物联网技术噪声及扬尘远程监测系统的软件设计
目前，物联网技术是信息领域中的热门研究之一，可在特殊环境下实现信号的采集、处理、控制和发送。
本文介绍了基于物联网技术噪声及扬尘远程监测系统，以CC2530为核心芯片，采用扬尘传感器、噪声传感器环境参数，并通过无线收发模块、网络协调器、GPRS DTU与上位机通信，从而达到远程实时监测的目的。该传感节点可对监测的数据进行处理比较，并通过控制装置调节环境参数在设定的阈值范围内。上位机界面采用组态王kingview6.55软件编写，实现实时监测和报警功能；采用IAR软件开发平台设计并烧写网关和节点程序，实现测量和控制功能；通过COMWAY无线串口软件设置虚拟串口，实现数据的远程通信功能。
关键词 无线传感网络，远程实时监测，组态王kingview6.55，IAR软件，COMWAY
目 录
1 绪论1
1.1 研究背景和意义1
1.2 环境监测领域的现状及发展趋势2
2 系统方案设计2
2.1 设计要求2
2.2 系统总体结构3
2.3 无线传感器网络节点 3
2.4 CC2530 4
2.5 网关 5
2.6 WG-8010 GPRS DTU 6
2.7 传感器模块及电路引脚定义7
2.8 电源模块 9
3 系统的软件设计9
3.1 总体流程图9
3.2 节点软件设计11
3.3 上位机监测软件设计13
4 软件开发平台与系统测试14
4.1 组态王6.5514
4.2 Comway无线串口软件19
4.3 传感器参数确定21
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4.4 软件调试22
4.5 误差分析26
结 论28
致 谢29
参考文献30
附录A：传感节点整体电路图32
附录B：ZigBee网关原理图32
附录C：研究成果实物图33
绪论
物联网包括无线传感网络、GPRS／3G模块及因特网、RFID、嵌入式系统等构成。Zigbee无线传感网络是一种适用于近距离无线通信的网络，而GPRS模块是一种应用GPRS网络与因特网对接的设备，可以将近距离的数据通信扩展到远程，将二者相结合可以达到优势互补，构成的远程无线监测网络具有任意组网，易扩展，安全可靠的特性。再加上组态王的上位机监测。上位机可以实时显示传感器采集的数据，完成对传感器数据的远程。将上述相结合建立一套灵活的远近程无线监测系统对数据进行远程采集是可以实现的。
无线传感器网络是一个整合多种技术的综合性应用。随着网络信息技术的飞速发展,网络逐渐成为诸多行业领域信息传输不可或缺的一部分。因此，无线网络通信技术正逐渐成为现代信息技术中的一个热门的研究领域,受到广泛关注。
研究背景和意义
物联网是今年来新兴的一个信息技术，在现在的物流技术、自动化、远程监测等领域有很大的实用性，具有非常好的发展前景。
扬尘、噪声的监测方面，环境监测的最终目标是能够实现自动连续监测。由于噪声具有随机性和起伏变化大的特点，以及局部空气流动的不确定性造成的扬尘局部扩散密度的差异性的特点，传统的若干频次和时段监测方法所获取的监测数据实时性、代表性差，花费人力多，对后期的数据分析及管理决策带来干扰；专线监测系统可以满足长期连续、实时监测的需要，但系统灵活性差。与传统相比，无线传输方式的传输介质采用的是电磁波，维护方便且施工更容易，更有利于长期连续监测。
利用无线传感网络能够轻易的实现采集来的数据信息通过无线网络传输。因为在无线传感器节点上都集成有传感、控制、通信和电源等多个模块。同时，这些节点随机分布在目标地各处进行监测，并通过网络通信协议层迅速组建起通信网络，各节点间具有良好的协作能力；基于其能够集成扬尘、噪声传感器，所以可探测实时的、连续的参数；采集到的数据经过处理通过网关，可以接入Internet，从而将接收到的现场数据传输到远程终端。
基于物联网技术噪声及扬尘远程监测系统不仅精度高、功耗低、稳定可靠、经济价值高，而且使用过程中易扩展、方便安装，可以有效克服传统监测系统的各种缺陷，可以实现长期、连续、实时、远程监测。
环境监测领域的现状及发展趋势
国外对噪声的监测开始约早于我国 20 年左右，而大规模的噪声监测工作约早于我国 10 年。扬尘是属于粉尘的一种，现阶段我国关于生产性粉尘的监测和评价已出台部分标准。目前国内对施工扬尘的主要研究方向在于扬尘污染空间扩散规律的研究及基于大量统计数据的统计学模型的建立。国际上也有部分针对施工阶段扬尘排放因子的研究，但并没有形成可以普遍适用的排放因子定量模型。
我国环境监测的最终目标是能够实现自动连续监测，实现监测的实时性 、连续性和准确性，使监测人员可以远程了解监测点的环境情况。随着计算机信息技术的迅猛发展，一些国家在监测技术上的发展已经朝着完全自动化的方向发展。
在目前阶段，WSN 的研究现状主要涉及环境监测、工业过程控制、国家安全、军事等方面。
当前，无线传感网络技术在我国尚处于起步阶段，其中的核心技术仍需进行攻关。主要存在以下几个问题：第一、传感器节点分布数量众多，使得频繁更换电池的问题亟待解决。第二、在无线传感网络中传感器节点如何解决相邻节点采集到的信息具有很大的相似性的问题。第三、无线传感网络是一个动态网络，节点与传感网络是无线连接，当系统运行时，节点随时会因为故障和工作需要等原因，使得故障节点退出网络或新的节点加入网络， 因此它具有动态拓扑组织功能。针对以上问题，无线传感器网络在环境监测领域的发展将关注WSN与互联网络协议的互联与融合问题，随着环境数据信息采集要求的提高，开发多种新型的传感器，实现精确传感器节点的定位，加强网络安全等问题的解决也是刻不容缓。
今年3月，国家政府工作报告制定了“互联网+”行动计划，推动物联网等于现代制造业结合，促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展，引导互联网企业拓展国际市场。
2 系统方案设计
2．1 设计要求
（1）采用单片机技术、无线传输技术、传感器技术，设计一种集成噪声和扬尘测量的智能无线传感器节点，通过GPRS技术实现噪声和扬尘的远程测量。
（2）将传感器的监测值与阈值的上限进行比较，如果超出警戒值则进行报警。
（3）采集的数据既可通过Zigbee网关直接上传到上位机，实现数据的近程传输的功能；也可在Zigbee网关基础上加上GPRS DTU设备，构成Zigbee-GPRS DTU网关，通过Internet传输到上位机,实现数据的远程传输功能。
（4）上位机监测上传的数据，如果数据超出阈值范围，就会发出报警声并显示相应报警的传感器节点，提醒监测人员。
2．2 系统总体结构
本系统主要由监测节点（负责扬尘、噪声数据的采集，当数据超出阈值可启动相应的调节设备）、Zigbee网关（实现近程数据传输）、Zigbee-GPRS网关 (实现远距离传输)和上位机监测中心（对上传的数据进行数据融合并直观显示数据）等几部分组成。基于物联网技术噪声及扬尘远程监测系统完全能够满足对扬尘、噪声的实时监测要求。同时，由于安装无线传感器网络时节点位置可灵活控制，又利用太阳能电池，可对节点进行充电，当电池电量低时，又可对其进行更换电池，从而可以保证整个网络系统长时间工作无障碍工作。网络结构图如图2.1 所示。
1 绪论1
1.1 研究背景和意义1
1.2 环境监测领域的现状及发展趋势2
2 系统方案设计2
2.1 设计要求2
2.2 系统总体结构3
2.3 无线传感器网络节点 3
2.4 CC2530 4
2.5 网关 5
2.6 WG-8010 GPRS DTU 6
2.7 传感器模块及电路引脚定义7
2.8 电源模块 9
3 系统的软件设计9
3.1 总体流程图9
3.2 节点软件设计11
3.3 上位机监测软件设计13
4 软件开发平台与系统测试14
4.1 组态王6.5514
4.2 Comway无线串口软件19
4.3 传感器参数确定21
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
4.4 软件调试22
4.5 误差分析26
结 论28
致 谢29
参考文献30
附录A：传感节点整体电路图32
附录B：ZigBee网关原理图32
附录C：研究成果实物图33
绪论
物联网包括无线传感网络、GPRS／3G模块及因特网、RFID、嵌入式系统等构成。Zigbee无线传感网络是一种适用于近距离无线通信的网络，而GPRS模块是一种应用GPRS网络与因特网对接的设备，可以将近距离的数据通信扩展到远程，将二者相结合可以达到优势互补，构成的远程无线监测网络具有任意组网，易扩展，安全可靠的特性。再加上组态王的上位机监测。上位机可以实时显示传感器采集的数据，完成对传感器数据的远程。将上述相结合建立一套灵活的远近程无线监测系统对数据进行远程采集是可以实现的。
无线传感器网络是一个整合多种技术的综合性应用。随着网络信息技术的飞速发展,网络逐渐成为诸多行业领域信息传输不可或缺的一部分。因此，无线网络通信技术正逐渐成为现代信息技术中的一个热门的研究领域,受到广泛关注。
研究背景和意义
物联网是今年来新兴的一个信息技术，在现在的物流技术、自动化、远程监测等领域有很大的实用性，具有非常好的发展前景。
扬尘、噪声的监测方面，环境监测的最终目标是能够实现自动连续监测。由于噪声具有随机性和起伏变化大的特点，以及局部空气流动的不确定性造成的扬尘局部扩散密度的差异性的特点，传统的若干频次和时段监测方法所获取的监测数据实时性、代表性差，花费人力多，对后期的数据分析及管理决策带来干扰；专线监测系统可以满足长期连续、实时监测的需要，但系统灵活性差。与传统相比，无线传输方式的传输介质采用的是电磁波，维护方便且施工更容易，更有利于长期连续监测。
利用无线传感网络能够轻易的实现采集来的数据信息通过无线网络传输。因为在无线传感器节点上都集成有传感、控制、通信和电源等多个模块。同时，这些节点随机分布在目标地各处进行监测，并通过网络通信协议层迅速组建起通信网络，各节点间具有良好的协作能力；基于其能够集成扬尘、噪声传感器，所以可探测实时的、连续的参数；采集到的数据经过处理通过网关，可以接入Internet，从而将接收到的现场数据传输到远程终端。
基于物联网技术噪声及扬尘远程监测系统不仅精度高、功耗低、稳定可靠、经济价值高，而且使用过程中易扩展、方便安装，可以有效克服传统监测系统的各种缺陷，可以实现长期、连续、实时、远程监测。
环境监测领域的现状及发展趋势
国外对噪声的监测开始约早于我国 20 年左右，而大规模的噪声监测工作约早于我国 10 年。扬尘是属于粉尘的一种，现阶段我国关于生产性粉尘的监测和评价已出台部分标准。目前国内对施工扬尘的主要研究方向在于扬尘污染空间扩散规律的研究及基于大量统计数据的统计学模型的建立。国际上也有部分针对施工阶段扬尘排放因子的研究，但并没有形成可以普遍适用的排放因子定量模型。
我国环境监测的最终目标是能够实现自动连续监测，实现监测的实时性 、连续性和准确性，使监测人员可以远程了解监测点的环境情况。随着计算机信息技术的迅猛发展，一些国家在监测技术上的发展已经朝着完全自动化的方向发展。
在目前阶段，WSN 的研究现状主要涉及环境监测、工业过程控制、国家安全、军事等方面。
当前，无线传感网络技术在我国尚处于起步阶段，其中的核心技术仍需进行攻关。主要存在以下几个问题：第一、传感器节点分布数量众多，使得频繁更换电池的问题亟待解决。第二、在无线传感网络中传感器节点如何解决相邻节点采集到的信息具有很大的相似性的问题。第三、无线传感网络是一个动态网络，节点与传感网络是无线连接，当系统运行时，节点随时会因为故障和工作需要等原因，使得故障节点退出网络或新的节点加入网络， 因此它具有动态拓扑组织功能。针对以上问题，无线传感器网络在环境监测领域的发展将关注WSN与互联网络协议的互联与融合问题，随着环境数据信息采集要求的提高，开发多种新型的传感器，实现精确传感器节点的定位，加强网络安全等问题的解决也是刻不容缓。
今年3月，国家政府工作报告制定了“互联网+”行动计划，推动物联网等于现代制造业结合，促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展，引导互联网企业拓展国际市场。
2 系统方案设计
2．1 设计要求
（1）采用单片机技术、无线传输技术、传感器技术，设计一种集成噪声和扬尘测量的智能无线传感器节点，通过GPRS技术实现噪声和扬尘的远程测量。
（2）将传感器的监测值与阈值的上限进行比较，如果超出警戒值则进行报警。
（3）采集的数据既可通过Zigbee网关直接上传到上位机，实现数据的近程传输的功能；也可在Zigbee网关基础上加上GPRS DTU设备，构成Zigbee-GPRS DTU网关，通过Internet传输到上位机,实现数据的远程传输功能。
（4）上位机监测上传的数据，如果数据超出阈值范围，就会发出报警声并显示相应报警的传感器节点，提醒监测人员。
2．2 系统总体结构
本系统主要由监测节点（负责扬尘、噪声数据的采集，当数据超出阈值可启动相应的调节设备）、Zigbee网关（实现近程数据传输）、Zigbee-GPRS网关 (实现远距离传输)和上位机监测中心（对上传的数据进行数据融合并直观显示数据）等几部分组成。基于物联网技术噪声及扬尘远程监测系统完全能够满足对扬尘、噪声的实时监测要求。同时，由于安装无线传感器网络时节点位置可灵活控制，又利用太阳能电池，可对节点进行充电，当电池电量低时，又可对其进行更换电池，从而可以保证整个网络系统长时间工作无障碍工作。网络结构图如图2.1 所示。
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