Cortex-M3的生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集分站設(shè)計

摘要：以Cortex-M3處理器LM3S811為核心，設(shè)計了面向森林生態(tài)監(jiān)測的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集終端分站系統(tǒng)。通過單總線數(shù)字式溫濕度傳感器、煙霧傳感器、CO2傳感器和環(huán)境光亮度傳感器分別采集溫度、濕度、可燃性顆粒物、CO2含量和光照等與林木生態(tài)相關(guān)的環(huán)境信息和林場防火的相關(guān)信息。由LM3S811處理器處理并添加分站ID和校驗碼后，采用無線模塊傳送給服務(wù)器。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；LM3S811；數(shù)據(jù)采集；無線模塊

引言
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IOT)得到了越來越多的企業(yè)和學(xué)者的重視。盡管對物聯(lián)網(wǎng)的確切定義還頗有爭議，但有一點(diǎn)可以肯定，那就是物聯(lián)網(wǎng)必將進(jìn)一步提升信息社會的智能化水平。同樣，在森林環(huán)境乃至生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測中，物聯(lián)網(wǎng)也為人們提供了更多的選擇。
針對森林生態(tài)監(jiān)測中所關(guān)心的溫度、濕度、CO2濃度、環(huán)境光照以及與森林防火息息相關(guān)的煙霧濃度等數(shù)據(jù)，本文基于Cortex-M3處理器設(shè)計了生態(tài)數(shù)據(jù)采集分站，并將采集的數(shù)據(jù)用本地LCD液晶顯示，同時采用無線模塊傳送給數(shù)據(jù)中心主站。程序開發(fā)在嵌入式操作系統(tǒng)μC／OS -II的基礎(chǔ)上分模塊進(jìn)行，不僅保證了良好的擴(kuò)展性，也提高了開發(fā)效率。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
1．1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)分站以LM3S811處理器為核心，并引入了與森林生態(tài)監(jiān)測相關(guān)的多種傳感器，單總線數(shù)字式溫濕度復(fù)合型傳感器DHT11、I2C總線接口的環(huán)境光亮度傳感器BH1710FVC、電壓輸出型煙霧傳感器MQ-2和CO2傳感器MG-811。通過Cortex-M3處理器實時采集傳感器信息，經(jīng)處理后通過SPI接口的無線模塊nRF905發(fā)送給數(shù)據(jù)主站服務(wù)器。同時將采集的傳感器信息通過本地LCD顯示。若采集的傳感器信息異常(如煙霧濃度過高)，需聲光報警。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1．2 系統(tǒng)模塊組成
1．2．1 溫濕度傳感器DHT11
DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合單總線傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品的可靠性與長期穩(wěn)定性。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。它體積小、功耗極低，信號傳輸距離可達(dá)20 m以上，適用于環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用。DHT11簡要說明如表1所列。

DHT11除電源和地線外，只有1條數(shù)據(jù)線，在與CPU接口時，數(shù)據(jù)線需用5 kΩ上拉電阻。DHT11與CPU的接口示意圖如圖2所示。在本設(shè)計中，采用LM3S811的PB0模擬單總線采集溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)。

DHT11的供電電壓為3～5．5 V，這里采用直流5 V電壓供電。傳感器上電后，要等待1 s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)。
數(shù)據(jù)線DATA與LM3S811的通信和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式。一次通信時間4 ms左右。一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40位，高位先出。數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，具體格式說明如下：
8位濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8位濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8位溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8位溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8位校驗和數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(shù)據(jù)等于“8位濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8位濕度小數(shù)數(shù)據(jù)+8位溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8位溫度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。