趙春輝+韓星越+王彥鵬+龔亞

摘 要：基于物聯(lián)網(wǎng)思維，介紹了一種分布式監(jiān)控系統(tǒng)，同時利用WiFi將各個監(jiān)測點組建成局域網(wǎng)，再基于SCPI命令集和GSM遠程通信技術(shù)將WiFi、GSM和SCPI進行融合，進而設計了一個分布式多傳感器監(jiān)控報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于智能家居、環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域，具有一定的應用價值。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);狀態(tài)監(jiān)控;WiFi;GSM;SCPI;STC

1 ?基本介紹

將該系統(tǒng)用于室內(nèi)污染氣體的檢測，可實現(xiàn)對一氧化碳、甲醛、甲苯、煙霧、溫濕度等的傳感器，對多個數(shù)據(jù)進行采集，并且通過WiFi能夠?qū)崿F(xiàn)在不同地點的兩個模塊之間相互交換測量。 當檢測指標超過預定值時，還能夠通過GSM模塊，根據(jù)設置的命令進行遠程（以短信形式）報警。并且可以通過移動終端進行當前數(shù)據(jù)的查詢和遠程控制。

當被測量超過預定值時，系統(tǒng)會向指定的手機號碼發(fā)送一條報警信息“The value is too high（這個信息內(nèi)容可在程序里設定）并且附上家庭當前圖像信息，如果測定值一直超出預定值，系統(tǒng)會每隔幾分鐘向給定號碼不斷報警。此時可以回復信息“Stop warning”讓系統(tǒng)停止報警。在未報警情況下，也可以用手機發(fā)信息“Read the value”獲取當前被測量的值。這樣，系統(tǒng)在家人還沒有發(fā)現(xiàn)危險到來之前，就能夠進行相關(guān)的提示操作，以避免一定危險事故的發(fā)生，從而達到監(jiān)測報警，實現(xiàn)未卜先知的目的。

如果，廚房燃氣泄露，如何及時察覺？家庭防盜，如何及時有效防止庫房失火。

暢想一下，如果有個產(chǎn)品可以讓您坐在辦公室里，只需一條短信，便可獲取家里的監(jiān)測數(shù)據(jù)和圖像信息，看著同事羨慕的目光。您是否特別想擁有這樣的產(chǎn)品呢？那就擁有一套“室內(nèi)氣體監(jiān)測及遠程報警查詢系統(tǒng)”吧！

2 ?工作原理

本系統(tǒng)包括：嵌入式微處理器、WiFi模塊、GSM模塊、ADC模塊、若干傳感器、I/O設備（顯示屏、指示燈、鍵盤、開關(guān)）、電源模塊等。所有模塊是以微處理器為核心，這個處理器可以是DSP、單片機或者是FPGA等。圖1所示是該分布式監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

傳感器的功能是對被測信號進行監(jiān)測，同時利用ADC對模擬信號進行采樣。把處理器的GPIO作為數(shù)字信號通用輸入輸出（GPIO），兩者共同構(gòu)成了傳感器接口，用于與傳感器連接，需要特別說明的是，我們沒有定義傳感器的接口，所以，系統(tǒng)并不針對某一個具體的傳感器，在實際使用中，可以按照需求進行自定義。

圖1 ?分布式監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

WiFi模塊則通過無線網(wǎng)絡將多個模塊構(gòu)成一個整體，以便能夠?qū)崿F(xiàn)多個模塊之間的數(shù)據(jù)交換。GSM模塊則用于與外部的監(jiān)測端或用戶端進行信息交換，一般就是基于短信的形式。本系統(tǒng)也配備了一個常用的異步串口（UART）。SCPI命令的解析，則在處理器中完成。當然作為一個最小系統(tǒng)，還應當有基本的IO設備如，鍵盤、撥碼開關(guān)、指示燈、顯示屏等。最后還應當有一個必備的電源模塊。

圖2所示是該模塊的硬件電路。圖中，A1區(qū)域為模塊的電源。A2區(qū)域為GSM模塊的插座（插針），可用于連接GSM模塊，實現(xiàn)收發(fā)短信。A3區(qū)域為USB轉(zhuǎn)串口電路，該電路使用CH340G轉(zhuǎn)換芯片，將串口升級為USB總線便于連接電腦以及燒錄單片機程序，USB口也可用于模塊供電。B1區(qū)域為八段數(shù)碼管和LED指示燈，可指示系統(tǒng)所處的各種狀態(tài)。B2區(qū)域為STC15F60S2單片機，是整個系統(tǒng)的核心部分。B3區(qū)域有一個撥碼開關(guān)，調(diào)節(jié)撥碼開關(guān)可切換系統(tǒng)工作模式。C1區(qū)域即為WiFi模塊，用于在各個傳感器之間組建無線局域網(wǎng)傳輸，也可用于連接以太網(wǎng)。C2區(qū)域為鍵盤區(qū)，通過鍵盤可實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。B4、C4、D3、D2及D1為傳感器連接的接口，也可用做跳線，進行系統(tǒng)配置（一般不用），如圖中D3區(qū)域的傳感器接口上設置了一個跳線帽，就可以使該系統(tǒng)實現(xiàn)某一具體功能（由具體編程實現(xiàn)）。

圖2 ?模塊硬件電路

模塊之間通過WiFi連接，每個子模塊連接多個不同傳感器，實現(xiàn)多樣功能。而多個子模塊可以放置在家庭任意角落，實現(xiàn)多點監(jiān)測;多個子模塊將所有的數(shù)據(jù)通過WiFi自動歸集到主模塊，使得監(jiān)測范圍覆蓋至全家;主模塊通過GSM接收外部發(fā)送過來的信號，同時利用GSM將有關(guān)的信號（數(shù)據(jù)）發(fā)送至手機或電腦端（包含文字和圖像）。GSM中的報警信息用短信的方式發(fā)送，格式使用SCPI協(xié)議的部分內(nèi)容（命令）。同時也可以使用短信對該系統(tǒng)進行控制，例如手機、既有短信收發(fā)功能（模塊）的嵌入式系統(tǒng)或者PC等。

通俗的說，所謂分布式，就是有多個子模塊分布在家庭各個角落，而每個模塊，裝上一個或多個傳感器，就可實現(xiàn)多點監(jiān)測;子模塊之間可以自動構(gòu)建WiFi，將檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髂K，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。在異常情況下，主模塊上的GSM芯片也可以立即向每個家庭成員進行文字短信報警，并附上彩信圖片。讓您第一時間掌握最新資訊;反過來，每個家庭成員可以通過電腦或手機，隨時查詢家里的各項監(jiān)測數(shù)據(jù)和圖像信息。

3 ?作品創(chuàng)新點

本系統(tǒng)綜合利用傳感器技術(shù)、微控制器技術(shù)、WiFi技術(shù)以及GSM技術(shù)，并基于SCPI命令集開發(fā)一套可以進行分布式監(jiān)測，操作方便，簡潔實用的自動監(jiān)測系統(tǒng)。

（1）通過WiFi局域網(wǎng)通信將檢測領(lǐng)域覆蓋全家 ，并通過GSM遠程通信將查詢和報警變得實時有效。兩者的結(jié)合，可優(yōu)勢互補。

（2）傳感器可任意配置，傳感器的不同功能千變?nèi)f化，使這個技術(shù)應用面廣。（比如：用滲壓傳感器可監(jiān)測大壩安全，傾角傳感器可監(jiān)測山體滑坡）。

（3）我們系統(tǒng)的監(jiān)測結(jié)果不僅包含文字報警信息，還附上異常區(qū)域圖像信息。以使您更加全面地了解家庭當前情況。

（4）我們系統(tǒng)不僅實現(xiàn)遠程報警，還能使用戶進行遠程查詢。實現(xiàn)遠程信息的雙向交互。

圖3 ?比賽現(xiàn)場團體獲獎風采照