摘要：针对实践运用需求，结合Basic-RF无线通讯技能、网络通讯技能和GSM通讯技能规划了一种依据Basic-RF的家居环境监测预警体系。体系由信息处理子体系和无线传感器网络子体系两部分组成，无线传感器网络子体系运用CC2530的Basic-RF双向无线通讯协议结合运用层算法构建，信息处理子体系以STM32单片机为中心，运用ENC28J60网络模块以及SIM900A短信模块完成数据的长途传输。用户可经过上网设备便利地监测家居环境数据，当环境异常时会及时收到报警短信。试验结果表明，该体系具有安稳性高、实用性强、灵敏性好的长处，对家居环境监测和预警具有广泛的运用远景。
跟着年代的开展，安全的生活环境成为越来越多人寻求的方针;一套实用性强、灵敏性好、安稳性高的家居环境监测预警体系将会得到越来越多的运用。无线传感器网络是环境监测预警体系重要组成部分，无线传感器网络依据实践需要挑选德州仪器CC2530芯片的Basic RF无线通讯协议结合运用层算法程序构建了一种安稳、高效、满意实践需求的树状无线传感器网络。其间Basic RF由TI公司供给，它包含了IEEE 802.15.4标准的数据包的收发功用，还供给安全通讯所运用的CCM-64身份验证和数据加密，为双向无线通讯供给一个安全、安稳的协议。如图1所示，运用层(Application)算法树立在Basic RF层之上，使无线传感器网络中的节点构成树状网络，各个节点都有自动检测重连功用，用户能够依据需求灵敏添加删减网络节点，某个节点的损坏不会影响整个网络的信息传输，大大提高了体系的灵敏性与安稳性。为了让用户实时便利地检查家居环境信息，运用网络技能在信息处理子体系树立显现家居环境信息的Web服务器，用户能够运用手机、电脑等上网设备登录到Web服务器中便利地检查家居环境信息，当呈现环境异常时(如温度过高级)，信息处理子体系会运用GSM模块及时向用户发送报警短信。体系克服了传统监测预警体系灵敏性差、安稳性差、监测间隔短的缺点，完成了用户需求对家居环境信息的长途安全监控。
1 体系的整体结构
环境监测预警体系由无线传感器网络子体系和信息处理子体系2部分组成。体系框图如图2所示。无线传感器网络体系选用树型结构，分为一级节点、二级节点和传感器节点。其间一级节点是无线传感器网络的中心，无线传感器网络所检测到的环境信息终究都要经过一级节点传给信息处理子体系。二级节点首要起到数据中转的效果，确保了无线传感器网络中的传感器节点能够安稳地与一级节点通讯。传感器节点依据用户需求装置相应的传感器(如温湿度传感器、红外传感器等)。信息处理子体系以意法半导体的STM32芯片为中心，在STM32单片机中植入uIP1.0协议树立显现家居环境信息的Web服务器，一起配有以太网操控器ENC28J60和GSM模块SIM900A，能够让用户便利地运用上网设备衔接体系地点网络检查家居环境信息，在家居环境呈现异常时也能够及时收到报警短信。
2 体系硬件规划
2.1 无线传感器网络硬件规划
无线传感器网络节点包含一级节点、二级节点和传感器节点，这三类网络节点的硬件规划主体结构是相同的。无线传感器网络节点以德州仪器高功能低功耗的CC2530F256单片机为中心，CC2530F256集成了8051内核，256 KB体系可编程FLASH，8 KB RAM，具有丰厚的外围设备，节点发射功率可达4.5 dB。在天线部分运用AN9520贴片天线，不只确保了网络节点通讯的安稳性，而且大大减少了节点的体积，适合于家居室内网络的树立。在无线传感器网络的传感器节点，经过CC2530的设备外设与传感器通讯，传感器的类型能够依据用户的实践需求来灵敏决议。在本试验中，体系选用了依据I2C总线的TCN75温度传感器，DHT11数字湿度传感器、MQ-7一氧化碳传感器、MQ-2烟雾传感器以及DYP-ME003红外人体感模块。其间当人进入DYP-ME003人体感模块感应规模时，DYP-ME003人体感模块会输出高电平奉告用户检测环境中有人活动。传感器节点硬件框图如图3所示。
2.2 信息处理子体系硬件规划
信息处理子体系首要由中央处理单元、存储单元、ENC28J60网络模块和GSM模块组成。中央处理单元选意图法半导体的STM32F103RET6微处理器，STM32F103RET6选用ARM Cortex M3内核，最高作业频率可达72 MHz，内置256 KB闪存以及64 KB的SRAM，而且具有强壮的外设接口，是一款低价格、低功耗、高功能的微操控器解决方案。别的，信息处理子体系配有SD卡存储单元，能够存储重要的环境数据。ENC28J60是带有行业标准串行外设接口的独立以太网操控器，契合IEEE 802.3的悉数标准，数据传输速率高达10 Mb/s。GSM模块SIM900A归于双频900/1800 MHz模块，可运用AT指令对其操控，其功能安稳，外观精巧，性价比高，能够低功耗数据信息传输。信息处理子体系的硬件框图如图4所示，实物图如图5所示。
3 体系软件规划
3.1 无线传感器网络子体系软件规划
无线传感器网络子体系以CC2530的Basic RF无线通讯协议为根底，结合运用层算法程序构建了树状网络结构，分为一级节点、二级节点和传感器节点。一级节点是无线传感器网络的中心，传感器节点检测到的环境数据终究都要经过无线传感器网络发送至一级节点。二级节点担任数据中转，实践运用中，在家居每个房间设置一个二级节点，确保一切环境信息能够终究传到一级节点。传感器节点挑选相应的二级节点作为自己的父节点，把传感器检测到的环境信息发到父节点并终究传送至网络的一级节点。无线传感器网络在树立时，首要发动一级节点，二级节点发动时顺次向各个一级节点二级节点发送寻觅信息，假如收到寻觅回馈，则确认自己的父节点并向父节点发送自己的地址信息。传感器节点发动时顺次向各个二级节点发送寻觅信息，假如收到寻觅回馈，则确认自己的父节点并向父节点发送自己的地址信息。在网络树立后，二级节点和传感器节点会守时向自己的父节点发送网络检测信息，如没有收到父节点发送的网络检测回馈，则自知已断开网络并重启节点从头连入网络。一级节点、二级节点和传感器节点中CC2530的软件流程图别离如图6～图8所示。
综上可知，用户可在原有网络的根底上灵敏地添加删减传感器节点，而且网络节点在断开后会从头衔接网络，大大添加了网络的灵敏性与安稳性。
3.2 信息处理子体系软件规划
信息处理子体系以意法半导体STM32微操控器为中心，并在STM32中植入uIP1.0协议栈，合作ENC28J60以太网操控器树立Web服务器显现家居环境信息，STM32程序流程图如图9所示。当环境数据超越戒备值时(如温度超越40℃等)，STM32微操控器会向GSM模块SIM900A发送AT指令来向用户发送报警短信。终究，信息处理子体系会将家居环境信息守时存储在SD卡中以备用户查询。
4 试验测验
为验证体系的可行性树立依据Basic RF的无线传感器网络家居环境监测预警体系，将信息处理子体系安置在客厅，别离对两间卧室进行温湿度、烟雾、一氧化碳和是否有人活动进行监测预警。在卧室2用电烙铁升高TCN75温度传感器周围的温度，一起有人在卧室1中DYP-ME003红外人体感模块感应规模内活动，可用示波器检测到红外人体感模块有2.5 s的高电平输出，如图10所示，证明在检测规模内有人活动。
此刻可登陆信息处理子体系中的Web服务器检查家居环境信息，如图11所示，用户也会收到GSM模块发送的报警短信。
试验证明：运用本体系用户能够对家居内温度、湿度、烟雾、一氧化碳和是否有人活动进行监测，当家居内呈现环境异常时(如火灾、煤气走漏、有外人活动等)，用户可及时收到报警信息。
5 定论
家居环境检测预警体系用依据Basic RF的无线通讯技能、传感器技能、网络技能及GSM技能完成了室内温湿度、一氧化碳体积分数、烟雾体积分数及是否有人活动等环境信息的实时监测预警。试验证明，本文的环境检测预警体系具有必定的实用价值，是一套低成本、安稳性强、操作便利、易于拓宽的家居环境监测预警解决方案。
