jié)點分機(jī)和監(jiān)測終端兩大部分組成。探測節(jié)點分機(jī)由單片機(jī)、溫度檢測電路、照度檢測電路、無線發(fā)射電路和接收電路等組成；監(jiān)測終端由單片機(jī)、無線發(fā)射電路、無線接收電路和顯示電路等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。各探測節(jié)點分機(jī)完成對環(huán)境溫度和照度信息的采集與處理，并適時向監(jiān)測終端和鄰近檢測節(jié)點發(fā)送信息；監(jiān)測終端完成探測命令的、探測信息的處理、存儲與顯示。
1.1 信息傳送與轉(zhuǎn)發(fā)方案 為防止某個探測節(jié)點在上傳信息時發(fā)生碰撞，系統(tǒng)采用“時分復(fù)用”信道的通信方式。約定每個節(jié)點必須在規(guī)定的時隙ΔT內(nèi)完成信息發(fā)送。某個節(jié)點接收到監(jiān)測終端發(fā)來的“探測命令”時，或接收到鄰近節(jié)點轉(zhuǎn)來的第一個“探測命令”時。啟動定時，定時時間到便開始發(fā)送信息。定時時長根據(jù)每個節(jié)點地址不同或是否能直接接收終端“探測命令”為依據(jù)決定。
當(dāng)監(jiān)測終端需要探測環(huán)境溫度和照度信息時，便以廣播通信方式向各個探測節(jié)點“探測命令”。能直接接收終端“探測命令”的節(jié)點同時啟動定時，某個探測節(jié)點定時時間到，便開始向終端和鄰近節(jié)點發(fā)送信息（含地址、溫度和照度信息）。終端將信息接收下來送單片機(jī)存儲、處理；不能直接接收“探測命令”的節(jié)點（如地址序號為j的節(jié)點），在接到第一個鄰近節(jié)點（如地址序號為i的節(jié)點）發(fā)出的信息時，便認(rèn)為收到了“間接探測命令”，于是開始啟動定時。由于每轉(zhuǎn)發(fā)一個節(jié)點信息需要兩個ΔT，因此轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點j的定時時長
T=（256-i+2j）ΔT。
定時時間到，便發(fā)送含有i節(jié)點地址、j節(jié)點地址與環(huán)境數(shù)據(jù)的信息。此時，若i節(jié)點收到j(luò)節(jié)點發(fā)出的含有本節(jié)點（i節(jié)點）地址的信息，表明j節(jié)點需要本節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)信息；若i節(jié)點收到的j節(jié)點信息中不含有本節(jié)點（i節(jié)點）地址的信息，表明j節(jié)點不需要本節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)信息。
1.2 信息處理與顯示方案 由于要求在5秒內(nèi)完成對255個探測節(jié)點環(huán)境信息的探測，考慮到最多可能有254個節(jié)點的信息需要轉(zhuǎn)發(fā)。這樣，監(jiān)測終端對每個節(jié)點的探測時間只有幾十毫秒，這么短的時間無法實現(xiàn)“即時檢測即時顯示”，只能將地址信息和環(huán)境信息全部接收下來處理后，再根據(jù)需要送顯示器顯示。顯示方式有三種選擇：一是自動巡回顯示，二是手動設(shè)定/選擇顯示，三是報警節(jié)點優(yōu)先顯示。
1.3 通信協(xié)議
1.3.1 數(shù)據(jù)包格式 本系統(tǒng)的信令和數(shù)據(jù)包由同步碼WS、功能碼FC、數(shù)據(jù)包長度碼SIG、數(shù)據(jù)包內(nèi)容DIGI和校驗碼CHECK五部分組成。數(shù)據(jù)包格式如下：
■
1.3.2 SPL編解碼與數(shù)據(jù)包傳輸 ①SPL編碼與數(shù)據(jù)包的發(fā)送。數(shù)據(jù)包WS、FC、SIG、DIGI、DHECK的發(fā)送是由單片機(jī)的通用輸出端口從高位到低位串行逐位發(fā)送的，發(fā)送完WS以后，發(fā)真正的信令碼FC、SIG、DIGI、DHECK時，將進(jìn)行SPL編碼，按照1變?yōu)?1，0變?yōu)?0的原則，F(xiàn)C由原15位變成30位。②SPL解碼與數(shù)據(jù)包的接收。數(shù)據(jù)包的接收是發(fā)送的逆過程，是由單片機(jī)的通用接收端串行接收的，當(dāng)單片機(jī)串行接收到WS后，即著手接收已經(jīng)過SPL編碼的FC、SIG、DIGI、DHECK。如果按照011，100的原則進(jìn)行SPL解碼，若出現(xiàn)00或11的情況，認(rèn)為接收端出錯，若出錯兩次，則信令無效，若只有一次，則暫時按000，111處理，留待下一步校驗碼糾錯。③差錯控制編碼檢錯與糾錯。差錯控制的基本思路是，在發(fā)送端根據(jù)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)系列加入多余碼元，使原來不相干的變?yōu)橄喔傻臄?shù)據(jù)，即編碼。傳輸時將多余碼元和信息碼元一并傳送。接收端根據(jù)信息碼元和多余碼元間的規(guī)則進(jìn)行檢驗，即譯碼。根據(jù)譯碼結(jié)果進(jìn)行差錯檢測。當(dāng)發(fā)現(xiàn)差錯時，由譯碼器自動將錯誤糾正。這種多余碼元就是校驗碼。
2 電路與程序設(shè)計
2.1 發(fā)射電路 各探測節(jié)點和檢測終端的發(fā)射電路可采用相同的電路結(jié)構(gòu)。電路一般由脈沖產(chǎn)生電路、脈沖整形電路、調(diào)制與發(fā)射電路構(gòu)成。
載波頻率的穩(wěn)定與否是發(fā)射電路能否穩(wěn)定、可靠地工作的關(guān)鍵，本設(shè)計采用振晶與高速與非門構(gòu)成的振蕩器來產(chǎn)生穩(wěn)定的載波信號。
信號的發(fā)射是通過線圈耦合的方式實現(xiàn)的，因而射頻功放應(yīng)選擇諧振功放。諧振功放有A、B、C、D類，綜合考慮電路的復(fù)雜程度及效率問題，本設(shè)計選用三極管構(gòu)成的C類放大器對高頻信號進(jìn)行射頻功率放大和發(fā)射。
常用的數(shù)字調(diào)制方式主要有ASK、FSK和PSK。相比而言，F(xiàn)SK、PSK電路比較復(fù)雜，本設(shè)計選擇100%ASK調(diào)制。100%ASK以100%的能量進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，保證了信號的較高抗干擾性，解調(diào)容易，在一定程度上提高了通信的可靠性。
2.2 接收電路 各探測節(jié)點和檢測終端的接收電路可采用相同的電路結(jié)構(gòu)。電路主要由混頻器、本機(jī)振蕩器、中頻放大器、檢波器、低頻放大器和脈沖整形電路構(gòu)成。
混頻器的作用是提高接收電路的靈敏度、選擇性。如果沒有混頻電路，接收電路將直接放大接收到的高頻信號，將會出現(xiàn)靈敏度低、選擇性差的問題。采用混頻器后，將高頻信號變?yōu)楣潭ǖ闹蓄l，故在混頻器后設(shè)置中頻放大器，中頻放大器在固定中頻上放大信號，放大電路可以設(shè)計得最佳，使放大器的增益做得更高且不易自激。本設(shè)計中頻放大器中設(shè)置了一個藕合諧振電路和一個選頻網(wǎng)絡(luò)，以進(jìn)一步提高接收電路的選擇性和抗干擾能力。由于檢波出來的信號較弱，須經(jīng)低頻放大以后才能進(jìn)行比較判決。因此解調(diào)電路部分應(yīng)包括由檢波器、低頻放大器和脈沖整形電路。解調(diào)出來的數(shù)據(jù)信號送單片機(jī)進(jìn)行處理。
2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
2.3.1 監(jiān)測軟件設(shè)計 終端單片機(jī)節(jié)點完成探測命令、探測到的節(jié)點信息的處理和顯示。當(dāng)需要探測節(jié)點信息時，終端以廣播方式發(fā)出探測命令，并啟動定時，定時時長為512ΔT（ΔT為一個節(jié)點上傳信息所需時間），確保255節(jié)點在轉(zhuǎn)況下都能可靠探測。當(dāng)探測到節(jié)點信息時，將該節(jié)點信息進(jìn)行存儲、處理。全部節(jié)點的信息都接收下來處理完后，將地址信息、溫度信息和光照信息依序送顯示器顯示。然后再進(jìn)行下一循環(huán)的探測。主要程序流程如圖2所示。
2.3.2 節(jié)點軟件設(shè)計 探測節(jié)點單片機(jī)完成對環(huán)境溫度、照度信息和電池電壓的采集與處理，適時向終端和鄰近節(jié)點發(fā)送信息，并根據(jù)臨近節(jié)點的需要及時向終端轉(zhuǎn)發(fā)信息。主要程序流程如圖3所示。
3 結(jié)束語
本裝置為一模擬實驗系統(tǒng)，由于各探測節(jié)點能夠接收和轉(zhuǎn)發(fā)鄰近節(jié)點傳來的信息，不僅數(shù)據(jù)傳送可靠，而且通信距離遠(yuǎn)比點對點大。測試結(jié)果表明：該裝置能夠準(zhǔn)確完整地監(jiān)測和處理各探測節(jié)點的環(huán)境信息。只要適當(dāng)增加發(fā)射電路的載波頻率和發(fā)射功率就能增加探測距離和范圍，以適應(yīng)實際應(yīng)用要求。
參考文獻(xiàn)：
[1]謝自美.電子線路綜合設(shè)計[M].華中科技大學(xué)出版社.
關(guān)鍵詞：無線傳輸；環(huán)境監(jiān)測；Zigbee
1 研究背景及意義
近年來新興了一種性能穩(wěn)定、傳輸效果較好的無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)，主要用于傳感器間近距離無線通信連接?；谶@種無線的傳輸技術(shù)而開發(fā)的硬件模塊，具有低成本，低功耗，協(xié)議簡單，安全可靠，自動組網(wǎng)等特點。目前，此項技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，并被應(yīng)用于多種行業(yè)。
傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測的過程一般為接受任務(wù)，現(xiàn)場調(diào)查和收集資料，監(jiān)測計劃設(shè)計，優(yōu)化布點，樣品采集，樣品運(yùn)輸和保存，樣品的預(yù)處理，分析測試，數(shù)據(jù)處理，綜合評價等。同時監(jiān)測地域的分散性，環(huán)境變化過程的緩慢性，監(jiān)測的時間跨度也很大，所以目前常采取的是周期性的間斷監(jiān)測。傳統(tǒng)的監(jiān)測方法，對突發(fā)狀態(tài)現(xiàn)象調(diào)查無法完成，而應(yīng)用這種無線傳輸技術(shù)的監(jiān)測平臺可以隨時不間斷的進(jìn)行監(jiān)測。
2 基于無線傳輸?shù)沫h(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)
本文將無線傳輸技術(shù)用于環(huán)境監(jiān)測，搭建環(huán)境監(jiān)測平臺，該平臺將具備連續(xù)性、追蹤性的特點，對突發(fā)環(huán)境事件的研究提供幫助。將來隨著該平臺研究更加成熟，還將具備綜合性特點，非常符合環(huán)境監(jiān)測的要求。首先將開發(fā)的微傳感器節(jié)點模塊按照一定要求布置在監(jiān)測環(huán)境中，實時采集各類環(huán)境數(shù)據(jù)，然后通過中心節(jié)點（具有協(xié)調(diào)器和路由的功能）將數(shù)據(jù)傳遞給網(wǎng)關(guān)，最后網(wǎng)關(guān)將收集到的整個子網(wǎng)絡(luò)的信息通過系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)傳給基站?；九c一個數(shù)據(jù)庫和 Internet 網(wǎng)聯(lián)接，將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。最后，終端用戶可以通過 Internet 網(wǎng)訪問數(shù)據(jù)庫得到自己感興趣的信息，并且能夠根據(jù)需要作出下達(dá)指令，控制節(jié)點運(yùn)行。實現(xiàn)對環(huán)境的實時監(jiān)測以及下達(dá)控制操作的目的。
1）無線技術(shù)綜述：Zigbee 技術(shù)是專門為了低功耗的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研發(fā)的通信協(xié)議，通過對比 Zigbee技術(shù)和其它無線通信技術(shù)的特點，總結(jié)出 Zigbee 技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)選擇。本文重點從整個構(gòu)架上闡述了基于 Zigbee 環(huán)境監(jiān)測平臺的系統(tǒng)研究。為了適合無線網(wǎng)絡(luò)中傳感和控制設(shè)備通信的特定的需求，傳感和控制設(shè)備的通信并不需要高的帶寬，但是他們要求快速的反應(yīng)時間，非常低的能量消耗，以及大范圍的設(shè)備分布。Zigbee 協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生，它繼承了以往協(xié)議的優(yōu)勢，為無線網(wǎng)絡(luò)中傳感和控制設(shè)備之間的通信提供了一個極好的解決標(biāo)準(zhǔn)。
2）系統(tǒng)建設(shè)：通過 Zigbee 協(xié)議采用自組網(wǎng)和多跳的通信方式將環(huán)境的變化量傳送給了它的上一級網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)將收集到的所有子網(wǎng)絡(luò)的信息，通過事先編譯好的系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)傳給更上一級的中心服務(wù)器。中心服務(wù)器有一個數(shù)據(jù)庫專門存放這些環(huán)境的變化量，將它和 Internet 網(wǎng)連接。這樣，用戶終端就可以通過手機(jī)或 PC 機(jī)通過相應(yīng)的服務(wù)程序直接訪問到 Internet 網(wǎng)數(shù)據(jù)庫得到用戶所需要的外界環(huán)境的信息。當(dāng)然，隨著這一技術(shù)的不斷深入發(fā)展，用戶終端只需按下鍵盤在千里之外的辦公室就可以實現(xiàn)對智能節(jié)點的控制。
3 智能節(jié)點硬件設(shè)計
智能節(jié)點的硬件設(shè)計包括主控制器模塊選擇，通信模塊選擇，各種環(huán)境監(jiān)測傳感器選擇等。通過比較選擇了環(huán)境監(jiān)測中用到的幾種傳感器，分析它們的型號、特點、輸出模式以及外部接口電路。
1）智能節(jié)點的設(shè)計：智能節(jié)點的設(shè)計是整個系統(tǒng)硬件設(shè)計最核心的部分，它直接放置在監(jiān)測環(huán)境內(nèi)部，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸?shù)裙δ?。?jié)點的設(shè)計必須滿足具體應(yīng)用的特殊要求，例如小型化、低成本、低功耗，并為節(jié)點配備合適的傳感器、必要的計算功能、內(nèi)存資源以及適當(dāng)?shù)耐ㄐ旁O(shè)備。傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點由四個模塊組成：傳感器模塊（A/D 轉(zhuǎn)換、傳感器）、處理器模塊（微處理器、存儲器）、無線通信模塊（無線網(wǎng)絡(luò)、MAC、收發(fā)器）、電源供應(yīng)模塊（電池、AD-DC）。本設(shè)計在原有基礎(chǔ)上添加標(biāo)準(zhǔn)化的接口平臺和控制平臺，實現(xiàn)更多應(yīng)用的傳感器的添加，以及用戶可以下達(dá)命令對開關(guān)量，模擬量和數(shù)字量執(zhí)行控制。
2）微控制器選擇：微控制器模塊是環(huán)境監(jiān)測平臺節(jié)點的核心部分，在微控制器的選擇上，需要綜合考慮其存儲、處理、接口和功耗等多方面因素對硬件平臺實現(xiàn)功能的支持。我們選用了 Texas Insterument MSP 430 微控制器芯片，它是專門為嵌入式應(yīng)用而設(shè)計的超低功耗控制器。采用 16 位 RISC 核，時鐘頻率較低（4MHz），可以適用于不同類型設(shè)備的指令集。它以可變的片上 RAM（存儲范圍為 2～10KB）、幾個 12 位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和一個實時時鐘為特征。它的功能很強(qiáng)大，可以執(zhí)行一個標(biāo)準(zhǔn)無線傳感器節(jié)點的基本計算任務(wù)
3）通信模塊選擇：通信模塊是傳感器組網(wǎng)的必備條件，使得獨立的傳感器節(jié)點之間可以互相連接，并能借助多跳將數(shù)據(jù)回傳到節(jié)點，即數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點。在環(huán)境監(jiān)測中，大量的節(jié)點被放置在被監(jiān)測領(lǐng)域內(nèi)，能量消耗以及外部對信號的干擾，選擇芯片時要充分考慮通信模塊抗干擾能力以及能量消耗問題，即在滿足信號處理要求的同時盡可能地抵抗干擾和降低系統(tǒng)能耗，延長平臺工作時間。
4）傳感器模塊：傳感器是環(huán)境監(jiān)測平臺中負(fù)責(zé)采集監(jiān)測對象相關(guān)信息的組件，與應(yīng)用緊密相關(guān)，不同的應(yīng)用對涉及的檢測量也不相同，有可能是一個模擬量（溫度、濕度、光強(qiáng)、氣體含量等），也有可能是一個數(shù)字量（信號鏈路質(zhì)量）或者是一個布爾值（閾門開關(guān)、電閘的開合和繼電器的位置等）。在環(huán)境監(jiān)測中，傳感器模塊主要添加的常用傳感器有全光譜光強(qiáng)度傳感器、可見光譜光強(qiáng)度傳感器、有毒氣體監(jiān)測傳感器、溫濕度傳感器等。
5）控制平臺：大多數(shù)的環(huán)境監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集和傳輸是系統(tǒng)的主要工作，盡量避免對環(huán)境監(jiān)測對象造成影響，以保證數(shù)據(jù)采集精度。但是，對于諸如農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控之類，用戶希望不僅可以了解農(nóng)田的各種環(huán)境參數(shù)變化，而且可以根據(jù)采集信息的變化情況對農(nóng)田環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。例如，在蔬菜大棚內(nèi)，溫濕度是影響蔬菜生長的一些重要因素，當(dāng)監(jiān)測平臺監(jiān)測到溫濕度高于或低于適合蔬菜生長的范圍時需要采取一定的措施來改變大棚內(nèi)環(huán)境溫濕度，比如控制噴淋開或關(guān)，這就需要引入執(zhí)行器進(jìn)行控制。在不同應(yīng)用中，執(zhí)行器的功能與作用各不相同，可能是一個繼電器開關(guān)，也可能是一組運(yùn)動裝置或數(shù)控設(shè)備，具體需要由系統(tǒng)應(yīng)用所針對的對象決定。
6）電源模塊：電源模塊是環(huán)境監(jiān)測平臺的能量來源，電源技術(shù)的好壞決定了網(wǎng)絡(luò)工作時間的長短和系統(tǒng)運(yùn)行成本。目前還沒有找到更高效使用時間更長的高能量電池，我們使用的是兩節(jié)AA 電池，實驗效果顯示可以維持一個節(jié)點工作半個月時間。
7）其他硬件設(shè)計：節(jié)點模塊采用 USB 口作為其程序調(diào)試下載端口。使用FTDI USB控制器芯片控制器和主機(jī)通訊，為了和節(jié)點通訊，必須在FTDI設(shè)備上安裝FTDI驅(qū)動。節(jié)點模塊將會在windows設(shè)備管理器中以串行口出現(xiàn)。并行的無線傳感器可以同時連接到一臺電腦的USB口，每個點，將會接收到不同的串行通信口標(biāo)識符。天線節(jié)點模塊的內(nèi)置天線是一個倒F型的微波傳輸帶，它從電路板底部伸出，遠(yuǎn)離電池組。倒F型天線是有線單極子，它頂部的截面被折疊下來與地線平行。在讀出或?qū)懭腴W存中數(shù)據(jù)的時候必須要謹(jǐn)慎，因為它是和無線電通信交叉存取的。這是總線在微控制器上的典型軟件應(yīng)用。
4 平臺軟件設(shè)計
該環(huán)境監(jiān)測平臺的軟件設(shè)計主要通過操作系統(tǒng) TinyOS 和編程語言 NesC 來完成。本章通過典型應(yīng)用分析了模塊化、基于組件的編程案例。將模塊化的程序設(shè)計移植于環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，列出了該平臺的軟件流程圖。最后通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用開發(fā)了一套可視化數(shù)據(jù)監(jiān)測平臺，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測。該平臺的軟件開發(fā)通過開源式 TinyOS 操作系統(tǒng)和基于組件的 NesC 編程語言來實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收功能，程序開發(fā)周期短，便于修改，對于各種環(huán)境監(jiān)測傳感器的添加也很方便。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用開發(fā)使人們在辦公室就可以直觀的看到各種傳感器采集的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，足不出戶就可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行提煉分析，觀測環(huán)境變化的一舉一動，實現(xiàn)了 24 小時不間斷監(jiān)測，對突發(fā)環(huán)境情況變化的研究提供了可能。
5 總結(jié)與展望
本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于無線傳輸技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，它通過使用由大量微型傳感器節(jié)點組成的環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，可以對所監(jiān)測的環(huán)境進(jìn)行不間斷的高精度信息采集。本文在以下一些方面做了基礎(chǔ)性研究和探討。搭建了基于無線傳輸技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測平臺，這個平臺具有數(shù)據(jù)采集和上傳、網(wǎng)絡(luò)可視化、遠(yuǎn)程控制等功能。在過去智能節(jié)點的硬件設(shè)計上存在接口不容易擴(kuò)展問題，主要是由于環(huán)境監(jiān)測中需要添加的傳感器類型不同導(dǎo)致輸出信號格式不同，另外還有主控芯片輸入接口不夠用等問題。針對這些展開研究，設(shè)計了標(biāo)準(zhǔn)化接口電路，實現(xiàn)了接口擴(kuò)展。最后需要利用該平臺進(jìn)行了一系列的試驗和調(diào)試，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，將該平臺應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測是具有一定科研意義的。
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【摘要】伴隨著社會的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，無線電技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，并且隨著科技的發(fā)展，無線電技術(shù)也取得了長足的發(fā)展，涉及到無線電的業(yè)務(wù)也變得越來越廣泛，臺站的數(shù)量也在不斷增加，但是出現(xiàn)的問題就是無線電頻譜資源變得越來越緊張，所以無線電電磁環(huán)境變得也越來越復(fù)雜，為了更好的掌握無線電電磁環(huán)境的變化，促進(jìn)無線電更好的為人們的發(fā)展服務(wù)，因此需要做好無線電電磁環(huán)境的監(jiān)測工作。本研究針對無線電電磁環(huán)境的監(jiān)測系統(tǒng)問題展開了一系列的闡述，首先分析了無線電電磁環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的主要組成，然后分析了在開展無線電電磁環(huán)境的監(jiān)測過程中需要注意的問題有哪些，對于掌握無線電電磁環(huán)境的變化有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】無線電 電磁環(huán)境 監(jiān)測系統(tǒng)
一、前言
正如平時所熟知的地形條件，水文條件及氣象環(huán)境一樣，無線電電磁環(huán)境本身也存在于空間中，無線電電磁環(huán)境指的是在某一時間段，某一空間范圍內(nèi)人為的電磁現(xiàn)象和自然界本身存在的電磁現(xiàn)象的總和。鑒于電磁環(huán)境與無線電設(shè)備的工作狀態(tài)有直接關(guān)系，因此需要做好無線電電磁環(huán)境監(jiān)測，一旦無線電電磁不正常也就是平時所講的電磁干擾。由于電磁環(huán)境的穩(wěn)定性受到眾多影響因素的影響，因此需要就無線電電磁環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)展開細(xì)致的研究，才能控制好電磁環(huán)境更好的為社會發(fā)展服務(wù)。
二、無線電電磁環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的主要組成分析
（一）監(jiān)測控制中心
監(jiān)測控制中心是無線電電磁環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的主要組成，整個監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)需要對來自于不同地區(qū)，頻域監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后分析數(shù)據(jù)，促進(jìn)自動監(jiān)測工作的完成。監(jiān)測控制中心主要利用無線電管理內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對下級控制中心的控制，監(jiān)測控制中心是整體監(jiān)測數(shù)據(jù)的聚集點，正是由于其具有非常強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，因此是整個監(jiān)測系統(tǒng)的中心組成。
（二）大型固定監(jiān)測站系統(tǒng)
大型固定監(jiān)測站系統(tǒng)也是無線電電磁環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的組成之一，想要促進(jìn)無線電信號良好，一般需要將監(jiān)測系統(tǒng)安裝在較高的建筑物上，大型固定的監(jiān)測站系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對無線電發(fā)射基本參數(shù)的測量、帶寬測定、調(diào)至測定、頻段及頻道的測定，能夠?qū)崿F(xiàn)較強(qiáng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測與存儲處理功能。
（三）移動監(jiān)測站系統(tǒng)
移動監(jiān)測站主要是將整體監(jiān)測設(shè)備設(shè)置在一些傳輸性能較好的交通工具上，然后移動監(jiān)測站系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)固定站監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋不全面的缺點進(jìn)行彌補(bǔ)，所以在這個層面上將移動監(jiān)測站系統(tǒng)同樣也具有大型固定站監(jiān)測功能的。
（四）可移動站
可移動站與移動監(jiān)測站系統(tǒng)有所不同，它與交通工具實現(xiàn)了完全分離，所以使用起來相對比較靈活，一旦有需要能夠利用任何交通工具將監(jiān)測設(shè)備送達(dá)到指定的監(jiān)測點。當(dāng)然如果監(jiān)測有需要可以將監(jiān)測設(shè)備臨時固定的某處從而實現(xiàn)了固定監(jiān)測站的監(jiān)測功能。
（五）小型固定監(jiān)測站
采用小型固定監(jiān)測站系統(tǒng)開展監(jiān)測功能主要是為了減少不必要的投資，最大限度的將覆蓋區(qū)域的監(jiān)測加強(qiáng)，結(jié)合實際的監(jiān)測需要建立起有針對性的監(jiān)測系統(tǒng)，該種監(jiān)測站主要是對無線電電磁環(huán)境的監(jiān)測數(shù)據(jù)加以收集。
（六）便攜式監(jiān)測設(shè)備
該種監(jiān)測設(shè)備，小巧便捷，便于在較近距離查找排除無線電干擾信號。上述所講的無線電監(jiān)測站系統(tǒng)的具體使用情況需要結(jié)合國家對地區(qū)無線電電磁環(huán)境監(jiān)測的具體要求來選擇。
三、在無線電電磁系統(tǒng)監(jiān)測過程中需要重點注意的問題
由于無線電電磁系統(tǒng)監(jiān)測對無線電設(shè)備的使用有著至關(guān)重要的影響，但是無線電電磁系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測過程是一項非常復(fù)雜的過程，其監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和全面性將直接影響無線電設(shè)備的具體使用情況，因此在監(jiān)測過程中需要有一些問題要注意。首先，在無線電電磁環(huán)境的監(jiān)測過程中，出現(xiàn)不同寬帶信號的現(xiàn)象是非常正常的，因此在進(jìn)行監(jiān)測結(jié)果接受的使用需要有較為嚴(yán)格的要求，為了最大限度的使用不同調(diào)制形式信號的測定需要，可以接受脈沖干擾信號。在監(jiān)測過程中需要注意峰值和準(zhǔn)峰值的檢波功能，結(jié)合不同的測量對象，選擇合適的檢波方式。在監(jiān)測過程中會有很多外界因素影響監(jiān)測結(jié)構(gòu)，隨機(jī)干擾的來源不僅有熱噪聲還有雷達(dá)目標(biāo)反射以及自然界所存的噪聲，因此在進(jìn)行平穩(wěn)隨機(jī)過程的干擾信號的測定時需要使用監(jiān)測有效值以及檢測平均值等實現(xiàn)測定。在使用波檢器的時候，可以充分利用波檢器的性質(zhì)，然后分析不通信號在不同的波檢方式下的不同反應(yīng)，來判斷帶測定信號的類型，然后確定信號的性質(zhì)，但是在監(jiān)測的時候需要注意的問題是防止輸入端過載，檢波方式的選擇需要慎重，在監(jiān)測之前需要進(jìn)行設(shè)備的校準(zhǔn)，預(yù)選器的選擇需要結(jié)合具體的測定過程。只有在測定過程中注意到一些小的細(xì)節(jié)才能促進(jìn)檢測結(jié)果的有效性。
四、結(jié)語
綜上所述，無線電電磁環(huán)境的整體監(jiān)測系統(tǒng)的組成非常復(fù)雜，只有就每一個組成的功能及工作原理分析到位，然后注意到在無線電電磁系統(tǒng)監(jiān)測過程中所需要重點注意的問題才能做好無線電電磁環(huán)境的監(jiān)測工作，最大限度的促進(jìn)無線電業(yè)務(wù)的健康穩(wěn)定發(fā)展。
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