时间：2022-10-06 01:24:10
序论：在您撰写无线环境监测时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
一、系统方案设计
（一）设计任务
设计并制作一套无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测与采集。该装置由 1 个监测终端和不多于255个探测节点组成（实际制作2个）。每个装置由无线收发信机，耦合线圈（天线），传感器，信息处理器，显示器等多个模 块构成，实现监测终端对不同探测节点周边环境信息的探测与采集。命题所要求系统具体的性能与术指标：实现无线数据通信；探测节点可预置编码，并不多于255个；温度测量范围0℃～100℃，绝对误差小于2℃；探测有无光照；探测时延小于5s；监测终端与探测节点通信距离不小于10cm，增加节点转发功能，通信距离不小于50cm；尽量降低整套装置的功耗。
（二）方案论证与选择
1.调制解调方式
数字通信中常用的调制方式有ASK，FSK，PSK等。由于探测节点由电池供电，而FSK或PSK调制解调方式需要的供电电压和功耗较高，所以我们选用功耗低且易于实现ASK调制解调方式。
2.载波频率
对耦合线圈作为天线传递信息进行计算与分析，在发射功率一定的情况下，载频越高，天线指向性越强，则接收信号质量越好。受限于命题载波频率小于30MHz 的要求，最终将载波频率定为12MHz，由晶体振荡器产生。
3.功放的选择
由于探测节点的低电压供电要求使得功率放大在使用普通元件时变得相对困难，经测试，非门振荡器所产生的信号，经模拟电路处理，接50Ω负载最低幅值达1.65V（6.4mW），可以直接接到天线发射，无需再加功放电路。
4.单片机选型
监测终端：监测终端可以采用5v电源供电，因此可以选用5V电源的单片机，我们采用了AT89S52单片机，AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash 存储器。AT89S52单片机具有编程容易，兼容性强等优点，出于AT89S52单片机是我们了解的比较深入，同时也是我们使用的比较多的单片机，所以我们选择AT89S52做我们监测终端的处理器。
探测节点：探测节点是由两节电池3V供电，单片机必须选择更低电压的。在作品中，我们选择了STC12LE5A16S2。STC12LE5A16S2是一种更低功耗，与51系列单片机兼容的微处理器。
（三）系统方案框图
对每一个探测节点和检测终端都制作同样的收发信机，其结构示意图如图1所示。
数据发射：单片机串口发数据，经晶体ASK调制发射机将数据进行调制，再通过天线匹配网络，最终将信号经耦合线圈发送出。
数据接收：耦合线圈接收射频信号，经选频进入接收机混频，然后差频出一个5M的中频信号，再通过接收机内的ASK解调电路将信号解调出来。输出基带信号，再经模拟信号处理获得数字信息。
二、理论分析计算与电路设计
（一）发射部分
1. 耦合天线
天线线圈等效电路如图2所示，其中LANT表示线圈电感量，RANT表示线圈的等效电阻，CANT表示线圈的分布电容。
根据要求实际制作的线圈，用LCR电桥测量的结果为：LANT=1.5UH，RANT=25mΩ，CANT=7.5pF。天线的品质因数是天线正确调谐和所获得性能的一个重要特性，所制线圈的品质因数Q=ωR*LANT/RANT=10178.8。而根据线圈的几何形状，Q的值通常在50到100之间。要进行正确的数据传输这个值还要减少，由于带宽B=Fr/Q，以及时间与带宽乘积规定B*T≥1，得出Q≤fR*T。由于元件的容差和对温度的依靠，Q通常取35，所以要降低原始Q因数。须串入一个外部电阻REXT=ωRLANT/35-RANT=7.24Ω。采用图2所示的电路图将天线匹配到50Ω。
2.发射机
系统发射采用ASK调制方式。系统采用非门振荡器产生27MHz载频信号，运用或非门数字器件实现符合逻辑要求的ASK已调信号。发射功率大于等于6.5mW（50Ω假负载）。发射机硬件实现电路如图4所示。考虑到功耗问题以及逻辑电路稳定工作，发射机在发送数据之前10ms启动晶体振荡，然后调制基带信号。
1. 3839a接收机
3839A接收机电路如图5所示。3839A是一款低电压供电，带有高速接收信号强度指示（RSSI）输出的 FM 接收机芯片，分析其内部结构框图。射频信号进入3839A与本振混频得到中频，然后经中频滤波器，进入中频放大器，再次对中频滤波，然后经中频限幅放大器输出，而3839A芯片内部的快速 RSSI（100kHz）根据中频放大器和中频限幅放大器获取RSSI信号。由于该套通信系统所建立的信道是ASK信道，则可以根据该芯片的RSSI轻松实现ASK信号的解调。RSSI的转换速率可轻松满足系统的最高通信速率。
2.解调信号处理
接收机解调信号处理电路如图6所示。信号解调后经过一级同相放大，放大后经过一级电压比较器输出到单片机处理。解调后的信号很微弱不足以直接送给单片机处理，同相放大是为了满足我们对信号电压的要求。信号在放大后，经过一级比较器，将解调信号转换为数字信号。
（三）传感器
1.光电传感器
图7光照判断
有光照时，光电二极管导通，26脚为低电平，没光照时，光电二极管截止，26脚为高电平，设置合适的门限电压，单片机通过判断26脚的电平高低判别有无光照信息。
2.温度传感器
采用低电压供电SPI总线的数字温度传感器DS18B20，该温度传感器最大绝对误差小于2℃，满足命题要求。
（四）信号处理
1.终端
终端电路包括一个单片机最小系统、显示电路、LED指示电路。单片机首先发出搜索信号去搜索探测节点，探测节点接收到信号后，发回一个应答信号给终端，然后再发数据。终端通过串口接收把数据接收进来进行处理，处理的信息包括光照信息和温度信息，温度信息通过1602LCD显示出来，光照信息通过LED2、LED3的亮灭来指示。LED2亮表示探测节点A有光照信息，LED2不亮表示探测节点A没有光照信息。LED3亮表示探测节点B有光照信息，LED3不亮表示探测节点B没有光照信息。
2.探测节点
探测节点信号处理电路就是一个单片机最小系统电路，光电传感器电路和温度传感器电路得到光照信息和温度信息后送到单片机处理，光照信号和温度信号在数字编码后通过串行口进行发送。
三、系统软件设计
系统软件设计包括两个部分，一个是软件编解码的码型设计，一个是无线通信协议的设计。
1.码型设计
方案一，采用高低电平的占空比不同表示“1”与“0”。设置传输一位码元的周期为固定值，即传输波特率固定。定义“1”为800us高电平与200us低电平，占空比为4/5。定义“0”为200us低电平与800us高电平，占空比为1/5。一帧数据以“引导码+数据”的方式发送。此方案在大多数有线通信中被采用，但考虑到无线通信过程中噪声干扰的不确定性。长时间的高电平或低电平都很容易产生毛刺导致误码。而且编码中有长时间的低电平或高电平，硬件电路的不易实现整形和解调。所以编码不采用此设计方案。
方案二，采用占空比相同而周期不同的形式表示“1”与“0”。一个码元用占空比为1、2的形式表示。定义数据“1”表示为周期等于1ms，数据“0”表示为周期等于2ms。引导码为2个字节的AAH。种编码方式和数据帧的定义，可以避免长“1”或长“0”时出现长时间的高电平或低电平，增加了码元通信的可靠性。同时，这种编码方式可以获得有效的同步信号，即使在传输40Bit（本装置设计发送一帧数为5个字节，即40Bit）的长串数据的情况下，仍能有效的控制通信过程的同步要求。
从软件编程的思路和降低编解码的误码率的角度考虑，我们采用了方案二，即以1KHz的频率表示数据“1”，周期为1ms。以500Hz的频率表示数据“0”，周期为2ms。占空比均为1/2。在码型确定下来之后，又确定以两个字节的AAH作为一帧数据的同步头。这种编码方式和数据帧的定义，可以避免长“1”或长“0”时出现长时间的高电平或低电平，增加了码元通信的可靠性。同时，这种编码方式可以获得有效的同步信号，即使在传输40Bit（本装置设计发送一帧数为5个字节，即40Bit）的长串数据的情况下，仍能有效的控制通信过程的同步要求。
2.通信协议
根据本无线环境监测系统的功能，设计通信协议为：发送一帧数据包括“引导码+ID码+数据+命令”，共5个字节。其中引导码占用两个字节，地址码1个字节，数据码和命令码两个字节。8BitID码可以识别256个不同的探测节点，能够满足系统需要。数据码用来传输8Bit的数据，其中b0-b6用来表示温度信息，b7用来表示光照的有无。命令码用于实现组网通信的协议要求。规定：
关键词：环境监测；实时监控；无线通信；接力传输
无人值守综合监控系统可在比较复杂环境中实现无人值守检测，集中式管理与分布式监控远程设备。对于无线远程实施监控系统来讲，在系统内充分运用了诸多先进技术，如无线通信技术、现代传感技术及环境测试技术等，可将其大致划分为三部分，即以Web为基础的数据与分析模块、服务器端接收存储模块及终端采集发送模块。本文基于MSP430探讨环境监测系统的设计路径。
1.系统分析与模块介绍
1.1系统总体设计
无线环境监测系统设计中，选用节点寻址技术，实施多节点通信。手机无线通信距离外的各节点数据，乃是无线实时检测系统所需解决的关键问题，也就是监控终端采用切实办法对无线通信距离之外的探测节点数据进行实时收集，有别于其它类型的预设路由的接力数据传输方式，对于覆盖区域相应拓展问题给予了有效解决，在运行中，监控终端始终均为主控，能够收集制定区域框架内各探测节点的实时数据，而对于特殊情况，针对所接收到的远端请求，能以被动的方式来接受，若在节点发生紧急情况，能够及时作出处理。而对于探测节点，其处从属地位，监控终端对其实施控制，在紧急状况下，可调整至主动发送，保证能够及时上报可能出现的环境污染因子。
1.2系统硬件设计
1.2.1硬件设计思路
无论是探测模块还是监控模块，均需由MCU实现，本文均选用MSP430F1611单片机（TI公司），将其当作控制器，对于MSP系列单片机来讲，其实际就是功耗超低、拥有精简指令集且为16位的混合型单片机，其具有比较底的功耗消耗，此点对于本系统设计，对于本次设计尤为重要。对于环境监测模块而言，可监测二氧化硫、氮氧化物、PM2.5、VOCs等信息，而对于其它类环境信息的测量，在本系统中快速植入。定点采集及轮询等方式，各节点实现有序通信，而通过运用预设路由的接力数据传输方式，能够较好的且系统化的解决覆盖范围拓展问题，对于监控终端，还有屏显与键盘功能，本文选用128×64液晶屏显及4×4按钮键盘。
1.2.2无线通信模块
对于环境监测数据，其实为静态信息，具有相对不高的数据传输速度要求，在对无线通信模块进行设计时，则可将nkF24L01数字无线收发器作为优选。此接收器其实为一款低成本无线收发器，即为工业级内置硬件链路层协议。此器件于2.4GHz工作，在ISM频段全球开放，内部设置有多种功能模块，如调制器、晶体振荡器、功率放大器及频率合成器等，并且其中还内置有ShockBurst技术（增强型），另外，可通过程度配置方式，确定通信频道与输出功率。可直接连接于单片机I/O，具有较少的外界元件。nRY24L01在功耗方面比较低，若将发生功率{整至-6dBm，则工作电流便会维持在8mA：若处于接收状态，电流则维持在12.2mA，通过各种低功率工作模式的运用，可更好的开展节能设计。
1.2.3监控模块
对于监控模块，对于其核心处理器的选用，通常以MSP430F1611单片机为基础，实际就是功耗超低、拥有精简指令集且为16位的混合型单片机。监控模块当中的液晶显示与键盘，能够操作各种菜单功能，另外，还可进行数据与信息的实时查询。在内容上，还包含有基于本地环境的监测模块，类似一节点。
1.2.4环境监测模块
环境监测模块的核心处理器也采用的是MSP430F1611单片机，能够测量二氧化硫、二氧化氮和臭氧等。在检测二氧化硫、二氧化氮和臭氧时，分别选用紫外荧光传感器、化学发光传感器和紫外吸收传感器，测量范围为0-500ppb，通过与SPI形成兼容效应，用微型SOT23-6来封装。通常情况下，化学发光法传感器测量范围为0-500ppb。
2.系统功能设计
2.1轮询模式
先选择“数据采集”，从中找出“轮询模式”，然后进至此模式，对于其中各个节点，需逐个访问，针对各节点的执行，需要做到与定点采集模式相同，首先从节点1进行定点采集之后以自动的方式在，在需要访问的后续地址上加一，也就是节点2，以此方式类推，直至最后节点。最后屏显所测数据，以便清晰观察分析。探测时，如若在等待时间上超出终端，便会向下节点自动跳转，并继续进行访问，在终端数据上予以显示，从中便可查知此节点所存在的故障，所以，此模式能够对各及诶单正常工作与否进行检测。
2.2自动接收
对于自动接收模式而言，其能够将监控模块，时刻控制在等待接收状态，各探测节点依据实现设定好的顺序，将环境数据信息定时发送。为不出现冲突，即大于2个节点同时进行数据发送，当进至自动接收模式时，监控模块会将一个启动时钟发送至全部探测节点，将其为基准，各个探测点延时后，会将环境数据信息自动发送。
3.环境监测系统覆盖范围扩展
本文所设计的无线传输模块，主要将nRY24L01芯片作为其核心，其工作状态，满足于各种低功率要求，能够有效开展节能设计。但低功耗也存有些许问题，比如在传输距离方面相对有限，通常情况下，维持在～100m，针对此监测系统来讲，其覆盖范围为100m，因此，此状况会对环境监测系统的效用，产生某种趋向范畴内的严重制约。而在接力数据传输方式方面，如若选用预设路由，便能将覆盖不足的缺陷给予有效解决。对于此种传输方式，能够为把处于远端，并且不在监控范围之内的各节点，结合上级节点相应指定，与监控模块间形成数据传输。由于环境监测系统，在环境数据量方面比较少，因此，也就具有比较小的无线通信数据量，而运用此方式，不会由于节点的增加，而造成通信阻塞状况。
关键词：STM32；空气质量检测；甲醛；WiFi
中图分类号：TP212.9
文献标识码：A文章编号：16749944（2017）8012502
1引言
近些年来，空气污染问题日益严重，室内有害气体污染状况不容乐观，引起室内空气污染的物质多种多样，最普遍的当属甲醛。国内现有气w检测设备研发起步较晚，稳定性不足，通信能力差。因此研发一款具有无线传输功能的气体检测设备是极其重要的。
设计并研发了基于STM32的无线环境监测系统，仪器核心为STM32微处理器，运用甲醛传感器实时采集室内甲醛浓度信号，将数据显示在液晶屏，同时又具有远程监测功能。
2系统总体设计
采用高精度甲醛传感器进行系统前端信号采集，将甲醛浓度物理信号转换为电信号传输给微处理器控制部分进行处理和运算，在液晶显示屏上显示室内甲醛实时浓度数值。另一方面，用户可通过智能手机等无线设备向WIFI模块发送指令，单片机接收指令后再做出相应操作，可实现远程监控。系统总体架构框图如图1所示。
3系统硬件设计
开发的硬件主要包括：微处理器最小系统、电源供电模块、中文液晶显示屏、甲醛采集模块、温湿度采集模块、WIFI模块、蜂鸣报警模块等。硬件架构如图2所示。
本系统采用ST公司出品的STM32F103C8T6微处理器，具有低功耗、最大集成度、结构简单、处理速度快、性价比高等优点。其最小系统的电路原理图如图3所示。
甲醛传感器采用的型号是MS1100-P111VOC，该型号传感器具有灵敏度高、准确度高等优点，是一种进口的半导体式传感器。具体电路图如图4所示。
温湿度传感器采用的型号是DHT11，该传感器电路简单、稳定性好、功耗很小，可以自动休眠，具体电路图如图5所示。
显示屏采用Usart-GPU串口液晶屏，由于价格低
廉，受到广大用户喜爱，无需转编号，支持直接汉字驱动、真彩图形显示。显示屏与STM32微处理器的接口原理图如图6所示。
4系统软件设计
本系统采用模块化和层次化的设计方法，使用C语言进行代码编写。基于软件模块化开发和设计，编写了STM32硬件初始化模块、甲醛传感器采集模块、温湿度传感器采集模块、Usart-GPU串口液晶显示模块、蜂鸣报警模块等的驱动程序。软件流程图如图7所示。
该系统样机软硬件已经设计制作完毕，同时进行了设备的测试，结果显示该系统可以完成甲醛浓度、温湿度采集，液晶显示屏实时显示当前室内空气质量情况。如果甲醛浓度超标，蜂鸣器则发出声音告警信息，提示用户。该系统实物照片如图8所示。
5结语
研制和开发了基于STM32的无线环境监测系统，采用甲醛传感器、温湿度传感器进行信号采集，并将甲醛的浓度值、温湿度值实时显示在液晶显示屏上，可以通过WiFi无线网络技术将监测结果发送到移动设备上，实现了远程监测。如果空气中甲醛超过国家标准安全阈值，系统会立刻进行蜂鸣报警，以实现对室内空气污染物实时监测和预警。测试结果证明，所有功能能够完整地实现，可靠性高，该系统具有良好的应用前景。
参考文献：
[1]
徐科军.传感器与检测技术[J].北京：电子工业出版社，2011：202～260.
[2]陈启军，余有灵.嵌入式系统及其应用[J].上海：同济大学出版社，2011：20～23.
关键词：无线环境监测 模拟装置 探讨
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0192-01
1 方案设计与论证
1.1 无线收发模块
（1）方案比较：方案一：采用编解码集成电路PT2262/2272，其为CMOS工艺制造，具有低功耗、外部元器件少，工作电压范围宽：2.6～15v等特点，应用于车辆防盗系统、家庭防盗系统、遥控玩具、其他电器遥控等方面。方案二：采用XEMICS公司推出的CMOS超低功率传输器、单片无线收发芯片XE1209，其适用于小范围低频、音频资料传输系统，可以实现2次连续相位频率位移键控调制（FSK）。方案三：以MELEXIS公司的单片射频收发芯片TH7122作为主要芯片，其工作频率范围在27MHz～930MHz，具有很宽的调谐范围。可以工作在4种不同的状态下：待机状态、发送状态、接收状态和空闲状态。（2）方案确定：综合分析以上三种方案的优缺点，方案三具有更大的优越性、灵活性，因此我们采用方案三作为具体实施的方案。
1.2 处理器比较与选择
由于本系统中的两个探测点采用两节1.5V干电池供电，并要求尽量降低各探测节点的功耗，因此采用一般的C51单片机并不满足要求。而ARM微控制器STM32系列虽然具有丰富的资源、强大的功能与低功耗等特点，但是其性价比相对来说比较高，整机电路也比较复杂，故也不选取。因此在保证满足要求的前提下，我们选择了适合于许多要求高集成度、低成本的P89LPC922微控制器，其集成了许多系统级的功能，大大减少了元件的数目并降低系统的成本。
1.3 显示器比较与选择
（1）方案比较。方案一：采用DM-162液晶显示模块，具有低功耗、模块结构紧凑、轻巧、装配容易等特点，但是其界面比较小，不能达到比较好显示的效果。方案二：采用汉字图形点阵液晶显示模块RT12864M，可显示的内容非常丰富，但是其功耗相对高于NOKIA 5110。方案三：采用NOKIA5110手机液晶，其驱动采用低功耗的CMOS LCD控制驱动器PCD8544，所有的显示功能集成在一块芯片上，所需外部元件很少且功耗小。（2）方案确定。综合以上分析，从功耗与性价比的角度来考虑，我们选择方案三作为显示模块。（3）信道调制方式。由于无线收发芯片已经确定使用了单片射频收发芯片TH7122，其在发射模式下产生载波频率，可以采用FSK/ASK/FM三种调制方式，但是在本系统中我们固定了载波频率为27MHz，再综合这三种调制方式的特点，另外FSK对鉴频器的参数非常高，对调试不是很方便，因此在这里采用ASK调制方式作为具体实现的方案。（4）总体方案根据以上分析与论证，我们确定了总体设计方案：监测终端硬件以P89LPC922为主控制器，以液晶5110、无线收发模块为受控模块。探测点也以P89LPC922为主控制器，以无线收发模块、光电传感器与温度传感器为受控模块。（如图1）
2 系统测试及数据分析
2.1 测试仪器及设备
（1）UT30D数字万用表。（2）SS-7802 20M数字示波器。
2.2 测试方法及数据
（1）测试方法。1）分模块进行测试：对探测节点的光照检测进行测试，验证它是否能正常工作；对探测节点的温度检测进行测试，验证它是否能正常工作；对无线通信模块进行测试，验证是否能正常通信。2）保证各模块正常工作之后，再进行整机测试。（2）数据记录。直接对单个光敏电阻进行光照变化时的阻值测量，记录数据如下：（如表1）
2.3 数据分析
以上对光敏电阻阻值的测量，由于光敏电阻本身的特性与操作方法的原因，所记录的数据只是针对于某个特定情况之下，其实光敏电阻的阻值是随光照强度的变化而变化的。
3 结语
本系统主要由P89LPC922微控制器、单片射频收发芯片TH7122、低耗电数字温度传感器TMP102等构成，很好地实现了外部环境的监测：光照与温度，并且性能比较好。很有市场前途。
参考文献
[1]高吉祥，主编.高频电子线路设计.北京：电子工业出版社，2007年.
关键词：无线环境监测模拟装置设计
0 引言
在很多情况下，监控中心都需要对周边及关键位置的环境信息（如温度、照度、湿度等）进行监测和处理。各探测点信息采用有线传输是一种可靠的方法，但受建筑物装修要求和环境障碍等因素限制，不宜采用有线方式传输时，使用无线方式传输无疑是一种经济适用的选择。本装置要求能在5秒钟内完成对255个探测节点环境温度和光照信息的无线探测，并自动巡回或手动选择显示相关环境信息。
1 系统方案设计
根据设计要求，为便于对周边多点环信息进行探测，实现监测终端与各探测节点之间信息的无线传输，本装置由探测节点分机和监测终端两大部分组成。探测节点分机由单片机、温度检测电路、照度检测电路、无线发射电路和接收电路等组成；监测终端由单片机、无线发射电路、无线接收电路和显示电路等组成。系统结构如图1所示。各探测节点分机完成对环境温度和照度信息的采集与处理，并适时向监测终端和邻近检测节点发送信息；监测终端完成探测命令的、探测信息的处理、存储与显示。
1.1 信息传送与转发方案 为防止某个探测节点在上传信息时发生碰撞，系统采用“时分复用”信道的通信方式。约定每个节点必须在规定的时隙ΔT内完成信息发送。某个节点接收到监测终端发来的“探测命令”时，或接收到邻近节点转来的第一个“探测命令”时。启动定时，定时时间到便开始发送信息。定时时长根据每个节点地址不同或是否能直接接收终端“探测命令”为依据决定。
当监测终端需要探测环境温度和照度信息时，便以广播通信方式向各个探测节点“探测命令”。能直接接收终端“探测命令”的节点同时启动定时，某个探测节点定时时间到，便开始向终端和邻近节点发送信息（含地址、温度和照度信息）。终端将信息接收下来送单片机存储、处理；不能直接接收“探测命令”的节点（如地址序号为j的节点），在接到第一个邻近节点（如地址序号为i的节点）发出的信息时，便认为收到了“间接探测命令”，于是开始启动定时。由于每转发一个节点信息需要两个ΔT，因此转发节点j的定时时长
T=（256-i+2j）ΔT。
定时时间到，便发送含有i节点地址、j节点地址与环境数据的信息。此时，若i节点收到j节点发出的含有本节点（i节点）地址的信息，表明j节点需要本节点转发信息；若i节点收到的j节点信息中不含有本节点（i节点）地址的信息，表明j节点不需要本节点转发信息。
1.2 信息处理与显示方案 由于要求在5秒内完成对255个探测节点环境信息的探测，考虑到最多可能有254个节点的信息需要转发。这样，监测终端对每个节点的探测时间只有几十毫秒，这么短的时间无法实现“即时检测即时显示”，只能将地址信息和环境信息全部接收下来处理后，再根据需要送显示器显示。显示方式有三种选择：一是自动巡回显示，二是手动设定/选择显示，三是报警节点优先显示。
1.3 通信协议
1.3.1 数据包格式 本系统的信令和数据包由同步码WS、功能码FC、数据包长度码SIG、数据包内容DIGI和校验码CHECK五部分组成。数据包格式如下：
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1.3.2 SPL编解码与数据包传输 ①SPL编码与数据包的发送。数据包WS、FC、SIG、DIGI、DHECK的发送是由单片机的通用输出端口从高位到低位串行逐位发送的，发送完WS以后，发真正的信令码FC、SIG、DIGI、DHECK时，将进行SPL编码，按照1变为01，0变为10的原则，FC由原15位变成30位。②SPL解码与数据包的接收。数据包的接收是发送的逆过程，是由单片机的通用接收端串行接收的，当单片机串行接收到WS后，即着手接收已经过SPL编码的FC、SIG、DIGI、DHECK。如果按照011，100的原则进行SPL解码，若出现00或11的情况，认为接收端出错，若出错两次，则信令无效，若只有一次，则暂时按000，111处理，留待下一步校验码纠错。③差错控制编码检错与纠错。差错控制的基本思路是，在发送端根据要传输的数据系列加入多余码元，使原来不相干的变为相干的数据，即编码。传输时将多余码元和信息码元一并传送。接收端根据信息码元和多余码元间的规则进行检验，即译码。根据译码结果进行差错检测。当发现差错时，由译码器自动将错误纠正。这种多余码元就是校验码。
2 电路与程序设计
2.1 发射电路 各探测节点和检测终端的发射电路可采用相同的电路结构。电路一般由脉冲产生电路、脉冲整形电路、调制与发射电路构成。
载波频率的稳定与否是发射电路能否稳定、可靠地工作的关键，本设计采用振晶与高速与非门构成的振荡器来产生稳定的载波信号。
信号的发射是通过线圈耦合的方式实现的，因而射频功放应选择谐振功放。谐振功放有A、B、C、D类，综合考虑电路的复杂程度及效率问题，本设计选用三极管构成的C类放大器对高频信号进行射频功率放大和发射。
常用的数字调制方式主要有ASK、FSK和PSK。相比而言，FSK、PSK电路比较复杂，本设计选择100%ASK调制。100%ASK以100%的能量进行数据传输，保证了信号的较高抗干扰性，解调容易，在一定程度上提高了通信的可靠性。
2.2 接收电路 各探测节点和检测终端的接收电路可采用相同的电路结构。电路主要由混频器、本机振荡器、中频放大器、检波器、低频放大器和脉冲整形电路构成。
混频器的作用是提高接收电路的灵敏度、选择性。如果没有混频电路，接收电路将直接放大接收到的高频信号，将会出现灵敏度低、选择性差的问题。采用混频器后，将高频信号变为固定的中频，故在混频器后设置中频放大器，中频放大器在固定中频上放大信号，放大电路可以设计得最佳，使放大器的增益做得更高且不易自激。本设计中频放大器中设置了一个藕合谐振电路和一个选频网络，以进一步提高接收电路的选择性和抗干扰能力。由于检波出来的信号较弱，须经低频放大以后才能进行比较判决。因此解调电路部分应包括由检波器、低频放大器和脉冲整形电路。解调出来的数据信号送单片机进行处理。
2.3 系统软件设计
2.3.1 监测软件设计 终端单片机节点完成探测命令、探测到的节点信息的处理和显示。当需要探测节点信息时，终端以广播方式发出探测命令，并启动定时，定时时长为512ΔT（ΔT为一个节点上传信息所需时间），确保255节点在转况下都能可靠探测。当探测到节点信息时，将该节点信息进行存储、处理。全部节点的信息都接收下来处理完后，将地址信息、温度信息和光照信息依序送显示器显示。然后再进行下一循环的探测。主要程序流程如图2所示。
2.3.2 节点软件设计 探测节点单片机完成对环境温度、照度信息和电池电压的采集与处理，适时向终端和邻近节点发送信息，并根据临近节点的需要及时向终端转发信息。主要程序流程如图3所示。
3 结束语
本装置为一模拟实验系统，由于各探测节点能够接收和转发邻近节点传来的信息，不仅数据传送可靠，而且通信距离远比点对点大。测试结果表明：该装置能够准确完整地监测和处理各探测节点的环境信息。只要适当增加发射电路的载波频率和发射功率就能增加探测距离和范围，以适应实际应用要求。
参考文献：
[1]谢自美.电子线路综合设计[M].华中科技大学出版社.
关键词：无线传输；环境监测；Zigbee
1 研究背景及意义
近年来新兴了一种性能稳定、传输效果较好的无线数传网络，主要用于传感器间近距离无线通信连接。基于这种无线的传输技术而开发的硬件模块，具有低成本，低功耗，协议简单，安全可靠，自动组网等特点。目前，此项技术已经日趋成熟，并被应用于多种行业。
传统的环境监测的过程一般为接受任务，现场调查和收集资料，监测计划设计，优化布点，样品采集，样品运输和保存，样品的预处理，分析测试，数据处理，综合评价等。同时监测地域的分散性，环境变化过程的缓慢性，监测的时间跨度也很大，所以目前常采取的是周期性的间断监测。传统的监测方法，对突发状态现象调查无法完成，而应用这种无线传输技术的监测平台可以随时不间断的进行监测。
2 基于无线传输的环境监测系统
本文将无线传输技术用于环境监测，搭建环境监测平台，该平台将具备连续性、追踪性的特点，对突发环境事件的研究提供帮助。将来随着该平台研究更加成熟，还将具备综合性特点，非常符合环境监测的要求。首先将开发的微传感器节点模块按照一定要求布置在监测环境中，实时采集各类环境数据，然后通过中心节点（具有协调器和路由的功能）将数据传递给网关，最后网关将收集到的整个子网络的信息通过系统内网传给基站。基站与一个数据库和 Internet 网联接，将收集到的数据进行相应的处理。最后，终端用户可以通过 Internet 网访问数据库得到自己感兴趣的信息，并且能够根据需要作出下达指令，控制节点运行。实现对环境的实时监测以及下达控制操作的目的。
1）无线技术综述：Zigbee 技术是专门为了低功耗的无线传感器网络研发的通信协议，通过对比 Zigbee技术和其它无线通信技术的特点，总结出 Zigbee 技术是无线传感器网络的最优选择。本文重点从整个构架上阐述了基于 Zigbee 环境监测平台的系统研究。为了适合无线网络中传感和控制设备通信的特定的需求，传感和控制设备的通信并不需要高的带宽，但是他们要求快速的反应时间，非常低的能量消耗，以及大范围的设备分布。Zigbee 协议应运而生，它继承了以往协议的优势，为无线网络中传感和控制设备之间的通信提供了一个极好的解决标准。
2）系统建设：通过 Zigbee 协议采用自组网和多跳的通信方式将环境的变化量传送给了它的上一级网关，网关将收集到的所有子网络的信息，通过事先编译好的系统内网传给更上一级的中心服务器。中心服务器有一个数据库专门存放这些环境的变化量，将它和 Internet 网连接。这样，用户终端就可以通过手机或 PC 机通过相应的服务程序直接访问到 Internet 网数据库得到用户所需要的外界环境的信息。当然，随着这一技术的不断深入发展，用户终端只需按下键盘在千里之外的办公室就可以实现对智能节点的控制。
3 智能节点硬件设计
智能节点的硬件设计包括主控制器模块选择，通信模块选择，各种环境监测传感器选择等。通过比较选择了环境监测中用到的几种传感器，分析它们的型号、特点、输出模式以及外部接口电路。
1）智能节点的设计：智能节点的设计是整个系统硬件设计最核心的部分，它直接放置在监测环境内部，负责数据的采集、处理和传输等功能。节点的设计必须满足具体应用的特殊要求，例如小型化、低成本、低功耗，并为节点配备合适的传感器、必要的计算功能、内存资源以及适当的通信设备。传统的无线传感器网络节点由四个模块组成：传感器模块（A/D 转换、传感器）、处理器模块（微处理器、存储器）、无线通信模块（无线网络、MAC、收发器）、电源供应模块（电池、AD-DC）。本设计在原有基础上添加标准化的接口平台和控制平台，实现更多应用的传感器的添加，以及用户可以下达命令对开关量，模拟量和数字量执行控制。
2）微控制器选择：微控制器模块是环境监测平台节点的核心部分，在微控制器的选择上，需要综合考虑其存储、处理、接口和功耗等多方面因素对硬件平台实现功能的支持。我们选用了 Texas Insterument MSP 430 微控制器芯片，它是专门为嵌入式应用而设计的超低功耗控制器。采用 16 位 RISC 核，时钟频率较低（4MHz），可以适用于不同类型设备的指令集。它以可变的片上 RAM（存储范围为 2～10KB）、几个 12 位模/数转换器和一个实时时钟为特征。它的功能很强大，可以执行一个标准无线传感器节点的基本计算任务
3）通信模块选择：通信模块是传感器组网的必备条件，使得独立的传感器节点之间可以互相连接，并能借助多跳将数据回传到节点，即数据汇聚节点。在环境监测中，大量的节点被放置在被监测领域内，能量消耗以及外部对信号的干扰，选择芯片时要充分考虑通信模块抗干扰能力以及能量消耗问题，即在满足信号处理要求的同时尽可能地抵抗干扰和降低系统能耗，延长平台工作时间。
4）传感器模块：传感器是环境监测平台中负责采集监测对象相关信息的组件，与应用紧密相关，不同的应用对涉及的检测量也不相同，有可能是一个模拟量（温度、湿度、光强、气体含量等），也有可能是一个数字量（信号链路质量）或者是一个布尔值（阈门开关、电闸的开合和继电器的位置等）。在环境监测中，传感器模块主要添加的常用传感器有全光谱光强度传感器、可见光谱光强度传感器、有毒气体监测传感器、温湿度传感器等。
5）控制平台：大多数的环境监测，数据采集和传输是系统的主要工作，尽量避免对环境监测对象造成影响，以保证数据采集精度。但是，对于诸如农业环境监控之类，用户希望不仅可以了解农田的各种环境参数变化，而且可以根据采集信息的变化情况对农田环境进行相应调整。例如，在蔬菜大棚内，温湿度是影响蔬菜生长的一些重要因素，当监测平台监测到温湿度高于或低于适合蔬菜生长的范围时需要采取一定的措施来改变大棚内环境温湿度，比如控制喷淋开或关，这就需要引入执行器进行控制。在不同应用中，执行器的功能与作用各不相同，可能是一个继电器开关，也可能是一组运动装置或数控设备，具体需要由系统应用所针对的对象决定。
6）电源模块：电源模块是环境监测平台的能量来源，电源技术的好坏决定了网络工作时间的长短和系统运行成本。目前还没有找到更高效使用时间更长的高能量电池，我们使用的是两节AA 电池，实验效果显示可以维持一个节点工作半个月时间。
7）其他硬件设计：节点模块采用 USB 口作为其程序调试下载端口。使用FTDI USB控制器芯片控制器和主机通讯，为了和节点通讯，必须在FTDI设备上安装FTDI驱动。节点模块将会在windows设备管理器中以串行口出现。并行的无线传感器可以同时连接到一台电脑的USB口，每个点，将会接收到不同的串行通信口标识符。天线节点模块的内置天线是一个倒F型的微波传输带，它从电路板底部伸出，远离电池组。倒F型天线是有线单极子，它顶部的截面被折叠下来与地线平行。在读出或写入闪存中数据的时候必须要谨慎，因为它是和无线电通信交叉存取的。这是总线在微控制器上的典型软件应用。
4 平台软件设计
该环境监测平台的软件设计主要通过操作系统 TinyOS 和编程语言 NesC 来完成。本章通过典型应用分析了模块化、基于组件的编程案例。将模块化的程序设计移植于环境监测领域，列出了该平台的软件流程图。最后通过网络数据库的应用开发了一套可视化数据监测平台，实现了远程监测。该平台的软件开发通过开源式 TinyOS 操作系统和基于组件的 NesC 编程语言来实现环境监测数据的发送和接收功能，程序开发周期短，便于修改，对于各种环境监测传感器的添加也很方便。网络数据库的应用开发使人们在办公室就可以直观的看到各种传感器采集的环境监测数据，足不出户就可以对数据进行提炼分析，观测环境变化的一举一动，实现了 24 小时不间断监测，对突发环境情况变化的研究提供了可能。
5 总结与展望
本文设计并实现了一种基于无线传输技术的环境监测系统，它通过使用由大量微型传感器节点组成的环境监测网络，可以对所监测的环境进行不间断的高精度信息采集。本文在以下一些方面做了基础性研究和探讨。搭建了基于无线传输技术的环境监测平台，这个平台具有数据采集和上传、网络可视化、远程控制等功能。在过去智能节点的硬件设计上存在接口不容易扩展问题，主要是由于环境监测中需要添加的传感器类型不同导致输出信号格式不同，另外还有主控芯片输入接口不够用等问题。针对这些展开研究，设计了标准化接口电路，实现了接口扩展。最后需要利用该平台进行了一系列的试验和调试，对采集的数据进行了分析，将该平台应用于环境监测是具有一定科研意义的。
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【摘要】伴随着社会的不断发展，科学技术水平不断提升，无线电技术的应用也越来越广泛，并且随着科技的发展，无线电技术也取得了长足的发展，涉及到无线电的业务也变得越来越广泛，台站的数量也在不断增加，但是出现的问题就是无线电频谱资源变得越来越紧张，所以无线电电磁环境变得也越来越复杂，为了更好的掌握无线电电磁环境的变化，促进无线电更好的为人们的发展服务，因此需要做好无线电电磁环境的监测工作。本研究针对无线电电磁环境的监测系统问题展开了一系列的阐述，首先分析了无线电电磁环境监测系统的主要组成，然后分析了在开展无线电电磁环境的监测过程中需要注意的问题有哪些，对于掌握无线电电磁环境的变化有一定的指导意义。
【关键词】无线电 电磁环境 监测系统
一、前言
正如平时所熟知的地形条件，水文条件及气象环境一样，无线电电磁环境本身也存在于空间中，无线电电磁环境指的是在某一时间段，某一空间范围内人为的电磁现象和自然界本身存在的电磁现象的总和。鉴于电磁环境与无线电设备的工作状态有直接关系，因此需要做好无线电电磁环境监测，一旦无线电电磁不正常也就是平时所讲的电磁干扰。由于电磁环境的稳定性受到众多影响因素的影响，因此需要就无线电电磁环境监测系统展开细致的研究，才能控制好电磁环境更好的为社会发展服务。
二、无线电电磁环境监测系统的主要组成分析
（一）监测控制中心
监测控制中心是无线电电磁环境监测系统的主要组成，整个监测网络需要对来自于不同地区，频域监测数据进行采集，然后分析数据，促进自动监测工作的完成。监测控制中心主要利用无线电管理内部的网络实现对下级控制中心的控制，监测控制中心是整体监测数据的聚集点，正是由于其具有非常强大的数据处理功能，因此是整个监测系统的中心组成。
（二）大型固定监测站系统
大型固定监测站系统也是无线电电磁环境监测系统的组成之一，想要促进无线电信号良好，一般需要将监测系统安装在较高的建筑物上，大型固定的监测站系统能够实现对无线电发射基本参数的测量、带宽测定、调至测定、频段及频道的测定，能够实现较强的数据监测与存储处理功能。
（三）移动监测站系统
移动监测站主要是将整体监测设备设置在一些传输性能较好的交通工具上，然后移动监测站系统能够实现固定站监测系统覆盖不全面的缺点进行弥补，所以在这个层面上将移动监测站系统同样也具有大型固定站监测功能的。
（四）可移动站
可移动站与移动监测站系统有所不同，它与交通工具实现了完全分离，所以使用起来相对比较灵活，一旦有需要能够利用任何交通工具将监测设备送达到指定的监测点。当然如果监测有需要可以将监测设备临时固定的某处从而实现了固定监测站的监测功能。
（五）小型固定监测站
采用小型固定监测站系统开展监测功能主要是为了减少不必要的投资，最大限度的将覆盖区域的监测加强，结合实际的监测需要建立起有针对性的监测系统，该种监测站主要是对无线电电磁环境的监测数据加以收集。
（六）便携式监测设备
该种监测设备，小巧便捷，便于在较近距离查找排除无线电干扰信号。上述所讲的无线电监测站系统的具体使用情况需要结合国家对地区无线电电磁环境监测的具体要求来选择。
三、在无线电电磁系统监测过程中需要重点注意的问题
由于无线电电磁系统监测对无线电设备的使用有着至关重要的影响，但是无线电电磁系统监测系统的监测过程是一项非常复杂的过程，其监测结果的准确性和全面性将直接影响无线电设备的具体使用情况，因此在监测过程中需要有一些问题要注意。首先，在无线电电磁环境的监测过程中，出现不同宽带信号的现象是非常正常的，因此在进行监测结果接受的使用需要有较为严格的要求，为了最大限度的使用不同调制形式信号的测定需要，可以接受脉冲干扰信号。在监测过程中需要注意峰值和准峰值的检波功能，结合不同的测量对象，选择合适的检波方式。在监测过程中会有很多外界因素影响监测结构，随机干扰的来源不仅有热噪声还有雷达目标反射以及自然界所存的噪声，因此在进行平稳随机过程的干扰信号的测定时需要使用监测有效值以及检测平均值等实现测定。在使用波检器的时候，可以充分利用波检器的性质，然后分析不通信号在不同的波检方式下的不同反应，来判断带测定信号的类型，然后确定信号的性质，但是在监测的时候需要注意的问题是防止输入端过载，检波方式的选择需要慎重，在监测之前需要进行设备的校准，预选器的选择需要结合具体的测定过程。只有在测定过程中注意到一些小的细节才能促进检测结果的有效性。
四、结语
综上所述，无线电电磁环境的整体监测系统的组成非常复杂，只有就每一个组成的功能及工作原理分析到位，然后注意到在无线电电磁系统监测过程中所需要重点注意的问题才能做好无线电电磁环境的监测工作，最大限度的促进无线电业务的健康稳定发展。
参考文献：
[1]司广莉. 浅谈无线电电磁环境监测系统及监测数据[J]. 科技资讯， 2009，（24）.
