导言
跟着信息技能的开展，物联网(Internet of Things，IOT)得到了越来越多的企业和学者的注重。虽然对物联网的切当界说还颇有争议，但有一点能够必定，那就是物联网必将进一步进步信息社会的智能化水平。相同，在森林环境甚至生态体系监测中，物联网也为人们供给了更多的挑选。
针对森林生态监测中所关怀的温度、湿度、CO2浓度、环境光照以及与森林防火休戚相关的烟雾浓度等数据，本文根据Cortex-M3处理器规划了生态数据收集分站，并将收集的数据用本地LCD液晶显现，一起选用无线模块传送给数据中心主站。程序开发在嵌入式操作体系μC／OS -II的基础上分模块进行，不只保证了杰出的扩展性，也进步了开发功率。
1 体系硬件规划
1．1 体系整体结构
数据分站以LM3S811处理器为中心，并引入了与森林生态监测相关的多种传感器
，单总线数字式温湿度复合型传感器DHT11、I2C总线接口的环境光亮度传感器BH1710FVC、电压输出型烟雾传感器MQ-2和CO2传感器MG-811。经过Cortex-M3处理器实时收集传感器信息，经处理后经过SPI接口的无线模块nRF905发送给数据主站服务器。一起将收集的传感器信息经过本地LCD显现。若收集的传感器信息反常(如烟雾浓度过高)，需声光报警。体系整体结构框图如图1所示。
1．2 体系模块组成
1．2．1 温湿度传感器DHT11
DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合单总线传感器。它使用专用的数字模块收集技能和温湿度传感技能，保证产品的牢靠性与长时刻稳定性。单线制串行接口，使体系集成变得简易便当。它体积小、功耗极低，信号传输间隔可达20 m以上，适用于环境监测的使用。DHT11扼要阐明如表1所列。
DHT11除电源和地线外，只要1条数据线，在与CPU接口时，数据线需用5 kΩ上拉电阻。DHT11与CPU的接口示意图如图2所示。在本规划中，选用LM3S811的PB0模仿单总线收集温湿度传感器的数据。
DHT11的供电电压为3～5．5 V，这儿选用直流5 V电压供电。传感器上电后，要等候1 s以跳过不稳定状况。
数据线DATA与LM3S811的通讯和同步，选用单总线数据格局。一次通讯时刻4 ms左右。一次完好的数据传输为40位，高位先出。数据分小数部分和整数部分，详细格局阐明如下：
8位湿度整数数据+8位湿度小数数据+8位温度整数数据+8位温度小数数据+8位校验和数据传送正确时校验和数据等于“8位湿度整数数据+8位湿度小数数据+8位温度整数数据+8位温度小数数据”所得成果的末8位。
LM3S811发送一次开端信号后，DHT11从低功耗形式转换到高速形式，等候主机开端信号完毕后，DHT11发送呼应信号，送出40位的数据，并触发一次信号收集，LM3S811可挑选读取部分数据。从形式下，DHT11接收到LM3S811的开端信号后触发一次温湿度收集，假如没有接收到主机发送开端信号，DHT11不会自动进行温湿度收集。DHT11与LM3S811的接口时序如图3所示。
1．2．2 烟雾传感器MQ-2
MQ-2烟雾传感器根据电化学原理，可用于可燃性气体的检测，这在林场防火使用中尤为重要。
MQ-2加电预热后(供电电压标称+5 V)，当MQ-2接触到可燃性气体时，其A-B极间等效的电阻阻值下降，为取出信号，可选用电阻RL与A-B极串联分压。为进步传感器灵敏度和输出电压的稳定性，规划中选用高输入阻抗的CMOS运放TLC272对传感器的输出电压进行跟和顺扩大，得到输出电压Vout。
MQ-2烟雾传感器原理图如图4所示。
1．2．3 CO2传感器MG-811
MG-811型CO2传感器的封装与MQ-2相似，但其作业原理是等效为电压源，即加电预热后，A-B极间等效为电池(典型电压为300 mV)。A-B电极间的电压跟着CO2气体浓度的升高而减小。因为MG-811等效的电压源简直不能供给电流(小于1 pA)，这就要求运放的输入阻抗需求到达1012Ω。该体系中，选用TI公司高性能运放TLC272对该电压进行跟和顺扩大(如图5所示)，以进步体系灵敏度。
1．2．4 环境光亮度传感器BH1710FVC
BH1710FVC是一种I2C总线接口的数字型环境光亮度传感器。它克服了传统的光敏二极管／三极管对光源方向灵敏的缺陷，具有检测分辨率高、丈量规模广(1～65 535 lx)的长处，并且其输出接近人眼对光谱的反响。在BH1710FVC的6脚封装中，ADDR引脚用于操控器材的从地址。该引脚为“1”和“0”时，BH1710FVC的从地址分别为0x5C和0x43。BH1710FVC的接口电路如图6所示。
1．2．5 无线射频模块nRF905
nRF905模块是一款作业在433 MHz频率下的低功耗、远间隔无线收发模块。它内部集成了SPI接口，可便当地完成与LM3S811处理器的无缝衔接。nRF905模块与LM3S811接口电路如图7所示。因为该模块支撑地址匹配和载波检测，给体系的牢靠规划供给了便当。其多种作业形式也给体系的低功耗规划带来了便当。nRF905模块的作业形式如表2所列。
2 体系软件规划
选用MDK4．1集成开发环境，根据库函数开发，根据LM3S811处理器的物联网数据分站的使用程序。仿真器为Techshine公司的J-Link。
程序的主要功能包含2部分：
①收集DHT11数字温湿度传感器的数据和BH1710FVC光照亮度传感器数据，一起经过A／D转换器收集MQ-2和MG-811传感器的数据。
②将收集的数据打包增加分站ID信息后经过SPI接口发送到无线模块nRF905。
为便当观测，分站选用LCD实时本地显现各传感器的数据，若数据反常，给出蜂鸣和LED闪耀报警。主程序流程如图8所示。
3 体系测验
本次规划的某些计划现已成功使用于南京林业大学-紫金山环境监测物联网的测验体系中。图9为南林物联网使用截图。
因为MQ-2和MG-811传感器都需求预热才干精确检测，因而体系需加电预热5分钟。从本地LCD液晶显现屏能够观测到温湿度、烟雾数值和CO2数值。
测验中，若对温湿度传感器哈气，其数据显现温湿度显着上升；对CO2传感器哈气，因为CO2浓度升高，其电压数据显着下降。若在烟雾传感器旁制作浓烟，则烟雾传感器数据也显着上升。这些测验契合传感器的特性阐明。
