摘 要：設(shè)計(jì)了一款基于Arduino的便攜式無(wú)線傳輸通信系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用Arduino嵌入式單片機(jī)、HLK-RM04無(wú)線通信模塊、傳感器和數(shù)據(jù)接收終端等設(shè)備集數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸于一體，文中介紹了系統(tǒng)的硬件選型和設(shè)計(jì)思路[1]。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明基于Arduino的無(wú)線通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、準(zhǔn)確率高、且容易操控?？蓮V泛應(yīng)用于高程測(cè)量、航空氣象、環(huán)境檢測(cè)等諸多領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳輸；Arduino；傳感器；通信系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.132

1 引言

隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展，采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議對(duì)傳感器數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式傳輸逐漸增多，無(wú)線傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)方法具有較強(qiáng)的通用性、兼容性和移動(dòng)性，可以獲取各類傳感器數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)采用無(wú)線傳輸供IOS系統(tǒng)、 Andriod系統(tǒng)和windows系統(tǒng)等終端接收并存儲(chǔ)使用，系統(tǒng)數(shù)據(jù)的傳輸具有實(shí)時(shí)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)的獲取效率較高。在高程測(cè)量、航空氣象、飛行航跡應(yīng)用等領(lǐng)域有較好的應(yīng)用[2]。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

無(wú)線傳輸通信系統(tǒng)由：傳感器模塊、無(wú)線通信模塊、Arduino主控模塊、數(shù)據(jù)系統(tǒng)接收終端等四部分組成。系統(tǒng)的工作原理是將傳感器采集獲取的數(shù)據(jù)發(fā)送到Arduino主控系統(tǒng)上，主控系統(tǒng)對(duì)獲取的數(shù)據(jù)處理并打包發(fā)送到無(wú)線通信模塊，同時(shí)主控系統(tǒng)對(duì)無(wú)線通信模塊控制設(shè)置熱點(diǎn)，將打包的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，外部終端設(shè)備掃描連接熱點(diǎn)接收并解析出獲取的傳感器數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)下載保存到終端系統(tǒng)存儲(chǔ)[4]。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

無(wú)線通信系統(tǒng)硬件電路由Arduino 控制模塊、無(wú)線通信模塊和氣壓溫度傳感器等部分組成。

3.1 主控系統(tǒng)模塊

本系統(tǒng)采用的主控模塊是Arduino Mega2560嵌入式單片機(jī)。Arduino有類似于C語(yǔ)言IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，用戶可以通過(guò)USB接口直接進(jìn)行硬件設(shè)備連接和通信。

3.2 傳輸模塊

無(wú)線通信模塊采用的是HLK-RM04模塊，該模塊兼容串口、以太網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)三個(gè)接口之間的轉(zhuǎn)換，內(nèi)部嵌入了標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議棧，為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸提供了完整快速的解決方案，模塊的工作模式如圖1所示。

傳感器模塊采用溫度、氣壓傳感器等分別對(duì)數(shù)據(jù)檢測(cè)。系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)獲取測(cè)試的傳感器采用氣壓溫度傳感器BMP085，該傳感器精度高，對(duì)環(huán)境溫度敏感、采集環(huán)境溫度氣壓數(shù)據(jù)誤差較小，數(shù)據(jù)的處理采用插值、采樣算法，算法復(fù)雜度較低，容易實(shí)現(xiàn)[1，4]。

主系統(tǒng)由Arduino控制協(xié)調(diào)各部件工作，整個(gè)系統(tǒng)模塊的硬件布線圖如圖2所示[1]。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)擬采用蘋果手機(jī)、Arduino手機(jī)和筆記本電腦等終端系統(tǒng)作為接收客戶端。無(wú)線通信HLK-RM04模塊能支持的熱點(diǎn)發(fā)送有效范圍有限制，實(shí)驗(yàn)采用無(wú)線信號(hào)覆蓋范圍20米區(qū)域進(jìn)行測(cè)試接收數(shù)據(jù)，此范圍基本滿足了本系統(tǒng)的測(cè)試要求。

通信系統(tǒng)要達(dá)到兼容性，系統(tǒng)需采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP無(wú)線通信方式才能滿足各種終端系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的接收和解析。系統(tǒng)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的采集、處理、打包、建立無(wú)線熱點(diǎn)，客戶端采用IP輸入、密碼驗(yàn)證登錄連接無(wú)線熱點(diǎn)，接收并解析獲取數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的軟件流程圖如3所示[1-2]。

從上面主要算法流程程序看出，數(shù)據(jù)采集終端的軟件編程語(yǔ)言結(jié)構(gòu)清晰，語(yǔ)言復(fù)雜度不高，較好的滿足了系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求。

5 系統(tǒng)測(cè)試

5.1 WLAN安全配置

系統(tǒng)的無(wú)線通信模塊采用的是嵌入式編程應(yīng)屆模塊HKL-RM04 WiFi。模塊工作的模式采用WiFi/串口轉(zhuǎn)無(wú)線AP。該模式下，WiFi模式工作，其他模式關(guān)閉。WiFi模式下安全方面支持目前所有的加密方式。通過(guò)程序控制，使得整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集終端成為WiFi局域網(wǎng)下的設(shè)備[3]。無(wú)線模塊安裝完成后，系統(tǒng)開(kāi)啟串口轉(zhuǎn)無(wú)線AP模式，系統(tǒng)可以通過(guò)瀏覽器登錄設(shè)置界面，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)連接。

無(wú)線模塊的內(nèi)置TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置IP地址，鏈接密碼，網(wǎng)絡(luò)端口號(hào)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)置完成以后終端系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集傳輸模型的建立就布置完成。當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)啟了熱點(diǎn)后掃描連接熱點(diǎn)。

5.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)接收工具系統(tǒng)需要有解析出標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP數(shù)據(jù)包的功能，能打開(kāi)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)連接，并開(kāi)啟連接以及打開(kāi)網(wǎng)絡(luò)端口，將接收數(shù)據(jù)保存等功能。為了有效獲取終端系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，須將接收終端系統(tǒng)放置在數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)設(shè)置的熱點(diǎn)覆蓋范圍內(nèi)，掃描終端系統(tǒng)的WiFi熱點(diǎn)并連接熱點(diǎn)，待連接穩(wěn)定以后開(kāi)啟TCP/IP接收工具系統(tǒng)設(shè)置連接網(wǎng)絡(luò)IP，端口號(hào)，測(cè)試工具開(kāi)啟接收數(shù)據(jù)功能，將接收的數(shù)據(jù)解析出來(lái)顯示并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)[4]。

6 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于Arduino的傳感器數(shù)據(jù)采集傳輸通信系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)采集了氣壓傳感器檢測(cè)的環(huán)境氣壓和溫度數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)WiFi通信。整個(gè)系統(tǒng)采用嵌入式的終端設(shè)備、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整、具有便攜性、可靠性、滿足了日常應(yīng)用無(wú)線通信的需求。在日常生活中有一定的社會(huì)應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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[4]王登宏.基于Arduino的手機(jī)同步顯示溫濕度檢查系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2016（07）.

課題：本文由中國(guó)民用航空飛行學(xué)院青年基金項(xiàng)目基于Arduino的無(wú)線傳輸通信系統(tǒng)研究（編號(hào)：Q2018-167）、基于GPS組合導(dǎo)航的地圖匹配定位技術(shù)研究項(xiàng)目（編號(hào)：J2018-17）支持

作者簡(jiǎn)介：朱紅軍（1990-），男，安徽宿松人，碩士研究生，研究實(shí)習(xí)員，研究方向：電子科學(xué)技術(shù)及應(yīng)用、計(jì)算機(jī)信息和通信系統(tǒng)。