无线环境监测系统设计研究

摘要：环境监测系统由一个监控终端与若干探测节点构成。监控终端由键盘模块、液晶显示、探测模块及无线收发模块等组成，利用无线模块能够对其它探测点的环境数据进行实时收集，还可探测本地环境数据，及时警告长处探测阈值的节点数据。探测节点则由环境监测模块与无线收发模块构成，能够探测周边环境数据，数据可及时上报，对环境保护决策有重要意义。为有效扩宽环境监测系统相应覆盖范围，文章在检测环境污染因子（二氧化硫、二氧化氮、臭氧等）时，选用了预设路由的接力数据传输方式，对于低功能无线传输模块具有较近的传输距离问题有效得以解决。

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。

4.结语

总而言之，本次设计围绕MSP单片机，建立系统化的环境监测系统，通过合理化设定监控模块，对于在各处分布节点进行细致化探测，能够将其对应数据信息实施予以准确收集，为区域环境监测及环保决策提供有力依据。