基于无线传感器网络温湿度采集检测系统

基于无线传感器网络温湿度采集检测系统 1 引言 温湿度是与日常生产生活关系度很大的参量 很多情况下要对温湿 度进行采集监测 对于温湿度的采集监测有多种方法 随着需要的 变化 传统的有线采集在采集环境对象和数据的传输距离上已经满 足不了要求 本文结合无线传感器网络和 GSM 通信等技术研究设计 一种无线温湿度采集监测系统 包括方案的选择和确定 前端的信 息采集模块的硬件软件设计 系统中节点的软件设计简介和终端监 测界面的设计 系统能实现温湿度的实时无线采集和监测 满足树 形 环形和星行节点拓扑结构 由于系统采用无线收发和 GSM 通信 等技术 并具有反馈系统 不仅克服了环境对象和数据传输距离的 问题 还在一定程度上实现了自动控制 2 整个系统方案构架 整个温湿度采集监测系统设计构架如所示 它主要由前端温湿度采 集模块 采集节点 KM NODE 433 节点模块 GSM 通信模块和监 测模块组成 3 系统的工作原理 系统工作时 各前端采集节点先采集各自区域的温湿度信息 经单 片机简单处理后通过无线发送给中继节点 中继节点通过接力方式 通过无线发送将简单处理后的温湿度信息发送给 GSM 模块上的 Sink 节点 Sink 节点将按要求将接收的温湿度信息进行再次处理 并判 断在设定时间内所有采集节点的数据信息是否都获得到 如果是则 通过 GSM 模块用 AT 命令将收集到的最新数据发送给终端用 如果 在等待时间内没有收集到所有采集节点的数据 则延时一定时间后 将已收集的采集节点信息发送给终端 终端用户通过设计的接口和 软件读取并查看采集节点的数据信息 具体的工作流程图如所示 4 系统各组成模块设计 4 1 温湿度采集模设计 温湿度采集电路原理框图如所示 主要由传感器 单片机和供电电 源组成 传感器选用瑞士的温湿度集成数字传感器 SHT15 它具有 体积小 使用方便灵活 响应迅速 抗干扰能力强 性价比高等优 点 单片机选用 MSP430F2132 它是一个低功耗 高性能单片机 采集模块实际是 KM 433 NODE 节点的扩展模块 它同时具有无线收 发送数据的功能 可以发送采集的数据 4 2 KM NODE433 节点模块简介 KM NODE433 节点模块的组成如所示 是由利尔达公司生产的无线通 信模块 主要由微控制单元和无线先收发模块构成 4 3 GSM 通信模块设计 GSM 通信模块主要由 SIM900A 芯片 网络信号灯 串口接口 SIM 卡电路 Sink 节点 汇聚集点 和供电电路组成 组成框图如所示 实现数据不限距离的传输 在很大程度上解决了传输距离的问题 Sink 节点主要是对个采集节点发送来的数据进行再次处理 一般计 算量比中继节点大 发送温湿度数据信息是通过 AT 命令来实现的 4 4 监测模块 为了不同用户监测的需要 系统的监测系统有两种 一种是手持式 监测界面 即在具有要求系统的手机系统中嵌入专门的监测软件来 实现信息的接收和监测 同时可以查看历史数据信息 用户还可以 通过手持终端向系统发送控制短信来实现对一些参量的控制 比如 湿度低于预定阈值时手持终端会收到提示短信 此时监测者可以发 送控制短信到系统控制浇水装置来增加湿度 另一种是终端计算 机监测界面 终端用户可以在计算机上查看和监测观测点的参数信 息 手持式监测效果和计算机监测界面如所示 手持终端的监测程 序是结合数据库知识用 JAVA 编写的 终端计算机监测界面用 VB 设 计 两者都可以实现数据信息的监测并通过图形显示各个监测区域 的监测信息 5 系统的仿真测试 5 1 仿真测试所需设备 所需设备 仪器和材料如下 前端温湿度度采集模块 KM NODE 433 节点模块 GSM 通信模块 串口连接线 装有专门编写设计的 VB 温湿度监测界面的 PC 机一台 手持式监测终端一个 各模块的供电电源 5 2 仿真测试的过程的示意图 1 手持终端式监测的仿真的实物过程的示意图如所示因为数据信号 在传输过程存在一定的衰减 因此在距离比较远的情况下 为了传 输信息的准确性 应该加中继节点 以接力的形式实现数据的有效 传输 接力节点只对数据进行透明传输 不进行处理数据 功耗比 较低 2 计算机终端监测仿真的显示界面如所示 5 3 仿真测试结果系统 基本上实现了设计提出的各种功能 在单节点和多节点情况下触摸 传感器后监测界面上的温湿度会发生相应的变化 同时显示各监测 点的实时数据信息 并可以调用数据库察看历史信息 终端用户发 送的控制信息能通过相应的单片机引脚状态来反映 由于数据在 433MHZ 公用频段上传输 该频段传输数据较多 干扰较大 系统对 传输数据进行了一定的规定 传输信息的准确性得到了一定程度上 提高 6 结论 由于本文中系统是基于无线传感器网络 并结合了无线收发和 GSM 通信技术 系统能解决环境对象和数据传输距离等问题 并能在一 定程度上实现自动控制 系统能实现温湿度的实时无线采集和监测 满足树形 环形和星行节点拓扑结构 在工农业等方面具有广阔的 应用前景 系统还具有较强的移植性 只要更换采集节点中的传感 器就能对其他参量采集监测 目前该系统在园林温湿度监测 大棚 温湿度监测上已经得到了应用 具有广阔的应用前景 参考文献 1 曹红苹 蒋云良 缪强 室内无线传感器网络及其应用 J 2006 年第 9 期 209 210 2 林元乖 ZigBee 无线传感器网络及应用 J 科技信息 2009 年 第 25 期 399 3 李肇庆 韩涛 串型端口技术 M 北京 国防工业出版社 2004 1 4 岳宇君 曾维鲁 基于无线传感器网络的温度监测系统 J 三峡 大学学报 自然科学版 第 29 卷第 2 期 2007 年 4 月 150 5 JunWang PengDu Joint bandwidth allocation element assignment and scheduling for wireless mesh networkswith