基于Wifi技术的温度传感器的设计与实现
【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Wifi技术的无线传输设备。该设计以AX22001微处理器为核心，外接数字温度传感器18B20，通过UDP协议，将温度数据传送至Labview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】Wifi；温度测量；AX22001微处理器；Labview
Abstract：In view of the problems that direct temperature measurement of closed and dangerous places is difficult，a kind of wireless transmission equipment based on WiFi technology was designed.The AX22001 uses microprocessor as the core and it connects the digital temperature sensor 18B20，transmiting the temperature data to the Labview computer platform through the UDP protocol.Then it can realize wireless temperature measurement system based on local area network.
Keywords：WiFi；Temperature measurement；AX22001Microprocessor；Labview
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Wifi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Wi-Fi传感器模块、接收计算机组成。其核心部分是Wi-Fi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Wi-Fi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LabVIEW的上位机程序。
3.硬件设计
3.1 AX22001微处理器
本设计采用AX22001微处理器，AX22001是一款带有TCP/IP和802.11 WLAN MAC/基带的单芯片网络芯片，具有高效双CPU架构及用于程序存储的1MB共享内存，内嵌用于主处理器（MCPU）的K数据存储器及用于Wi-Fi处理器（WCPU）的32KB数据存储器，内建TCP/IP加速器，符合802.11a/b/g的规范的MAC/基带，高速以太网MAC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。
3.2 DS18B20
DALLAS公司生产的DS18B20是一款支持单总线接口的数字式温度传感器，它能够直接读取被测物的温度值。可以适应不同的环境需求，其测量范围在-55℃～+125℃，最高分辨率为0.0625℃，具有很强的抗干扰能力，读取和写入仅需要一根总线。DS18B20的内部存储资源有ROM只读存储器和RAM数据存储器。ROM 只读存储器，用于存放ID编码，其共9个字节RAM。第1、2个字节是温度转换后的数据信息，第3和第4字节是高温触发器和低温触发器的易失性拷贝，第5个字节为配置寄存器，它的内容用于确
定温度值的数字转换分辨率，DS18B20 工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值，可以设置为9、10、11、12位分辨率。9位时最大转换时间为93.75ms，而十二位时需要750ms。
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18B20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AX22001进行处理。其原理图如图1所示，其中ANT_SEL引脚接天线，用来传送无线信号。
4.软件设计
本设计采用将Wi-Fi模块配置成UDP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IP地址，并判断IP地址是否符合要求。
（2）建立一个UDP socket。
（3）建立与服务程序的连接。与TCP协议不同，UDP并没有与服务程序三次握手。使用连接的UDP，kernel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recvfrom（）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DS18B20的通讯协议，主机（单片机）控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位操作，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。该流程框图如图2（b）所示。
5.系统测试
本系统对一个温度传感器传输的数据进行了测试，得到的结果和温度及所测的结果非常接近，但是其比温度计的灵敏度和分辨率要高很多。另外系统工作也非常稳定，环境的影响也很小。图3是测试的结果，其中20℃的时候为室温，温度升高是由于用手触摸传感器所致。
6.结论
近年来，蓝牙、Zigbee技术作为比较成熟的短距离无线网络技术得到广泛的应用，但是数据传输距离短，速率低，部分地方结网困难。然而，随着Wi-Fi（Wireless Fidelity，无线保真）技术的迅速推广，在众多短距离无线组网技术中，基于Wi-Fi的WLAN解决方案是一种必然的趋势。Wi-Fi具有传输速率快，不需要布线，结网方便，适合实际环境封闭、危险测量困难或者对实时温度要求比较高的的地方等优点。
该设计还具有良好的可扩展性，如测量湿度，还可以增加摄像头，实现对图象乃至视频信号的实时采集、上传。
参考文献
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注：本文属国家级大学生创新创业项目（项目编号：201310107038）。
