基于STM32的智能家居远程监测系统设计.docx

作者简介：何攀（）基于STM32的智能家居远程监测系统设计姓名1（大学地区邮编）1摘要针对手机终端对家居进行远程监测成为一种趋势，本研究通过4G网络设计低成本的监测系统，实现选择性实时监测并降低监测系统流量消耗，方案采用以采集子网为核心，内部通过nRF24L01无线模块通信并汇聚在智能小车节点，智能小车与手机终端通过4G路由器与OneNET服务器组网实现远程通信，方案中使用了选择传输的方法。经过测试，设定汇总节点每30秒主动获取手机终端控制命令并进行选择性传输，在采集子网数据全部传输的情况下，4G路由器24小时消耗流量在30-80M之间。实验结果证明用户通过该系统可以进行有选择性的实时监测，并有效降低了流量消耗。关键词STM32F407；OneNET服务器；远程监测；流量消耗中图法分类号TP273.5文献标识码A【Keywords】STM32F407;OneNETserver;remotemonitoring;networktraffic1引言家居环境温湿度、二氧化碳浓度是影响家居环境健康生长的关键因素，单一家居环境内温度差异较小，而湿度和二氧化碳浓度在局部呈现较大差异。采用单一传感器采集湿度和二氧化碳数据难以准确反映实际情况，通过多节点采集可有效提高准确性，反映家居环境整体和局部的湿度和二氧化碳情况。朱高中基于WiFi技术实现了大棚多路监测系统[1]；王欢等基于无线网络实现了家居环境实时监测，采用了丢失恢复策略确保采集数据的可靠传输，有效降低了系统误差[2]。张杰等使用GPRS网络实现了农业环境信息监测，通过数据中心对数据进行处理分析[3]；赵敏华等基于无线传感器网络设计了水质监测系统，采集数据在Zigbee网络进行汇总和处理，通过GPRS网络远程传送[4]。徐焕良等为了降低监测系统中传感节点的能耗，提出了节点动态组包主动传输和多种环境变量加权控制传输机制，减少了大量重复冗余数据的传输[5]；刘红义等设计的基于WiFi网络的室内外环境信息系统通过浏览器实现远程实时监测[6]；朱绍朋等通过GPRS模块构建网络实现农田生态环境的远程监测，监测结果通过上位机软件显示[7]；龚利通过GPRS技术设计了铁路机车远程监测系统，基于浏览器/服务器模式在客户端展现[8]。代成刚等基于STM32设计了远程多数据采集器并实现了远程数据传输[9]。3G/4G网络具有无须布线、传输速度高、实时性好的优点[10]。采用4个子节点和1个汇总节点构建家居环境温湿度和二氧化碳浓度信息采集子网，采集子网内部通过nRF24L01无线模块实现短距离通信，智能小车作为移动端汇总节点通过4G路由器与OneNET服务器实现远程通信。在此基础上进一步研究选择性实时监测并降低流量消耗的问题。2网络方案控制网络由采集子网、4G无线路由器、OneNET服务器组成。采集子网使用网线连接4G无线路由器，采集子网的汇总节点以客户端模式通过TCP/IP方式主动连接OneNET服务器，用户基于OneNET平台设计手机APP应用软件，登录控制界面实现远程监测。为降低通信流量，在智能小车汇总节点对数据处理分析，传输处理后的数据。2.1采集子网汇总节点与子节点之间为星型结构，单个子节点与汇总节点建立短距离的无线连接。汇总节点负责接收4个子节点传输的温湿度和二氧化碳浓度数据，并进行存储、处理和传输，子节点负责定时采集温湿度和二氧化碳浓度数据，对数据进行处理后传输到智能小车节点。采集子网控制电路板基于STM32F407VET6控制芯片进行设计。此外，汇总节点控制电路板集成了AT24C02存储模块，用于保存温湿度和二氧化碳数据，防止数据丢失。短距离无线收发模块采用nRF24L01型，具有功耗低的优点，有效通信距离可达100米，满足单个家居环境之内的通信。嵌入式系统的网络化需要实现TCP/IP协议栈[11]。汇总节点通过W5200网络模块与4G路由器连接实现网络功能。W5200芯片采用全硬件TCP/IP协议栈的嵌入式以太网控制器，STM32F407VET6通过SPI1接口与其通信。单个子节点每10秒采集一次温湿度和二氧化碳浓度信息，得到5个温湿度值和二氧化碳浓度值，在实际环境中，单个传感器可能损坏或采集数据不成功，因此选择5个温湿度值和二氧化碳浓度的中值作为该子节点采集的温湿度。子节点采集完成后通过nRF24L01无线收发模块将数据传送到汇总节点，汇总节点通过AT24C02模块有序存储。2.2远程网络4G路由器网络协议是IEEE802.11b/g/n。在设计中安装流量卡的4G路由器通过网线与W5200连接。本次实验中智能小车作为客户端采用静态IP方法连接网络，网络参数配置如表1所示，OneNET平台配置相