多网融合的环境状况远程实时监测系统设计

2.2.2 PSTN网络接口

STC12C5A60S2_2经由eModem拨号，通过PSTN网络连接远端计算机。天石科技公司的串行总线eModem是5V TTL电平，可直接与单片机进行串行通信。该eModem具有14.4 kb/s～56 kb/s的传输速率, 支持V.32bis、V.34和V.90标准, 支持标准AT命令集拨号/自动应答功能, 具有普通Modem 的大部分技术参数及功能, 可方便地嵌入到微控制器设计中。因为传输的数据量不大，eModem的流控功能可以不使用。STC12C5A60S2_2可通过P1.4引脚控制eModem进行复位。

3 软件设计

无线监测节点和网关中使用的单片机均为STC12C5A60S2，其固件用C51语言编写，在Keil uVision3中编译生成。监控中心的软件用LabVIEW设计，服务器网页用ASP语言编写。

3.1 Ad hoc网络

Ad hoc网络中的无线节点除了要采集传感器数据，进行人机交互外,还要查找路由，替其他节点转发数据。维护网络是一项很复杂的工作，采用传统的单一线程结构不能很好地满足要求。因此，从程序开发、维护方便的角度出发，将嵌入式实时多任务操作系统Small RTOS51移植于无线节点中的STC12C5A60S2单片机。

Small RTOS51具有公开源代码、可移植、可固化、占先式、中断管理和RAM需求小的特点。如图4所示，让Ad hoc网络的AODVjr协议栈及其上层运行于Small RTOS51之上。网络层采用AODVjr路由算法，它可能要同时处理查找路由、维护路由、收发数据等工作， Small RTOS51能够即时处理上述几种任务，同时给应用层程序提供多任务接口。



3.2 GPRS/GSM网络

单片机主要通过AT命令控制GPRS模块，以实现GPRS网络的连接、PDP激活、以太网接入和数据传输。GPRS模块常用的AT如表1所示。



3.3 PSTN网络

网关连接的eModem工作在自动应答的主叫模式下,单片机主要通过表2的AT命令对eModem进行设定和通信控制。通信主要有三个步骤：(1)初始化：设定结果码格式，回显命令及应答方式；(2)呼叫或应答：进入实际的数据/命令通信过程；(3)断开连接：挂机。



3.4 计算机端软件

服务器采用微软的IIS(Internet Information Service)技术，利用ASP语言编写动态网页代码，网关发送来的数据由服务器接收后，保存在后台ACCESS数据库中，操作者可登录服务器查询远程WSN的状况。

远端监控中心通过普通Modem连接PSTN网络，其计算机监测软件采用美国国家仪器NI(National Instruments)公司推出的虚拟仪器开发平台LabVIEW实现。它可以为用户提供简明、直观、易用的图形编程方式，能够将繁琐复杂的语言编程简化成为以菜单提示方式选择功能，并且用线条将各种功能连接起来，十分省时简便。

利用LabVIEW也可以很方便地作图，把Modem接收到的温湿度数据进行直观显示，图5是用LabVIEW设计的软件界面。



融合Ad hoc网络、GPRS/GSM和PSTN的远程分布式系统可以充分发挥各种有线与无线、短距离与长距离网络的特点，实现优势互补，对环境状况进行实时监测。系统硬件成本低廉，对供电和通信网络的需求少，通信费用低，适用性广，人机交互界面友好，管理操作简单。适当改换传感器，系统即可在工农业监控、环境检测、安防、智能家电、医学等实际应用中广泛推广，产生良好的经济效益和社会效益。