基于STM32和無線數(shù)傳模塊的遠程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

李海

摘? ?要：傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)控大多采用有線數(shù)據(jù)傳輸，因此接入的數(shù)據(jù)線比較多，安裝難度也較大，監(jiān)控距離也會受到數(shù)據(jù)線長度的影響。為了彌補這些不足，該文利用STM32F103主控芯片和無線數(shù)傳模塊設(shè)計了一個具有無線聯(lián)網(wǎng)功能的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以采集多點遠程環(huán)境數(shù)據(jù)，采用無線模式在GPRS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下傳輸數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳到原子云服務(wù)器，原子云服務(wù)器將數(shù)據(jù)反饋到控制中心進行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)分析的結(jié)果對遠程終端通過無線數(shù)傳模塊進行控制。

關(guān)鍵詞：STM32;無線數(shù)傳模塊;遠程監(jiān)控;原子云服務(wù)器

中圖分類號：TP368? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)一般都在有線范圍內(nèi)對終端設(shè)備對象進行數(shù)據(jù)采集傳輸，距離越遠成本越高，很難實現(xiàn)遠程監(jiān)控的功能，為了解決這一問題，該文提出了一種新型的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合STM32和無線傳輸技術(shù)設(shè)計了具有無線聯(lián)網(wǎng)功能，并能對終端環(huán)境數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控的系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

如圖1所示，系統(tǒng)總體框架大致分為信息采集發(fā)送部分和服務(wù)器接收反饋部分。數(shù)據(jù)采集與傳輸部分主要由STM32嵌入式系統(tǒng)和ATK-GPRS-M26模塊組成，以STM32f103ZE為控制器，工作頻率72 MHz，這款芯片內(nèi)置了32kB的SRAM、512kB的Flash。STM32F103ZE采集環(huán)境中的溫濕度、煙霧以及光照強度等參數(shù)通過ATK-GPRS-M26模塊上傳到原子云服務(wù)器進行數(shù)據(jù)處理，根據(jù)處理結(jié)果去控制相對應(yīng)的終端設(shè)備。

2 STM32F103 簡介

STM32從內(nèi)核上分有Cortex-M0、M3、M4和M7這4種，每個內(nèi)核又大概分為主流、高性能和低功耗。F1代表了基礎(chǔ)型，基于Cortex-M3內(nèi)核，主頻為72 MHz。F4代表了高性能，基于Cortex-M4 內(nèi)核，主頻180 M。STM32憑借其產(chǎn)品線的多樣化、極高的性價比、簡單易用的庫開發(fā)方式，迅速在眾多Cortex-M3 MCU中脫穎而出，成為最閃亮的一顆新星。STM32一上市就迅速占領(lǐng)了中低端為微控制單元（MCU）市場，支持應(yīng)用編程（IAP），可接非常多的傳感器，可以控制很多的設(shè)備?，F(xiàn)實生活中，我們接觸到的很多電器產(chǎn)品都有STM32的身影，比如智能手環(huán)、微型四軸飛行器、平衡車、移動POST機、智能電飯鍋、3D打印機等。STM32F103 是意法公司生產(chǎn)的一款32位Cortex-M3內(nèi)核的處理器，最高主頻72 MHz，在存儲器的0等待周期訪問時可達1.25 Mips/MHz，并且具有單周期乘法和硬件除法器。STM32F03具有豐富的外設(shè)：2個12位AD通道，7路DMA控制器，具有定時器、CAN、USB、SPI、I2C、USART等總線，多達80個快速I/O端口。調(diào)試下載：支持JTAG/SWD接口調(diào)試下載。STM32F103具有主頻高、功效低、集成度高、開發(fā)工具低廉等一系列優(yōu)點，很適合低成本的嵌入式產(chǎn)品開發(fā)。

3 ATK-GPRS-M26模塊簡介

該模塊穩(wěn)定可靠，自動重連和看門狗雙重保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定可靠。當程序運行異常時，看門狗會自動復(fù)位并自動重啟數(shù)據(jù)傳輸單元（DTU），保證系統(tǒng)正常運行不會死機。當網(wǎng)絡(luò)連接出現(xiàn)異常斷開/系統(tǒng)重啟時，DTU會自動重連之前的服務(wù)器，保證連接可靠。

3.1 ATK-GPRS-M26串口GPRS DTU特點

其主要包括19個特點。1）支持RS232和RS485通信接口，支持隔離和不隔離2種版本，滿足不同使用場景。2）串口參數(shù)個性化配置，波特率范圍2 400～921 600。3）串口緩存最大10 kByte，可以保證數(shù)據(jù)不丟失。4）寬的供電電壓范圍：+5 V～+28 V，支持2種供電接口。5）免費提供上位機配置軟件，支持一鍵查詢、一鍵配置、地圖位置顯示、自定義AT指令等功能。6）支持4種頻段850 MHz/900 MHz/1800 MHz/1900 MHz。7）支持中國移動和中國聯(lián)通手機卡。8）內(nèi)嵌網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)議棧，可以同時支持4路TCP/UDP網(wǎng)絡(luò)連接。9）支持網(wǎng)絡(luò)透傳模式、HTTP模式和短信透傳模式3種工作模式。10）網(wǎng)絡(luò)透傳模式下支持TCP和UDP連接，最多同時支持4路連接，并且每路連接可以工作在不同模式。11）HTTP模式下支持GET和POST請求方式。12）短信透傳模式下支持中英文短信的發(fā)送和接收。13）提供免費的原子云服務(wù)器。14）支持心跳包和注冊包2種數(shù)據(jù)包。15）支持自動重連機制，內(nèi)置看門狗，確保設(shè)備的長時間穩(wěn)定運行。16）支持動態(tài)域名和IP地址訪問。17）支持AT指令配置和透傳指令配置，方便用戶擴展使用。18）支持串口透傳指令、網(wǎng)絡(luò)透傳指令和短信透傳指令3種透傳指令配置。19）支持基站定位功能，直接輸出經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。

3.2 3種工作模式：網(wǎng)絡(luò)透傳、短信透傳、HTTP模式

網(wǎng)絡(luò)透傳：ATK-GPRS-M26 DTU可以將用戶設(shè)備的串口數(shù)據(jù)與服務(wù)器端數(shù)據(jù)進行透傳交換，用戶無須關(guān)心底層實現(xiàn)過程，多路連接可用于數(shù)據(jù)備份等場景。短信透傳：串口端接收到的數(shù)據(jù)以短信形式發(fā)送到手機，也可以接收任意手機發(fā)送過來的短信數(shù)據(jù)，并通過串口輸出。HTTP模式：將用戶數(shù)據(jù)以GET或POST的方式交給Web服務(wù)器，并讀取服務(wù)器的應(yīng)答數(shù)據(jù)，以串口數(shù)據(jù)形式交給用戶設(shè)備。

服務(wù)器接收和顯示部分由原子云平臺實現(xiàn)。該平臺不僅可以保存接收到的數(shù)據(jù)，還可以利用其應(yīng)用程序設(shè)計功能將接收到的圖像數(shù)據(jù)添加到網(wǎng)頁中，方便用戶在線查看。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

用Keil軟件編寫了C語言的圖像監(jiān)控系統(tǒng)軟件。流程如圖2所示。

程序首先分別初始化ATK-GPRS-M26模塊、STM32等相關(guān)配置，并用命令完成相關(guān)寄存器配置，然后檢測、連接正點原子云服務(wù)器，連接成功后，開始對多點終端設(shè)備所處環(huán)境的各個參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集，采集后的數(shù)據(jù)通過ATK-GPRS-M26模塊上傳給原子云服務(wù)器，原子云再把數(shù)據(jù)發(fā)給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心收到數(shù)據(jù)后對數(shù)據(jù)進行綜合分析，產(chǎn)生分析結(jié)果，該結(jié)果再通過ATK-GPRS-M26模塊反饋到各個終端，終端收到分析結(jié)果后進行處理，做出相應(yīng)的動作。

5 實驗結(jié)果與分析

一旦系統(tǒng)啟動，上傳的數(shù)據(jù)將保存在原子云服務(wù)器創(chuàng)建的數(shù)據(jù)流中。為了方便用戶查看，數(shù)據(jù)可以定期刷新圖像數(shù)據(jù)的網(wǎng)頁。網(wǎng)頁顯示效果表明，系統(tǒng)拍攝的圖像可以完整清晰地顯示在網(wǎng)頁上，起到遠程監(jiān)控的作用。與傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)相比，用戶只有在設(shè)備有線連接的監(jiān)控距離內(nèi)才能看到監(jiān)控畫面，該文設(shè)計的遠程監(jiān)控系統(tǒng)在使用上無疑更加方便，用戶只需使用手機或其他連接設(shè)備，就可以隨時隨地對目標對象進行遠程監(jiān)控。

6 結(jié)語

結(jié)合傳統(tǒng)電子設(shè)備與物聯(lián)網(wǎng)的思想，對傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)進行了改進，具有無線聯(lián)網(wǎng)功能的遠程圖像監(jiān)控系統(tǒng)可以更好地滿足當前人們對監(jiān)控系統(tǒng)的需求，無距離限制、安裝方便。在此基礎(chǔ)上，后面將研究相應(yīng)的APP，這樣會給無線監(jiān)控帶來更多的便利。

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