劉廣新，楊建華，李 娟

（西北工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，陜西 西安 710129）

基于ARM9和3G網(wǎng)絡(luò)的社區(qū)溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

劉廣新，楊建華，李 娟

（西北工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，陜西 西安 710129）

為了提高人民居住環(huán)境，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種基于3G網(wǎng)絡(luò)和嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)、歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)和超標(biāo)報(bào)警。介紹了系統(tǒng)的硬件原理與組成和軟件設(shè)計(jì)方案，結(jié)合實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和圖表對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行了說(shuō)明。

ARM9；3G網(wǎng)絡(luò)；環(huán)境監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)傳輸

隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)居住環(huán)境的要求越來(lái)越高，家居環(huán)境中尤為受到人們關(guān)注的是有害氣體的污染、溫濕度控制等。研究結(jié)果表明：人體最適宜的健康溫度為18～24℃，健康濕度為 45%～65%RH，在這種環(huán)境下人體感覺(jué)最舒適[1]。傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大部分采用的是人工采集或是采用有線監(jiān)測(cè)的方法，人工采集數(shù)據(jù)，既消耗大量的人力和物力又不能夠?qū)崟r(shí)的采集環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，有時(shí)還會(huì)給數(shù)據(jù)采集帶來(lái)誤差。有線監(jiān)測(cè)雖然具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布廣而散，有些監(jiān)測(cè)點(diǎn)既偏遠(yuǎn)又危險(xiǎn)，給有線監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)非常巨大的困難，同時(shí)有線監(jiān)測(cè)需要大量的電話線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸增加了巨大的成本。隨著第三代移動(dòng)通訊在我國(guó)大量普及，以3G網(wǎng)絡(luò)和嵌入式系統(tǒng)為基礎(chǔ)的遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)取得了快速發(fā)展。監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)第三代移動(dòng)通信傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心，實(shí)施遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，并對(duì)采集回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析和處理[2]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)中心組成。其中遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將傳感器采集的信息進(jìn)行處理編碼打包并通過(guò)3G模塊發(fā)送到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)組成，將遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集發(fā)送的信息發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心。監(jiān)測(cè)中心將接收到的信息進(jìn)行分析、處理、顯示并且存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以備查詢(xún)統(tǒng)計(jì)[3-4]。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of the system

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無(wú)線傳輸模塊組成，該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of the remote monitor part hardware system

數(shù)據(jù)處理模塊考慮到系統(tǒng)既需要連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間地工作，又需要有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和支持網(wǎng)絡(luò)功能的接口，所以選用了低功耗、低成本、接口豐富的ARM9處理器S3C2410，其CPU內(nèi)核采用的是ARM公司的16/32位ARM920T RISC處理器。S3C2410處理器集成的功能主要有：1.8 V內(nèi)核供電，3.3 V存儲(chǔ)器供電，3.3 V外部I/O供電；外部存儲(chǔ)器控制器；LCD控制器提供1通道LCD專(zhuān)用的DMA；8通道10位ADC接口，轉(zhuǎn)換速率最大為500KSPS(Kilo Sample Per Second，千采樣點(diǎn)每秒)；117位通用的I/O口和24通道的外部中斷源；支持NAND Flash的啟動(dòng)裝載；帶MMU的先進(jìn)體系結(jié)構(gòu)支持WinCE、EPOC32、Linux[5-6]。

無(wú)線傳輸模塊采用廈門(mén)才茂公司生產(chǎn)的CM8350P CDMA20001X EV-DO 3G DTU。該DTU內(nèi)嵌工業(yè)級(jí)通訊模塊，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)規(guī)格設(shè)計(jì)，支持TCP/UDP/HTTP協(xié)議，數(shù)據(jù)接口為RS232標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能。

2.2 監(jiān)測(cè)中心

監(jiān)測(cè)中心為一臺(tái)使用代理或擁有公網(wǎng)固定IP地址的PC機(jī)，是數(shù)據(jù)的接收顯示端，運(yùn)行數(shù)據(jù)接收顯示軟件，并向采集端發(fā)送控制信息。

3 軟件設(shè)計(jì)

依據(jù)“遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端”和“監(jiān)控中心”體系，系統(tǒng)軟件也分為兩部分：遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端嵌入式Linux操作系統(tǒng)軟件和監(jiān)測(cè)中心軟件。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端嵌入式Linux操作系統(tǒng)軟件主要完成傳感器采集信息的處理、編碼和打包，并將系統(tǒng)通過(guò)3G DTU接入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，將打包的信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)測(cè)中心[5-6]。監(jiān)測(cè)中心軟件采用Visual C++6.0編程，Visual C++是微軟公司開(kāi)發(fā)的局域C/C++的集成開(kāi)發(fā)工具。監(jiān)測(cè)中心軟件主要實(shí)現(xiàn)接收各遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端發(fā)送的數(shù)據(jù)，將解算出的溫濕度實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)有超出設(shè)定范圍的溫濕度信號(hào)時(shí)報(bào)警，并將每次接收到的溫濕度信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以備查詢(xún)使用[7-8]。軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。

圖3 軟件設(shè)計(jì)流程圖Fig.3 Flow chart of the software design

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

監(jiān)控中心顯示界面如圖4所示，設(shè)置端口號(hào)，點(diǎn)擊連接使系統(tǒng)進(jìn)入等待遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)端連接狀態(tài)，如有監(jiān)測(cè)端請(qǐng)求連接則接收請(qǐng)求并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。點(diǎn)擊列表可以選擇要顯示的監(jiān)測(cè)單元，通過(guò)溫濕度上下限設(shè)置報(bào)警值，當(dāng)?shù)陀谙孪藁蚋哂谏舷迺r(shí)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。歷史查詢(xún)界面如圖5所示。選擇要顯示的時(shí)間跟單元，點(diǎn)擊確定在列表框顯示查詢(xún)結(jié)果，點(diǎn)擊返回則返回監(jiān)測(cè)界面。

圖4 監(jiān)測(cè)中心監(jiān)測(cè)界面Fig.4 Interface chart of the monitor center system

圖5 歷史查詢(xún)界面Fig.5 Interface chart of historical queries

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著生活水平提高，家居環(huán)境的安全性和舒適度，越來(lái)越得到人們的重視，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的溫濕度實(shí)時(shí)顯示存儲(chǔ)、超標(biāo)報(bào)警、提供歷史記錄查詢(xún)功能。論文從元器件選擇、電路設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面詳細(xì)介紹了整體設(shè)計(jì)的原理及過(guò)程。本設(shè)計(jì)綜合利用ARM9、傳感器、3G網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫婕夹g(shù)，系統(tǒng)地介紹了軟硬件的組成和設(shè)計(jì)方法。

[1]于波.基于單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].青島：中國(guó)海洋大學(xué)，2011.

[2]姜舒文.基于3G網(wǎng)絡(luò)的玉米生長(zhǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].吉林：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[3]雅茹.基于3G的視頻傳輸系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中心的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)，2012.

[4]楊臣蔚.基于嵌入式的無(wú)線室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[D].衡陽(yáng)：南華大學(xué)，2012.

[5]鄧漫齡.ARM嵌入式Linux系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京：北京郵電大學(xué)，2009.

[6]劉紅丹.基于ARM的嵌入式Linux移植與裁剪研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007.

[7]夏永松，楊建華，陳友斌.基于CDMA1X網(wǎng)絡(luò)的視頻傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與軟件實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)控技術(shù)，2009,28(5):67-70.

XIA Yong-song，YANG Jian-hua，CHEN You-bin.Design of video transmission system based on CDMAlX and its software implementation[J].Measurement&Control Technology，2009，28(5)：67-70.

[8]戴峻峰.基于NiosII和3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)[J].測(cè)控技術(shù)與儀器儀表，2013,39(2):86-88.

DAI Jun-feng.Remote data transmission system based on NiosII and 3G wireless networks[J].Measurement Control Technology and Instruments,2013,39(2):86-88.

Study on community temperature and humidity remote monitor system based on ARM9 and 3G networks

LIU Guang-xin,YANG Jian-hua,LI Juan
（College of Automation,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710129,China）

In order to improve people’s living environment,a remote environmental monitoring system is developed based on ARM9 and 3G wireless network。 The remote monitoring of the community’s temperature and humidity,history data reviewing,super scale temperature and humidity alarming can be realized.The makeup of hardware and scheme of software is introduced.The real time value and chart of temperature and humidity data from system operating is demonstrated in the end.

ARM9；3G Networks；environmental monitoring；data transmission

TP23

A

1674-6236（2014）13-0140-02

2013-10-22 稿件編號(hào)：201310140

劉廣新（1987—），男，遼寧朝陽(yáng)人，碩士研究生。研究方向：檢測(cè)技術(shù)及其自動(dòng)化裝置。