基于IPv6的环境监测系统的开发和应用

监测系统节点的硬件设计
大气环境监测系统（以下简称 “系统”）的整体硬件设计框架如图2所示。在硬件开发中充分考虑了各种因素，如数据要求、能源供应、户外环境等。采用模块化设计，实现监测节点的每个模块都与处理器相连。软件控制各个模块的协调，完成数据采集、存储和再发送的任务。监测节点由数据采集板、核心处理板（板卡硬件见图3）、智能太阳能管理系统等模块组成。主板是整个平台的核心。主板上的MCU中的嵌入式操作系统对整个平台进行统一调度和协调，保证系统在实际应用环境中的可靠性和适应性。

中心控制器是意法半导体公司生产的STM32F107，它是Cortex™-M3系列32位ARM，具有丰富的外设和充足的RAM空间。原生的STM32库可以为上层软件提供操作STM32 ARM芯片的硬件寄存器的接口，在使用时需要进行相应的开发。本文采用嵌入芯片的BNU嵌入式操作系统来控制整个系统，包括采集数据的处理、数据的存储、通信模块的软件驱动、网络通信协议、传感器数据的处理、系统任务的调度和供电系统的控制24,25。

数据采集模块的接口采用串口方式。为了连接足够多的串口传感器，本系统设计采用了数字开关轮询的方式来获取传感器数据，有效降低了对MCU串口数量的需求。本系统的外部传感器为电化学气体传感器（用于SO2、CO、O3和NO2）以及PM2.5和PM10激光散射传感器。

选择SPIFLASH作为数据存储模块。在实际应用中，可能会出现通信临时中断的情况。存储后以集中的方式上传数据，不仅可以减少数据上传的频率，还可以减少系统的功耗。

电源模块为整个硬件系统提供电源，结合太阳能和蓄电池，确保设备在没有电源的现场能够正常工作。通过制定相应的策略，在需要时向模块供电，以及关闭不执行任务的模块的电源，可以实现节能。

通信模块主要通过IPv6协议实现对数据发布网页的在线访问。用户可以通过计算机浏览器直接远程访问设备节点的IPv6地址，节点通过http返回网页da-ta，包括当前正在采集的实时数据，从而实现了采集数据的远程可视化。通过这种方式，也省去了构建额外服务器的需要。每个节点都是一个网络服务器，节点负责播放自己采集的数据和当前设备的运行状态。