劉西閣

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)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(jì)

劉西閣

(常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇常州 213164)

Wi-Fi作為一種無(wú)線通信技術(shù)，越來(lái)越多地應(yīng)用到智能監(jiān)控領(lǐng)域。針對(duì)當(dāng)前溫度監(jiān)控存在布線復(fù)雜等缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)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(jī)系統(tǒng)、UART轉(zhuǎn)Wi-Fi模塊和無(wú)線路由器組成，實(shí)現(xiàn)在PC機(jī)上對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)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(shí)也可以擴(kuò)展到廣域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

溫度采集； 單片機(jī)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(lái)越重要。因此對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和控制就變得非常有必要。Wi-Fi[1]作為一種成熟的無(wú)線通信技術(shù)，具有傳輸速度高、覆蓋范圍遠(yuǎn)和組網(wǎng)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，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(lái)的麻煩。上位機(jī)采用LabVIEW編程，實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)和控制。本文還將UART轉(zhuǎn)Wi-Fi模塊和無(wú)線路由器作為無(wú)線傳輸模塊，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)接入和增加傳輸距離。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

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(jī)系統(tǒng)、UART轉(zhuǎn)Wi-Fi模塊和無(wú)線路由器、PC或智能手機(jī)。溫度傳感器采集到的溫度值送到單片機(jī)處理，單片機(jī)將溫度值通過(guò)LCD顯示屏顯示，同時(shí)將數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳給Wi-Fi傳輸模塊，最終由該模塊通過(guò)無(wú)線的方式發(fā)送出去。無(wú)線路由器設(shè)置成AP模式，進(jìn)行數(shù)據(jù)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)。PC或智能手機(jī)能實(shí)時(shí)顯示溫度值，同時(shí)還可以對(duì)采集部分的溫控電器開(kāi)關(guān)進(jìn)行智能控制。對(duì)于部署的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，會(huì)存在信號(hào)死角問(wèn)題，但可以通過(guò)增加中繼節(jié)點(diǎn)來(lái)解決。

2 硬件設(shè)計(jì)

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

2.1 單片機(jī)采集系統(tǒng)

單片機(jī)采用的是STC89C51RC/RD+系列，該系列是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾、高速、低功耗的單片機(jī)。單片機(jī)是整個(gè)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(guò)P04引腳和單片機(jī)相連，Wi-Fi模塊通過(guò)串口UART和單片機(jī)相連，溫度傳感器通過(guò)P37引腳和單片機(jī)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(hào)UART-Wi-Fi產(chǎn)品。內(nèi)置無(wú)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(hù)串口數(shù)據(jù)到無(wú)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(shí)還支持自動(dòng)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(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和上位機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)。

3.1 單片機(jī)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)采集系統(tǒng)主要通過(guò)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(jī)處理后在LCD顯示屏上顯示，并將溫度值通過(guò)Wi-Fi傳給上位機(jī)。同時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)還會(huì)接收來(lái)自上位機(jī)的不同命令，用來(lái)設(shè)置溫度上下限參數(shù)或控制繼電器的開(kāi)關(guān)。另外單片機(jī)系統(tǒng)會(huì)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(bào)警和打開(kāi)繼電器控制的電器開(kāi)關(guān)。根據(jù)功能要求，單片機(jī)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(jī)系統(tǒng)流程圖

圖3 串口中斷流程圖

3.2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)設(shè)計(jì)采用NI公司LabVIEW開(kāi)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(kāi)發(fā)上位機(jī)程序。上位機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)TCP會(huì)話(huà)偵聽(tīng)，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(bào)警上下限范圍進(jìn)行報(bào)警，同時(shí)向單片機(jī)發(fā)送控制命令。上位機(jī)軟件流程圖如圖4所示

圖4 上位機(jī)軟件流程圖

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)上文的軟硬件設(shè)計(jì)把整個(gè)系統(tǒng)搭建完畢，系統(tǒng)實(shí)物如圖5所示，另外還需要對(duì)無(wú)線路由器和Wi-Fi模塊進(jìn)行設(shè)置。無(wú)線路由器設(shè)置成AP模式，開(kāi)啟DHCP功能，這樣每個(gè)客戶(hù)端就不用再配置IP地址，由無(wú)線路由器統(tǒng)一分配。Wi-Fi模塊配置主要通過(guò)串口和PC機(jī)相連，利用專(zhuān)用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，協(xié)議類(lèi)型設(shè)置成TCP，模式選擇客戶(hù)端，同時(shí)設(shè)置服務(wù)器地址和端口號(hào)。

圖5 系統(tǒng)實(shí)物圖

在完成軟硬件設(shè)計(jì)和上述配置后，就可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖6為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，能正確顯示溫度值，能進(jìn)行溫度超限報(bào)警和對(duì)繼電器開(kāi)關(guān)控制，表明系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

圖6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

本文利用Wi-Fi傳輸模塊，設(shè)計(jì)了基于Wi-Fi技術(shù)的智能溫度控制系統(tǒng)，Wi-Fi采用客戶(hù)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(duì)多節(jié)點(diǎn)的溫度采集和控制，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度值并進(jìn)行超限報(bào)警及控制。同時(shí)也可以在本系統(tǒng)中加入服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)控，智能設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集已經(jīng)有相關(guān)應(yīng)用[5]。實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)成本低、配置簡(jiǎn)單靈活，擴(kuò)展性好，有一定的應(yīng)用價(jià)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(wú)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(xué)院學(xué)報(bào)，2010(12)：21-23.

[3] 彭華，何軍. Wi-Fi技術(shù)在家庭無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究[J].技術(shù)與市場(chǎng)，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(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)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(jì)[J].工礦自動(dòng)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(kāi)發(fā)

TP 277

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1672-2434(2015)06-0022-02