【導讀】在工農業(yè)領(lǐng)域，無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)的一項重要應用是對環(huán)境溫度的監測。本文詳細介紹了一種基于WiFi技術(shù)的無(wú)線(xiàn)溫度傳感器設計，描述了其工作原理、設計方案和使用情況。
隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展，它已經(jīng)被廣泛應用到工業(yè)、農業(yè)、醫療、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。下方將介紹無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)在工農業(yè)領(lǐng)域的應用。
1.系統結構
本系統主要由無(wú)線(xiàn)Wi-Fi傳感器模塊、接收計算機組成。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 )中的終端節點(diǎn)模塊直接和溫度傳感器節點(diǎn)相連接， 通過(guò)Wi-Fi把傳感器的數據傳輸到上位機，以進(jìn)行進(jìn)一步的數據處理。為了更方便地處理現場(chǎng)數據，本系統還設計了基于LabVIEW的上位機程序。
2.硬件設計
2.1 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(wǎng)絡(luò )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(wǎng)MAC及豐富的通信外圍設備，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)的設備。
2.2 DS18B20
DS18B20是一款支持單總線(xiàn)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?？梢赃m應不同的環(huán)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(xiě)入僅需要一根總線(xiàn)。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(gè)字節RAM。第1、2個(gè)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(fā)器和低溫觸發(fā)器的易失性拷貝，第5 個(gè)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(shí)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(shí)最大轉換時(shí)間為93.75ms，而十二位時(shí)需要 750ms。
2.3 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(jīng)過(guò)A/D轉換，得到數字信息，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。
圖1：原理圖
3.軟件設計
本設計采用將Wi-Fi模塊配置成UDP客戶(hù)端的方式來(lái)進(jìn)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(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可以直接返回錯誤信息給用戶(hù)程序，從而避免由于沒(méi)有接收到數據而導致調用recvfrom()一直等待下去。
(4)向服務(wù)程序發(fā)送數據。這里的數據直接從標準輸入讀取用戶(hù)輸入。
(5)接收服務(wù)程序發(fā)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(xié)議，主機(單片機)控制DS18B20完成溫度轉換必須經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：每一次讀寫(xiě)之前都要對DS18B20進(jìn)行復位操作，復 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DS18B20進(jìn)行預定的操作。該流程框圖如圖2(b)所示。
圖2：程序流程圖
4.系統測試
本系統對一個(gè)溫度傳感器傳輸的數據進(jìn)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(huán)境的影響也很小。圖3是測試的結果，其中20℃的時(shí)候為室溫，溫度升高是由于用手觸摸傳感器所致。
圖3：測試結果
5.結論
近年來(lái)，藍牙、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)得到廣泛的應用，但是數據傳輸距離短，速率低，部分地方結網(wǎng)困難。然而，隨著(zhù)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。Wi-Fi具有傳輸速率快，不需要布線(xiàn)，結網(wǎng)方便，適合實(shí)際環(huán)境封閉、危險測量困難或者對實(shí)時(shí)溫度要求比較高的的地方等優(yōu)點(diǎn)。
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(shí)現對圖象乃至視頻信號的實(shí)時(shí)采集、上傳。
