基于单片机的无线环境监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于单片机的无线环境监测系统及方法，所述系统包括上位机、下位机和移动终端，所述移动终端分别与上位机和下位机连接，所述上位机与下位机之间相互连接；所述下位机包括探测装置和接收装置，所述探测装置包括第一单片机、第一无线传输模块、温湿度采集传感器、可燃气体传感器、报警模块和显示模块，所述第一单片机分别与第一无线传输模块、温湿度采集传感器、可燃气体传感器、报警模块以及显示模块连接，所述接收装置包括第二单片机、第二无线传输模块和串口通信模块，所述第二单片机分别与第二无线传输模块以及串口通信模块连接。本发明专利技术可实时地对所测环境的温度、湿度、有害气体浓度等参数进行测量处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种环境监测系统及方法，尤其是一种基于单片机的无线环境监测系统及方法。属于无线监测

技术介绍
目前，无线环境监测系统只具备简单的数据传输功能，即从机采集环境数据，主机无线接收数据，功能单一，用途不广。随着单片机的广泛应用和通信技术的日趋发展，超远程的实时监控越来越备受关注，尤其在国防和工业生产中更是起着无可替代的作用。近年来，随着工业生产效率的不断提高，自动化水平与范围的不断扩大，对环境监测技术的要求也愈来愈高，各国专家都在有针对性地竞相开发各种特殊而实用的测量技术，并取得了重大进展。但目前我国环境监测仪器多是中小型企业生产，产品基本集中在中低档的环境监测仪器，远不能适应我国环境监测工作发展的需要。主要表现为：1)技术档次低，低水平和重复生产严重，规模效益差。2)产品质量不高，性能不稳定，一致性较差，使用寿命短，故障率高。3)研究开发能力较低，在线监测仪器的系统配套生产能力较低，不能适应市场的需要。无线通信技术已经在我们的日常生活中得到了广泛的应用，目前应用广泛的短距离无线通信技术主要有IEEE802.11WLAN、蓝牙、IrDA、Home-RF、ZigBee、微功率短距离无线通信技术等。与目前己经具备相当规模的无线长距离通信网络相比，短距离无线通信系统在基本结构、服务范围、应用层次及通信业务(数据、话音)上，均有很大的不同。(1)IEEE802.11802.11是个系列标准，由5个现行有效的标准802.11、802.lla、802.11b、802.1lb-Corl、802.11c和5个正在发展制定中的标准802.1le、802.11f、802.11g、802.llh、802.11i组成。IEEE802.llb技术标准是无线局域网的国际标准，自发布之日起就得到了广泛的应用，迄今为止仍是应用热点。该标准工作在2.4GHz的频段上，采用了补码键控(CCK)调制技术和直接序列调频(DSSS)技术，最大传输速率可达11Mbit/s，并且可以根据情况的变化，在11Mbit/s、5.5Mbit/s、2Mbit/s、1Mbit/s的不同速率之间自动切换，且在2Mbit/s、1Mbit/s的速率时与802.11兼容，它从根本上改变了WLAN的设计和应用现状，扩大了WLAN的应用领域。现在，大多数厂商生产的WLAN产品都基于802.11标准。802.11a标准与802.11b标准同年制定，它工作在5GHz频段上，使用OFDM(OrthogonalFrequeneyDivisionMultiplexing)调制技术，支持6、9、12、18、24、36、48和54Mbit/s的传输速率。802.llb与802.lla两个标准都存在着各自的优缺点。802.llb的优势在于价格低廉，但速率较低(最高11Mbit/s)，而802.lla优势在于传输速率快(最高54Mbit/s)且受干扰少，但价格相对较高。另外，802.llb与802.lla工作在不同的频段上，不能工作在同一接入点(AP)的网络里，因此802.llb与802.lla互不兼容。为了解决上述问题，IEEE802.ll工作组开始定义新的物理层标准802.11g。802.11g标准与以前的802.11协议标准相比有以下两个特点：在2.4GHz频段使用正交频分复用(OFDM)调制技术，使数据传输速率提高到20Mbit/s以上；能够与802.llb的Wi-Fi系统互相连通，共存于同一AP的网络里，保障了后向兼容性，延长了802.llb产品的使用寿命，降低了使用者的投资。(2)蓝牙(Bluetooth)技术蓝牙技术作为一种近距离无线连接的全球性开放规范，己经得到了全球众多大企业的支持。蓝牙技术同时支持语音和数据传输，使用跳频扩频技术，本身包括纠错机制，可靠性高，蓝牙规范的核心部分协议允许多个设备进行相互定位、连接和交换数据，并能实现互操作和交互式应用。但是蓝牙设备价格昂贵，通信协议复杂，通讯距离近，蓝牙RF定义了三种功率等级(100mw，25mw和lmw)当蓝牙设备功率为lmw时，其发射范围一般为100m。在蓝牙技术的使用过程中，人们发现蓝牙技术尽管有许多优点，但仍存在许多缺陷。对工业，家庭自动化控制和遥测遥控领域而言，蓝牙技术显得太复杂，功耗大，距离近，组网规模太小等，而工业自动化对无线通信的需求越来越强烈。(3)红外(IrDA)技术IrDA(InfraredDataAssociation)是由红外数据协会提出并推行的一种无线通信协议，这种通信方式通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线数据的收发。IrDA设备使用发光二极管发送信号，波长范围875nm±30nm。新制定的超高红外(VFIR)标准传输速率达到16Mpbs，相比传统版本的4Mbps快了4倍，接收角度也由原来的30度扩展到120度。IrDA设备的使用不需要申请特定频率的使用执照，并且还具有体积小、功耗低、技术成熟的优点。IrDA数据传输速率比较高，同时由于是点对点的通信，受到的干扰也较小，目前在成熟度和普及度上，IrDA是新兴的无线通信技术无法比拟的。但是，IrDA的缺点也很明显。首先IrDA是一种视距传输技术，通信设备中间不能有任何阻挡物，通信设备的位置也需要相对固定，不适宜用于移动数据传输；其次，IrDA只能实现点对点的无线通信，不能完成点对多点的无线通信；最后，IrDA设备的核心器件红外LED容易损坏，因而设备寿命有限。(4)无线单片技术该技术一般采用单片数字信号收发芯片，加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块。一般射频芯片采用FSK调制方式，工作于ISM频段，一些必要的外围模块都已经集成在芯片内部，并且提供了简单透明的数据传输议或使用简单的加密协议，使用者不用对无线通信原理和工作机制有较深的了解只要依据芯片提供的操作接口进行操作即可实现基本的数据无线传输功能。由于其功率小、价格低廉、开发简单快速因而在工业、民用领域得到了广泛的应用。但数据传输速度、流量都较小，因此比较适合搭建对数据传输速度要求不高的小型网络。目前，很多公司推出了这种类型的单片无线收发芯片，其中比较典型的是Nordic公司推出的nRF系列芯片。在对短距离无线通信的研究方面，目前国外除了继续完善和提高短距离无线通信技术以外，对由短距离无线通信设备构成的无线网络进行了较多的理论研究，其典型代表是对主要应用于军事的无线传感器网络的研究。这些研究主要集中在无线网络的路由协议、介质访问协议，节点间的同步以及数据融合技术等方面，并提出了大量针对不同应用的网络模型和通信协议。目前，国内高校对短距离无线通信在生产和生活中的应用上研究的较多。其中，短距离无线通信在汽车轮胎压力实时监测、酒店无线点菜、不停车收费、工业控制系统总线的无线传输等领域均有研究。这些研究大多着重于无线通信功能的实现，对应用中的低功耗和抗干扰性能没有进行深入的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供一种基于单片机的无线环境监测系统，该系统可实时地对所测环境的温度、湿度、有害气体浓度等参数进行测量处理。本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述系统的无线环境监测方法。本专利技术的目的可以通过采取如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于单片机的无线环境监测系统，其特征在于：包括上位机、下位机和移动终端，所述移动终端分别与上位机和下位机连接，所述上位机与下位机之间相互连接；所述下位机包括探测装置和接收装置，所述探测装置包括第一单片机、第一无线传输模块、温湿度采集传感器、可燃气体传感器、报警模块和显示模块，所述第一单片机分别与第一无线传输模块、温湿度采集传感器、可燃气体传感器、报警模块以及显示模块连接，所述接收装置包括第二单片机、第二无线传输模块和串口通信模块，所述第二单片机分别与第二无线传输模块以及串口通信模块连接。

【技术特征摘要】
1.基于单片机的无线环境监测系统，其特征在于：包括上位机、下位机和移动终端，所述移动终端分别与上位机和下位机连接，所述上位机与下位机之间相互连接；所述下位机包括探测装置和接收装置，所述探测装置包括第一单片机、第一无线传输模块、温湿度采集传感器、可燃气体传感器、报警模块和显示模块，所述第一单片机分别与第一无线传输模块、温湿度采集传感器、可燃气体传感器、报警模块以及显示模块连接，所述接收装置包括第二单片机、第二无线传输模块和串口通信模块，所述第二单片机分别与第二无线传输模块以及串口通信模块连接。2.根据权利要求1所述的基于单片机的无线环境监测系统，其特征在于：所述报警模块包括蜂鸣器和继电器；所述蜂鸣器采用+5V的有源蜂鸣器，所述蜂鸣器与第一三极管的集电极连接，通过第一三极管放大电流从而驱动蜂鸣器发出响声，蜂鸣器的两端并联第一二极管，所述第一三极管的发射极上串接一个可调电阻；所述继电器采用5V的继电器，所述继电器与第二三极管的集电极连接，通过第二三极管放大电流从而驱动继电器闭合或断开，继电器的线圈两端并联第二二极管，继电器闭合或断开时，触发接线端子的常开、常闭触点的动作，实现继电器的控制，继电器闭合时，LED指示灯亮，继电器闭合时，LED指示灯灭。3.根据权利要求1所述的基于单片机的无线环境监测系统，其特征在于：所述第一单片机采用STC12C5A60S2单片机，所述第二单片机采用STC89C52RC单片机；所述第一无线传输模块和第二无线传输模块均采用NRF24L01无线模块，该NRF24L01无线模块通过AMS1117-3.3这个三端稳压元器件，使+5V的供电电源降压到+3.3V；所述串口通信模块采用MAX232电平转换芯片构成的串口通信电路，所述MAX232电平转换芯片的引脚1和引脚3之间、引脚2和引脚16之间、引脚4和引脚5之间、引脚6和引脚15之间均接有一个0.1μF的瓷片电容，串口发送数据口和接收数据口均串接LED指示灯。4.根据权利要求1所述的基于单片机的无线环境监测系统，其特征在于：所述温湿度采集传感器采用DHT11温湿度传感器，所述DHT11温湿度传感器的引脚2串接一个上拉电阻，该上拉电阻的电阻值为5K，引脚3悬空或接+5V电源；所述可燃气体传感器采用MQ-2可燃气体传感器，所述MQ-2可燃气体传感器的引脚1串接一个阻值为1K的电阻，并且并联一个20PF的小滤波电容和一个1μF的大滤波电容；所述显示模块采用1602液晶显示电路，该1602液晶显示电路接有一个可调电阻。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：宋海鹰，梁朝开，
申请(专利权)人：广东技术师范学院，
类型：发明
国别省市：广东;44