基于北斗定位系统的多功能环境监测系统

基于北斗定位系统的多功能环境监测系

统

摘要：本文主要详述在北斗定位系统的基础上，所衍生出的与其相结合的多

功能环境检测系统原理及其组成。

关键词：北斗定位系统，环境监测，未来应用

1 引言

北斗导航定位系统自上线提供服务以来，已在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信授时、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域得到广泛应用。为增加其创新性，以及填补其对于环境监测方面的空缺，故设计该“基于北斗定

位系统的多功能环境监测系统”，与传统的北斗监测系统相结合。与市面上大部

分的北斗定位衍生品不同的是，项目所设计功能包括基于我国自主研制的北斗导

航定位系统的定位、授时功能，以及基于城市主要环境指标PM2.5、噪声、温湿

度的检测功能。更于此基础上给与其能与其他设备交互的GPRS数据传输以及SD

卡储存。

1.系统整体设计

如图1所示，系统主要由STM32单片机、噪音传感器单元、温度传感器单元、空气质量传感器单元、网络通信模块等构成。STM32单片机作为系统的控制单元，实现整个系统的信号处理、逻辑控制和指令下发，噪音传感器、温度传感器和空

气质量传感器及其处理电路作为相应信号的采集单元，通过相应信号的采集单元

将不同幅度大小的的信号转换为单片机可接受的电信号，之后，送入单片机的AD

转换器，通过AD转换将表示噪音、温度和空气质量的模拟电压信号转换为数字

量信号，并通过LCD进行数据实时显示和人机交互。位置信号由GPS模块采集，

进行信号处理后通过GPRS传输到手机终端。

图1 多功能环境检测装置系统构成图

2系统硬件设计

2.1微控制器

微控制器选用 STM32F103RCT6STM32FlO3xC、STM32FlO3xD和 STM32F103xE

增强型产品系列集成了工作频率为 72MHz的高性能“ARM cortex-M3” 32位

RIS内核、高速嵌入式存储~(Flash存储器和SRAM的容量分别高达512K 字节

和64K字节)。和大量连至 2条 APB总线的增强型 I，0与外设所有产品均带

有 3个12位ADC，4个16位通用定时器和2 PWM 定时器，以及标准与高级通

信接口2个、3个 SPI、2个 Ps、1个 SDIO、5个 USART、1个 USB和 1个CAN。ⅡsTM32Fl03vET6含有 2 路 DMA：12通道DMA控制器支持外设：timer，ADC，DAC，SDIO，I2S， SPI，I2C and USART。

2.2 GPS模块

GPS模块选用以串口为通讯接口的通用型模块，波特率为 9600．

数据位为8位，无检验位，1个停止位，数据是以 ASCLL码形式传输．

完整帧传输间隔时间为 1秒

2.3TFT LCD屏

TFT LCD 屏选用 3．2英寸(320*240分辨率 )的彩色电阻触摸屏

2.4 网络通信模块

GPRS 网络传输功能通过SIM300模块实现，SIM300内部集成了TCP/IP协议栈,并且扩展了TCP/IPAT指令，主控核心通过串口向SIM300发送AT指令即可控

制SIM300实现GPRS网络传输功能，SIM300模块找到网络正常工作时网络状态指

示灯将以1次/2秒的频率闪烁。SIM300模块的工作电压在3.4V~4.5V，电压不得

低于3.4V且提供的电流要大于2A，因为SIM300在发送数据时峰值电流可达2A,

峰值电流脉冲时造成的波动可能导致电源电压下降，如果此时电压低于3.4V模

块将自动关闭。

2.2 环境监测部分

2.2.1温度传感器

温度传感器选用DSl8820。DSl8820数字温度传感器是Dallas公司生产的1

一Wire，即单总线器件，具有线路简单、体积小的特点。因此用他组成一个测温

系统，具有线路简单，在1根通信线可以挂很多这样的数字温度传感器，十分方便。同时，DSl8820测温范围在一55～+125℃；转换精度9～12位进制数，可编

程确定转换的位数；测温分辨率为9位精度为0．5℃，12位精度为0．062 5℃；转换时问：9位精度为93．75 ms、10位精度为187．5 ms、12位精度为750 ms；内部有温度上、下限告警设置。

2.2.2空气质量传感器

MQ135是测量空气污染情况常用的一个传感器，具有代表性，价格低，寿命长，敏感度也OK，主要用于测量空气中二氧化碳，氮氧化物，氨气，酒精，苯类等。这几样气体可以说都属于家用空气污染测定中的重要成份，因此用这个传感

器刚刚好。

2.2.3噪音传感器

选用普通的工作电压处于3.3至5的声音传感器模块即可，所需设计为模块在环境声音强度达不到设定阈值时.OUT输出高电平，当外界环境声音强度招计进店逛逛阈值时,模块OUT输出低电平。

3.1系统软件设计

初始化链接

系统上电后首先进行UC/OS-II 初始化，pC/OS-II启动后App_Task_Start 任务首先开始运行,主要进行各种功能的初始化、事件和任务的建立。随后

App_GPRSLink任务开始运行,用于建立 GPRS 网络链接，链接成功后建立事件标志组ApP_GPRSlinkFlag和 App_ADFlag，同时发送 App_FM_LEDMbox消息邮箱，使得GPRS链接成功指示灯点亮。

得到当前位置信息

App_ADFlag事件标志组建立后，App_PowerMonitor任务开始运行采集锂电池电压,将采集到的电压值通过消息邮箱App_LCDMbox发送给液晶显示任务

App_LCDDisplay，将电压值显示在液晶屏上。事件标志组App_GPRSlinkFlag建立后，App_GPSDataProcess和 App_FallDetectio任务开始执行,控制系统通过串口中断接收GPS 数据，GPS中断服务程序通过消息邮箱App_GPSMbox将接收到的位置信息发送给任App_GPSDataProcess，同时发送消息邮箱App_FM_LEDMbox 用以指示当前的GPS定位是否有效。

转换并采集当前地址环境信息

App_GPSDataProcess对位置信息进行转换后通过消息邮箱App_GPSDataMbox 发送给任务 App_GPRSSendData。App_FallDetection任务处理加速度计数据,通过双阈值的方法判断是否可以处理数据。同时若是得到许可即带动传感器采集周围环境信息，，然后对位置和环境信息进行数据打包。最后将数据通过GPRS 网络通信发送到远程监控端,同时通过消息邮箱App_LCDMbox将数据发送给液晶显示任务AppLCDDisplay，把位置和环境信息显示在液晶屏上。