智能环境监测系统的设计Design on the intelligent system of monitoring environment摘 要系统主要由数据采集端和移动监控终端两部分组成。采用16位单片机SPCE061A为处理核心，在数据采集端，利用两片CD4067BE分别挂接16只DHT11温湿度传感器和16只光照强度传感器；采用10位ADC实现对环境声音的实时录制，加入OV7670摄像头进行实时拍照监控，最后把所采集到的数据帧通过NRF905无线传输模块传送到移动监控终端。在移动监控终端，通过NRF905接收数据，将处理后的环境参数数据进行显示，接收到的语音压缩编码通过10位DAC进行解码播放，通过按键切换进入全屏环境参数显示模式或全屏监控照片显示模式，并将接受到的环境参数、声音、照片存储到SD卡中。本文以SPCE061A超低功耗单片机为核心，设计了通用智能终端和智能温湿度传感器，重点介绍了该终端和传感器的任务、硬件、软件以及控制算法的设计与实现。硬件方面，介绍了系统各个部分的设计思想、原理电路以及，并给出了系统总硬件原理图；另外，为了实现系统的低成本和低功耗，在满足设计要求的前提下，尽可能选用了价格低廉和低功耗的元器件。软件方面，采用了时间触发的混合调度器模式设计，对系统各个任务进行了设计，并给出了系统软件低功耗设计方法。关键词：SPCE061A；多节点；无线传输；HMI AbstractThe system is designed for two parts of data acquisition terminal and mobile monitoring terminal. Its processing core is SPCE061A which is a 16 bits mcu. In the data acquisition terminal, 16 DHT11 of single bus temperature, humidity sensor and 16 light intensity sensor are hung on two CD4067BE. The environmental sound is recorded to coding and compression with 10 bits ADC which is built in the mcu at any time. Add OV7670 which is a camera module to monitor at anytime. ALL collected data is transmitted to the mobile monitoring terminal through NRF905 of wireless transmission module. In the mobile monitoring terminal, the data is received through NRF905.The environmental parameter data is displayed after dealing with and the compression coding of speech is decoded to play with 10 bits DAC.We can switch to full-screen environment parameter display mode or full-screen picture display mode with the keys. At last, the environmental parameter, sound and photos are stored to the SD card.Based on the SPCE061A ultra low power microcontroller as the core, a general intelligent terminal and intelligent temperature and humidity sensor design, focuses on the terminal and sensor task, hardware, software and the design of control algorithm and realization. In terms of hardware, introduces the various parts of the system design thought, the principle circuit and system, and the total hardware principle diagram is given; in addition, in order to realize the system of low cost and low power consumption, in satisfies the design request under the premise, the low price and low power consumption components as possible. In terms of software, using mixed scheduler mode design time triggered, the various tasks for the design, and gives the low power design method of system software.Key words: SPCE061A; Multi node; Wireless transmission; HMI目录第1章 绪论11.1 课题提出的背景11.2 国内外发展现状11.3 目前监控系统中存在的问题21.4 课题研究任务3第2章 智能环境监控系统总体设计42.1 系统总体设计42.2工作原理5第3章 系统硬件选择63.1处理器的选择63.1.1 基础单片机概述63.1.2 SPCE061A单片机73.1.3 方案选择73.2温度传感器的选择73.2.1 热敏电阻简介73.2.2 DS18B20温度传感器简介83.2.3 DHT11数字温湿度传感器83.3湿度传感器的选择93.3.1 湿敏电阻简介93.3.2 DHT11数字温湿度传感器93.4光照强度传感器的选择103.4.1 光感芯片103.4.2 光敏电阻比较电路103.5传感器数据输入方式选择103.5.1 单片机IO口并行输入方式103.5.2 CMOS模拟开关103.6图像采集方式的选择113.6.1 实时采集113.6.2 存储芯片113.7数据存储方式的选择123.7.1 片外ROM芯片123.7.2 SD卡读写模块123.8显示方式的选择123.8.1 TFT彩色液晶屏123.8.2 HMI串口液晶屏12第4章 系统硬件设计134.1 SPCE061A单片机最小系统134.2光照强度采集电路154.3传感器数据选择输入电路154.4 语音输入处理电路164.5语音播放电路17第5章 系统软件设计18第6章 结论20谢 辞21参考文献：22附录23硕士研究生课程智能传感器技术（考查）自选课题 绪论第1章 绪论1.1 课题提出的背景从国内现状来看，监控系统无处不在，但总体来说都处在单一分离模式，语音摄像需要一套系统，温湿度等环境参数监控也需要一套系统，而且价值不菲，功耗较大，移动性较差，需要较高的硬件与软件支持，数据采集端与监控端需要通过很多很长的通信线进行连接，从而使得系统稳定性不高，对于多参数多点监控的场所，传统设备不能满足其节点数量的要求，可行度不高，空间占用率较大。一些传统设备对于传感器的更换极不方便，更换完传感器后要对所有传感器进行重新编号，不便于维护。鉴于以上不足之处，我们拟采取以下措施：1、 设计一种可移动式的智能环境监控系统，以方便和适应现代化的信息管理模式。2、 该系统采用数字化数据采集，模块化处理，便于系统维护以及数据收集。 1.2 国内外发展现状20世纪70年代，国外的温室生产开始以较快的速度发展，特别是欧美发达国家，如荷兰、美国等国家实现了机械化。当时由于水平的限制，对于生态环境因素采用单因子控制，即对温度、湿度、光照和二氧化碳浓度进行单独分别控制的方法，主要是控制温度，其次是湿度(空气湿度、土壤湿度)。例如，在控制温度时，控制的只是温度的改变，而不影在国内外市场上，主要推出的是数字控制的模拟视频监控和数字视频监控两类产品。前者技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；后者是新近崛起的以计算机技术及图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统解决了模拟系统部分弊端而迅速崛起，但仍需进一步完善和发展。目前，第三代基于网络摄像机的网络视频监控系统正兴起，以它特有的优势会逐步成为监控系统新的潮流。视频监控系统的发展方向。前端一体化、视频数字化、监控网络化、系统集成化是视频监控系统公认的发展方向，而数字化是网络化的前提，网络化又是系统集成化的基础，所以，视频监控发展的最大两个特点就是数字化和网络化。数字化，数字化是21世纪的特征，是以信息技术为核心的电子技术发展的必然，数字化是迈向成长的通行证，随着时代的发展，我们的生存环境将变得越来越数字化。视频监控系统的数字化首先应该是系统中信息流（包括视频、音频、控制等）从模拟状态转为数字状态，这将彻底打破“经典闭路电视系统是以摄像机成像技术为中心”的结构，根本上改变视频监控系统的信息采集、数据处理、传输、系统控制等的方式和结构形式。信息流的数字化、编码压缩、开放式的协议，使视频监控系统与安防系统中其它各子系统间实现无缝连接，并在统一的操作平台上实现管理和控制，这也是系统集成化的含义。网络化，视频监控系统的网络化将意味着系统的结构将由集总式向集散式系统过渡。集散式系统采用多层分级的结构形式，具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统以实现抢先任务调度算法的快速响应。组成集散式监控系统的硬件和软件采用标准化、模块化和系列化的设计，系统设备的配置具有通用性强、开放性好、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单化，系统运行互为热备份，容错可靠等优点。系统的网络化在某种程度上打破了布控区域和设备扩展的地域和数量界限。系统网络化将使整个网络系统硬件和软件资源共享以及任务和负载共享，这也是系统集成的一个重要概念12。纵观以上观点，就不难理解为什么网络数字视频监控系统正成为视频监控领域研究的热点和发展方向。1.3 目前监控系统中存在的问题随着基于PC机的视频监控录像系统的发展，在实际工程使用过程中，也暴露出一些不足，主要是系统工作的不稳定性。硬件设计的缺点：PC机，兼容PC机用于24小时不间断工作时，其性能是不很稳定的，工控PC机相对于兼容PC机的稳定性有一个档次上的提高，适用于较复杂的工作环境；视频监控录像系统通常均为多路输入系统，视频采集卡可采用多卡方式，