摘要：本文根據(jù)城市環(huán)境數(shù)據(jù)采集的需求，以單片機(jī)MSP430F1232為核心，集成GPRS模塊、數(shù)據(jù)采集模塊，詳細(xì)論述了城市環(huán)境數(shù)據(jù)采集設(shè)備的設(shè)計(jì)，包括硬件方案和軟件方案的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)記錄城市環(huán)境采集點(diǎn)的溫度、濕度、噪聲強(qiáng)度等環(huán)境數(shù)據(jù)信息，并且可以將采集到的信息通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)的傳送到城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的服務(wù)器上，以便研究人員對(duì)采集到的城市環(huán)境信息進(jìn)行分析研究。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；GPRS模塊；DS18B20；LTC3105

引言

隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，城市環(huán)境數(shù)據(jù)信息的采集分析也越來(lái)越重要，如何使環(huán)境數(shù)據(jù)信息的采集、分析更加簡(jiǎn)便易行，是城市環(huán)境監(jiān)測(cè)研究機(jī)構(gòu)最關(guān)心的問(wèn)題。城市環(huán)境數(shù)據(jù)信息的采集是城市環(huán)境監(jiān)測(cè)研究機(jī)構(gòu)對(duì)城市環(huán)境狀況進(jìn)行分析和研究的基礎(chǔ)，但是以往的城市環(huán)境數(shù)據(jù)信息的采集大都僅依靠人工完成，采集記錄的環(huán)境數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)之間存在較大的誤差，對(duì)數(shù)據(jù)的應(yīng)用以及城市環(huán)境狀況的分析等都會(huì)造成很大的影響。城市環(huán)境數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以實(shí)時(shí)、方便、快捷地采集城市環(huán)境數(shù)據(jù)信息，并且可以全天候工作，真實(shí)可靠地記錄城市環(huán)境數(shù)據(jù)，從而可以避免人為誤差。

1城市環(huán)境數(shù)據(jù)采集設(shè)備的功能

為了真實(shí)有效的采集記錄安裝點(diǎn)的環(huán)境數(shù)據(jù)，以便環(huán)境研究機(jī)構(gòu)對(duì)采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，掌握城市環(huán)境變化規(guī)律，更好的為人類(lèi)的生活生產(chǎn)服務(wù)，環(huán)境數(shù)據(jù)采集設(shè)備的主要功能如下：

1）城市環(huán)境數(shù)據(jù)信息采集功能

該設(shè)備可以實(shí)時(shí)對(duì)安裝地點(diǎn)城市環(huán)境數(shù)據(jù)（例如溫度、濕度、噪聲強(qiáng)度、懸浮顆粒濃度等）進(jìn)行準(zhǔn)確無(wú)誤的采集。

2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能

該設(shè)備可以對(duì)采集到的城市環(huán)境數(shù)據(jù)按時(shí)間先后進(jìn)行存儲(chǔ)記錄，以便城市環(huán)境分析人員對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)確認(rèn)。

3）數(shù)據(jù)傳輸功能

設(shè)備可以將采集到的城市環(huán)境數(shù)據(jù)信息通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的服務(wù)器上，以便相應(yīng)的人員對(duì)城市環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。同時(shí)該設(shè)備還可以通過(guò)GPRS模塊接收來(lái)自城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的設(shè)置命令，用以對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)設(shè)置。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以高性能、低功耗單片機(jī)MSP430F1232為核心控制器，集成GPRS模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊、鍵盤(pán)以及電源管理模塊。單片機(jī)負(fù)責(zé)接收來(lái)數(shù)據(jù)采集模塊的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，同時(shí)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析、存儲(chǔ)，并且可以通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的服務(wù)器上；數(shù)據(jù)采集模塊采集現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境信息，并將數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)；GPRS模塊負(fù)責(zé)設(shè)備與城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的數(shù)據(jù)通信，通過(guò)GPRS模塊該設(shè)備可以將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息發(fā)送到城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，同時(shí)也可以接收來(lái)自城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心相應(yīng)的設(shè)置命令。另外該設(shè)備還可以通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)設(shè)置工作狀態(tài)（例如數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔、發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)間間隔等）。為了避免頻繁更換設(shè)備工作時(shí)所需要的電池，該終端設(shè)備采用太陽(yáng)能電池供來(lái)提供工作所需的電能。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

Fig.1 The block diagram of the system

2.1 單片機(jī)單元

MCU采用德州儀器（TI）的MSP430F1232單片機(jī)，此單片機(jī)是一種超低功耗微控器，采用16位的體系結(jié)構(gòu)，16位的CPU集成寄存器和常數(shù)發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)了最大化的代碼效率。包括1個(gè)內(nèi)置16位的定時(shí)器、一個(gè)快速12位A/D轉(zhuǎn)換器，一個(gè)通用串行同步異步通訊接口和22個(gè)I/O端口。下面列出它的一些主要特性：低電源電壓輸入范圍：DC 1.8~3.6V；超低功耗：2.5uA  @ 4kHz,2.2V；具有5種節(jié)電模式；喚醒時(shí)間小于6us；12位200Ksps的A/D轉(zhuǎn)換器，自帶采樣保持；一路串行通訊接口可用于異步通信模式或者同步通信模式；2個(gè)8位并行端口，1個(gè)6位并行端口；片內(nèi)包含8KB FLASH ROM和256 RAM；1個(gè)通用的16位定時(shí)器，并具有片內(nèi)溫度傳感器^[1]。單片機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)線接口接收來(lái)自數(shù)據(jù)采集模塊的各種數(shù)據(jù)，并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與存儲(chǔ)，然后通過(guò)串口0與GPRS模塊相連接完成數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，實(shí)現(xiàn)與城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的雙向通信。

2.2 GPRS模塊

2.2.1 GPRS概述

GPRS(General Packet Radio Service)是通用無(wú)線分組業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是一種基于GSM(Global System for Mobile Communications)系統(tǒng)的無(wú)線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無(wú)線IP連接；是GSM Phase2.1規(guī)范實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容之一，能提供比現(xiàn)有GSM網(wǎng)9.6kbit/s更高的數(shù)據(jù)率。GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結(jié)構(gòu)、無(wú)線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、調(diào)頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結(jié)構(gòu)。作為第二代移動(dòng)通信技術(shù)GSM向第三代移動(dòng)通信(3G)的過(guò)渡技術(shù)，GPRS充分利用了現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)的設(shè)備，不需要改變無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因而從很大程度上節(jié)省了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。它支持IP協(xié)議和X.25協(xié)議，在移動(dòng)用戶(hù)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給移動(dòng)用戶(hù)提供高速無(wú)線IP和X.25分組數(shù)據(jù)接入服務(wù)。因此，在GSM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上構(gòu)建GPRS系統(tǒng)時(shí)只需要增加部分硬件設(shè)備和軟件升級(jí)即可^[2]。

GPRS的數(shù)據(jù)傳輸具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）采用的時(shí)分組交換技術(shù)的通信方式。在分組交換的通信方式中，數(shù)據(jù)被分成一定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)報(bào)（分組），每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的前面有一個(gè)分組頭（其中的地址標(biāo)志指明該分組發(fā)往何處）。數(shù)據(jù)傳送之前并不需要預(yù)先分配信道，建立連接。而是在每一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)頭中的信息（如目的地址），臨時(shí)尋找一個(gè)可用的信道資源將該數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送出去。在這種傳送方式中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收方同信道之間沒(méi)有固定的占用關(guān)系，信道資源可以看作是由所有的用戶(hù)共享使用，因此對(duì)信道資源能夠更合理地應(yīng)用。（2）按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi)，而不是按在線時(shí)長(zhǎng)計(jì)費(fèi)。GPRS是按照用戶(hù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量進(jìn)行計(jì)費(fèi)，即用戶(hù)一直在線，只要不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸用戶(hù)無(wú)需付費(fèi)，從而降低了系統(tǒng)的運(yùn)行與服務(wù)成本。（3）傳輸速率高。GPRS可提供高達(dá)115kbit/s 的數(shù)據(jù)傳輸速率（最高值可達(dá)到171.2kbit/s），比當(dāng)前GSM網(wǎng)絡(luò)中電路交換業(yè)務(wù)速度（9.6kbit/s）高十幾倍，可以穩(wěn)定地傳送大容量的高質(zhì)量音頻與視頻文件。（4）永遠(yuǎn)在線。GPRS用戶(hù)一旦成功連接到網(wǎng)絡(luò)后，無(wú)論是否進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，用戶(hù)始終與網(wǎng)絡(luò)保持連接并且處于在線狀態(tài)。（5）GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無(wú)縫連接。（6）GPRS支持基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信協(xié)議的應(yīng)用，可以和IP網(wǎng)、X.25網(wǎng)互聯(lián)互通。支持特定的點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)一些特殊應(yīng)用如遠(yuǎn)程信息處理。GPRS 也允許短消息業(yè)務(wù)(SMS)經(jīng)GPRS無(wú)線信道傳輸。（7）GPRS 的設(shè)計(jì)使得它既能支持間歇的爆發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸，又能支持偶爾的大量數(shù)據(jù)的傳輸。它支持四種不同的QoS級(jí)別。GPRS能在0.5 ---1秒之內(nèi)恢復(fù)數(shù)據(jù)的重新傳輸。

2.2.2 GPRS模塊介紹

GPRS模塊采用西門(mén)子公司的MC52i模塊，它是城市環(huán)境數(shù)據(jù)采集設(shè)備與城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心建立通信的重要部分。通過(guò)GPRS模塊一方面可以將數(shù)據(jù)采集模塊采集到的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)發(fā)送到城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的服務(wù)器上；另一方面還可以接收來(lái)自城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的設(shè)置命令，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備與監(jiān)測(cè)中心的雙向通信。MC52i模塊特性和技術(shù)參數(shù)如下：（1）符合GSM phase 2/2+。（2）使用標(biāo)準(zhǔn)AT指令控制。（3）MC52i以AT指令方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，每次傳輸都會(huì)有相應(yīng)的結(jié)果狀態(tài)（“OK”或者“ERROR”）返回。（4）內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議，通過(guò)AT指令接口提供給用戶(hù)，可以支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的透明和非透明傳輸。透明傳輸是指數(shù)據(jù)的封裝都由TCP/IP協(xié)議自動(dòng)完成。（5）支持GSM語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、傳真、短消息及GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)韧ㄓ嵐δ堋＃?）體積小，性?xún)r(jià)比高，適于大規(guī)模生產(chǎn)。

2.2.3 GPRS模塊接口電路的設(shè)計(jì)

MC52i模塊與MSP430F1232通過(guò)串口以及信號(hào)控制引腳相連，電路連接圖如圖2所示。MC52i的26-30引腳為電源電壓的輸入端，輸入電壓范圍為3.3V～4.8V，峰值負(fù)載電流為2A。MC52i模塊的TXD0與RXD0分別為MC52i模塊的數(shù)據(jù)接收端口與數(shù)據(jù)輸出端口，分別連接到單片機(jī)串口（UART0）的TXD0與RXD0。MC52i的1-6引腳為外接SIM卡提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，其中CCGND和CCVCC為SIM卡提供工作電壓；CCCLK信號(hào)為SIM卡提供時(shí)鐘脈沖信號(hào)；CCIO為串行數(shù)據(jù)輸入輸出接口；CCRST信號(hào)為SIM卡復(fù)位信號(hào)；CCIN引腳主要用來(lái)檢測(cè)SIM卡是否插入SIM卡卡座中。接口功能見(jiàn)表1所示。MC52i模塊的IGT引腳為開(kāi)機(jī)信號(hào)控制端，當(dāng)MC52i模塊的輸入電源電壓達(dá)到4.0V后，單片機(jī)P1.0控制外圍電路將該引腳拉低到低電平并且維持時(shí)間大于100ms，MC52i模塊才可以正常開(kāi)機(jī)運(yùn)行。為防止電流回灌到MC52i模塊，外圍電路使用集電極無(wú)上拉電阻的三極管作為驅(qū)動(dòng)電路。

表1 SIM接口功能

Tab. 1 Function of the SIM interface

圖2 MC52i 連接原理圖

Fig. 2 MC52i Connection diagram

MC52i的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以通過(guò)模塊的VDD引腳來(lái)完成，當(dāng)模塊工作時(shí)VDD輸出高電平，當(dāng)模塊關(guān)閉時(shí)VDD輸出低電平，可以通過(guò)單片機(jī)P1.2管腳監(jiān)測(cè)VDD的輸出電平狀態(tài)來(lái)判斷MC52i模塊的工作狀態(tài)。

MC52i模塊與單片機(jī)之間主要通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，它們之間的通信波特率可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)定，可以設(shè)置的通信波特率有1200bit/s，2400bit/s，4800bit/s，9600bit/s，19200bit/s，38400bit/s，57600bit/s，115200bit/s等。單片機(jī)通過(guò)AT指令控制MC52i模塊附著GPRS網(wǎng)絡(luò)并且與城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心服務(wù)器建立連接，MC52i模塊與服務(wù)器建立連接完成后，數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備就可以實(shí)時(shí)向城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心發(fā)送采集到的城市環(huán)境信息，以及接收來(lái)自城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的設(shè)置命令。

2.3 數(shù)據(jù)采集模塊

    數(shù)據(jù)采集模塊是數(shù)據(jù)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)采集單元部分，其集了單總線數(shù)字溫度傳感器、單總線數(shù)字濕度傳感器、單總線數(shù)字噪聲傳感器、懸浮物顆粒檢測(cè)傳感器等于一體。數(shù)據(jù)采集模塊上的所有傳感器均采用單線數(shù)據(jù)傳輸控制方式，并且每只傳感器擁有自己的ID號(hào)碼，因此在單片機(jī)接收數(shù)據(jù)時(shí)可以很方便的判別出接收到的數(shù)據(jù)類(lèi)型。限于文章的篇幅本設(shè)計(jì)僅對(duì)溫度傳感器的工作方式以及與單片機(jī)的連接進(jìn)行介紹。

2.3.1 溫度傳感器

本系統(tǒng)采用美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器芯片DS18B20，其采用3引腳TO-92小體積封裝；測(cè)溫范圍為-55~C～+125℃，具有9～12位A／D轉(zhuǎn)換精度，最小溫度分辨率可達(dá)0.0625℃，以16位補(bǔ)碼方式串行輸出所測(cè)量的城市環(huán)境溫度；DS18B20的工作電源既可由遠(yuǎn)端引入，也可采用寄生電源方式；多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到兩或三根線上，此時(shí)CPU只需用一根端口線就可以實(shí)現(xiàn)與多個(gè)DS18B20傳感器的通信，這樣占用微處理器的端口也比較少，因此此溫度傳感器可廣泛用于多路溫度檢測(cè)與控制中^[3]。

DS18B20中的溫度傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市環(huán)境中溫度的測(cè)量，當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換指令出現(xiàn)后，轉(zhuǎn)換后的環(huán)境溫度以補(bǔ)碼的形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第0個(gè)和第1個(gè)字節(jié)中。下面以12位轉(zhuǎn)化為例具體說(shuō)明：用16位擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式提供，以0.0625℃／LSB的形式表示，其中S為符號(hào)位。表2是溫度轉(zhuǎn)化后所得到的16位的數(shù)據(jù)格式，高字節(jié)的前面5位為符號(hào)位，如果測(cè)得的溫度大于0，這5位為0，此時(shí)只要將數(shù)據(jù)乘以0.0625便可以得到實(shí)際溫度；如果溫度小于0，這5位為1，測(cè)到的數(shù)值需要取反加1再乘以0.0625即可得到實(shí)際溫度。

表2 溫度數(shù)據(jù)格式

Tab.2 The temperature data format

例如，+125℃的數(shù)字輸出為07D0H；+25.0625℃的數(shù)字輸出位0191H；-55℃的數(shù)字輸出為FC90H。

單總線傳感器與單片機(jī)的接口電路，單總線傳感器常采用內(nèi)部寄生電源和外部電源供電兩種方式供電，在連接方式上可分為單片連接和多片連接。前者形成單點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)，后者構(gòu)成多點(diǎn)測(cè)量系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)中單總線傳感器與單片機(jī)連接方式為外部電源供電方式，VCC接4.0V電源供電，外部電源供電的優(yōu)點(diǎn)：電源穩(wěn)定、抗干擾性強(qiáng)、操作方便；單片機(jī)P2口的P2.2為外接多路傳感器的數(shù)據(jù)傳輸線路，以組成多路城市環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。傳感器與單片機(jī)的連接圖如圖3所示。

圖3 傳感器與單片機(jī)連接圖

Fig.3 The circuit of MCU and sensors

2.4 電源模塊

數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用太陽(yáng)能電池來(lái)提供工作所需的電能，并采用凌特公司的LTC3105控制器對(duì)太陽(yáng)能電池提供的電壓進(jìn)行電壓變換，使整個(gè)系統(tǒng)可以得到穩(wěn)定的工作電壓并且在電路設(shè)計(jì)時(shí)加入可充電電池用來(lái)存儲(chǔ)剩余的電能以便在無(wú)太陽(yáng)光時(shí)系統(tǒng)可以正常工作。電源模塊電路圖如圖4所示。

LTC3105的技術(shù)參數(shù)如下：工作電壓可低至0.225V；該芯片可以編程輸出設(shè)備需要的電壓；最大輸出電流0.4A；外圍電路簡(jiǎn)單，只需外接較少的電子元器件就可以為設(shè)備提供穩(wěn)定的工作電壓；轉(zhuǎn)換效率高；具有過(guò)熱及過(guò)負(fù)載保護(hù)功能。

圖4 電源模塊電路圖

Fig.4 The circuit of power module

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為方便系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，主要有主程序、數(shù)據(jù)采集定中斷程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序以及GPRS通信程序等組成。

3.1 主程序功能

主程序負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)備的各個(gè)工作模塊進(jìn)行初始化、初始化完成后開(kāi)中斷程序，然后主程序便進(jìn)入中斷等待狀態(tài)，等待中斷的發(fā)生。

3.2 數(shù)據(jù)采集中斷程序

單片機(jī)與各個(gè)傳感器之間通過(guò)單總線方式連接，空閑時(shí)單總線狀態(tài)為高電平，各傳感器處于既可以寫(xiě)入又可以讀取數(shù)據(jù)的狀態(tài)。對(duì)單總線傳感器的操作主要包括兩類(lèi)：讀取數(shù)據(jù)與寫(xiě)入數(shù)據(jù)，以ROM操作命令或存儲(chǔ)操作命令的形式出現(xiàn)。相應(yīng)的命令可以由用戶(hù)自行定義，在此設(shè)備中定義如下：[F0H]識(shí)別總線上的所有傳感器；[33H]讀單個(gè)傳感器的序列號(hào)；[55H]定位某個(gè)傳感器；[CCH]跳過(guò)ROM操作；[4EH]寫(xiě)存儲(chǔ)器；[BEH]讀存儲(chǔ)器；[44H]完成采集數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

數(shù)據(jù)采集中斷程序通過(guò)定時(shí)器中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)定時(shí)器達(dá)到預(yù)定值時(shí)產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)便進(jìn)入數(shù)據(jù)采集程序。進(jìn)入數(shù)據(jù)采集程序后，系統(tǒng)將對(duì)需要采集數(shù)據(jù)的傳感器進(jìn)行選擇，相應(yīng)的傳感器對(duì)單片機(jī)的請(qǐng)求做出響應(yīng)，當(dāng)傳感器完成數(shù)據(jù)采集后，單片機(jī)對(duì)采集完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，數(shù)據(jù)讀取完畢后，單片機(jī)對(duì)讀取得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，并且將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)按一定格式進(jìn)行存儲(chǔ)以便通過(guò)GPRS發(fā)送到城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心。數(shù)據(jù)采集中斷程序流程圖如圖5a所示。

圖5 程序流程圖

Fig.5 Program Flow Diagram

3.3 GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送程序設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以將采集到的實(shí)時(shí)信息通過(guò)GPRS模塊發(fā)送到城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的服務(wù)器上，以便城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心實(shí)時(shí)掌握城市環(huán)境變化情況。單片機(jī)采集到各種數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將需要發(fā)送到城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的信息按一定格式進(jìn)行封裝后存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器內(nèi)，以便發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)調(diào)用。本系統(tǒng)采用定時(shí)器中斷方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，發(fā)送時(shí)間間隔為5S，當(dāng)定時(shí)器定時(shí)5S溢出進(jìn)入中斷后，執(zhí)行數(shù)據(jù)發(fā)送中斷程序，程序讀取發(fā)送緩沖器內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并且通過(guò)GPRS模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心。數(shù)據(jù)發(fā)送程序流程圖如圖5b 所示。

4結(jié)論

以單片機(jī)技術(shù)、GPRS技術(shù)、單總線傳感器技術(shù)設(shè)計(jì)的城市環(huán)境數(shù)據(jù)采集設(shè)備，具有精度高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。系統(tǒng)硬件以及軟件均采用模塊化設(shè)計(jì)，同時(shí)該設(shè)備采用太陽(yáng)能電池提供工作電源，更方便使用單位對(duì)系統(tǒng)的升級(jí)與維護(hù)。經(jīng)過(guò)實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，數(shù)據(jù)采集與傳送準(zhǔn)確可靠，為多點(diǎn)無(wú)線遠(yuǎn)程城市環(huán)境數(shù)據(jù)采集提供了一款全新的數(shù)據(jù)采集設(shè)備。避免了以往人工記錄存在較大誤差的缺點(diǎn)，該系統(tǒng)具有良好的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

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