本發(fā)明涉及一種環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，尤其是一種基于單片機(jī)的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。屬于無(wú)線監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只具備簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳輸功能，即從機(jī)采集環(huán)境數(shù)據(jù)，主機(jī)無(wú)線接收數(shù)據(jù)，功能單一，用途不廣。隨著單片機(jī)的廣泛應(yīng)用和通信技術(shù)的日趨發(fā)展，超遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控越來(lái)越備受關(guān)注，尤其在國(guó)防和工業(yè)生產(chǎn)中更是起著無(wú)可替代的作用。

近年來(lái)，隨著工業(yè)生產(chǎn)效率的不斷提高，自動(dòng)化水平與范圍的不斷擴(kuò)大，對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的要求也愈來(lái)愈高，各國(guó)專家都在有針對(duì)性地競(jìng)相開發(fā)各種特殊而實(shí)用的測(cè)量技術(shù)，并取得了重大進(jìn)展。但目前我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器多是中小型企業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)品基本集中在中低檔的環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器，遠(yuǎn)不能適應(yīng)我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作發(fā)展的需要。主要表現(xiàn)為：1)技術(shù)檔次低，低水平和重復(fù)生產(chǎn)嚴(yán)重，規(guī)模效益差。2)產(chǎn)品質(zhì)量不高，性能不穩(wěn)定，一致性較差，使用壽命短，故障率高。3)研究開發(fā)能力較低，在線監(jiān)測(cè)儀器的系統(tǒng)配套生產(chǎn)能力較低，不能適應(yīng)市場(chǎng)的需要。

無(wú)線通信技術(shù)已經(jīng)在我們的日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用，目前應(yīng)用廣泛的短距離無(wú)線通信技術(shù)主要有IEEE802.11 WLAN、藍(lán)牙、IrDA、Home-RF、ZigBee、微功率短距離無(wú)線通信技術(shù)等。與目前己經(jīng)具備相當(dāng)規(guī)模的無(wú)線長(zhǎng)距離通信網(wǎng)絡(luò)相比，短距離無(wú)線通信系統(tǒng)在基本結(jié)構(gòu)、服務(wù)范圍、應(yīng)用層次及通信業(yè)務(wù)(數(shù)據(jù)、話音)上，均有很大的不同。

(1)IEEE802.11

802.11是個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)，由5個(gè)現(xiàn)行有效的標(biāo)準(zhǔn)802.11、802.lla、802.11b、802.1lb-Corl、802.11c和5個(gè)正在發(fā)展制定中的標(biāo)準(zhǔn)802.1le、802.11f、802.11g、802.llh、802.11i組成。IEEE802.llb技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是無(wú)線局域網(wǎng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，自發(fā)布之日起就得到了廣泛的應(yīng)用，迄今為止仍是應(yīng)用熱點(diǎn)。該標(biāo)準(zhǔn)工作在2.4GHz的頻段上，采用了補(bǔ)碼鍵控(CCK)調(diào)制技術(shù)和直接序列調(diào)頻(DSSS)技術(shù)，最大傳輸速率可達(dá)11Mbit/s，并且可以根據(jù)情況的變化，在11Mbit/s、5.5Mbit/s、2Mbit/s、1Mbit/s的不同速率之間自動(dòng)切換，且在2Mbit/s、1Mbit/s的速率時(shí)與802.11兼容，它從根本上改變了WLAN的設(shè)計(jì)和應(yīng)用現(xiàn)狀，擴(kuò)大了WLAN的應(yīng)用領(lǐng)域?，F(xiàn)在，大多數(shù)廠商生產(chǎn)的WLAN產(chǎn)品都基于802.11標(biāo)準(zhǔn)。802.11a標(biāo)準(zhǔn)與802.11b標(biāo)準(zhǔn)同年制定，它工作在5GHz頻段上，使用OFDM(Orthogonal Frequeney Division Multiplexing)調(diào)制技術(shù)，支持6、9、12、18、24、36、48和54Mbit/s的傳輸速率。802.llb與802.lla兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都存在著各自的優(yōu)缺點(diǎn)。802.llb的優(yōu)勢(shì)在于價(jià)格低廉，但速率較低(最高11Mbit/s)，而802.lla優(yōu)勢(shì)在于傳輸速率快(最高54Mbit/s)且受干擾少，但價(jià)格相對(duì)較高。另外，802.llb與802.lla工作在不同的頻段上，不能工作在同一接入點(diǎn)(AP)的網(wǎng)絡(luò)里，因此802.llb與802.lla互不兼容。

為了解決上述問(wèn)題，IEEE802.ll工作組開始定義新的物理層標(biāo)準(zhǔn)802.11g。802.11g標(biāo)準(zhǔn)與以前的802.11協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)相比有以下兩個(gè)特點(diǎn)：在2.4GHz頻段使用正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制技術(shù)，使數(shù)據(jù)傳輸速率提高到20Mbit/s以上；能夠與802.llb的Wi-Fi系統(tǒng)互相連通，共存于同一AP的網(wǎng)絡(luò)里，保障了后向兼容性，延長(zhǎng)了802.llb產(chǎn)品的使用壽命，降低了使用者的投資。

(2)藍(lán)牙(Bluetooth)技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)作為一種近距離無(wú)線連接的全球性開放規(guī)范，己經(jīng)得到了全球眾多大企業(yè)的支持。藍(lán)牙技術(shù)同時(shí)支持語(yǔ)音和數(shù)據(jù)傳輸，使用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，本身包括糾錯(cuò)機(jī)制，可靠性高，藍(lán)牙規(guī)范的核心部分協(xié)議允許多個(gè)設(shè)備進(jìn)行相互定位、連接和交換數(shù)據(jù)，并能實(shí)現(xiàn)互操作和交互式應(yīng)用。但是藍(lán)牙設(shè)備價(jià)格昂貴，通信協(xié)議復(fù)雜，通訊距離近，藍(lán)牙RF定義了三種功率等級(jí)(100mw，25mw和l mw)當(dāng)藍(lán)牙設(shè)備功率為l mw時(shí)，其發(fā)射范圍一般為100m。在藍(lán)牙技術(shù)的使用過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍存在許多缺陷。對(duì)工業(yè)，家庭自動(dòng)化控制和遙測(cè)遙控領(lǐng)域而言，藍(lán)牙技術(shù)顯得太復(fù)雜，功耗大，距離近，組網(wǎng)規(guī)模太小等，而工業(yè)自動(dòng)化對(duì)無(wú)線通信的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。

(3)紅外(IrDA)技術(shù)

IrDA(Infrared Data Association)是由紅外數(shù)據(jù)協(xié)會(huì)提出并推行的一種無(wú)線通信協(xié)議，這種通信方式通過(guò)數(shù)據(jù)電脈沖和紅外光脈沖之間的相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)的收發(fā)。IrDA設(shè)備使用發(fā)光二極管發(fā)送信號(hào)，波長(zhǎng)范圍875nm±30nm。新制定的超高紅外(VFIR)標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率達(dá)到16Mpbs，相比傳統(tǒng)版本的4Mbps快了4倍，接收角度也由原來(lái)的30度擴(kuò)展到120度。IrDA設(shè)備的使用不需要申請(qǐng)?zhí)囟l率的使用執(zhí)照，并且還具有體積小、功耗低、技術(shù)成熟的優(yōu)點(diǎn)。IrDA數(shù)據(jù)傳輸速率比較高，同時(shí)由于是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，受到的干擾也較小，目前在成熟度和普及度上，IrDA是新興的無(wú)線通信技術(shù)無(wú)法比擬的。

但是，IrDA的缺點(diǎn)也很明顯。首先IrDA是一種視距傳輸技術(shù)，通信設(shè)備中間不能有任何阻擋物，通信設(shè)備的位置也需要相對(duì)固定，不適宜用于移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸；其次，IrDA只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線通信，不能完成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的無(wú)線通信；最后，IrDA設(shè)備的核心器件紅外LED容易損壞，因而設(shè)備壽命有限。

(4)無(wú)線單片技術(shù)

該技術(shù)一般采用單片數(shù)字信號(hào)收發(fā)芯片，加上微控制器和少量外圍器件構(gòu)成專用或通用無(wú)線通信模塊。一般射頻芯片采用FSK調(diào)制方式，工作于ISM頻段，一些必要的外圍模塊都已經(jīng)集成在芯片內(nèi)部，并且提供了簡(jiǎn)單透明的數(shù)據(jù)傳輸議或使用簡(jiǎn)單的加密協(xié)議，使用者不用對(duì)無(wú)線通信原理和工作機(jī)制有較深的了解只要依據(jù)芯片提供的操作接口進(jìn)行操作即可實(shí)現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸功能。由于其功率小、價(jià)格低廉、開發(fā)簡(jiǎn)單快速因而在工業(yè)、民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但數(shù)據(jù)傳輸速度、流量都較小，因此比較適合搭建對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度要求不高的小型網(wǎng)絡(luò)。目前，很多公司推出了這種類型的單片無(wú)線收發(fā)芯片，其中比較典型的是Nordic公司推出的nRF系列芯片。在對(duì)短距離無(wú)線通信的研究方面，目前國(guó)外除了繼續(xù)完善和提高短距離無(wú)線通信技術(shù)以外，對(duì)由短距離無(wú)線通信設(shè)備構(gòu)成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了較多的理論研究，其典型代表是對(duì)主要應(yīng)用于軍事的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究。這些研究主要集中在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議、介質(zhì)訪問(wèn)協(xié)議，節(jié)點(diǎn)間的同步以及數(shù)據(jù)融合技術(shù)等方面，并提出了大量針對(duì)不同應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)模型和通信協(xié)議。

目前，國(guó)內(nèi)高校對(duì)短距離無(wú)線通信在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用上研究的較多。其中，短距離無(wú)線通信在汽車輪胎壓力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、酒店無(wú)線點(diǎn)菜、不停車收費(fèi)、工業(yè)控制系統(tǒng)總線的無(wú)線傳輸?shù)阮I(lǐng)域均有研究。這些研究大多著重于無(wú)線通信功能的實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)用中的低功耗和抗干擾性能沒(méi)有進(jìn)行深入的研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于單片機(jī)的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)地對(duì)所測(cè)環(huán)境的溫度、濕度、有害氣體濃度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量處理。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于上述系統(tǒng)的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

基于單片機(jī)的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括上位機(jī)、下位機(jī)和移動(dòng)終端，所述移動(dòng)終端分別與上位機(jī)和下位機(jī)連接，所述上位機(jī)與下位機(jī)之間相互連接；所述下位機(jī)包括探測(cè)裝置和接收裝置，所述探測(cè)裝置包括第一單片機(jī)、第一無(wú)線傳輸模塊、溫濕度采集傳感器、可燃?xì)怏w傳感器、報(bào)警模塊和顯示模塊，所述第一單片機(jī)分別與第一無(wú)線傳輸模塊、溫濕度采集傳感器、可燃?xì)怏w傳感器、報(bào)警模塊以及顯示模塊連接，所述接收裝置包括第二單片機(jī)、第二無(wú)線傳輸模塊和串口通信模塊，所述第二單片機(jī)分別與第二無(wú)線傳輸模塊以及串口通信模塊連接。

作為一種優(yōu)選方案，所述報(bào)警模塊包括蜂鳴器和繼電器；所述蜂鳴器采用+5V的有源蜂鳴器，所述蜂鳴器與第一三極管的集電極連接，通過(guò)第一三極管放大電流從而驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出響聲，蜂鳴器的兩端并聯(lián)第一二極管，所述第一三極管的發(fā)射極上串接一個(gè)可調(diào)電阻；所述繼電器采用5V的繼電器，所述繼電器與第二三極管的集電極連接，通過(guò)第二三極管放大電流從而驅(qū)動(dòng)繼電器閉合或斷開，繼電器的線圈兩端并聯(lián)第二二極管，繼電器閉合或斷開時(shí)，觸發(fā)接線端子的常開、常閉觸點(diǎn)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)繼電器的控制，繼電器閉合時(shí)，LED指示燈亮，繼電器閉合時(shí)，LED指示燈滅。

作為一種優(yōu)選方案，所述第一單片機(jī)采用STC12C5A60S2單片機(jī)，所述第二單片機(jī)采用STC89C52RC單片機(jī)；所述第一無(wú)線傳輸模塊和第二無(wú)線傳輸模塊均采用NRF24L01無(wú)線模塊，該NRF24L01無(wú)線模塊通過(guò)AMS1117-3.3這個(gè)三端穩(wěn)壓元器件，使+5V的供電電源降壓到+3.3V；所述串口通信模塊采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成的串口通信電路，所述MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片的引腳1和引腳3之間、引腳2和引腳16之間、引腳4和引腳5之間、引腳6和引腳15之間均接有一個(gè)0.1μF的瓷片電容，串口發(fā)送數(shù)據(jù)口和接收數(shù)據(jù)口均串接LED指示燈。

作為一種優(yōu)選方案，所述溫濕度采集傳感器采用DHT11溫濕度傳感器，所述DHT11溫濕度傳感器的引腳2串接一個(gè)上拉電阻，該上拉電阻的電阻值為5K，引腳3懸空或接+5V電源；所述可燃?xì)怏w傳感器采用MQ-2可燃?xì)怏w傳感器，所述MQ-2可燃?xì)怏w傳感器的引腳1串接一個(gè)阻值為1K的電阻，并且并聯(lián)一個(gè)20PF的小濾波電容和一個(gè)1μF的大濾波電容；所述顯示模塊采用1602液晶顯示電路，該1602液晶顯示電路接有一個(gè)可調(diào)電阻。

作為一種優(yōu)選方案，所述系統(tǒng)的工作模式包括發(fā)送數(shù)據(jù)模式、接收數(shù)據(jù)模式和互聯(lián)網(wǎng)模式；所述發(fā)送數(shù)據(jù)模式用于采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并由下位機(jī)發(fā)送給到上位機(jī)，在上位機(jī)中顯示和統(tǒng)計(jì)；所述接收數(shù)據(jù)模式用于上位機(jī)控制下位機(jī)的報(bào)警濃度閥值和采樣時(shí)間間隔；所述互聯(lián)網(wǎng)模式用于實(shí)現(xiàn)收發(fā)短信、發(fā)送電子郵件、朗讀數(shù)據(jù)以及在線天氣功能。

本發(fā)明的另一目的可以通過(guò)采取如下技術(shù)方案達(dá)到：

基于上述系統(tǒng)的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)方法，所述方法包括以下步驟：

S1、上位機(jī)控制下位機(jī)的報(bào)警濃度閥值和采樣時(shí)間間隔；

S2、下位機(jī)在每個(gè)采樣時(shí)間間隔結(jié)束后，采集溫度、濕度、可燃?xì)怏w濃度數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)處理后發(fā)送給上位機(jī)，并進(jìn)行顯示；

S3、上位機(jī)對(duì)溫度、濕度、可燃?xì)怏w濃度和繼電器狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視，若可燃?xì)怏w濃度大于報(bào)警濃度閥值，則發(fā)出報(bào)警聲。

作為一種優(yōu)選方案，所述步驟S1，具體為：

S11、上位機(jī)在設(shè)定報(bào)警濃度閥值和采樣時(shí)間間隔后，向下位機(jī)下達(dá)指令；

S12、接收裝置的串口通信模塊接收中斷產(chǎn)生，接收來(lái)自串口通信模塊的數(shù)據(jù)，并判斷是否為標(biāo)識(shí)符，若是標(biāo)識(shí)符，則通過(guò)第二無(wú)線傳輸模塊將完整的數(shù)據(jù)發(fā)送給探測(cè)裝置的第一無(wú)線傳輸模塊；否則，保存當(dāng)前數(shù)據(jù)，等待下次中斷，直到接收到完整的數(shù)據(jù)再發(fā)送數(shù)據(jù)。

作為一種優(yōu)選方案，所述步驟S2，具體為：

S21、探測(cè)裝置通過(guò)第一無(wú)線傳輸模塊接收無(wú)線數(shù)據(jù)，并等待中斷；

S22、當(dāng)定時(shí)器中斷產(chǎn)生后，若未到達(dá)采樣時(shí)間，則等待下次中斷，若到達(dá)采樣時(shí)間，則通過(guò)溫濕度采集傳感器采集溫度、濕度數(shù)據(jù)，并打開第一單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換接口，通過(guò)可燃?xì)怏w傳感器采集可燃?xì)怏w濃度數(shù)據(jù)；

S23、判斷可燃?xì)怏w濃度是否大于報(bào)警濃度閥值，若可燃?xì)怏w濃度大于報(bào)警濃度閥值，則繼電器閉合，蜂鳴器發(fā)出響聲，同時(shí)LED指示燈亮；否則，繼電器斷開，蜂鳴器不發(fā)出響聲，同時(shí)LED指示燈滅；

S24、通過(guò)第一無(wú)線傳輸模塊發(fā)送數(shù)據(jù)到接收裝置的第二無(wú)線傳輸模塊，再通過(guò)串口通信模塊發(fā)送給上位機(jī)，并通過(guò)顯示模塊顯示溫度、濕度、可燃?xì)怏w濃度、報(bào)警濃度閥值和繼電器狀態(tài)。

作為一種優(yōu)選方案，所述步驟S3，具體為：

S41、上位機(jī)從串口接收下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，對(duì)溫度、濕度、可燃?xì)怏w濃度和繼電器狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視；

S42、判斷可燃?xì)怏w濃度是否大于報(bào)警濃度閥值，若可燃?xì)怏w濃度大于報(bào)警濃度閥值，則發(fā)出報(bào)警聲；

S43、通過(guò)界面顯示溫度、濕度、可燃?xì)怏w濃度和繼電器狀態(tài)，并生成實(shí)時(shí)曲線。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明的移動(dòng)終端分別與上位機(jī)和下位機(jī)連接，上位機(jī)與下位機(jī)之間相互連接，使得上位機(jī)、下位機(jī)和移動(dòng)終端三者之間可以兩兩相互通信，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和相互交流，聯(lián)網(wǎng)功能能夠讓使用者了解到當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境數(shù)據(jù)，使用者可比對(duì)采集到的數(shù)據(jù)是否吻合；此外，下位機(jī)采用單片機(jī)作為主控制電路，并以無(wú)線傳輸模塊為核心，配置新式的微型低功耗傳感器，可實(shí)時(shí)地對(duì)所測(cè)環(huán)境的溫度、濕度、有害氣體濃度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量處理，在實(shí)際應(yīng)用中能夠?qū)Νh(huán)境參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量并可靠傳輸，體現(xiàn)了傳感器數(shù)字化、智能化、無(wú)線化的優(yōu)點(diǎn)。

2、本發(fā)明的數(shù)據(jù)的采集和處理采用了軟件濾波和硬件濾波法，軟件濾波主要通過(guò)取平均值法和比較歷史值法，從而排除異常值，保留有效值，使得采集到的數(shù)據(jù)更加有效和精確，排除誤差，提高了數(shù)據(jù)采集的精度。

3、本發(fā)明的上位機(jī)可以通過(guò)連接互聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的短信發(fā)送，電子郵件發(fā)送功能，數(shù)據(jù)中英文朗讀功能等等，而且在手機(jī)終端還可以回復(fù)相應(yīng)的代號(hào)，從而控制上下位機(jī)的動(dòng)作。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為本發(fā)明的探測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為本發(fā)明的接收裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

圖4為本發(fā)明的探測(cè)裝置中第一單片機(jī)的主控制電路原理圖。

圖5為本發(fā)明的探測(cè)裝置中溫濕度傳感器的電路原理圖。

圖6為本發(fā)明的探測(cè)裝置中可燃?xì)怏w傳感器的電路原理圖。

圖7為本發(fā)明的探測(cè)裝置中第一無(wú)線傳輸模塊的電路原理圖。

圖8為本發(fā)明的探測(cè)裝置中報(bào)警模塊的蜂鳴器電路原理圖。

圖9為本發(fā)明的探測(cè)裝置中報(bào)警模塊的繼電器電路原理圖。

圖10為本發(fā)明的探測(cè)裝置中顯示模塊的電路原理圖。

圖11為本發(fā)明的接收裝置中第二單片機(jī)的電路原理圖。

圖12為本發(fā)明的接收裝置中串口通信模塊的電路原理圖。

圖13為本發(fā)明的探測(cè)裝置主程序流程圖。

圖14為本發(fā)明的探測(cè)裝置定時(shí)器中斷流程圖。

圖15為本發(fā)明的接收裝置主程序流程圖。

圖16為本發(fā)明的接收裝置串口通信模塊接收中斷流程圖。

圖17為本發(fā)明的上位機(jī)流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1：

從理論上來(lái)講，2.4GHz是工作在ISM頻段的一個(gè)頻段。ISM頻段是工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)用頻段。一般來(lái)說(shuō)世界各國(guó)均保留了一些無(wú)線頻段，以用于工業(yè)，科學(xué)研究，和微波醫(yī)療方面的應(yīng)用，應(yīng)用這些頻段無(wú)需許可證，只需要遵守一定的發(fā)射功率(一般低于1W)，并且不要對(duì)其它頻段造成干擾即可。

ISM頻段在各國(guó)的規(guī)定并不統(tǒng)一。而2.4GHz為各國(guó)共同的ISM頻段。因此無(wú)線局域網(wǎng)(IEEE 802.11b/IEEE 802.11g)、藍(lán)牙、ZigBee等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，均可工作在2.4GHz頻段上；所謂的2.4G無(wú)線技術(shù)，其頻段處于2.405GHz-2.485GHz(科學(xué)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè))之間，所以簡(jiǎn)稱為2.4G無(wú)線技術(shù)。

免費(fèi)頻段，是指各個(gè)國(guó)家根據(jù)各自的實(shí)際情況，并考慮盡可能與世界其他國(guó)家規(guī)定的一致性，而劃分出來(lái)的一個(gè)頻段，專門用于工業(yè)，醫(yī)療以及科學(xué)研究使用(ISM頻段)，不需申請(qǐng)而可以免費(fèi)使用的頻段。我們國(guó)家的2.4G頻段，就是這樣一個(gè)頻段。然而，為了保證大家都可以合理使用，國(guó)家對(duì)該頻段內(nèi)的無(wú)線收發(fā)設(shè)備，在不同環(huán)境下的使用功率做了相應(yīng)的限制。例如在城市環(huán)境下，發(fā)射功率不能超過(guò)100mW。

NRF24L01是單片射頻收發(fā)芯片，工作于2.4～2.5GHz ISM頻段。工作電壓為1.9～3.6V，有多達(dá)125個(gè)頻道可供選擇?？赏ㄟ^(guò)SPI寫入數(shù)據(jù)，最高可達(dá)10Mb/s，數(shù)據(jù)傳輸率最快可達(dá)2Mb/s，并且有自動(dòng)應(yīng)答和自動(dòng)再發(fā)射功能。和上一代nRF2401相比，nRF24L01數(shù)據(jù)傳輸率更快，數(shù)據(jù)寫入速度更高，內(nèi)嵌的功能更完備。芯片能耗非常低，以-6dBm的功率發(fā)射時(shí)，工作電流只有9mA，接收時(shí)工作電流只有12.3mA，多種低功率工作模式(掉電模式和空閑模式)使節(jié)能設(shè)計(jì)更方便。這就不難發(fā)現(xiàn)為什么絕大部分甚至微軟、羅技這樣的知名鍵鼠企業(yè)都普遍采用NRF24L01芯片作為收發(fā)芯片的原因。

2.4G數(shù)字無(wú)繩電話方案采用NSC的2.4G無(wú)線方案，運(yùn)行在2.4GHz(2400-2483.5GHz)開放頻段上，采用時(shí)分雙工(TDD)，調(diào)制方式為BT＝0.5的GFSK，調(diào)制指數(shù)為0.28-0.35，采用跳頻方案以確保鏈路穩(wěn)定?！?.4Ghz非聯(lián)網(wǎng)解決方案”也就是俗稱的2.4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它的優(yōu)點(diǎn)是解決了27Mhz功率大、傳輸距離短、同類產(chǎn)品容易出現(xiàn)互相干擾等缺點(diǎn)而提出的。2.4G無(wú)線技術(shù)之所以是“2.4G”而不是“2.5G”是因?yàn)樵摷夹g(shù)使用的頻率是2.4-2.485GHz ISM無(wú)線頻段，該頻段在全球大多數(shù)國(guó)家均屬于免授權(quán)免費(fèi)使用，這為產(chǎn)品的普及掃清了最大障礙。

藍(lán)牙技術(shù)是一種短距離無(wú)線通信技術(shù)，是一種可實(shí)現(xiàn)多種設(shè)備之間無(wú)線連接的協(xié)議，是一種簡(jiǎn)便穩(wěn)定的無(wú)線連接手段，憑借其在使用距離、抗干擾能力、易用性、安全性等方面的領(lǐng)先，同時(shí)藍(lán)牙設(shè)備的成本也不斷的下降，使藍(lán)牙技術(shù)逐漸成為無(wú)線外設(shè)的主流技術(shù)；所有藍(lán)牙設(shè)備都必須具備的藍(lán)牙標(biāo)志，正因?yàn)樗{(lán)牙技術(shù)由2.4-2.485GHz ISM(工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段增加特定協(xié)議而來(lái)，因此它能夠使任何藍(lán)牙設(shè)備在一定范圍內(nèi)互相配對(duì)并連接、傳輸數(shù)據(jù)。這個(gè)技術(shù)的好處不但使減低了甚至杜絕了無(wú)線設(shè)備互相干擾的現(xiàn)象，甚至使藍(lán)牙設(shè)備適應(yīng)性更廣，成本更低廉；此外，藍(lán)牙技術(shù)傳輸速率最高為每秒1Mbps，雖然和2.4Ghz非聯(lián)網(wǎng)解決方案的2Mbps還有一定差距，但還是要高于27MHz無(wú)線技術(shù)。

為了實(shí)現(xiàn)個(gè)人PC自動(dòng)化控制，將人類從有線的環(huán)境中解放出來(lái)，以取代線纜為目標(biāo)，鍵鼠無(wú)線技術(shù)廣受大家歡迎，不過(guò)傳統(tǒng)的27MHz RF無(wú)線頻率帶技術(shù)，在這個(gè)頻率帶中有四個(gè)全球范圍的頻道：其中兩個(gè)用于無(wú)線鍵盤，另外兩個(gè)用于無(wú)線鼠；輸出速率為4.8MB/S，不但容易受到干擾，而且傳輸距離僅為6英尺(182.88cm)。

因此，本實(shí)施例提供了一種無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)時(shí)地對(duì)所測(cè)環(huán)境的溫度、濕度、有害氣體濃度等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量處理。

如圖1～圖3所示，本實(shí)施例的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括上位機(jī)、下位機(jī)和移動(dòng)終端，所述移動(dòng)終端分別與上位機(jī)和下位機(jī)連接，所述上位機(jī)與下位機(jī)之間相互連接；所述下位機(jī)包括探測(cè)裝置和接收裝置，所述探測(cè)裝置包括第一單片機(jī)、第一無(wú)線傳輸模塊、溫濕度采集傳感器、可燃?xì)怏w傳感器、報(bào)警模塊和顯示模塊，所述第一單片機(jī)分別與第一無(wú)線傳輸模塊、溫濕度采集傳感器、可燃?xì)怏w傳感器、報(bào)警模塊以及顯示模塊連接，所述接收裝置包括第二單片機(jī)、第二無(wú)線傳輸模塊和串口通信模塊，所述第二單片機(jī)分別與第二無(wú)線傳輸模塊以及串口通信模塊連接。

整個(gè)系統(tǒng)的工作模式包括發(fā)送數(shù)據(jù)模式、接收數(shù)據(jù)模式和互聯(lián)網(wǎng)模式；所述發(fā)送數(shù)據(jù)模式用于采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并由下位機(jī)發(fā)送給到上位機(jī)，在上位機(jī)中顯示和統(tǒng)計(jì)；所述接收數(shù)據(jù)模式用于上位機(jī)控制下位機(jī)的報(bào)警濃度閥值和采樣時(shí)間間隔；所述互聯(lián)網(wǎng)模式用于實(shí)現(xiàn)收發(fā)短信、發(fā)送電子郵件、朗讀數(shù)據(jù)以及在線天氣功能。

一、探測(cè)裝置的電路設(shè)計(jì)

第一單片機(jī)采用STC12C5A60S2單片機(jī)，STC12C5A60S2單片機(jī)的主控制電路如圖4所示，與普通的51單片機(jī)最小系統(tǒng)類似，由晶振電路、復(fù)位電路、電源開關(guān)、電源指示燈、電源擴(kuò)展口和上拉電阻等組成。

溫濕度采集傳感器采用DHT11溫濕度傳感器，如圖5所示，DHT11溫濕度傳感器的引腳2(串行數(shù)據(jù)DATA腳)串接一個(gè)上拉電阻R3，該上拉電阻R3的電阻值為5K，引腳3懸空或接+5V電源，防止干擾。

可燃?xì)怏w傳感器采用MQ-2可燃?xì)怏w傳感器，如圖6所示，所述MQ-2可燃?xì)怏w傳感器的引腳1串接一個(gè)阻值為1K的電阻R4，并且并聯(lián)一個(gè)20PF的小濾波電容C5和一個(gè)1μF的大濾波電容C6。

第一無(wú)線傳輸模塊采用NRF24L01無(wú)線模塊，如圖7所示，該NRF24L01無(wú)線模塊的工作電壓是+3.3V，但是供電電源是+5V，所以必須要進(jìn)行必要的降壓處理，使+5V降壓到+3.3V，這樣就需要用到AMS1117-3.3這個(gè)三端穩(wěn)壓元器件了，而且應(yīng)該對(duì)NRF24L01無(wú)線模塊的供電電源進(jìn)行必要的濾波處理，確保無(wú)線傳輸模塊供電的穩(wěn)定性。

報(bào)警模塊包括蜂鳴器和繼電器，所述蜂鳴器的電路如圖8所示，采用+5V的有源蜂鳴器(圖中的Beep)，所述蜂鳴器與第一三極管Q1的集電極連接，通過(guò)第一三極管Q1放大電流從而驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出響聲，蜂鳴器的兩端并聯(lián)第一二極管D1，所述第一三極管D1的發(fā)射極上串接一個(gè)可調(diào)電阻R7，通過(guò)可調(diào)電阻R7方便手動(dòng)調(diào)節(jié)通過(guò)蜂鳴器的電流，從而控制蜂鳴器的報(bào)警響聲；所述繼電器的電路如圖9所示，采用5V的繼電器(圖中的jdq)，所述繼電器與第二三極管Q2的集電極連接，通過(guò)第二三極管Q2放大電流從而驅(qū)動(dòng)繼電器閉合或斷開，繼電器的線圈兩端并聯(lián)第二二極管D2，第二二極管D2的作用是續(xù)流作用，防止線圈中存儲(chǔ)的電流對(duì)外部元器件造成沖擊和損傷，繼電器閉合或斷開時(shí)，觸發(fā)P3接線端子的常開、常閉觸點(diǎn)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了繼電器的控制作用，繼電器閉合時(shí)，LED指示燈DS2亮，繼電器閉合時(shí)，LED指示燈DS2滅；其中，第一二極管D1和第二二極管D2都均采用IN4004二極管。

所述顯示模塊采用1602液晶顯示電路，如圖10所示，該1602液晶顯示電路可以顯示最基本的英文、數(shù)字和符號(hào)信息，能夠滿足一般數(shù)據(jù)顯示的需求，1602液晶顯示電路接有一個(gè)可調(diào)電阻R5，可調(diào)電阻R5的阻值為10K，通過(guò)可調(diào)電阻R5可以調(diào)節(jié)液晶的偏壓程度，在電源不穩(wěn)定的情況下，可以調(diào)節(jié)變阻器的阻值來(lái)保證液晶的正常顯示。

綜上所述，整個(gè)探測(cè)裝置的硬件平臺(tái)采用模塊化的構(gòu)建方式，即每個(gè)部分都是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊，可拆卸，可組裝，方便二次開放利用以及調(diào)試；同時(shí)，由于模塊化處理，所以硬件的可靠性更加高，集成度更高，更重要的是可以很方便地進(jìn)行功能的擴(kuò)展和升級(jí)；另外，各個(gè)模塊均采用了跳線集中管理，可以通過(guò)跳線很方便地控制各個(gè)模塊的電源供給。

二、接收裝置的電路設(shè)計(jì)

第二單片機(jī)采用STC89C52RC單片機(jī)，STC89C52RC單片機(jī)的主控制電路如圖11所示，采用典型的51驅(qū)動(dòng)電路，由晶振電路、復(fù)位電路、電源開關(guān)、電源指示燈、電源擴(kuò)展口和上拉電阻等組成。

第二無(wú)線傳輸模塊采用NRF24L01無(wú)線模塊，與探測(cè)裝置的第一無(wú)線傳輸模塊基本一致，在此不再贅述。

串口通信模塊采用MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成的串口通信電路，如圖12所示，所述MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片的引腳1和引腳3之間、引腳2和引腳16之間、引腳4和引腳5之間、引腳6和引腳15之間均接有一個(gè)0.1μF的瓷片電容，沒(méi)有使用設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的標(biāo)準(zhǔn)電容值(1μF)，經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，使用0.1μF的瓷片電容一樣可以達(dá)到電路的功能，而且，電路會(huì)更加小型化，集成度也更高。另外，串口發(fā)送數(shù)據(jù)口和接收數(shù)據(jù)口均串接了LED指示燈DS2、DS3，可以方便調(diào)試者觀察串口的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的情況。

與探測(cè)裝置類似的是，接收裝置的硬件平臺(tái)均采用模塊化的構(gòu)建方式，即每個(gè)部分都是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊，可拆卸，可組裝，方便二次開放利用以及調(diào)試；同時(shí)，由于模塊化處理，所以硬件的可靠性更加高，集成度更高，更重要的是可以很方便地進(jìn)行功能的擴(kuò)展和升級(jí)；另外，各個(gè)模塊均采用了跳線集中管理，可以通過(guò)跳線很方便地控制各個(gè)模塊的電源供給。

三、下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

對(duì)于一個(gè)完整的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)尤為重要，一個(gè)設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)能浖到y(tǒng)能保證系統(tǒng)工作的快速性、穩(wěn)定性、安全性和實(shí)時(shí)性，而且軟件設(shè)計(jì)必須要根據(jù)硬件特性、適用場(chǎng)合等因素因地制宜地確定設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)流程，這樣就為后期的維護(hù)和升級(jí)方面提供便利。

對(duì)于本實(shí)施例的無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)需要滿足以下幾點(diǎn)要求：

1)對(duì)于探測(cè)裝置，要能準(zhǔn)確無(wú)誤地在每個(gè)采樣時(shí)間間隔結(jié)束后正確采集各個(gè)環(huán)境數(shù)據(jù)，包括溫度數(shù)據(jù)、濕度數(shù)據(jù)、可燃?xì)怏w濃度數(shù)據(jù)等，并能夠正確顯示在液晶屏幕上。這樣就需要利用到單片機(jī)的定時(shí)器功能，為定時(shí)器設(shè)定一個(gè)采樣時(shí)間間隔，每隔一段時(shí)間，則啟動(dòng)定時(shí)器中斷，開始采集數(shù)據(jù)信息，采集完數(shù)據(jù)馬上就進(jìn)行無(wú)線發(fā)送。

2)探測(cè)裝置中不同的傳感器相互干擾，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致A/D轉(zhuǎn)換出現(xiàn)很大誤差。這時(shí)，可以改善電源和接地部分的電路，使用優(yōu)質(zhì)的電源線和數(shù)據(jù)線，使用相對(duì)穩(wěn)定的參考電源；其次，適當(dāng)降低A/D轉(zhuǎn)換采樣時(shí)間和轉(zhuǎn)換速度；再者，合理地分配端口，防止對(duì)模擬量輸入端口造成干擾；最后，適當(dāng)?shù)卦诔绦蛑屑尤霐?shù)字濾波，如平均值濾波法

3)對(duì)于接收裝置，應(yīng)該時(shí)刻準(zhǔn)備著接收無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)，并且準(zhǔn)備馬上發(fā)送數(shù)據(jù)到串口通信模塊中，由串口通信模塊發(fā)送到上位機(jī)；另外，還需要用到串口接收中斷，當(dāng)上位機(jī)下達(dá)指令時(shí)，馬上產(chǎn)生中斷，并將指令經(jīng)由無(wú)線發(fā)送模塊傳送到探測(cè)裝置，從而實(shí)現(xiàn)雙向通信。

4)由于使用到的傳感器比較多，代碼量很大，所以，程序編寫的時(shí)候在關(guān)鍵的部分應(yīng)該書寫注釋，方便以后對(duì)代碼的更改和調(diào)試；而且，應(yīng)該對(duì)不同傳感器應(yīng)該進(jìn)行模塊化的編寫處理，最后在主函數(shù)統(tǒng)一地進(jìn)行調(diào)用，程序就更具有可讀性和條理性。

如圖13所示，為探測(cè)裝置的主程序的流程圖，主函數(shù)一直在接收無(wú)線數(shù)據(jù)，并等待中斷，定時(shí)器中斷產(chǎn)生后，開始執(zhí)行圖14所示的定時(shí)器中斷流程圖，若未到達(dá)采樣時(shí)間，則等待下次中斷，若到達(dá)采樣時(shí)間，則通過(guò)溫濕度采集傳感器采集溫度、濕度數(shù)據(jù)，并打開第一單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換接口，通過(guò)可燃?xì)怏w傳感器采集可燃?xì)怏w濃度數(shù)據(jù)；判斷可燃?xì)怏w濃度(實(shí)時(shí)濃度)是否大于報(bào)警濃度閥值(報(bào)警濃度)，若可燃?xì)怏w濃度大于報(bào)警濃度閥值，則繼電器閉合，蜂鳴器發(fā)出響聲，同時(shí)LED指示燈亮；否則，繼電器斷開，蜂鳴器不發(fā)出響聲，同時(shí)LED指示燈滅；再通過(guò)第一無(wú)線傳輸模塊發(fā)送數(shù)據(jù)到接收裝置的第二無(wú)線傳輸模塊，再通過(guò)串口通信模塊發(fā)送給上位機(jī)，并通過(guò)顯示模塊顯示溫度、濕度、可燃?xì)怏w濃度、報(bào)警濃度閥值和繼電器狀態(tài)。

探測(cè)裝置的程序設(shè)計(jì)重點(diǎn)解決的問(wèn)題是：

1)正確運(yùn)用單片機(jī)的A/D轉(zhuǎn)換，完成對(duì)可燃?xì)怏w濃度以及其他環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的無(wú)線發(fā)送、報(bào)警狀態(tài)顯示和報(bào)警動(dòng)作觸發(fā)。

2)能正確接收無(wú)線信號(hào)(報(bào)警濃度閥值)，并馬上回發(fā)接收到的報(bào)警濃度數(shù)據(jù)，方便上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的匹配，確保探測(cè)裝置已準(zhǔn)確無(wú)誤地接收到了指定的數(shù)據(jù)。

3)在主程序中正確合理地調(diào)用各個(gè)傳感器的子函數(shù)，最后完成整個(gè)工程文件。

探測(cè)裝置的程序設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)部分，第一部分是：主程序部分；第二部分是：定時(shí)器中斷子程序部分，這兩個(gè)部分的代碼如下：

1)主程序部分的代碼

2)定時(shí)器中斷子程序部分的代碼

如圖15所示，為接收裝置的主程序的流程圖，主函數(shù)一直在接收無(wú)線數(shù)據(jù)，接收到數(shù)據(jù)之后馬上通過(guò)串口通信模塊發(fā)送到上位機(jī)，上位機(jī)下達(dá)指令時(shí)，串口通信模塊接收中斷產(chǎn)生，開始執(zhí)行圖16所示的串口通信模塊接收中斷流程圖，接收來(lái)自串口通信模塊的數(shù)據(jù)，并判斷是否為標(biāo)識(shí)符，若是標(biāo)識(shí)符，則通過(guò)第二無(wú)線傳輸模塊將完整的數(shù)據(jù)發(fā)送給探測(cè)裝置的第一無(wú)線傳輸模塊；否則，保存當(dāng)前數(shù)據(jù)，等待下次中斷，直到接收到完整的數(shù)據(jù)再發(fā)送數(shù)據(jù)。

接收裝置的程序設(shè)計(jì)重點(diǎn)解決的問(wèn)題是：

1)正確地使用查詢法設(shè)計(jì)串口發(fā)送程序，使用中斷法設(shè)計(jì)串口接收程序。

2)正確地設(shè)計(jì)出無(wú)線接收程序，將接收到的各個(gè)環(huán)境數(shù)據(jù)經(jīng)由串口通信模塊發(fā)送給上位機(jī)；保存從串口通信模塊接收到的報(bào)警濃度閥值，并設(shè)計(jì)無(wú)線發(fā)送程序發(fā)送到探測(cè)裝置。

接收裝置的程序設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)部分，第一部分是：主程序部分；第二部分是：串口通信模塊接收中斷子程序部分。

1)主程序部分的代碼

2)串口通信模塊接收中斷子程序部分的代碼

四、上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)采用一般的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，開發(fā)使用的軟件是Visual Basic 6.0，使用該軟件的原因是：

1)VB6.0入門比較容易，能夠直觀地構(gòu)建人機(jī)交互界面，相比Visual C++更能夠節(jié)省開發(fā)周期。

2)VB6.0系統(tǒng)自帶控件很多，能夠方便開發(fā)者開發(fā)軟件，縮短開發(fā)時(shí)間。如果某些功能難以用一般語(yǔ)法完成，還能調(diào)用系統(tǒng)的API函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能，十分方便易行。所以，沒(méi)有太大必要用更高版本的開發(fā)軟件。

3)某些特殊功能需要外加第三方控件才能實(shí)現(xiàn)的，例如：制作實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線；而VB可以十分方便的直接注冊(cè)并且使用它們。

4)VB6.0編譯出的可執(zhí)行文件對(duì)于微軟操作系統(tǒng)的兼容性很高，經(jīng)過(guò)合適的打包和封裝，在絕大部分的微軟操作系統(tǒng)中都能正常工作，使用范圍很廣泛。

如圖17所示，為上位機(jī)的工作簡(jiǎn)化流程圖，左側(cè)的流程是接收數(shù)據(jù)過(guò)程，當(dāng)打開了主界面之后，點(diǎn)擊“打開串口”按鈕，就開始接收數(shù)據(jù)，監(jiān)控開始。如果濃度超過(guò)了報(bào)警值，則會(huì)自動(dòng)報(bào)警。溫度、濕度、可燃?xì)怏w實(shí)時(shí)濃度和當(dāng)前報(bào)警閥值都會(huì)以實(shí)時(shí)曲線的方式來(lái)展現(xiàn)在界面上，當(dāng)然，繼電器的開關(guān)狀態(tài)也會(huì)在軟件上顯示。

右側(cè)的流程主要是發(fā)送數(shù)據(jù)功能，當(dāng)使用者輸入有效的報(bào)警濃度閥值，并點(diǎn)擊“發(fā)送”之后，就可以通過(guò)串口發(fā)送數(shù)據(jù)給系統(tǒng)的接收裝置，由接收裝置來(lái)無(wú)線發(fā)送數(shù)據(jù)或者指令；發(fā)送的同時(shí)，也在接收回送的數(shù)據(jù)，并且比對(duì)要發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收到的回送數(shù)據(jù)，如果兩個(gè)數(shù)據(jù)一致，證明了數(shù)據(jù)發(fā)送成功，則返回主程序；否則，超出一定的時(shí)間后，再次啟動(dòng)發(fā)送，直到接收到的回送數(shù)據(jù)等于發(fā)送數(shù)據(jù)為止。

當(dāng)然，上位機(jī)的其他輔助功能、網(wǎng)絡(luò)功能，并沒(méi)有在圖17的流程圖中體現(xiàn)出來(lái)，圖17的流程圖只是上位機(jī)的主體功能的簡(jiǎn)單介紹。

上位機(jī)軟件的界面總共有7個(gè)，分別是：

1)歡迎界面：提供軟件的相關(guān)信息，打開的同時(shí)加載軟件；

2)小貼士界面：提供軟件使用指南；

3)主界面：主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)顯示和處理；

4)瀏覽器界面：可以瀏覽網(wǎng)站；

5)短信界面：可發(fā)送數(shù)據(jù)短信到指定的手機(jī)，或者接收回復(fù)的短信；

6)電子郵件界面：發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)的電子郵件，可以帶附件；

7)定時(shí)關(guān)機(jī)界面：設(shè)定監(jiān)控的時(shí)長(zhǎng)，超過(guò)該時(shí)長(zhǎng)則自動(dòng)關(guān)機(jī)。

其中，最重要的界面是主界面，主界面包含了整個(gè)上位機(jī)的主要功能，即數(shù)據(jù)功能：接收數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)，保存歷史數(shù)據(jù)，并且可以使用實(shí)時(shí)曲線來(lái)反映數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)。

其他界面功能的調(diào)用都需要使用者在主界面上進(jìn)行操作才能使用，主界面主要負(fù)責(zé)的是數(shù)據(jù)的顯示和處理；歡迎界面負(fù)責(zé)提供軟件的相關(guān)信息；小貼士界面提供軟件使用指南；瀏覽器界面可以瀏覽網(wǎng)站；短信界面可發(fā)送數(shù)據(jù)短信到指定的手機(jī)，或者接收回復(fù)的短信；電子郵件界面可以發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)的電子郵件(帶附件)；定時(shí)關(guān)機(jī)界面能設(shè)定監(jiān)控的時(shí)長(zhǎng)，超過(guò)則自動(dòng)關(guān)機(jī)。

上位機(jī)的主要功能有5個(gè)，如下：

1)溫度、濕度、可燃?xì)怏w濃度、報(bào)警濃度值、繼電器開關(guān)狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)視、2D/3D實(shí)時(shí)曲線顯示

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的顯示主要是通過(guò)處理從串口接收到的數(shù)據(jù)流，分別提取溫濕度、可燃?xì)怏w濃度、報(bào)警濃度值、繼電器開關(guān)狀態(tài)這幾個(gè)數(shù)據(jù)，并且反映在主界面上。

實(shí)時(shí)曲線的顯示主要是通過(guò)TeeChart控件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該控件能在VB開發(fā)環(huán)境中使用，能很直觀方便地顯示數(shù)據(jù)，可以生成多種圖表。該控件還自帶有多種小工具，如：放大鏡工具、移動(dòng)X軸工具、移動(dòng)Y軸工具等；另外，使用該控件還可以繪制出二維或者三維的靜態(tài)曲線圖，再加入合適的程序，就可以繪制出實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)曲線。

主界面能清晰地通過(guò)類似數(shù)碼管的形象來(lái)顯示數(shù)據(jù)，還可以記錄數(shù)據(jù)的最大值、最小值；當(dāng)濃度值超過(guò)報(bào)警值時(shí)，還會(huì)自動(dòng)打開報(bào)警聲音文件，達(dá)到自動(dòng)報(bào)警效果。

2)報(bào)警濃度閾值可以遠(yuǎn)程控制

使用者可以在報(bào)警濃度的輸入框內(nèi)輸入有效的數(shù)據(jù)，然后點(diǎn)擊“設(shè)置”，就可以遠(yuǎn)程設(shè)置報(bào)警濃度閥值了；例如設(shè)置報(bào)警濃度閥值為18ppm，發(fā)送成功之后，會(huì)有提示框彈出；而且，實(shí)時(shí)曲線中的紅線(報(bào)警濃度線)也跟著從50ppm下降到18ppm。

另外，還可以界面通過(guò)滑動(dòng)滑塊調(diào)整下位機(jī)的數(shù)據(jù)采樣時(shí)間間隔，以及上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)的超時(shí)重發(fā)時(shí)間間隔。

3)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的Excel表格或者WPS表格輸出

使用者可以在安裝有Excel表格的計(jì)算機(jī)上點(diǎn)擊“高級(jí)”--“Excel”，就可以自動(dòng)打開Excel軟件，并且到達(dá)采樣時(shí)間間隔后，把采集到的數(shù)據(jù)同步記錄在表格中。同理，也可以在安裝有WPS表格的計(jì)算機(jī)上點(diǎn)擊“高級(jí)”--“WPS”，就可以自動(dòng)打開WPS表格，并且把采集到的數(shù)據(jù)記錄在表格中。

如果需要保存，則可以點(diǎn)擊“Save”進(jìn)行文件另保存，可以設(shè)置保存的路徑和文件名，文件名默認(rèn)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間。保存之前，軟件會(huì)自動(dòng)地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的最大值、最小值和平均值，并且在數(shù)據(jù)表格的最下面一行顯示出來(lái)。

4)截圖功能(全屏截圖)

截圖功能的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)Windows系統(tǒng)的API函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)調(diào)用API函數(shù)將截圖加載到PictureBox控件中，最后，保存PictureBox控件中的截圖即可完成截圖功能，截圖的文件名默認(rèn)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間。

5)定時(shí)關(guān)機(jī)功能(關(guān)機(jī)前自動(dòng)保存文件)

定時(shí)關(guān)機(jī)功能是通過(guò)系統(tǒng)的API函數(shù)和定時(shí)器實(shí)現(xiàn)的，輸入時(shí)間長(zhǎng)度，開始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為0時(shí)，自動(dòng)彈出提醒消息框，再次確定是否自動(dòng)關(guān)閉計(jì)算機(jī)。此時(shí)，有30秒時(shí)間確認(rèn)；如果超過(guò)了30秒沒(méi)有取消關(guān)機(jī)的話，將會(huì)自動(dòng)關(guān)閉上位機(jī)軟件，關(guān)閉計(jì)算機(jī)，如果上位機(jī)正在輸出數(shù)據(jù)到Excel/WPS表格，則會(huì)自動(dòng)保存表格文件。關(guān)閉軟件后，在第二個(gè)30秒后，將自動(dòng)關(guān)閉計(jì)算機(jī)。

上位機(jī)的網(wǎng)絡(luò)功能主要有5個(gè)，顯然，網(wǎng)絡(luò)功能正常使用的前提是計(jì)算機(jī)必須正常連接到互聯(lián)網(wǎng)(即系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)模式)，5個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能如下：

1)顯示各地(例如廣東)實(shí)時(shí)天氣質(zhì)量狀況

該功能是主界面上的輔助網(wǎng)絡(luò)功能之一，需要最大化主界面的窗口才能看到。而且，必須要打開網(wǎng)絡(luò)連接才能加載當(dāng)?shù)氐奶鞖庑畔ⅲW(wǎng)絡(luò)連接是否正?？梢圆榭从疑辖堑木W(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)提示。

該功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)Web Browser控件，在后臺(tái)打開相關(guān)的天氣網(wǎng)站；并且使用HTML的網(wǎng)頁(yè)編程語(yǔ)言來(lái)提取該天氣網(wǎng)站的天氣信息，并最終反映在上位機(jī)的主界面上。該功能一旦打開，就會(huì)每隔半個(gè)小時(shí)自動(dòng)刷新一次當(dāng)?shù)氐奶鞖庑畔?，可以?shí)現(xiàn)自動(dòng)更新。該功能主要是為使用者提供溫濕度值的參考值，而參考值就來(lái)源于當(dāng)?shù)禺?dāng)天的天氣狀況，使用者可以對(duì)比采集到的實(shí)時(shí)溫濕度值和當(dāng)?shù)禺?dāng)天的溫濕度值，這樣就可以初步判斷采集裝置是否在正常工作或者采樣環(huán)境是否出現(xiàn)異常。

2)在線中英朗讀溫濕度值，濃度值以及廣東某地實(shí)時(shí)天氣質(zhì)量狀況；

朗讀功能的實(shí)現(xiàn)有兩種辦法可以實(shí)現(xiàn)：一、通過(guò)調(diào)用本地的語(yǔ)音包；二、通過(guò)連接網(wǎng)絡(luò)在線朗讀。第一種方法雖然可以離線朗讀，完全脫離網(wǎng)絡(luò)，但是，付出的代價(jià)是需要給軟件附帶上龐大的語(yǔ)音包，如果還需要其他語(yǔ)言的話，語(yǔ)音包的占用空間將會(huì)更加的龐大。而第二種辦法雖然必須連接互聯(lián)網(wǎng)才能實(shí)現(xiàn)，但是，由于完全不需要語(yǔ)音包，能夠最大程度地減少軟件的占用空間。而且，需要朗讀多國(guó)語(yǔ)言的時(shí)候，只需要增加少量代碼即可，不需要再下載相應(yīng)的語(yǔ)音包，擴(kuò)展性和實(shí)用性更強(qiáng)。

該功能是主界面上的輔助網(wǎng)絡(luò)功能之一，與在線天氣功能類似，也是通過(guò)WebBrowser控件，在后臺(tái)加載朗讀網(wǎng)站，把有關(guān)的數(shù)據(jù)或者天氣質(zhì)量狀況發(fā)送到朗讀網(wǎng)站，就能簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)在線朗讀功能了。另外，該功能還支持中英文雙語(yǔ)朗讀。

3)即時(shí)、定時(shí)發(fā)送電子郵件(可上傳附件)

發(fā)送E-mail是通過(guò)建立CDO.Message對(duì)象，由使用者在上位機(jī)上輸入有效的發(fā)送、接收電子郵箱地址，就可以通過(guò)發(fā)送郵箱的SMTP服務(wù)器來(lái)進(jìn)行發(fā)送郵件功能了。所以，要正常使用該功能，使用者的發(fā)送郵箱必須要開啟SMTP服務(wù)，SMTP服務(wù)的開啟需要使用者手動(dòng)登陸發(fā)送郵箱才可以設(shè)置。發(fā)送的電子郵件默認(rèn)主題是：監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)；默認(rèn)的內(nèi)容是當(dāng)前溫濕度、可燃?xì)怏w濃度和繼電器狀態(tài)。

另外發(fā)送電子郵件可以選擇單次發(fā)送或者是定時(shí)發(fā)送，也可以上傳任意類型的附件，上傳的附件建議是保存有歷史數(shù)據(jù)的Excel或WPS表格文件。

4)即時(shí)、定時(shí)發(fā)送短信；接收短信，并根據(jù)回復(fù)的短信代號(hào)實(shí)現(xiàn)某些動(dòng)作

發(fā)送短信的主要原理與發(fā)送電子郵件的原理類似。首先，發(fā)送電子郵件到指定的手機(jī)號(hào)碼綁定的電子郵箱地址，例如：移動(dòng)采用139郵箱，聯(lián)通采用wo郵箱，電信采用189郵箱。成功發(fā)送電子郵件后，為了讓手機(jī)能夠接收到短信，就需要事先登陸對(duì)應(yīng)的郵箱，并且設(shè)置“收到電子郵件后短信提醒”的功能，這樣就能附帶地發(fā)送手機(jī)短信了。

發(fā)送的內(nèi)容默認(rèn)是當(dāng)前溫濕度、可燃?xì)怏w濃度、繼電器狀態(tài)和報(bào)警濃度值。而且，在發(fā)送第一條短信之前，還會(huì)自動(dòng)發(fā)送一條提示短信，用于提示手機(jī)終端怎樣回復(fù)短信內(nèi)容。

該功能的發(fā)送模式有三種，分別是單次發(fā)送、定時(shí)發(fā)送和報(bào)警發(fā)送。單次發(fā)送是點(diǎn)擊“發(fā)送”后只發(fā)送一次；定時(shí)發(fā)送是可以通過(guò)移動(dòng)滑塊選擇合適的定時(shí)間隔(1-5分鐘)，然后定時(shí)發(fā)送；報(bào)警發(fā)送相當(dāng)于固定時(shí)間間隔為15秒的定時(shí)發(fā)送，但是發(fā)送的前提是當(dāng)前可燃?xì)怏w濃度超過(guò)了報(bào)警值。

至于接收短信功能，需要在短信發(fā)送接收界面上勾選“接收短信”。原理是使用Web Browser控件后臺(tái)登錄對(duì)應(yīng)的郵箱網(wǎng)站，定時(shí)刷新收件箱，并且自動(dòng)接收最新的郵件，提取郵件中的內(nèi)容。此時(shí)，郵件的內(nèi)容就相當(dāng)于是手機(jī)回復(fù)短信的內(nèi)容。提取郵箱的內(nèi)容后，如果在短信發(fā)送接收界面還勾選了“短信控制”，則會(huì)按照回復(fù)短信的代號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)作指令。目前支持的回復(fù)指令有：1、改變報(bào)警值(直接回復(fù)XXXppm)；2、屏蔽短信功能；3、停止監(jiān)控；4、關(guān)閉軟件；5、關(guān)閉計(jì)算機(jī)。

5)瀏覽網(wǎng)站

點(diǎn)擊上位機(jī)主界面右上角的IE圖標(biāo)，就可以調(diào)用系統(tǒng)的IE瀏覽器內(nèi)核，在上位機(jī)軟件里面就可以瀏覽網(wǎng)站。該簡(jiǎn)易的瀏覽器界面具備了基本瀏覽器所擁有的功能，能滿足使用者的一般需求。

該功能原理是使用Web Browser控件，并且合理使用了該控件的方法和屬性，可以基本地實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易瀏覽器的功能，如：打開主頁(yè)、后退、前進(jìn)、刷新、停止等功能，并且能自動(dòng)保存使用者輸入過(guò)的網(wǎng)頁(yè)地址信息，方便下次直接使用。

瀏覽器使用的內(nèi)核是當(dāng)前系統(tǒng)安裝的IE瀏覽器內(nèi)核，使用IE6.0以上版本的瀏覽器，能夠達(dá)到比較理想的瀏覽效果。

上位機(jī)的軟件系統(tǒng)運(yùn)行說(shuō)明：

1)上位機(jī)開發(fā)使用的軟件是VB6.0，可以在絕大多數(shù)的Windows操作系統(tǒng)使用，適用系統(tǒng)有：Windows XP、Windows 2003、Vista、Windows 7(32位或64位)等等。

2)上位機(jī)系統(tǒng)的功能分為主要功能和網(wǎng)絡(luò)功能。其中，主要功能是本地的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)輸出功能，是可以離線使用的；但是，網(wǎng)絡(luò)功能要連接互聯(lián)網(wǎng)才能使用。

3)上位機(jī)的短信功能、電子郵件功能、在線天氣功能、中英朗讀功能都是需要相關(guān)網(wǎng)站的支持，如果相關(guān)網(wǎng)站維護(hù)或者關(guān)閉了，將無(wú)法使用這些功能。

4)軟件的代碼量龐大，而且，沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的軟件測(cè)試和軟件查錯(cuò)，難免會(huì)有紕漏，所以，可能會(huì)有漏洞或者缺陷。

本實(shí)施例中所述的移動(dòng)終端可以是手機(jī)、電子書、PDA、人機(jī)交互終端或其他具有顯示功能的手持式終端設(shè)備。

以上所述，僅為本發(fā)明專利較佳的實(shí)施例，但本發(fā)明專利的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明專利所公開的范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明專利的技術(shù)方案及其發(fā)明專利構(gòu)思加以等同替換或改變，都屬于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍。