趙春輝+韓星越+王彥鵬+龔亞

摘 要：基于物聯(lián)網(wǎng)思維，介紹了一種分布式監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)利用WiFi將各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)組建成局域網(wǎng)，再基于SCPI命令集和GSM遠(yuǎn)程通信技術(shù)將WiFi、GSM和SCPI進(jìn)行融合，進(jìn)而設(shè)計(jì)了一個(gè)分布式多傳感器監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用于智能家居、環(huán)境監(jiān)控等領(lǐng)域，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);狀態(tài)監(jiān)控;WiFi;GSM;SCPI;STC

1 ?基本介紹

將該系統(tǒng)用于室內(nèi)污染氣體的檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)一氧化碳、甲醛、甲苯、煙霧、溫濕度等的傳感器，對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并且通過WiFi能夠?qū)崿F(xiàn)在不同地點(diǎn)的兩個(gè)模塊之間相互交換測(cè)量。 當(dāng)檢測(cè)指標(biāo)超過預(yù)定值時(shí)，還能夠通過GSM模塊，根據(jù)設(shè)置的命令進(jìn)行遠(yuǎn)程（以短信形式）報(bào)警。并且可以通過移動(dòng)終端進(jìn)行當(dāng)前數(shù)據(jù)的查詢和遠(yuǎn)程控制。

當(dāng)被測(cè)量超過預(yù)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)向指定的手機(jī)號(hào)碼發(fā)送一條報(bào)警信息“The value is too high（這個(gè)信息內(nèi)容可在程序里設(shè)定）并且附上家庭當(dāng)前圖像信息，如果測(cè)定值一直超出預(yù)定值，系統(tǒng)會(huì)每隔幾分鐘向給定號(hào)碼不斷報(bào)警。此時(shí)可以回復(fù)信息“Stop warning”讓系統(tǒng)停止報(bào)警。在未報(bào)警情況下，也可以用手機(jī)發(fā)信息“Read the value”獲取當(dāng)前被測(cè)量的值。這樣，系統(tǒng)在家人還沒有發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)到來(lái)之前，就能夠進(jìn)行相關(guān)的提示操作，以避免一定危險(xiǎn)事故的發(fā)生，從而達(dá)到監(jiān)測(cè)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)未卜先知的目的。

如果，廚房燃?xì)庑孤?，如何及時(shí)察覺？家庭防盜，如何及時(shí)有效防止庫(kù)房失火。

暢想一下，如果有個(gè)產(chǎn)品可以讓您坐在辦公室里，只需一條短信，便可獲取家里的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和圖像信息，看著同事羨慕的目光。您是否特別想擁有這樣的產(chǎn)品呢？那就擁有一套“室內(nèi)氣體監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程報(bào)警查詢系統(tǒng)”吧！

2 ?工作原理

本系統(tǒng)包括：嵌入式微處理器、WiFi模塊、GSM模塊、ADC模塊、若干傳感器、I/O設(shè)備（顯示屏、指示燈、鍵盤、開關(guān)）、電源模塊等。所有模塊是以微處理器為核心，這個(gè)處理器可以是DSP、單片機(jī)或者是FPGA等。圖1所示是該分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

傳感器的功能是對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)利用ADC對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣。把處理器的GPIO作為數(shù)字信號(hào)通用輸入輸出（GPIO），兩者共同構(gòu)成了傳感器接口，用于與傳感器連接，需要特別說明的是，我們沒有定義傳感器的接口，所以，系統(tǒng)并不針對(duì)某一個(gè)具體的傳感器，在實(shí)際使用中，可以按照需求進(jìn)行自定義。

圖1 ?分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

WiFi模塊則通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將多個(gè)模塊構(gòu)成一個(gè)整體，以便能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)模塊之間的數(shù)據(jù)交換。GSM模塊則用于與外部的監(jiān)測(cè)端或用戶端進(jìn)行信息交換，一般就是基于短信的形式。本系統(tǒng)也配備了一個(gè)常用的異步串口（UART）。SCPI命令的解析，則在處理器中完成。當(dāng)然作為一個(gè)最小系統(tǒng)，還應(yīng)當(dāng)有基本的IO設(shè)備如，鍵盤、撥碼開關(guān)、指示燈、顯示屏等。最后還應(yīng)當(dāng)有一個(gè)必備的電源模塊。

圖2所示是該模塊的硬件電路。圖中，A1區(qū)域?yàn)槟K的電源。A2區(qū)域?yàn)镚SM模塊的插座（插針），可用于連接GSM模塊，實(shí)現(xiàn)收發(fā)短信。A3區(qū)域?yàn)閁SB轉(zhuǎn)串口電路，該電路使用CH340G轉(zhuǎn)換芯片，將串口升級(jí)為USB總線便于連接電腦以及燒錄單片機(jī)程序，USB口也可用于模塊供電。B1區(qū)域?yàn)榘硕螖?shù)碼管和LED指示燈，可指示系統(tǒng)所處的各種狀態(tài)。B2區(qū)域?yàn)镾TC15F60S2單片機(jī)，是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。B3區(qū)域有一個(gè)撥碼開關(guān)，調(diào)節(jié)撥碼開關(guān)可切換系統(tǒng)工作模式。C1區(qū)域即為WiFi模塊，用于在各個(gè)傳感器之間組建無(wú)線局域網(wǎng)傳輸，也可用于連接以太網(wǎng)。C2區(qū)域?yàn)殒I盤區(qū)，通過鍵盤可實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。B4、C4、D3、D2及D1為傳感器連接的接口，也可用做跳線，進(jìn)行系統(tǒng)配置（一般不用），如圖中D3區(qū)域的傳感器接口上設(shè)置了一個(gè)跳線帽，就可以使該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)某一具體功能（由具體編程實(shí)現(xiàn)）。

圖2 ?模塊硬件電路

模塊之間通過WiFi連接，每個(gè)子模塊連接多個(gè)不同傳感器，實(shí)現(xiàn)多樣功能。而多個(gè)子模塊可以放置在家庭任意角落，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)測(cè);多個(gè)子模塊將所有的數(shù)據(jù)通過WiFi自動(dòng)歸集到主模塊，使得監(jiān)測(cè)范圍覆蓋至全家;主模塊通過GSM接收外部發(fā)送過來(lái)的信號(hào)，同時(shí)利用GSM將有關(guān)的信號(hào)（數(shù)據(jù)）發(fā)送至手機(jī)或電腦端（包含文字和圖像）。GSM中的報(bào)警信息用短信的方式發(fā)送，格式使用SCPI協(xié)議的部分內(nèi)容（命令）。同時(shí)也可以使用短信對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行控制，例如手機(jī)、既有短信收發(fā)功能（模塊）的嵌入式系統(tǒng)或者PC等。

通俗的說，所謂分布式，就是有多個(gè)子模塊分布在家庭各個(gè)角落，而每個(gè)模塊，裝上一個(gè)或多個(gè)傳感器，就可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)測(cè);子模塊之間可以自動(dòng)構(gòu)建WiFi，將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)街髂K，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。在異常情況下，主模塊上的GSM芯片也可以立即向每個(gè)家庭成員進(jìn)行文字短信報(bào)警，并附上彩信圖片。讓您第一時(shí)間掌握最新資訊;反過來(lái)，每個(gè)家庭成員可以通過電腦或手機(jī)，隨時(shí)查詢家里的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和圖像信息。

3 ?作品創(chuàng)新點(diǎn)

本系統(tǒng)綜合利用傳感器技術(shù)、微控制器技術(shù)、WiFi技術(shù)以及GSM技術(shù)，并基于SCPI命令集開發(fā)一套可以進(jìn)行分布式監(jiān)測(cè)，操作方便，簡(jiǎn)潔實(shí)用的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

（1）通過WiFi局域網(wǎng)通信將檢測(cè)領(lǐng)域覆蓋全家 ，并通過GSM遠(yuǎn)程通信將查詢和報(bào)警變得實(shí)時(shí)有效。兩者的結(jié)合，可優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

（2）傳感器可任意配置，傳感器的不同功能千變?nèi)f化，使這個(gè)技術(shù)應(yīng)用面廣。（比如：用滲壓傳感器可監(jiān)測(cè)大壩安全，傾角傳感器可監(jiān)測(cè)山體滑坡）。

（3）我們系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果不僅包含文字報(bào)警信息，還附上異常區(qū)域圖像信息。以使您更加全面地了解家庭當(dāng)前情況。

（4）我們系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警，還能使用戶進(jìn)行遠(yuǎn)程查詢。實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息的雙向交互。

圖3 ?比賽現(xiàn)場(chǎng)團(tuán)體獲獎(jiǎng)風(fēng)采照