肖青青
摘 要
为了实现秸秆禁烧的实时监控，本文基于物联网技术，在前期硬件设计框架的基础上进行了监控系统的软件设计，以ARMSTR710FR为控制核心，设计了系统中传感节点、集中器、报警程序、以及上位机的软件部分。整个系统的主要优势是实现网络监控的实时性，提高系统的效率、并节约能耗、降低成本。
关键词
秸秆禁烧;监控系统;Zigbee
中图分类号： TP274.4 文献标识码： A
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 14 . 75
0 引言
秸秆焚烧会让空气质量下降，引起火灾，影响土地质量，焚烧产生的烟雾粉尘也会影响人们的身体健康。但是秸秆焚烧是人们自古以来的习惯，很难改变，政府因此加大了整治力度，但如果采用人为值守，不仅需要大量的人力物力，还会有一定的监控困难，本文结合自动控制，采用远程监控的方式来实现大面积农田的实时监测，还可以采用网格化的方式，把数据汇聚在一起，归入大数据系统，统一管理，最终形成长期有效的监控模式，久而久之，规范农民的行为，最后从根本上解决这个问题。
1 秸秆禁烧监控系统的软件设计
秸秆禁烧监控系统的硬件部分集中器选用ARM公司的STR710FR芯片，传感器节点中处理器用CC2510芯片，传感部分采用SQD1003，主要任务是监测区域中的烟气和温度，接口部分采用CS8900A作为控制芯片。在此硬件框架的基础上，本文主要设计对应的软件部分，主要是传感节点、集中器、报警程序、以及上位机的软件部分等。整个设计的目的是在一个限定区域范围内组件一个远程监控系统，通过远程上位机对整个监测区域实时监控烟气及温度，一旦超过阈值及时报警，并通过控制中心采取安全措施。具体方法是通过终端传感器采集烟气和温度数据，在区域内组建无线自组织网络，通过网络将采集的信息发送给集中器，由集中器分析数据是否完整，再由Zigbee和GSM模块将数据实时传送给PC，与限定值进行比较分析，实时监控。在此过程中，硬件和软件部分相辅相成，协同合作。
1.1 无线传感器节点的软件设计
秸秆禁烧监控系统主要采用烟气温度传感器，节点硬件部分在之前的论文中已有叙述，软件部分的功能主要有形成自组织网络、实现良好连通和覆盖、采集温度及烟气数据、实时发送采集数据，并且接受和执行控制命令。节点的主程序流程图如图1所示。从图中可以看出，节点的主要流程为初始化，包含整个传感器节点板级硬件的初始化、传感器模块的初始化、然后进行传感器内部工作设置，开启定时器功能和中断功能，当入网成功后判断传感器是否到预定时间点采集完数据，如果采集完毕，就发送数据到中心汇聚节点，如果没有，就等待控制中心发送命令再采集，采集的烟雾和温度数据通过传感器转换为电信号后在控制中心与设置的阈值进行比较，从而判断采集点是否燃烧秸秆。
1.2 集中器的软件设计
集中器AP的主要功用是建立无线传感网络，比如平面网络、分级网络、混合网络以及Mesh网络等，采用自组织的方式形成完整的拓扑结构，而传感器节点就是组成整个网络的成员，另外集中器还负责存储采集的数据信息及向控制中心转发任务等。如图2所示，集中器的任务流程为：先初始化板级硬件BSP，并且初始化串口，为与上位机通讯做准备，当无线自组织网络建立好后，将网络拓扑信息等相关参数发送给PC，当有新的节点要加入网络时，集中器负责管理新节点的端口分配问题，当新节点加入后，AP会实时更新整个网络新的拓扑信息，接收所有入网节点的数据并存储，当网络比较庞大时，可以采用分布式结构，对网络进行分层，由簇头节点将数据融合，然后再发送给集中器，这样可以减少信息通信的消耗以及信道拥塞问题，从而节约能耗，增加网络寿命。
1.3 报警程序设计
当温度以及烟霧浓度超过报警程序设定的阈值时，报警器将会鸣叫提醒并有红灯闪烁，提醒工作人员采取相应的安全措施，或者通过一些自动控制装置来进行安全操作，进而最大程度上保证生产安全，避免因焚烧而引起的安全事故。具体流程如图3所示，当程序执行时，会先读取温度和烟度值，判断数据是否超过阈值，如果超过了，红色LED灯亮并报警，同时仍然实时监测新的数据信息，如果恢复正常，则返回主程序，继续实时监控。
1.4 上位机软件设计
无线传感网络中采集的数据信息通过串口传送到上位机，由上位机实现节点入网、信道侦听和调度、网络拓扑方面的监控，并能用组态软件实时监测，掌握数据的最新动态信息。流程图如图4所示，初始化后对串口进行设置，发送端发送数据，接收端会验证数据的完整性，若无丢失，打开串口发送接收请求，此时发送端会应答并且进行数据传输，PC接收数据。
2 结语
本文结合物联网技术，在设计整个秸秆禁烧监控系统硬件部分的基础上，设计了系统的软件部分，分别包括传感器节点，集中器，报警部分和上位机部分，本系统的创新点是在传统秸秆禁烧系统的基础上加入了物联网技术，减少信道竞争、通信耗费，从而达到节约能耗的效果，大大提高了系统的性能。但是仍然有很多需要继续完善的地方，比如怎样优化算法使网络的拓扑结构具有更好的覆盖性和连通性，如何更好地采用MAC协议实现转换节点的休眠和工作机制等，因此后期仍然需要继续完善系统。
参考文献
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