基于Wifi技術(shù)的溫度傳感器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

【摘要】針對(duì)封閉、危險(xiǎn)場(chǎng)所直接溫度測(cè)量困難的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一款基于Wifi技術(shù)的無(wú)線(xiàn)傳輸設(shè)備。該設(shè)計(jì)以AX22001微處理器為核心，外接數(shù)字溫度傳感器18B20，通過(guò)UDP協(xié)議，將溫度數(shù)據(jù)傳送至Labview計(jì)算機(jī)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基于局域網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)溫度測(cè)量系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】Wifi；溫度測(cè)量；AX22001微處理器；Labview

Abstract：In view of the problems that direct temperature measurement of closed and dangerous places is difficult，a kind of wireless transmission equipment based on WiFi technology was designed.The AX22001 uses microprocessor as the core and it connects the digital temperature sensor 18B20，transmiting the temperature data to the Labview computer platform through the UDP protocol.Then it can realize wireless temperature measurement system based on local area network.

Keywords：WiFi；Temperature measurement；AX22001Microprocessor；Labview

1.概述

隨著無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，它已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、航空航天以及海洋開(kāi)發(fā)和探索等各個(gè)領(lǐng)域中，并解決了很多工程問(wèn)題。在工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)的一項(xiàng)重要應(yīng)用是對(duì)環(huán)境溫度的監(jiān)測(cè)，本文介紹了一種基于Wifi技術(shù)的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器，描述了其工作原理、設(shè)計(jì)方案和使用情況。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)主要由無(wú)線(xiàn)Wi-Fi傳感器模塊、接收計(jì)算機(jī)組成。其核心部分是Wi-Fi無(wú)線(xiàn)傳輸模塊。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的終端節(jié)點(diǎn)模塊直接和溫度傳感器節(jié)點(diǎn)相連接，通過(guò)Wi-Fi把傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，以進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。為了更方便地處理現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的上位機(jī)程序。

3.硬件設(shè)計(jì)

3.1 AX22001微處理器

本設(shè)計(jì)采用AX22001微處理器，AX22001是一款帶有TCP/IP和802.11 WLAN MAC/基帶的單芯片網(wǎng)絡(luò)芯片，具有高效雙CPU架構(gòu)及用于程序存儲(chǔ)的1MB共享內(nèi)存，內(nèi)嵌用于主處理器（MCPU）的64K數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器及用于Wi-Fi處理器（WCPU）的32KB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，內(nèi)建TCP/IP加速器，符合802.11a/b/g的規(guī)范的MAC/基帶，高速以太網(wǎng)MAC及豐富的通信外圍設(shè)備，可用于各類(lèi)需要接入有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備。

3.2 DS18B20

DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20是一款支持單總線(xiàn)接口的數(shù)字式溫度傳感器，它能夠直接讀取被測(cè)物的溫度值?？梢赃m應(yīng)不同的環(huán)境需求，其測(cè)量范圍在-55℃～+125℃，最高分辨率為0.0625℃，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，讀取和寫(xiě)入僅需要一根總線(xiàn)。DS18B20的內(nèi)部存儲(chǔ)資源有ROM只讀存儲(chǔ)器和RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。ROM 只讀存儲(chǔ)器，用于存放ID編碼，其共9個(gè)字節(jié)RAM。第1、2個(gè)字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信息，第3和第4字節(jié)是高溫觸發(fā)器和低溫觸發(fā)器的易失性拷貝，第5個(gè)字節(jié)為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率，DS18B20 工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值，可以設(shè)置為9、10、11、12位分辨率。9位時(shí)最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為93.75ms，而十二位時(shí)需要750ms。

3.3 溫度采集單元設(shè)計(jì)

溫度采集單元主要有傳感器、處理器和電源組成，傳感器18B20負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)溫度信息的采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，將溫度的傳感器信息經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字信息，供處理器AX22001進(jìn)行處理。其原理圖如圖1所示，其中ANT_SEL引腳接天線(xiàn)，用來(lái)傳送無(wú)線(xiàn)信號(hào)。

4.軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)采用將Wi-Fi模塊配置成UDP客戶(hù)端的方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。編程步驟：

（1）初始化。從命令行參數(shù)讀取IP地址，并判斷IP地址是否符合要求。

（2）建立一個(gè)UDP socket。

（3）建立與服務(wù)程序的連接。與TCP協(xié)議不同，UDP并沒(méi)有與服務(wù)程序三次握手。使用連接的UDP，kernel可以直接返回錯(cuò)誤信息給用戶(hù)程序，從而避免由于沒(méi)有接收到數(shù)據(jù)而導(dǎo)致調(diào)用recvfrom（）一直等待下去。

（4）向服務(wù)程序發(fā)送數(shù)據(jù)。這里的數(shù)據(jù)直接從標(biāo)準(zhǔn)輸入讀取用戶(hù)輸入。

（5）接收服務(wù)程序發(fā)回的數(shù)據(jù)。

（6）處理接收到的數(shù)據(jù)，這里是直接輸出到標(biāo)準(zhǔn)輸出上。該程序流程圖如圖2（a）所示。

根據(jù)DS18B20的通訊協(xié)議，主機(jī)（單片機(jī)）控制DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令，最后發(fā)送RAM指令，這樣才能對(duì)DS18B20進(jìn)行預(yù)定的操作。該流程框圖如圖2（b）所示。

5.系統(tǒng)測(cè)試

本系統(tǒng)對(duì)一個(gè)溫度傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行了測(cè)試，得到的結(jié)果和溫度及所測(cè)的結(jié)果非常接近，但是其比溫度計(jì)的靈敏度和分辨率要高很多。另外系統(tǒng)工作也非常穩(wěn)定，環(huán)境的影響也很小。圖3是測(cè)試的結(jié)果，其中20℃的時(shí)候?yàn)槭覝?，溫度升高是由于用手觸摸傳感器所致。

6.結(jié)論

近年來(lái)，藍(lán)牙、Zigbee技術(shù)作為比較成熟的短距離無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，但是數(shù)據(jù)傳輸距離短，速率低，部分地方結(jié)網(wǎng)困難。然而，隨著Wi-Fi（Wireless Fidelity，無(wú)線(xiàn)保真）技術(shù)的迅速推廣，在眾多短距離無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)技術(shù)中，基于Wi-Fi的WLAN解決方案是一種必然的趨勢(shì)。Wi-Fi具有傳輸速率快，不需要布線(xiàn)，結(jié)網(wǎng)方便，適合實(shí)際環(huán)境封閉、危險(xiǎn)測(cè)量困難或者對(duì)實(shí)時(shí)溫度要求比較高的的地方等優(yōu)點(diǎn)。

該設(shè)計(jì)還具有良好的可擴(kuò)展性，如測(cè)量濕度，還可以增加攝像頭，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖象乃至視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、上傳。

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注：本文屬?lài)?guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：201310107038）。