劉西閣

(常州信息職業(yè)技術(shù)學院 江蘇常州 213164)

基于Wi-Fi技術(shù)的智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

劉西閣

(常州信息職業(yè)技術(shù)學院 江蘇常州 213164)

Wi-Fi作為一種無線通信技術(shù)，越來越多地應(yīng)用到智能監(jiān)控領(lǐng)域。針對當前溫度監(jiān)控存在布線復雜等缺點，設(shè)計了一種基于Wi-Fi傳輸?shù)闹悄軠囟缺O(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)由DS18B20溫度傳感器、單片機系統(tǒng)、UART轉(zhuǎn)Wi-Fi模塊和無線路由器組成，實現(xiàn)在PC機上對溫度的監(jiān)測和控制。本系統(tǒng)的智能監(jiān)控是在局域網(wǎng)內(nèi)完成，同時也可以擴展到廣域網(wǎng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

溫度采集； 單片機系統(tǒng)； Wi-Fi模塊； LabVIEW

0 引言

溫度作為現(xiàn)代工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最基本的參數(shù)之一，作用越來越重要。因此對溫度進行檢測和控制就變得非常有必要。Wi-Fi[1]作為一種成熟的無線通信技術(shù)，具有傳輸速度高、覆蓋范圍遠和組網(wǎng)簡單等優(yōu)點，到目前為止Wi-Fi的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛[2-4]。

本文將Wi-Fi和溫度監(jiān)控相結(jié)合，避免傳統(tǒng)溫度監(jiān)控系統(tǒng)布線帶來的麻煩。上位機采用LabVIEW編程，實現(xiàn)溫度檢測和控制。本文還將UART轉(zhuǎn)Wi-Fi模塊和無線路由器作為無線傳輸模塊，實現(xiàn)多點接入和增加傳輸距離。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

智能溫度監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 智能溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：溫度傳感器、單片機系統(tǒng)、UART轉(zhuǎn)Wi-Fi模塊和無線路由器、PC或智能手機。溫度傳感器采集到的溫度值送到單片機處理，單片機將溫度值通過LCD顯示屏顯示，同時將數(shù)據(jù)通過串口傳給Wi-Fi傳輸模塊，最終由該模塊通過無線的方式發(fā)送出去。無線路由器設(shè)置成AP模式，進行數(shù)據(jù)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)。PC或智能手機能實時顯示溫度值，同時還可以對采集部分的溫控電器開關(guān)進行智能控制。對于部署的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，會存在信號死角問題，但可以通過增加中繼節(jié)點來解決。

2 硬件設(shè)計

硬件部分組要是由單片機采集系統(tǒng)和UART轉(zhuǎn)Wi-Fi模塊組成。

2.1 單片機采集系統(tǒng)

單片機采用的是STC89C51RC/RD+系列，該系列是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾、高速、低功耗的單片機。單片機是整個采集系統(tǒng)的核心，它主要完成溫度數(shù)據(jù)的采集、處理、顯示及發(fā)送。繼電器控制模塊通過P04引腳和單片機相連，Wi-Fi模塊通過串口UART和單片機相連，溫度傳感器通過P37引腳和單片機相連。

2.2 Wi-Fi模塊

Wi-Fi模塊采用的是紅心物聯(lián)科技推出的TLN13UA06型號UART-Wi-Fi產(chǎn)品。內(nèi)置無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IEEE802.11協(xié)議棧以及TCP/IP協(xié)議棧，能夠?qū)崿F(xiàn)用戶串口數(shù)據(jù)到無線網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換。TLN13UA06模塊除作為STA接入傳統(tǒng)的Infra網(wǎng)絡(luò)和Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)外，本模塊還支持軟AP模式。同時還支持自動和命令兩種工作模式，支持串口透明傳輸模式，支持AT+控制指令集，支持多種參數(shù)配置方式。

3 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括單片機采集系統(tǒng)軟件設(shè)計和上位機控制軟件設(shè)計。

3.1 單片機采集系統(tǒng)軟件設(shè)計

單片機采集系統(tǒng)主要通過溫度傳感器完成溫度信息采集，采集到的溫度值經(jīng)單片機處理后在LCD顯示屏上顯示，并將溫度值通過Wi-Fi傳給上位機。同時單片機系統(tǒng)還會接收來自上位機的不同命令，用來設(shè)置溫度上下限參數(shù)或控制繼電器的開關(guān)。另外單片機系統(tǒng)會根據(jù)采集的溫度值和設(shè)置的溫度上下限判斷是否需要報警和打開繼電器控制的電器開關(guān)。根據(jù)功能要求，單片機采集系統(tǒng)的軟件流程圖和串口接收數(shù)據(jù)中斷流程圖分別如圖2所示和圖3所示。

圖2 單片機系統(tǒng)流程圖

圖3 串口中斷流程圖

3.2 上位機軟件設(shè)計

上位機設(shè)計采用NI公司LabVIEW開發(fā)軟件，該軟件完全采用圖形界面編程，利用很多現(xiàn)成的模塊，可以方便地開發(fā)上位機程序。上位機軟件主要實現(xiàn)TCP會話偵聽，接收Wi-Fi模塊上傳的溫度信息并顯示，能根據(jù)在軟件上設(shè)置的報警上下限范圍進行報警，同時向單片機發(fā)送控制命令。上位機軟件流程圖如圖4所示

圖4 上位機軟件流程圖

4 實驗結(jié)果

依據(jù)上文的軟硬件設(shè)計把整個系統(tǒng)搭建完畢，系統(tǒng)實物如圖5所示，另外還需要對無線路由器和Wi-Fi模塊進行設(shè)置。無線路由器設(shè)置成AP模式，開啟DHCP功能，這樣每個客戶端就不用再配置IP地址，由無線路由器統(tǒng)一分配。Wi-Fi模塊配置主要通過串口和PC機相連，利用專用軟件來實現(xiàn)，協(xié)議類型設(shè)置成TCP，模式選擇客戶端，同時設(shè)置服務(wù)器地址和端口號。

圖5 系統(tǒng)實物圖

在完成軟硬件設(shè)計和上述配置后，就可以對系統(tǒng)進行實驗，圖6為實驗結(jié)果，能正確顯示溫度值，能進行溫度超限報警和對繼電器開關(guān)控制，表明系統(tǒng)達到預期的設(shè)計目標。

圖6 實驗結(jié)果

5 結(jié)束語

本文利用Wi-Fi傳輸模塊，設(shè)計了基于Wi-Fi技術(shù)的智能溫度控制系統(tǒng)，Wi-Fi采用客戶端/服務(wù)器的TCP/IP通信模式。本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)對多節(jié)點的溫度采集和控制，實時顯示當前溫度值并進行超限報警及控制。同時也可以在本系統(tǒng)中加入服務(wù)器，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。利用該系統(tǒng)就能用智能設(shè)備取代傳統(tǒng)的監(jiān)控室實現(xiàn)溫度監(jiān)控，智能設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集已經(jīng)有相關(guān)應(yīng)用[5]。實現(xiàn)本系統(tǒng)成本低、配置簡單靈活，擴展性好，有一定的應(yīng)用價值。

[1] 陳文周. Wi-Fi技術(shù)研究及應(yīng)用[J].數(shù)據(jù)通信，2008(2)：14-17.

[2] 吳青萍，傅郁松. 基于Wi-Fi無線接入技術(shù)的煤礦通訊系統(tǒng)[J].常州信息職業(yè)技術(shù)學院學報，2010(12)：21-23.

[3] 彭華，何軍. Wi-Fi技術(shù)在家庭無線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究[J].技術(shù)與市場，2010(5)：15-17.

[4] 熊平，劉剛，莊彩云，等. 基于Wi-Fi的嵌入式病房監(jiān)護系統(tǒng)的設(shè)計[J].中國醫(yī)學物理學雜志，2011(1)：2447-2449.

[5] 吳靜然，李秀鳳，吳倩. 基于Wi-Fi的煤礦井下智能終端設(shè)計[J].工礦自動化，2013(4)：5-8.

Intelligent Temperature Monitoring System Design Based on Wi-Fi Technology

LIU Xige

(Changzhou College of Information Technology, Changzhou 213164, China)

As a wireless communication technology, Wi-Fi is increasingly applied to intelligent monitoring field. Aiming at the disadvantages of current temperature monitoring system, an intelligent temperature monitoring system based on Wi-Fi is proposed. The system is composed of DS18B20 temperature sensor, single chip machine system, UART turn Wi-Fi module and wireless router. It can implement temperature monitoring and control on PC. This system can be functional in the LAN; it can also be extended to the WAN to realize remote monitoring.

temperature collection; SCM system; Wi-Fi module; LabVIEW

2015-09-08

劉西閣(1985-)，男，碩士，主要研究方向：嵌入式應(yīng)用開發(fā)

TP 277

B

1672-2434(2015)06-0022-02