基于Wifi技術的溫度傳感器的設計與實現

【摘要】針對封閉、危險場所直接溫度測量困難的問題，設計了一款基于Wifi技術的無線傳輸設備。該設計以AX22001微處理器為核心，外接數字溫度傳感器18B20，通過UDP協議，將溫度數據傳送至Labview計算機平臺，實現基于局域網絡的無線溫度測量系統。

【關鍵詞】Wifi；溫度測量；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

隨著無線傳感器網絡技術的不斷發展，它已經被廣泛應用到工業、農業、醫療、航空航天以及海洋開發和探索等各個領域中，并解決了很多工程問題。在工農業領域，無線傳感器技術的一項重要應用是對環境溫度的監測，本文介紹了一種基于Wifi技術的無線溫度傳感器，描述了其工作原理、設計方案和使用情況。

2.系統結構

本系統主要由無線Wi-Fi傳感器模塊、接收計算機組成。其核心部分是Wi-Fi無線傳輸模塊。無線傳感器網絡中的終端節點模塊直接和溫度傳感器節點相連接，通過Wi-Fi把傳感器的數據傳輸到上位機，以進行進一步的數據處理。為了更方便地處理現場數據，本系統還設計了基于LabVIEW的上位機程序。

3.硬件設計

3.1 AX22001微處理器

本設計采用AX22001微處理器，AX22001是一款帶有TCP/IP和802.11 WLAN MAC/基帶的單芯片網絡芯片，具有高效雙CPU架構及用于程序存儲的1MB共享內存，內嵌用于主處理器（MCPU）的64K數據存儲器及用于Wi-Fi處理器（WCPU）的32KB數據存儲器，內建TCP/IP加速器，符合802.11a/b/g的規范的MAC/基帶，高速以太網MAC及豐富的通信外圍設備，可用于各類需要接入有線/無線局域網或互聯網的設備。

3.2 DS18B20

DALLAS公司生產的DS18B20是一款支持單總線接口的數字式溫度傳感器，它能夠直接讀取被測物的溫度值。可以適應不同的環境需求，其測量范圍在-55℃～+125℃，最高分辨率為0.0625℃，具有很強的抗干擾能力，讀取和寫入僅需要一根總線。DS18B20的內部存儲資源有ROM只讀存儲器和RAM數據存儲器。ROM 只讀存儲器，用于存放ID編碼，其共9個字節RAM。第1、2個字節是溫度轉換后的數據信息，第3和第4字節是高溫觸發器和低溫觸發器的易失性拷貝，第5個字節為配置寄存器，它的內容用于確定溫度值的數字轉換分辨率，DS18B20 工作時寄存器中的分辨率轉換為相應精度的溫度數值，可以設置為9、10、11、12位分辨率。9位時最大轉換時間為93.75ms，而十二位時需要750ms。

3.3 溫度采集單元設計

溫度采集單元主要有傳感器、處理器和電源組成，傳感器18B20負責區域內溫度信息的采集和數據轉換，將溫度的傳感器信息經過A/D轉換，得到數字信息，供處理器AX22001進行處理。其原理圖如圖1所示，其中ANT_SEL引腳接天線，用來傳送無線信號。

4.軟件設計

本設計采用將Wi-Fi模塊配置成UDP客戶端的方式來進行數據的傳輸。編程步驟：

（1）初始化。從命令行參數讀取IP地址，并判斷IP地址是否符合要求。

（2）建立一個UDP socket。

（3）建立與服務程序的連接。與TCP協議不同，UDP并沒有與服務程序三次握手。使用連接的UDP，kernel可以直接返回錯誤信息給用戶程序，從而避免由于沒有接收到數據而導致調用recvfrom（）一直等待下去。

（4）向服務程序發送數據。這里的數據直接從標準輸入讀取用戶輸入。

（5）接收服務程序發回的數據。

（6）處理接收到的數據，這里是直接輸出到標準輸出上。該程序流程圖如圖2（a）所示。

根據DS18B20的通訊協議，主機（單片機）控制DS18B20完成溫度轉換必須經過三個步驟：每一次讀寫之前都要對DS18B20進行復位操作，復位成功后發送一條ROM指令，最后發送RAM指令，這樣才能對DS18B20進行預定的操作。該流程框圖如圖2（b）所示。

5.系統測試

本系統對一個溫度傳感器傳輸的數據進行了測試，得到的結果和溫度及所測的結果非常接近，但是其比溫度計的靈敏度和分辨率要高很多。另外系統工作也非常穩定，環境的影響也很小。圖3是測試的結果，其中20℃的時候為室溫，溫度升高是由于用手觸摸傳感器所致。

6.結論

近年來，藍牙、Zigbee技術作為比較成熟的短距離無線網絡技術得到廣泛的應用，但是數據傳輸距離短，速率低，部分地方結網困難。然而，隨著Wi-Fi（Wireless Fidelity，無線保真）技術的迅速推廣，在眾多短距離無線組網技術中，基于Wi-Fi的WLAN解決方案是一種必然的趨勢。Wi-Fi具有傳輸速率快，不需要布線，結網方便，適合實際環境封閉、危險測量困難或者對實時溫度要求比較高的的地方等優點。

該設計還具有良好的可擴展性，如測量濕度，還可以增加攝像頭，實現對圖象乃至視頻信號的實時采集、上傳。

參考文獻

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注：本文屬國家級大學生創新創業項目（項目編號：201310107038）。