梁明尚+譚茜+黃志星

摘 要 針對目前青藏高原環(huán)境日趨惡化，現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)成本高、監(jiān)測范圍小、實時性差的問題，提出了一種基于MCU單片機(jī)、CDMA無線通訊及CAN總線通訊技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測信息平臺的設(shè)計方案，以解決上述問題。該系統(tǒng)采用廉價及高效的MCU單片機(jī)位主控器，DTGS-800 CDMA模塊作為無線通訊工具，在CAN總線通訊技術(shù)下結(jié)合各環(huán)境采集模塊實現(xiàn)無人監(jiān)測、大范圍實時性環(huán)境信息采集，并實現(xiàn)實時短信查詢某地區(qū)當(dāng)前環(huán)境信息功能。

關(guān)鍵詞 單片機(jī)；CDMA；DTGS-800；CAN總線；環(huán)境監(jiān)測平臺

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0019-02

中華民族賴以生存的三江源頭位于青藏高原，青藏高原環(huán)境的變化直接影響著我國各方面環(huán)境的變化，因此對青藏高原的環(huán)境保護(hù)監(jiān)測具有國家戰(zhàn)略意義。本平臺以青藏高原的環(huán)境信息監(jiān)測研究為基礎(chǔ)，通過實時數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測青藏地區(qū)的沙化趨勢，降雨量大小，風(fēng)量、日照、溫度等信息，為政府部門對青藏高原環(huán)境保護(hù)治理決策提供技術(shù)依據(jù)，也方便個人即時了解青藏高原的環(huán)境信息。作為青藏高原的環(huán)境信息監(jiān)測平臺，本系統(tǒng)具有低功耗，穩(wěn)定性好，無人值守的實用價值和現(xiàn)實意義。而本系統(tǒng)所采用的CDMA（Code Division Multiple Access）又稱碼分多址，是一種無線通信技術(shù)。在美國、韓國和日本，CDMA成為國內(nèi)的主要移動通信技術(shù)。2011年3月3O日，中國電信CDMA移動用戶突破了l億，成為全球最大的CDMA運(yùn)營商，CDMA網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋全國！因此采用CDMA技術(shù)作為無線信息傳輸平臺，是一種經(jīng)濟(jì)又有效的方案。而AnyData公司的DTGS-800 CDMA模塊，可執(zhí)行AT CDMA指令，通過此模塊同時可實現(xiàn)授時信號的接收。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1）系統(tǒng)總體架構(gòu)。該系統(tǒng)主要分為5個功能部分，分別是：核心控制模塊，CDMA模塊，CAN總線模塊，人機(jī)顯示模塊，各信息采集模塊。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體組成構(gòu)圖

其中，主控MCU通過控制CAN總線的主控節(jié)點接收各從節(jié)點的數(shù)據(jù)信息，并加以處理；CDMA模塊實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時間的獲取并向控制器返回時間信號，此外CDMA還可以確定當(dāng)前地區(qū)的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息并返回；主控MCU將當(dāng)前的氣候環(huán)境等信息加以處理并保存起來；當(dāng)用戶需要查詢相應(yīng)地區(qū)的環(huán)境狀況、時間、經(jīng)緯度坐標(biāo)時，可以手機(jī)發(fā)送短信的形式進(jìn)行查詢，如查詢某地區(qū)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，則可發(fā)送短信（地區(qū)號+GPS）到相應(yīng)號碼即可收到該地區(qū)的經(jīng)緯度坐標(biāo)短信反饋。

2）CDMA通訊技術(shù)的設(shè)計。本部分通過采用DTGS-800 CDMA模塊作為時間信息及經(jīng)緯度信息獲取的工具，以MCU單片機(jī)為主控器，采用C語音和AT指令相結(jié)合的編輯手段，完成了時間、經(jīng)緯度信息的獲取，并把相關(guān)地區(qū)的信息、實時時間、經(jīng)緯度坐標(biāo)以短信形式快速反饋給需要查詢的用戶。整個過程是，當(dāng)接收到用戶查詢信息的短信后，單片機(jī)通過串口給DTGS-800發(fā)送AT+相關(guān)命令？指令，CDMA模塊在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)可用的情況下向單片機(jī)返回標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼格式的對應(yīng)信息，單片機(jī)再根據(jù)查詢命令對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并再次通過串口給DTGS-800發(fā)送指令，實現(xiàn)了用戶查詢青藏高原某地域的環(huán)境信息并及時得到該地區(qū)的信息反饋。

3）CAN總線通訊部分的設(shè)計。CAN總線是控制線局域網(wǎng)絡(luò)（ControllerAreaNetwork），是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。本部分通過CAN主控節(jié)點與其他從節(jié)點之間的連接，實現(xiàn)了各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信及時把青藏高原一定區(qū)域內(nèi)的環(huán)境信息傳遞給主控MCU。CAN總線比RS-485總線技術(shù)優(yōu)勢明顯，無論從總線速率、傳輸距離、總線檢測能力、開發(fā)周期、通信實時性方面，均具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。因此本系統(tǒng)所選用的CAN總線通訊能適應(yīng)青藏高原惡劣的氣候環(huán)境，實用性強(qiáng)，性價比高。CAN總線連接圖如圖2所示。

圖2 CAN總線連接示意圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的主控芯片其軟件部分主要包括了CDMA通訊程序、CAN總線通訊程序、用戶命令查詢及反饋程序、人機(jī)界面顯示程序及各環(huán)境信息采集處理程序。

各部分程序相互配合、協(xié)調(diào)工作。在程序的實現(xiàn)方面，本系統(tǒng)采用C語言結(jié)合AT 指令，聯(lián)合編程。減少對硬件底層的編程過程。從而實現(xiàn)了軟件系統(tǒng)的簡潔性和可靠性。整個系統(tǒng)的程序流圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

3 結(jié)束語

本文主要介紹了CDMA技術(shù)聯(lián)合CAN總線通訊技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的一種創(chuàng)新型應(yīng)用，利用了CDMA通訊性能良好、區(qū)域覆蓋面廣、可實時授時及地區(qū)經(jīng)緯度查詢的優(yōu)勢結(jié)合CAN總線數(shù)據(jù)傳輸方便、穩(wěn)定、可靠的優(yōu)點，實現(xiàn)青藏高原地區(qū)環(huán)境監(jiān)測及信息采集。同時可廣泛用于其他地域廣、氣候惡劣不宜人工監(jiān)測的地域進(jìn)行信息采集，且本系統(tǒng)平臺具有戶外信號好、無需人工操作、實時性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點，具有一定的市場推廣價值和市場競爭力。

項目基金

本文系省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目；項目編號：S201310656068。

參考文獻(xiàn)

[1]吳雷，等.CDMA無線通訊技術(shù)在自動授時中的應(yīng)用[J].無線電通信技術(shù)，2010，36（4）：55-57.

[2]肖晨，等.基于CDMA技術(shù)的自校時校園打鈴系統(tǒng)[J].華東科技，2012（6）：12-13.

作者簡介

梁明尚（1990-），男，漢族，廣東廣州人，本科生，現(xiàn)就讀于西南民族大學(xué)，主修自動化專業(yè)。endprint

摘 要 針對目前青藏高原環(huán)境日趨惡化，現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)成本高、監(jiān)測范圍小、實時性差的問題，提出了一種基于MCU單片機(jī)、CDMA無線通訊及CAN總線通訊技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測信息平臺的設(shè)計方案，以解決上述問題。該系統(tǒng)采用廉價及高效的MCU單片機(jī)位主控器，DTGS-800 CDMA模塊作為無線通訊工具，在CAN總線通訊技術(shù)下結(jié)合各環(huán)境采集模塊實現(xiàn)無人監(jiān)測、大范圍實時性環(huán)境信息采集，并實現(xiàn)實時短信查詢某地區(qū)當(dāng)前環(huán)境信息功能。

關(guān)鍵詞 單片機(jī)；CDMA；DTGS-800；CAN總線；環(huán)境監(jiān)測平臺

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0019-02

中華民族賴以生存的三江源頭位于青藏高原，青藏高原環(huán)境的變化直接影響著我國各方面環(huán)境的變化，因此對青藏高原的環(huán)境保護(hù)監(jiān)測具有國家戰(zhàn)略意義。本平臺以青藏高原的環(huán)境信息監(jiān)測研究為基礎(chǔ)，通過實時數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測青藏地區(qū)的沙化趨勢，降雨量大小，風(fēng)量、日照、溫度等信息，為政府部門對青藏高原環(huán)境保護(hù)治理決策提供技術(shù)依據(jù)，也方便個人即時了解青藏高原的環(huán)境信息。作為青藏高原的環(huán)境信息監(jiān)測平臺，本系統(tǒng)具有低功耗，穩(wěn)定性好，無人值守的實用價值和現(xiàn)實意義。而本系統(tǒng)所采用的CDMA（Code Division Multiple Access）又稱碼分多址，是一種無線通信技術(shù)。在美國、韓國和日本，CDMA成為國內(nèi)的主要移動通信技術(shù)。2011年3月3O日，中國電信CDMA移動用戶突破了l億，成為全球最大的CDMA運(yùn)營商，CDMA網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋全國！因此采用CDMA技術(shù)作為無線信息傳輸平臺，是一種經(jīng)濟(jì)又有效的方案。而AnyData公司的DTGS-800 CDMA模塊，可執(zhí)行AT CDMA指令，通過此模塊同時可實現(xiàn)授時信號的接收。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1）系統(tǒng)總體架構(gòu)。該系統(tǒng)主要分為5個功能部分，分別是：核心控制模塊，CDMA模塊，CAN總線模塊，人機(jī)顯示模塊，各信息采集模塊。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體組成構(gòu)圖

其中，主控MCU通過控制CAN總線的主控節(jié)點接收各從節(jié)點的數(shù)據(jù)信息，并加以處理；CDMA模塊實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時間的獲取并向控制器返回時間信號，此外CDMA還可以確定當(dāng)前地區(qū)的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息并返回；主控MCU將當(dāng)前的氣候環(huán)境等信息加以處理并保存起來；當(dāng)用戶需要查詢相應(yīng)地區(qū)的環(huán)境狀況、時間、經(jīng)緯度坐標(biāo)時，可以手機(jī)發(fā)送短信的形式進(jìn)行查詢，如查詢某地區(qū)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，則可發(fā)送短信（地區(qū)號+GPS）到相應(yīng)號碼即可收到該地區(qū)的經(jīng)緯度坐標(biāo)短信反饋。

2）CDMA通訊技術(shù)的設(shè)計。本部分通過采用DTGS-800 CDMA模塊作為時間信息及經(jīng)緯度信息獲取的工具，以MCU單片機(jī)為主控器，采用C語音和AT指令相結(jié)合的編輯手段，完成了時間、經(jīng)緯度信息的獲取，并把相關(guān)地區(qū)的信息、實時時間、經(jīng)緯度坐標(biāo)以短信形式快速反饋給需要查詢的用戶。整個過程是，當(dāng)接收到用戶查詢信息的短信后，單片機(jī)通過串口給DTGS-800發(fā)送AT+相關(guān)命令？指令，CDMA模塊在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)可用的情況下向單片機(jī)返回標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼格式的對應(yīng)信息，單片機(jī)再根據(jù)查詢命令對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并再次通過串口給DTGS-800發(fā)送指令，實現(xiàn)了用戶查詢青藏高原某地域的環(huán)境信息并及時得到該地區(qū)的信息反饋。

3）CAN總線通訊部分的設(shè)計。CAN總線是控制線局域網(wǎng)絡(luò)（ControllerAreaNetwork），是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。本部分通過CAN主控節(jié)點與其他從節(jié)點之間的連接，實現(xiàn)了各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信及時把青藏高原一定區(qū)域內(nèi)的環(huán)境信息傳遞給主控MCU。CAN總線比RS-485總線技術(shù)優(yōu)勢明顯，無論從總線速率、傳輸距離、總線檢測能力、開發(fā)周期、通信實時性方面，均具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。因此本系統(tǒng)所選用的CAN總線通訊能適應(yīng)青藏高原惡劣的氣候環(huán)境，實用性強(qiáng)，性價比高。CAN總線連接圖如圖2所示。

圖2 CAN總線連接示意圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的主控芯片其軟件部分主要包括了CDMA通訊程序、CAN總線通訊程序、用戶命令查詢及反饋程序、人機(jī)界面顯示程序及各環(huán)境信息采集處理程序。

各部分程序相互配合、協(xié)調(diào)工作。在程序的實現(xiàn)方面，本系統(tǒng)采用C語言結(jié)合AT 指令，聯(lián)合編程。減少對硬件底層的編程過程。從而實現(xiàn)了軟件系統(tǒng)的簡潔性和可靠性。整個系統(tǒng)的程序流圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

3 結(jié)束語

本文主要介紹了CDMA技術(shù)聯(lián)合CAN總線通訊技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的一種創(chuàng)新型應(yīng)用，利用了CDMA通訊性能良好、區(qū)域覆蓋面廣、可實時授時及地區(qū)經(jīng)緯度查詢的優(yōu)勢結(jié)合CAN總線數(shù)據(jù)傳輸方便、穩(wěn)定、可靠的優(yōu)點，實現(xiàn)青藏高原地區(qū)環(huán)境監(jiān)測及信息采集。同時可廣泛用于其他地域廣、氣候惡劣不宜人工監(jiān)測的地域進(jìn)行信息采集，且本系統(tǒng)平臺具有戶外信號好、無需人工操作、實時性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點，具有一定的市場推廣價值和市場競爭力。

項目基金

本文系省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目；項目編號：S201310656068。

參考文獻(xiàn)

[1]吳雷，等.CDMA無線通訊技術(shù)在自動授時中的應(yīng)用[J].無線電通信技術(shù)，2010，36（4）：55-57.

[2]肖晨，等.基于CDMA技術(shù)的自校時校園打鈴系統(tǒng)[J].華東科技，2012（6）：12-13.

作者簡介

梁明尚（1990-），男，漢族，廣東廣州人，本科生，現(xiàn)就讀于西南民族大學(xué)，主修自動化專業(yè)。endprint

摘 要 針對目前青藏高原環(huán)境日趨惡化，現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)成本高、監(jiān)測范圍小、實時性差的問題，提出了一種基于MCU單片機(jī)、CDMA無線通訊及CAN總線通訊技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測信息平臺的設(shè)計方案，以解決上述問題。該系統(tǒng)采用廉價及高效的MCU單片機(jī)位主控器，DTGS-800 CDMA模塊作為無線通訊工具，在CAN總線通訊技術(shù)下結(jié)合各環(huán)境采集模塊實現(xiàn)無人監(jiān)測、大范圍實時性環(huán)境信息采集，并實現(xiàn)實時短信查詢某地區(qū)當(dāng)前環(huán)境信息功能。

關(guān)鍵詞 單片機(jī)；CDMA；DTGS-800；CAN總線；環(huán)境監(jiān)測平臺

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0019-02

中華民族賴以生存的三江源頭位于青藏高原，青藏高原環(huán)境的變化直接影響著我國各方面環(huán)境的變化，因此對青藏高原的環(huán)境保護(hù)監(jiān)測具有國家戰(zhàn)略意義。本平臺以青藏高原的環(huán)境信息監(jiān)測研究為基礎(chǔ)，通過實時數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測青藏地區(qū)的沙化趨勢，降雨量大小，風(fēng)量、日照、溫度等信息，為政府部門對青藏高原環(huán)境保護(hù)治理決策提供技術(shù)依據(jù)，也方便個人即時了解青藏高原的環(huán)境信息。作為青藏高原的環(huán)境信息監(jiān)測平臺，本系統(tǒng)具有低功耗，穩(wěn)定性好，無人值守的實用價值和現(xiàn)實意義。而本系統(tǒng)所采用的CDMA（Code Division Multiple Access）又稱碼分多址，是一種無線通信技術(shù)。在美國、韓國和日本，CDMA成為國內(nèi)的主要移動通信技術(shù)。2011年3月3O日，中國電信CDMA移動用戶突破了l億，成為全球最大的CDMA運(yùn)營商，CDMA網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋全國！因此采用CDMA技術(shù)作為無線信息傳輸平臺，是一種經(jīng)濟(jì)又有效的方案。而AnyData公司的DTGS-800 CDMA模塊，可執(zhí)行AT CDMA指令，通過此模塊同時可實現(xiàn)授時信號的接收。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1）系統(tǒng)總體架構(gòu)。該系統(tǒng)主要分為5個功能部分，分別是：核心控制模塊，CDMA模塊，CAN總線模塊，人機(jī)顯示模塊，各信息采集模塊。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體組成構(gòu)圖

其中，主控MCU通過控制CAN總線的主控節(jié)點接收各從節(jié)點的數(shù)據(jù)信息，并加以處理；CDMA模塊實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時間的獲取并向控制器返回時間信號，此外CDMA還可以確定當(dāng)前地區(qū)的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息并返回；主控MCU將當(dāng)前的氣候環(huán)境等信息加以處理并保存起來；當(dāng)用戶需要查詢相應(yīng)地區(qū)的環(huán)境狀況、時間、經(jīng)緯度坐標(biāo)時，可以手機(jī)發(fā)送短信的形式進(jìn)行查詢，如查詢某地區(qū)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，則可發(fā)送短信（地區(qū)號+GPS）到相應(yīng)號碼即可收到該地區(qū)的經(jīng)緯度坐標(biāo)短信反饋。

2）CDMA通訊技術(shù)的設(shè)計。本部分通過采用DTGS-800 CDMA模塊作為時間信息及經(jīng)緯度信息獲取的工具，以MCU單片機(jī)為主控器，采用C語音和AT指令相結(jié)合的編輯手段，完成了時間、經(jīng)緯度信息的獲取，并把相關(guān)地區(qū)的信息、實時時間、經(jīng)緯度坐標(biāo)以短信形式快速反饋給需要查詢的用戶。整個過程是，當(dāng)接收到用戶查詢信息的短信后，單片機(jī)通過串口給DTGS-800發(fā)送AT+相關(guān)命令？指令，CDMA模塊在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)可用的情況下向單片機(jī)返回標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼格式的對應(yīng)信息，單片機(jī)再根據(jù)查詢命令對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并再次通過串口給DTGS-800發(fā)送指令，實現(xiàn)了用戶查詢青藏高原某地域的環(huán)境信息并及時得到該地區(qū)的信息反饋。

3）CAN總線通訊部分的設(shè)計。CAN總線是控制線局域網(wǎng)絡(luò)（ControllerAreaNetwork），是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。本部分通過CAN主控節(jié)點與其他從節(jié)點之間的連接，實現(xiàn)了各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信及時把青藏高原一定區(qū)域內(nèi)的環(huán)境信息傳遞給主控MCU。CAN總線比RS-485總線技術(shù)優(yōu)勢明顯，無論從總線速率、傳輸距離、總線檢測能力、開發(fā)周期、通信實時性方面，均具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。因此本系統(tǒng)所選用的CAN總線通訊能適應(yīng)青藏高原惡劣的氣候環(huán)境，實用性強(qiáng)，性價比高。CAN總線連接圖如圖2所示。

圖2 CAN總線連接示意圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的主控芯片其軟件部分主要包括了CDMA通訊程序、CAN總線通訊程序、用戶命令查詢及反饋程序、人機(jī)界面顯示程序及各環(huán)境信息采集處理程序。

各部分程序相互配合、協(xié)調(diào)工作。在程序的實現(xiàn)方面，本系統(tǒng)采用C語言結(jié)合AT 指令，聯(lián)合編程。減少對硬件底層的編程過程。從而實現(xiàn)了軟件系統(tǒng)的簡潔性和可靠性。整個系統(tǒng)的程序流圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

3 結(jié)束語

本文主要介紹了CDMA技術(shù)聯(lián)合CAN總線通訊技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的一種創(chuàng)新型應(yīng)用，利用了CDMA通訊性能良好、區(qū)域覆蓋面廣、可實時授時及地區(qū)經(jīng)緯度查詢的優(yōu)勢結(jié)合CAN總線數(shù)據(jù)傳輸方便、穩(wěn)定、可靠的優(yōu)點，實現(xiàn)青藏高原地區(qū)環(huán)境監(jiān)測及信息采集。同時可廣泛用于其他地域廣、氣候惡劣不宜人工監(jiān)測的地域進(jìn)行信息采集，且本系統(tǒng)平臺具有戶外信號好、無需人工操作、實時性強(qiáng)、成本低等優(yōu)點，具有一定的市場推廣價值和市場競爭力。

項目基金

本文系省級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目；項目編號：S201310656068。

參考文獻(xiàn)

[1]吳雷，等.CDMA無線通訊技術(shù)在自動授時中的應(yīng)用[J].無線電通信技術(shù)，2010，36（4）：55-57.

[2]肖晨，等.基于CDMA技術(shù)的自校時校園打鈴系統(tǒng)[J].華東科技，2012（6）：12-13.

作者簡介

梁明尚（1990-），男，漢族，廣東廣州人，本科生，現(xiàn)就讀于西南民族大學(xué)，主修自動化專業(yè)。endprint