一种基于WiFi技术的温湿度实时检测终端节点设计方案.doc
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1、一种基于WiFi技术的温湿度实时检测终端节点设计方案引言随着无线通信、嵌入式系统以及网络等技术的快速发展,无线传感器网络在军事和环境监测等领域得到了广泛的应用。它由部署在检测区域内的大量廉价的微型传感器网络节点组成,通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统,用以协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息,并发送给观察者。这是一种全新的信息获取技术,在无线传感器网络中常用的无线通信技术包括蓝牙、WiFi、ZigBee等。其中,蓝牙技术协议复杂、开发成本高;ZigBee通信距离较短。而WiFi技术具有传输速率高、覆盖范围广、组网成本低、与Internet网络无缝连接等优点,在通信距离
2、等方面与其他无线通信技术相比具有显著的优势,这使得该技术在温湿度检测领域应用中具有明显优势。本文结合无线传感器网络的设计思想,设计了一种基于WiFi技术的温湿度实时检测终端节点。1 节点硬件设计节点硬件电路如图1所示。硬件结构由数字温湿度传感器、WiFi通信模块和单片机三个模块组成。1.1 AM2303温湿度传感器本设计采用的数字温湿度传感器为广州奥松电子有限公司生产的AM2303温湿度传感器。它是一款新型单总线传感器,其内部包括一个电容式感湿元件和一个高精度测温元件。温度测量范围为-40+80,精度为0.3;湿度测量范围为099.9%RH,精度为2%RH(25)。相比市场上常见的SHT1x系
3、列温湿度传感器,AM2303具有价格低、算法简单等优点,并且具有低功耗、自动化校准、传输距离远等特点。1.1.1 引脚说明AM2303引出3个引脚。其中,VDD、GND为电源引脚,供电3.55.5 V;SDA为数据线,用于与单片机STC15F104W进行通信。SDA引脚为三态结构,用于读、写传感器数据。1.1.2 通信协议AM2303具体通信时序图如图2所示。采用简化的单总线通信,节点对AM2303的控制和数据交换均由数据线完成。数据线一次传送40位温湿度数据,高位先出。单片机向AM2303发送一次起始信号(图中粗线所示区域)后,AM2303从休眠模式转换到高速模式并发送响应信号,从数据线SD
4、A串行送出检测到的温湿度数据,发送数据结束触发一次信息采集,采集结束传感器自动转入休眠模式,直到下一次通信来临。具体通信协议描述如下:单片机向AM2303发送起始信号,将数据线SDA拉低一段时间(至少800s),然后释放数据线,侦听AM2303送出的响应信号。AM2303发出响应信号,将数据线SDA拉低80s,再拉高80s作为响应信号响应单片机。AM2303通过数据线SDA串行输出40位数据,高位先出,发送的数据依次为湿度高8位、湿度低8位、温度高8位、温度低8位和8位校验位。AM2303传出的湿度和温度值是实际湿度和温度值的10倍,温度最高位(位15)为符号位,置“1”表示负温度,置“0”表
5、示正温度;温度低15位(位14位0)表示温度值。校验位为湿度高位、湿度低位、温度高位和温度低位之和。AM2303的数据线SDA输出40位数据后,继续输出50s低电平,然后转为输入状态。由于上拉电阻作用,数据线变为高电子。AM2303内部再次测量温湿度数据,并记录数据,等待单片机再次发送起始信号。1.1.3 位数据格式位数据“0”、位数据“1”格式信号如图3所示。AM2303发送完响应信号之后,由数据线SDA连续串行输出40位数据。位数据“0”的格式为50s的低电平加2628s的高电平。位数据“1”的格式为50 s的低电平加70us的高电平。1.2 WiFi通信模块本设计采用的WiFi通信模块为
6、有人科技有限公司生产的超低功耗嵌入式WiFi模组(USR-WiFi232-G)。该模块提供了一种将用户的物理设备连接到WiFi无线网络上,并提供UART串口等接口传输数据的解决方案,提供了一体化的801.11/b/g/n WiFi的低功耗解决方案。USR-WiFi232-G是一款集成了所有WiFi功能的模块,采用表贴封装,配备有内置PCB天线、外置天线连接器。采用FCC/CE标准认证,频率范围为2.4122.484 GHz,工作电压范围为3.63.1 V,在-4085环境内可正常工作,使用内置天线时信号传输距离可达到150m,使用外置天线时则可达400 m。1.2.1 WiFi无线组网USR-
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