基于Wifi技术的温度传感器的设计与实现
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Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏｂ ｌ ｅ ｍｓ ｈａ ｔ ｔ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｄ ａ ｎｇ ｅ ｒ ｏ ｕ ｓ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｓ ｉ ｓ ｄ ｉ ｆ ｉ ｆ ｃ ｕ ｌ ｔ ， ａ ｋ ｉ ｎ ｄ ｏ ｆ ｗ ｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｗｉ Ｆ ｉ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｗａ ｓ
况。
２ ． 系统结构 本 系统 主要 由无 线ｗ ｉ — Ｆ ｉ 传感 器模块 、接 收计 算机 组成 。其核 心部分 是ｗ 卜Ｆ ｉ 无线 传输 模块 。无线传感器 网络中 的终端 节点模块直接 和温 度传 感器节 点相连 接 ，通 过Ｗ ｉ — Ｆ ｉ 把传感 器 的数 据传输到上位机 ， 以进行进 一步的数据 处理 。为了更方便地 处理现 场数据 ，本系统还 设计 了基于Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 的上位机 程序。 ３ ． 硬件设计 ３ ． １ Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ １ 微 处 理 器 本 设计 采用 Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ ｌ 微处 理器 ，Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ １ 是一款 带有Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ ￣ Ｆ Ｉ ８ ０ ２ ． １ １ Ｗ Ｌ ＆ Ｎ Ｍ Ａ ｃ ／ 基带 的 单 芯片网 络芯片 ，具有 高效双 Ｃ Ｐ Ｕ 架 构及 用于 程序 存 储 的１ Ｍ Ｂ 共 享 内存 ， 内嵌用 于主 处理 器 （ Ｍ Ｃ Ｐ Ｕ ） 的６ ４ Ｋ 数据 存储 器及 用 于Ｗ ｉ — Ｆ ｉ 处理 器 （ Ｗ Ｃ Ｐ Ｕ ） 的３ ２ Ｋ Ｂ 数 据存 储器 ， 内建Ｔ Ｃ Ｐ ／ ｉ ｐ ； ￣ ｌ ｆ 速 器 ，符合８ ０ ２ ． １ ｌ ａ ／ ｂ ／ ｇ 的规 范的Ｍ Ａ Ｃ ／ 基 带，高 速 以太网Ｍ Ａ Ｃ 及 丰富 的通信 外围设 备 ，可 用于 各类 需要接 入有 线／ 无 线局域 网或互 联 网的设 备。
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鳗 应 一 Ｊ
基于Ｗｉ ｆ ｉ 技 术 的 温 度 侉 憨 器 的 设 计 与 宾 现
石 家庄铁 道大学电气与电子工程 学院
ｕ ＤＰ 协议 ，将温度数据传送 Ｌ ａ ｂ ｖ ｉ ｅ ｗ 计算机平 台，实现基于 局域 网络 的无 线温度测量 系统 。
【 关键词 】Ｗｉ ｉ ｆ ；温度测量 ； Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ １ 微处理器；Ｌ ａ ｂ ｖ ｉ ｅ ｗ
ＵＤＰ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ １ ． ｈ ｅ Ｔ ｎ ｉ ｔ ｅ ａ ｒ ｌ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ
王 中奎 都 玉婷
孙
焱
【 摘要 】针 对封闭、 危险场 所直接温 度测量困难 的问题，设计 了一款基于Ｗｉ ｉ ｆ 技术 的无线传输设备 。该设计 Ｐ ， ￣ Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ １ 微处理器 为核心，外接数字温度传感器１ ８ Ｂ ２ ０ ，通过
ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ Ｔ ｈ ｅ Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ １ ｕ ｓ ｅ ｓ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ａ Ｓ ｈｅ ｔ ｃ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｓ ｈ ｔ ｅ ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ １ ８ Ｂ ２ ０ ， ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｔ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｕ ｔ ｒ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｔ Ｏ ｔ ｈ ｅ Ｌ ａ ｂ ｖ ｉ ｅ ｗ ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｈｒ ｔ ｏ ｕ ｇ ｈ ｈｅ ｔ
精度 的温 度数 值 ，可 以设置 为９ 、１ ０ 、１ １ 、１ ２ 位 分辨率 。９ 位 时最大转换时 间为９ ３ ． ７ ５ ｍ ｓ ，而 十 二位 时需要 ７ ５ ０ ｍ ｓ 。 ３ ， ３温度采集单 元设计 温度采集单元主要有传 感器、处理器和 电 源 组成 ，传感 器１ ８ Ｂ ２ ０ 负责 区域 内温度 信息 的 采 集和数据转换 ，将温度 的传感 器信息经过Ａ ／ Ｄ 转 换 ，得到数字 信息 ，供处理器Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ １ 进行 处 理。其原理 图如图１ 所示 ，其 中Ａ Ｎ Ｔ Ｓ Ｅ Ｌ ￣ Ｊ Ｉ 脚 接 天线 ，用来传送无线 信号。 ４ ． 软件设计 本设计采用将ｗ ｉ — Ｆ ｉ 模块 配置成Ｕ Ｄ Ｐ 客户端 的方式来进行数 据的传 输。编程步骤 ： （ １ ） 初 始化 。从命令 行参数读 取Ｉ Ｐ 地址 ， 并判 断Ｉ Ｐ 地址是 否符合要求 。 （ ２ ） 建立 一个Ｕ Ｄ Ｐ ｓ ｏ ｃ ｋ ｅ ｔ 。 （ ３ ） 建立与服务程序 的连接 。与Ｔ Ｃ Ｐ 协议不 同，Ｕ Ｄ Ｐ 并没有 与服务 程序 三次握 手 。使 用连 接 的Ｕ Ｄ Ｐ ，ｋ ｅ ｒ ｎ ｅ １ 可 以直接 返 回错 误信 息给用 户程序 ，从而避 免由于没有接收 到数据而导致 调用ｒ ｅ ｃ ｖ ｆ ｒ ｏ ｍ（ ） 一直等待下去。 （ ４ ） 向服务程序 发送数 据 。这 里的数 据直 接从标准输入读取用户输入 。 （ ５ ） 接收服务程序发 回的数据 。 （ ６ ） 处 理接 收 到的数据 ，这里 是直接 输 出 到标准输 出上 。该程序流程 图如图２（ ａ ） 所示 。 根 据Ｄ Ｓ １ ８ Ｂ ２ ０ 的通讯协 议 ，主 机 （ 单片 机） 控 制Ｄ Ｓ １ ８ Ｂ ２ Ｏ 完 成 温度 转 换 必须 经 过三 个 步 骤 ：每一 次读写之 前都要 对Ｄ Ｓ １ ８ Ｂ ２ ０ 进行 复位 操 作，复 位成功后 发送 一条Ｒ Ｏ Ｍ 指令 ，最 后发 送Ｒ Ａ Ｍ 指令 ，这样才 能对 Ｄ Ｓ Ｉ ８ Ｂ ２ ０ 进行预 定的操 作 。该流程框 图如图２ （ ｂ ） 所
Ｋｅ ｙｗ ｏｒ ｄ ｓ： Ｗ ｉ Ｆｉ ； Ｔｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｕｒ ｔ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ； ＡＸ２ ２ ０ ０１ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｐｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ； Ｌａ ｂ ｖ ｉ ｅ ｗ
１ ． 概述
随着 无线 传 感器 网络 技 术 的不 断发 展 ， 它 已经被广泛应用 到工业 、农业 、医疗、航空 航天 以及海洋开发和探 索等各个领域 中，并解 决 了很 多工程 问题 。在 工农业领域 ，无线传感 器技 术的一项重 要应用是对环境 温度 的监测 ， 本文 介绍 了一种基 于ｗ ｉ ｆ ｉ 技术 的无线温度传感 器 ， 描述 了其 工 作原 理 、设计 方 案和 使用 情
况。
２ ． 系统结构 本 系统 主要 由无 线ｗ ｉ — Ｆ ｉ 传感 器模块 、接 收计 算机 组成 。其核 心部分 是ｗ 卜Ｆ ｉ 无线 传输 模块 。无线传感器 网络中 的终端 节点模块直接 和温 度传 感器节 点相连 接 ，通 过Ｗ ｉ — Ｆ ｉ 把传感 器 的数 据传输到上位机 ， 以进行进 一步的数据 处理 。为了更方便地 处理现 场数据 ，本系统还 设计 了基于Ｌ ａ ｂ Ｖ Ｉ Ｅ Ｗ 的上位机 程序。 ３ ． 硬件设计 ３ ． １ Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ １ 微 处 理 器 本 设计 采用 Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ ｌ 微处 理器 ，Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ １ 是一款 带有Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ ￣ Ｆ Ｉ ８ ０ ２ ． １ １ Ｗ Ｌ ＆ Ｎ Ｍ Ａ ｃ ／ 基带 的 单 芯片网 络芯片 ，具有 高效双 Ｃ Ｐ Ｕ 架 构及 用于 程序 存 储 的１ Ｍ Ｂ 共 享 内存 ， 内嵌用 于主 处理 器 （ Ｍ Ｃ Ｐ Ｕ ） 的６ ４ Ｋ 数据 存储 器及 用 于Ｗ ｉ — Ｆ ｉ 处理 器 （ Ｗ Ｃ Ｐ Ｕ ） 的３ ２ Ｋ Ｂ 数 据存 储器 ， 内建Ｔ Ｃ Ｐ ／ ｉ ｐ ； ￣ ｌ ｆ 速 器 ，符合８ ０ ２ ． １ ｌ ａ ／ ｂ ／ ｇ 的规 范的Ｍ Ａ Ｃ ／ 基 带，高 速 以太网Ｍ Ａ Ｃ 及 丰富 的通信 外围设 备 ，可 用于 各类 需要接 入有 线／ 无 线局域 网或互 联 网的设 备。
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鳗 应 一 Ｊ
基于Ｗｉ ｆ ｉ 技 术 的 温 度 侉 憨 器 的 设 计 与 宾 现
石 家庄铁 道大学电气与电子工程 学院
ｕ ＤＰ 协议 ，将温度数据传送 Ｌ ａ ｂ ｖ ｉ ｅ ｗ 计算机平 台，实现基于 局域 网络 的无 线温度测量 系统 。
【 关键词 】Ｗｉ ｉ ｆ ；温度测量 ； Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ １ 微处理器；Ｌ ａ ｂ ｖ ｉ ｅ ｗ
ＵＤＰ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ １ ． ｈ ｅ Ｔ ｎ ｉ ｔ ｅ ａ ｒ ｌ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｌ ｏ ｃ ａ ｌ ａ ｒ ｅ ａ ｎ ｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ
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【 摘要 】针 对封闭、 危险场 所直接温 度测量困难 的问题，设计 了一款基于Ｗｉ ｉ ｆ 技术 的无线传输设备 。该设计 Ｐ ， ￣ Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ １ 微处理器 为核心，外接数字温度传感器１ ８ Ｂ ２ ０ ，通过
ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ Ｔ ｈ ｅ Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ １ ｕ ｓ ｅ ｓ ｍ ｉ ｃ ｒ ｏ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ ａ Ｓ ｈｅ ｔ ｃ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｃ ｏ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔ ｓ ｈ ｔ ｅ ｄ ｉ ｇ ｉ ｔ ａ ｌ ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ １ ８ Ｂ ２ ０ ， ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｔ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｕ ｔ ｒ ｅ ｄ ａ ｔ ａ ｔ Ｏ ｔ ｈ ｅ Ｌ ａ ｂ ｖ ｉ ｅ ｗ ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｈｒ ｔ ｏ ｕ ｇ ｈ ｈｅ ｔ
精度 的温 度数 值 ，可 以设置 为９ 、１ ０ 、１ １ 、１ ２ 位 分辨率 。９ 位 时最大转换时 间为９ ３ ． ７ ５ ｍ ｓ ，而 十 二位 时需要 ７ ５ ０ ｍ ｓ 。 ３ ， ３温度采集单 元设计 温度采集单元主要有传 感器、处理器和 电 源 组成 ，传感 器１ ８ Ｂ ２ ０ 负责 区域 内温度 信息 的 采 集和数据转换 ，将温度 的传感 器信息经过Ａ ／ Ｄ 转 换 ，得到数字 信息 ，供处理器Ａ Ｘ ２ ２ ０ ０ １ 进行 处 理。其原理 图如图１ 所示 ，其 中Ａ Ｎ Ｔ Ｓ Ｅ Ｌ ￣ Ｊ Ｉ 脚 接 天线 ，用来传送无线 信号。 ４ ． 软件设计 本设计采用将ｗ ｉ — Ｆ ｉ 模块 配置成Ｕ Ｄ Ｐ 客户端 的方式来进行数 据的传 输。编程步骤 ： （ １ ） 初 始化 。从命令 行参数读 取Ｉ Ｐ 地址 ， 并判 断Ｉ Ｐ 地址是 否符合要求 。 （ ２ ） 建立 一个Ｕ Ｄ Ｐ ｓ ｏ ｃ ｋ ｅ ｔ 。 （ ３ ） 建立与服务程序 的连接 。与Ｔ Ｃ Ｐ 协议不 同，Ｕ Ｄ Ｐ 并没有 与服务 程序 三次握 手 。使 用连 接 的Ｕ Ｄ Ｐ ，ｋ ｅ ｒ ｎ ｅ １ 可 以直接 返 回错 误信 息给用 户程序 ，从而避 免由于没有接收 到数据而导致 调用ｒ ｅ ｃ ｖ ｆ ｒ ｏ ｍ（ ） 一直等待下去。 （ ４ ） 向服务程序 发送数 据 。这 里的数 据直 接从标准输入读取用户输入 。 （ ５ ） 接收服务程序发 回的数据 。 （ ６ ） 处 理接 收 到的数据 ，这里 是直接 输 出 到标准输 出上 。该程序流程 图如图２（ ａ ） 所示 。 根 据Ｄ Ｓ １ ８ Ｂ ２ ０ 的通讯协 议 ，主 机 （ 单片 机） 控 制Ｄ Ｓ １ ８ Ｂ ２ Ｏ 完 成 温度 转 换 必须 经 过三 个 步 骤 ：每一 次读写之 前都要 对Ｄ Ｓ １ ８ Ｂ ２ ０ 进行 复位 操 作，复 位成功后 发送 一条Ｒ Ｏ Ｍ 指令 ，最 后发 送Ｒ Ａ Ｍ 指令 ，这样才 能对 Ｄ Ｓ Ｉ ８ Ｂ ２ ０ 进行预 定的操 作 。该流程框 图如图２ （ ｂ ） 所
Ｋｅ ｙｗ ｏｒ ｄ ｓ： Ｗ ｉ Ｆｉ ； Ｔｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｕｒ ｔ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ； ＡＸ２ ２ ０ ０１ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｐｒ ｏｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ； Ｌａ ｂ ｖ ｉ ｅ ｗ
１ ． 概述
随着 无线 传 感器 网络 技 术 的不 断发 展 ， 它 已经被广泛应用 到工业 、农业 、医疗、航空 航天 以及海洋开发和探 索等各个领域 中，并解 决 了很 多工程 问题 。在 工农业领域 ，无线传感 器技 术的一项重 要应用是对环境 温度 的监测 ， 本文 介绍 了一种基 于ｗ ｉ ｆ ｉ 技术 的无线温度传感 器 ， 描述 了其 工 作原 理 、设计 方 案和 使用 情