基于物联网的环境监测仪的设计与实现

引言

21世纪是科技信息的时代，物联网技术的兴起与应用对 各行各业的发展带来了新的机遇。在社会的发展过程中，由 于环境的污染和破坏，自然灾害不断发生，为了保证人们的生 命财产安全,开发环境监测仪的意义显得越来越重要。基于此, 本文主要对环境监测仪进行设计与实现。

1监测仪的系统结构

本环境监测仪主要以实现温度、湿度、光强、有毒气体 等环境参数的监测，同时为了给用户提供更大的方便，还采用 了 GSM直接面向用户手机，通过无线传输平台，实现远程监控。

以传感器为主要的检测部件，按照设计的程序进行检测 以达到控制、分析、计数和数据显示等功能。借助微处理器 和计算机之间的串行通信完成人机交换控制。

环境监测仪主要由数据采集模块、主控模块、GSM模块、 显示模块、电源部分、串口通信部分、晶体振荡器部分等组成, 其系统主要结构如图1所示。

图1中,主控模块采用HOLTEK MCU作为中央微处理器, 整合外围模块，构成最小系统，最终完成一些环境参数的监 测功能。

GSM模块主要作为主控模块的报警通道，同时也是用户远程控制的通道，负责信息的接收与传送。

液晶显示模块用于显示模块工作状态及数据，主要用于 测试系统和安装系统以及演示时使用。

传感器模块负责环境数据采集并传到控制器进行处理。

2主控模块功能介绍

HT46RU232是8位高性能精简指令集微处理器，专门为 需要A/D转换产品而设计，如传感器信号输入、低功耗、1/ O使用灵活、可编程分频器、计数器、振荡类型选择、多通 道A/D转换、脉宽调制功能、I2C接口、UART总线、暂停 和唤醒功能，使这款微处理器可以广泛应用于传感器的A/D 转换、马达控制、工业控制、消费类产品、子系统控制器等。 HT46RU232的内部结构如图2所示。

图2 HT46RU232内部结构

HT46RU232的主要特性如下：

工 作电压：Fsys=4 MHz : 2.2 〜5.5 V, FSYS=8 MHz : 3〜5.5 V ；最多可有40个双向输入/输出口 ； 1个与输入/输 出口共用引脚的外部中断输入；1个8位和2个16位可编程定 时/计数器，具有溢出中断；内置晶体和RC振荡电路；看门 狗定时器;4 096X16 b程序存储器ROM ； 192X8 b数据存储 器RAM ；具有PFD功能，可用于发声；HALT和唤醒功能 可降低功耗；在VDD=5 V,系统频率为8 MHz时，指令周期 为0.5卜；8层硬件堆栈；8通道12位分辨率的A/D转换器； 4通道8位的PWM输出，与输入/输出口共用引脚；位操作 指令查表指令，表格内容字长16 b ； 63条指令；指令执行时 间为1或2个指令周期;低电压复位功能I2C总线(slave模式)； 通用异步接收 / 发送器(UART) ；28-pin SKDIP/SOP、48-pin SSOP封装。

3硬件设计

3.1串口通信模块设计

串口通信模块电路采用了异步串行通信芯片MAX232, 与HT46RU232的串行接口连接，通过串口传输数据，速度比 较快，距离也较远，能够很好地满足系统功能要求。电路连 接架构如图3所示。

3.2显示模块设计

本环境监测仪的显示模块选择的是液晶显示，在显示屏 上可以显示温度、湿度、光强监测、有毒气体等环境参数的 监测结果。电路连接架构如图4所示。

3.3无线发射模块设计

无线发射模块采用FSK半双工工作方式，自动过滤噪声 具有自动避让功能，避免同频率同时发送而干扰，类似载波 侦听，工作稳定可靠。模块的传输距离与调制信号频率及幅 度、发射电压及电池容量、发射天线、接收机的灵敏度、收发 环境等有关。发射模块设计在主板边缘，距离周围器件5 mm 以上，使其分布参数不受影响。

3.4电源模块的设计

对主控板电源的分析与统计,核心控制模块需要电压5 V、3.3 V、1.8 V、1.5 V，标准运行模式下系统功耗为6.61 W。电 源部分的设计采用二级分压模式。为避免不同功能模块间的 相互干扰，各个模块的二级电压采用单独电源模块生成。一 级电源转换采用DC-DC模块实现，即Emerson公司提供的 ALD10F48N-L电源模块，该模块的输入电源电压为一48 V， 输出电源电压为3.3 V，输出电流为10 A，输出功率高达33 W， 典型转换效率高达90%，完全能够满足主控板功率需求。

4结语

本文介绍了基于HOLTEK MCU作为中央微处理器的环 境监测仪的硬件设计，着重阐述了主控模块的功能与设计方 案及电源部分设计思想。该设计实现了主控模块的基本功能 要求，并详细考虑各种硬件需求，使系统更加稳定，便于升级。

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