基于ARM9和3G网络的社区温湿度远程监测系统研究

摘要：为了提高人民居住环境，设计开发了一种基于3G网络和嵌入式系统的远程环境监测系统。实现对温湿度的远程实时监测、存储、历史数据查询和超标报警。介绍了系统的硬件原理与组成和软件设计方案，结合实时数据和图表对系统运行情况进行了说明。

随着人们生活水平的提高，人们对居住环境的要求越来越高，家居环境中尤为受到人们关注的是有害气体的污染、温湿度控制等。研究结果表明：人体最适宜的健康温度为18～24℃，健康湿度为45%～65%RH，在这种环境下人体感觉最舒适。传统的环境监测系统大部分采用的是人工采集或是采用有线监测的方法，人工采集数据，既消耗大量的人力和物力又不能够实时的采集环境监测数据，有时还会给数据采集带来误差。有线监测虽然具有很多优点，但是由于监测点分布广而散，有些监测点既偏远又危险，给有线监测的实现带来非常巨大的困难，同时有线监测需要大量的电话线进行数据传输增加了巨大的成本。随着第三代移动通讯在我国大量普及，以3G网络和嵌入式系统为基础的远程环境监测系统取得了快速发展。监测点采集到的数据通过第三代移动通信传输到监测中心，实施远程实时在线监测，并对采集回来的数据进行汇总、分析和处理。

1 系统结构

远程监测系统如图1所示。该系统主要由远程监测端、数据传输系统和监测中心组成。其中远程监测系统将传感器采集的信息进行处理编码打包并通过3G模块发送到移动网络。数据传输系统由移动网络和Internet网络组成，将远程监测系统采集发送的信息发送到监测中心。监测中心将接收到的信息进行分析、处理、显示并且存入数据库，以备查询统计。

2 硬件设计

2.1 远程监测端

远程监测端主要由数据采集模块、数据处理模块、无线传输模块组成，该系统硬件结构如图2所示。

数据采集模块采用Sensirion公司生产的SHT75温湿度传感器。SHT75属于Sensirion温湿度传感器家族中的插针型封装系列。传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上，输出完全标定的数字信号。传感器采用专利的CMOSens(R)技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14位的A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接，具有品质卓越、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高的优点。

数据处理模块考虑到系统既需要连续长时间地工作，又需要有较强的数据处理能力和支持网络功能的接口，所以选用了低功耗、低成本、接口丰富的ARM9处理器S3C2410，其CPU内核采用的是ARM公司的16/32位ARM920T RISC处理器。S3C2410处理器集成的功能主要有：1.8 V内核供电，3.3 V存储器供电，3.3 V外部I/O供电;外部存储器控制器;LCD控制器提供1通道LCD专用的DMA;8通道10位ADC接口，转换速率最大为500KSPS(Kilo Sample Per Second，千采样点每秒);117位通用的I/O口和24通道的外部中断源;支持NAND Flash的启动装载;带MMU的先进体系结构支持WinCE、EPOC32、Linux。

无线传输模块采用厦门才茂公司生产的CM8350PCDMA20001X EV-DO 3G DTU。该DTU内嵌工业级通讯模块，标准工业规格设计，支持TCP/ UDP/HTTP协议，数据接口为RS232标准接口，实现数据透明传输功能。

2.2 监测中心

监测中心为一台使用代理或拥有公网固定IP地址的PC机，是数据的接收显示端，运行数据接收显示软件，并向采集端发送控制信息。

3 软件设计

依据“远程监测端”和“监控中心”体系，系统软件也分为两部分：远程监测端嵌入式Linux操作系统软件和监测中心软件。远程监测端嵌入式Linux操作系统软件主要完成传感器采集信息的处理、编码和打包，并将系统通过3G DTU接入移动网络，将打包的信息通过网络发送给监测中心。监测中心软件采用Visual C++6.0编程，Visual C++是微软公司开发的局域C/C++的集成开发工具。监测中心软件主要实现接收各远程监测端发送的数据，将解算出的温湿度实时显示，当有超出设定范围的温湿度信号时报警，并将每次接收到的温湿度信息存入数据库，以备查询使用。软件设计流程图如图3所示。

4 实验结果

监控中心显示界面如图4所示，设置端口号，点击连接使系统进入等待远程监测端连接状态，如有监测端请求连接则接收请求并将数据存入数据库。点击列表可以选择要显示的监测单元，通过温湿度上下限设置报警值，当低于下限或高于上限时系统自动报警。历史查询界面如图5所示。选择要显示的时间跟单元，点击确定在列表框显示查询结果，点击返回则返回监测界面。

5 结束语

随着生活水平提高，家居环境的安全性和舒适度，越来越得到人们的重视，该系统可以实现远距离的温湿度实时显示存储、超标报警、提供历史记录查询功能。论文从元器件选择、电路设计、程序设计等几个方面详细介绍了整体设计的原理及过程。本设计综合利用ARM9、传感器、3G网络，数据传输等方面技术，系统地介绍了软硬件的组成和设计方法。