物联网技术的嵌入式矿下环境监测系统设计-第4页-北极星环境监测网

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3 数据采集终端(M0)

实际安装在各个采集点的数据采集终端，在夜间断电时还要能够监测矿井里各个点的环境数据，使用电池和电力交叉供电的方式。基于Cortex—M0内核的LPC11C14微处理器作为主控芯片，它是一个超低功耗的ARM内核CPU，可以在保证系统功能的情况下，实现在电池供电状态下的较长待机时间。

3.1 系统架构及功能描述

数据采集终端M0，安装于矿井的各个部分，负责各个点的环境监测与数据上报，整体架构如图6所示。系统功能包括：环境信息采集，即如温度、湿度、瓦斯浓度;RFID数据采集，每个M0终端可以连接一个RFID读卡器，用于工人位置的简单定位;辅助信息采集，模块本身电池电量、Axis_3三轴加速度(在发生地震时，由于不平衡，震动而触发);数据上报，通过ZigBee模块将采集的数据上报到A8前端数据模块进行统一处理;异常报警，正常情况下，模块的异常告警由A8模块进行控制，在异常产生时，可以独立生产异常报警信息;运行状态指示，简单的LED指示系统当前运行状态(是否在工作)等。

M0终端需要采集环境的湿度、温度、瓦斯浓度及其他相关信息，并处理ZigBee通信。

主要包括：采用DHT11传感器对温湿度信息进行采集;采用MMA7455L传感器采集三轴加速度;采用CY14443/SPI对RFID信息采集;采用ADC 3通道对电池电量信息采集;采用ADC0通道对电位器信息采集;采用RS232接口的集成ZigBee模块进行无线通信。

3.2 M0终端工作流程

在本系统中，M0作为分布式模块安装于矿井的各个监测点，负责采集各个环境信息并通过ZigBee模块进行上报，主要包括4个处理流程：ZigBee接收中断处理、RFID中断处理、秒中断处理和主流程。

首先，系统上电初始化M0终端设备，系统定时器、GPIO口、SPI、UART、I2C总线等设备，配置系统定时器为1ms，配置中断处理函数为1 s，第一次采集信息。

然后，主程序进行轮询判断，在没有外部中断(ZigBee接收中断，RFID刷卡中断)情况下进行数据的采集，尝试与主站A8模块进行通信。在通信未成功之前，M0终端设置为自动报警模式(自我环境监测、异常报警等)。

当有外部RFID时，其他数据正常采集，RFID中断函数同时对磁卡数据采集校验，并通过ZigBee模块发送给A8模块。

当有外部中断ZigBee接收中断时，中断处理函数接收A8服务器发过来的命令，执行不同的操作，同时将M0终端设置为受控模式。

从安全稳定的角度考虑，在A8模块异常、M0终端无法和A8模块通信超过30 s时，M0终端将会切换到自动模式，自己进行异常检测，根据设置好的参数判断是否产生报警信息(声光报警)。

结语

整个系统的构建比较复杂，涉及硬件设计、ARM内核编程、系统bootloader、Linux内核移植、驱动程序、嵌入式Linux应用编程、网页编程、AJAX网页动态加载技术、数据库编程等多各项技术的综合应用。

在系统的构建过程中，必须保持清晰的模块化设计，并且在模块分布架构前，必须设计好整个数据流，根据数据流来进行模块的划分与交互，单个模块的技术应用并不复杂，整个系统的实现与架构是设计的难点。

目前，本设计已经实现了整个系统的基本框架，完成了整个系统的数据流闭环，需要完善的是根据实际的使用情况改善用户体验度，例如网页的操作模式、工人井下操作的便利性等。

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