基于无线传感器网络温湿度采集监测系统_王杰

软件2011年第32卷第1期：54-56页 software 国际ＩＴ传媒品牌

基于无线传感器网络温湿度采集监测系统

王 杰 唐守锋

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(中国矿业大学信息与电气工程学院 徐州 221008)

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(中国矿业大学信息与电气工程学院 徐州 221008)

摘 要 温湿度与日常生产生活息息相关，在很多情况下都要对温湿度信息进行采集监测。传统的有线温湿度采集监测在监测环境和数据信息传输距离上都有一定的限制。本文在无线传感器网络相关理论的基础上研究设计一种温湿度无线采集监测系统。它能实现多节点温湿度的实时检测，并能通过无线收发和GSM通信将采集的信息发送到终端用户，实现在终端监测界面的动态监测，终端用户还可以通过无线收发和GSM通信发送控制信息，实现对温湿度的控制，在一定程度上能实现自动控制并克服传输距离的问题，具有广阔的应用前景。 关键词

无线传感器网络；温湿度；GSM通信；监测

中图分类号 TP227 文献标识码 A doi:10.3969/j.issn.1003-6970.2011.01.013

A temperature and humidity acquisition monitoring system based on

wireless sensor networks

WANG Jie1 TANG Shou-feng2

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(School OF Information And Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, XuZhou 221008)

(School OF Information And Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, XuZhou 221008)

【Abstract 】 Temperature and humidity are closely related with the daily production and life, and in many circumstances we need to collect and monitor

the temperature and humidity. Traditional wired temperature and humidity monitoring system has a certain restrictions on the monitored environment and distance of data transmission .This paper trys to design a wireless temperature and humidity monitoring system, based on the theory of wireless sensor networks.This system can achieve real-time temperature and humidity testing, and can send temperature and humidity information to end-users to realize the dynamic monitoring of the terminal monitoring interface through the wireless transceiver and GSM communications.End users can also send control information through wireless transceiver and GSM communication to control the temperature and humidity.To a certain extent,this system can achieve automatic control and overcome the distance problem,having a broad application prospect.

【Key words】wireless sensor networks; temperature and humidity; GSM communications; acquisition and monitoring

0 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、环形和星形节点拓扑结构。由于系统采用

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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。

1 整个系统组成框图

整个温湿度采集监测系统设计构架如图1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，433节点A是中继节点（可以不用），B是GSM模块上的SINK节点。

[1]

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电，具有低功耗优点。

[4]

图1 整个系统组成框图

Fig.1 block diagram of the whole system

图3 KM-NODE 433 节点模块的组成

Fig.3 the composition of the node module of km-node 433

2 系统工作原理

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GSM模块上的Sink节点（在距离较远时要将采集节点采集的信息先传给中继节点，中继节点通过接力方式将信息发送给SINK节点），Sink节点将按要求将接收的温湿度信息进行综合处理，并判断在设定时间内所有采集节点的数据信息是否全部获得到，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户，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。终端用户也可以向GSM模块发送控制命令，SINK节点上通过红灯的亮灭反映控制信息。

[2]

3.3 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。组成框图如图4所示。

[5]

图4 GSM通信模块组成

Fig.4 the composition of GSM communication module

GSM通信模块主要是用短信方式来发送信息数据，将系统与移动通信相连接，可以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综合处理，一般计算量比中继节点和采集节点大。

[6]

3 系统各模块设计

3.1温湿度采集模设计

温湿度采集电路原理框图如图2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。

[3]

GSM模块向终端发送温湿度数据信息是通过AT命令来实现。

3.4 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，如图5所示，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；另一种是终端计算机监测界面，如图6所示，串口进行通信，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图4-4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。

[7]

图2 温湿度采集电路原理框图

Fig.2 block diagram of temperature and humidity data acquisition circuit

3.2 KM-NODE433 节点模块简介

KM-NODE 433 节点模块的组成如图3所示，主要由微控制单元和无线收发单元构成。处理器选用的是MSP430F2132，无线收发芯片选用的是CC1100，模块体积很小，无线传输频段为433MHZ，在空旷的条件下传输距离在80米左右，采用3.3v供

图5 手持式监测界面

Fig.5 hand-held monitoring interface

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4.3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曲线会发生相应的变化，同时显示各监测点的实时数据信息，并可以调用数据库

图6 计算机监测界面

Fig.6 Computer monitoring interface

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。

5 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。系统能实现多节点温湿度的实时无线采集和监测，满足树形、环形和星形节点拓扑结构，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和sink节点中的相应算法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。

4 系统的仿真测试

4.1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。

4.2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图7所示

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(9): 209-210

图7 仿真的实物过程的示意图

Fig.7 schematic diagram of the physical process simulation

[2] AT命令使用手册[M] 南京:徐大江,2009

[3] SHT1X/7X使用手册[M] 深圳: 深圳市世炬科技有限公

司,2008

[4] KM NODE-433 节点使用说明[M]南京:吴健,2009 [5] SIM900A硬件设计手册[M] 上海:李刚,2010

[6] 林元乖.ZigBee 无线传感器网络及应用[J].科技信

息,2009 (25):399

[7] 李肇庆，韩涛.串型端口技术[M].北京:国防工业出版社 ，

2004.1

作者简介：王 杰（1985-），性别男，研究生，主要研究方向为检测技术与自动化装置；唐守锋（1970-），性别男，副教授，主要从事传感器监测技术和信号处理

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（如图5-1）实现数据的有效传输[5]。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。系统中数据传输格式为7e+数据长度+数据（7e是字头）。

2．计算机终端监测仿真的显示界面如图8所示

图8 计算机监测终端仿真显示界面

Fig.8 display screen of Computer monitoring terminal emulation

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5egj.html