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

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