基于物联网的智能楼宇变形沉降监测系统

★在供电模式1时仅24mA的流耗4μs就能唤醒系统；在睡眠定时器运行时仅1μA的流耗；在供电模式3时仅0.4μA的流耗，外部中断能唤醒系统；

★硬件支持CSMA/CA功能；

★较宽的电压范围（2.0～3.6V）；

★支持精确的数字化RSSI/LQI和强大的5通道DMA；

★具有捕获功能的32KHz睡眠定时器；

★具有电视监视器和温度传感器；

★具有8路可配置分辨率的12位ADC；

★集成了AES安全协处理器；

★带有2个支持多种串行通信协议的强大USART，以及1个符合IEEE802.15.4规范的MAC

★定时器，1个16位定时器和1个8位定时器；

★强大和灵活的开发工具。

另外，CC2530集成了增强工业标准8051内核MCU核心。该核心使用标准8051指令集。每个指令周期中的一个时钟周期与标准8051每个指令周期中的12个时钟周期相对应，并且取消了无用的总线状态，因此其指令执行速度比标准8051快。由于指令周期在可能的情况下包含了取指令操作所需的时间，故绝大多数单字节指令在一个时钟周期内完成。除了速度改进之外，增强的8051内核也包含了下列增强的架构：第二数据指针和扩展了18个中断源。

该8051内核的目标代码与工业标准8051微控制器目标代码兼容。但是，由于与标准8051 使用不同的指令定时，现有的带有定时循环的代码可能需要修改。此外，由于外接设备单元比如定时器的串行端口不同于它们在其他的8051内核，包含有使用外接设备单元特殊功能寄存器SFR的指令代码将不能正常运行。

Flash预取默认是不使能的，提高了CPU高达33%的性能。这是以功耗稍有增加为代价的，但是因为它更快，所以在大多数情况下提高了能源消耗。可以在FCTL寄存器中使能Flash预取。

二、需求分析

2.1 功能要求

本系统主要包括信息采集节点、嵌入式网关、上位机控制程序等三大部分组成。

信息采集节点包括位移传感器或光栅尺、加速度传感器、超声波测距传感器或者激光测距仪等传感器件来采集楼宇的变形沉降信息，通过CC2530无线传输模块将这些信息转发到嵌入式网关，视功能需要也可以添加GPS模块，结合各种传感器实现楼宇变形沉降的精准监测。每个楼宇可设置多个基准点，每个基准点配置一个信息采集模块，多方位采集楼宇群各处得变形沉降信息。信息采集节点可以采用电池供电，系统的低功耗特性满足工作时间也可以长达半年，视后期完善程度可以采用太阳能电池板供电，可以充分体现环保环保意识，当然前期调试可以采用220V电源降压供电模式。

嵌入式网关主控制板采用贵公司提供的EVK1100开发平台，嵌入式网关汇总各信息采集节点上报的数据信息，然后经过以太网口上报到上位机，视功能需要也可以添加GPRS远程无线传输模块。嵌入式网关主控制板具备各种外设接口，可实现数据的即时显示和用户手动控制，并可扩展外接各种需要的功能模块。嵌入式网关模块可采用电池供电，或者太阳能电池板供电，或者220V常用电源降压供电。

上位机控制程序配备后台数据库，存储一定时间内的各楼宇的变形沉降信息，经程序分析处理后绘制成人性化的曲线展现给用户，当然用户也可发送命令随时查看楼宇某时间的变形沉降情况。上位机控制程序可通过计算机的串口对直连的嵌入式网关模块进行控制，也可以通过Internet网络TCP的网络协议对远程嵌入式网关进行控制。

除以上主要功能外，信息采集节点和嵌入式网关模块，均采用优化的电路设计和先进的控制策略设计，均配置有电源稳压电路、电流电压保护电路、光耦隔离、信号放大等模块，以保证系统的整体可靠性和稳定性。考虑到环保低功耗，各模块初始配置为每隔间断时间上报各自的数据信息，其他时间工作在睡眠模式以降低系统功耗，需要传输数据时唤醒各自的CPU进入工作模式。各功能模块可方便组合实现低功耗、低成本、高精度、高可靠性、自适应、可扩展的整个基于物联网的智能楼宇变形沉降监测系统，系统整体架构如图1，系统网络拓扑结构如图2所示。

图1 系统整体架构图

图2系统网络拓扑结构图

2.2 性能要求

系统整体性能要求实现低功耗、低成本、高精度、高可靠性、自适应、可扩展等基本要求，方便以后进一步完善开发，并凭借各种优越特性以利于实际的市场推广应用。

三、方案设计

3.1 系统功能实现原理

嵌入式网关控制模块硬件结构如图3，信息采集节点模块硬件结构如图4所示。

图3 嵌入式网关控制节点硬件结构图

图4 信息采集节点模块硬件结构图

3.2 硬件平台选用及资源配置

硬件平台选用组委会提供的EVK1100开发板，EVK1100开发板是一个基于AVR32 AT32UC3A单片机控制器的评估套件和开发系统。UC3A系列基于爱特梅尔的AVR 32 UC内核，配有512KB的闪