基于STM32和无线数传模块的远程环境监控系统设计
李海
摘? ?要：传统的环境监控大多采用有线数据传输，因此接入的数据线比较多，安装难度也较大，监控距离也会受到数据线长度的影响。为了弥补这些不足，该文利用STM32F103主控芯片和无线数传模块设计了一个具有无线联网功能的远程监控系统。该系统可以采集多点远程环境数据，采用无线模式在GPRS网络环境下传输数据，将数据上传到原子云服务器，原子云服务器将数据反馈到控制中心进行数据分析，根据分析的结果对远程终端通过无线数传模块进行控制。
关键词：STM32;无线数传模块;远程监控;原子云服务器
中图分类号：TP368? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标志码：A
0 引言
传统的环境监测系统一般都在有线范围内对终端设备对象进行数据采集传输，距离越远成本越高，很难实现远程监控的功能，为了解决这一问题，该文提出了一种新型的环境监控系统，结合STM32和无线传输技术设计了具有无线联网功能，并能对终端环境数据进行实时监控的系统。
1 系统整体结构设计
如图1所示，系统总体框架大致分为信息采集发送部分和服务器接收反馈部分。数据采集与传输部分主要由STM32嵌入式系统和ATK-GPRS-M26模块组成，以STM32f103ZE为控制器，工作频率72 MHz，这款芯片内置了32kB的SRAM、512kB的Flash。STM32F103ZE采集环境中的温湿度、烟雾以及光照强度等参数通过ATK-GPRS-M26模块上传到原子云服务器进行数据处理，根据处理结果去控制相对应的终端设备。
2 STM32F103 简介
STM32从内核上分有Cortex-M0、M3、M4和M7这4种，每个内核又大概分为主流、高性能和低功耗。F1代表了基础型，基于Cortex-M3内核，主频为72 MHz。F4代表了高性能，基于Cortex-M4 内核，主频180 M。STM32凭借其产品线的多样化、极高的性价比、简单易用的库开发方式，迅速在众多Cortex-M3 MCU中脱颖而出，成为最闪亮的一颗新星。STM32一上市就迅速占领了中低端为微控制单元（MCU）市场，支持应用编程（IAP），可接非常多的传感器，可以控制很多的设备。现实生活中，我们接触到的很多电器产品都有STM32的身影，比如智能手环、微型四轴飞行器、平衡车、移动POST机、智能电饭锅、3D打印机等。STM32F103 是意法公司生产的一款32位Cortex-M3内核的处理器，最高主频72 MHz，在存储器的0等待周期访问时可达1.25 Mips/MHz，并且具有单周期乘法和硬件除法器。STM32F03具有丰富的外设：2个12位AD通道，7路DMA控制器，具有定时器、CAN、USB、SPI、I2C、USART等总线，多达80个快速I/O端口。调试下载：支持JTAG/SWD接口调试下载。STM32F103具有主频高、功效低、集成度高、开发工具低廉等一系列优点，很适合低成本的嵌入式产品开发。
3 ATK-GPRS-M26模块简介
该模块稳定可靠，自动重连和看门狗双重保证数据传输的稳定可靠。当程序运行异常时，看门狗会自动复位并自动重启数据传输单元（DTU），保证系统正常运行不会死机。当网络连接出现异常断开/系统重启时，DTU会自动重连之前的服务器，保证连接可靠。
3.1 ATK-GPRS-M26串口GPRS DTU特点
其主要包括19个特点。1）支持RS232和RS485通信接口，支持隔离和不隔离2种版本，满足不同使用场景。2）串口参数个性化配置，波特率范围2 400～921 600。3）串口缓存最大10 kByte，可以保证数据不丢失。4）宽的供电电压范围：+5 V～+28 V，支持2种供电接口。5）免费提供上位机配置软件，支持一键查询、一键配置、地图位置显示、自定义AT指令等功能。6）支持4种频段850 MHz/900 MHz/1800 MHz/1900 MHz。7）支持中国移动和中国联通手机卡。8）内嵌网络服务协议栈，可以同时支持4路TCP/UDP网络连接。9）支持网络透传模式、HTTP模式和短信透传模式3种工作模式。10）网络透传模式下支持TCP和UDP连接，最多同时支持4路连接，并且每路连接可以工作在不同模式。11）HTTP模式下支持GET和POST请求方式。12）短信透传模式下支持中英文短信的发送和接收。13）提供免费的原子云服务器。14）支持心跳包和注册包2种数据包。15）支持自动重连机制，内置看门狗，确保设备的长时间稳定运行。16）支持动态域名和IP地址访问。17）支持AT指令配置和透传指令配置，方便用户扩展使用。18）支持串口透传指令、网络透传指令和短信透传指令3种透传指令配置。19）支持基站定位功能，直接输出经纬度数据。
3.2 3种工作模式：网络透传、短信透传、HTTP模式
网络透传：ATK-GPRS-M26 DTU可以将用户设备的串口数据与服务器端数据进行透传交换，用户无须关心底层实现过程，多路连接可用于数据备份等场景。短信透传：串口端接收到的数据以短信形式发送到手机，也可以接收任意手机发送过来的短信数据，并通过串口输出。HTTP模式：将用户数据以GET或POST的方式交给Web服务器，并读取服务器的应答数据，以串口数据形式交给用户设备。
服务器接收和显示部分由原子云平台实现。该平台不仅可以保存接收到的数据，还可以利用其应用程序设计功能将接收到的图像数据添加到网页中，方便用户在线查看。
4 系统软件设计
用Keil软件编写了C语言的图像监控系统软件。流程如图2所示。
程序首先分别初始化ATK-GPRS-M26模块、STM32等相关配置，并用命令完成相关寄存器配置，然后检测、连接正点原子云服务器，连接成功后，开始对多点终端设备所处环境的各个参数进行数据采集，采集后的数据通过ATK-GPRS-M26模块上传给原子云服务器，原子云再把数据发给监控中心，监控中心收到数据后对数据进行综合分析，产生分析结果，该结果再通过ATK-GPRS-M26模块反馈到各个终端，终端收到分析结果后进行处理，做出相应的动作。
5 实验结果与分析
一旦系统启动，上传的数据将保存在原子云服务器创建的数据流中。为了方便用户查看，数据可以定期刷新图像数据的网页。网页显示效果表明，系统拍摄的图像可以完整清晰地显示在网页上，起到远程监控的作用。与传统的监控系统相比，用户只有在设备有线连接的监控距离内才能看到监控画面，该文设计的远程监控系统在使用上无疑更加方便，用户只需使用手机或其他连接设备，就可以随时随地对目标对象进行远程监控。
6 结语
结合传统电子设备与物联网的思想，对传统的监测系统进行了改进，具有无线联网功能的远程图像监控系统可以更好地满足当前人们对监控系统的需求，无距离限制、安装方便。在此基础上，后面将研究相应的APP，这样会给无线监控带来更多的便利。
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