祝 娜，王长建，张静

（长江大学机械工程学院，湖北荆州 434023）

0 前言

科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代。而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，也得到极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，并将会带来一场信息革命。无线传感器网络（Wireless sensor networks，WSN）被认为是影响人类未来生活的重要技术之一，这一新兴技术为人们提供一种全新的获取信息、处理信息的途径。WSN所具有的众多类型的传感器，可探测包括电磁、温度、湿度、压力、速度和方向等周边环境中多种多样的现象[1]。WIFI的全称是Wireless Fidelity(无线保真技术)，又叫802.11b标准。它的最大优点就是传输速度较高，可以达到11Mbit/s，另外它的有效距离也很长，同时与已有的各种802.11DSSS设备兼容。伴随着Intel公司提出的笔记本电脑芯片组—“迅驰”被越来越多的人认可，这一技术也逐渐成为大家关注的话题。不过自2005年底开始，很多手机厂商，特别是以生产智能手机为主的品牌便开始将WIFI[2,6-7]引入自己的产品当中。文献[2]认为可以利用海量的环境数据和随机性数据研究的方法，避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏；文献[3]通过对矿山的工况分析，提出一种基于WIFI对矿山进行安全检测的系统设计方法和实现途径；文献[4]将WIFI信号与监测形式相结合，提出一种无线远程监测系统设计方法；文献[5]设计一种利用WIFI对温室群的多节点数据进行传输的方法。以上研究均是针对具体工作环境的研究，都没有针对某一具体物理量的系统设计。本文作者以温度为设计参量，提出一种基于WIFI通讯技术的温度监测系统方案设计，该方案具有普遍适用性，可根据功能需求适当调整。

1 方案设计

系统主要功能是对采集点进行温度监测，通过由单片机和温度传感器等组成的采集终端进行采集，并及时地传送给远程服务器。为满足温度监测网络化、智能化的需求，该系统需具备以下功能：

（1）下位机能够快速地、准确地采集和显示温度信息；

（2）下位机能够将温度数据通过WIFI网络发送到远程服务器；

（3）下位机能够对于超过规定范围的温度值进行声光报警；

（4）上位机可以实时地显示温度信息，温度的上下限可以手动设置，当温度不在规定范围的温度值时，上位机上有指示灯显示，方便工作人员观察；

（5）服务器可以发送控制命令对单片机外围电路进行控制；

（6）系统可以实现多点采集、处理和管理功能。

温度监测系统的具体功能要通过软件来实现，软件程序的正确与否直接关系到系统能否准确地测量及显示温度值。需要设计温度显示子程序、温度报警子程序上位机软件。其主要包含如下功能。

（1）温度信息采集功能。PT100传感器和单片机能够共同工作采集温度信息。

（2）报警功能。上位机中手动设定温度的上限值和下限值，一定得有手动设置的功能，这样软件的实用性才广。上位机有3种信号灯，来显示每个采集点的正常、低温和高温，当温度高于上限值或低于下限值时，信号灯显示，而且从信号灯可以判断是哪个采集点出现问题，然后向单片机发送报警命令，并且可以实现声光报警。

（3）无线通信功能。无线通信功能是由WIF1232-B模块实现的，单片机发送温度信息时，WIF1232-B模块从USART串口接收信息，通过网络传给上位机。该模块的TCP通信协议，是由WIF1232-B模块通过配置后自动完成的。在程序编写时，单片机把WIF1232-B模块当成一个串口设备进行控制。

（4）LCD液晶显示功能。液晶显示屏上显示温度信息，方便工作人员查看。

由上述功能分析得到的软件总体设计方案如图1所示。

2 方案主要子模块设计

2.1 温度报警子程序设计

温度测量系统有声光报警的功能，系统一直在对当前检测到的温度值与设置好的温度允许值相比较，若检测到的温度值超过设置好的温度允许值，系统会启动报警功能，报警功能包括蜂鸣器的声音报警和LED灯的灯光报警；否则系统不会启动报警功能。如图2所示。

图2 温度报警子程序流程图

2.2 上位机监测程序的设计

采用Visual Basic 6.0来编写监测程序，VB可视化应用程序开发工具，功能很强大，内部含有WinSock控件，建立WinSock描述字Socket，客户端与服务器利用TCP/IP协议在无线网络上建立数据通信。该系统设计利用的是TCP协议，其通信流程图如图3所示。

图3 服务器与客户端通信流程图

当客户端向服务器发出连接请求时，如果服务器的WinSock控件的状态目前不是处于关闭的状态时，服务器允许远程设备连接时，必须要关闭目前的控制运行，允许远程设备使用必要的识别码（Requestid）与主机进行连接，服务器接收识别码之后，其实还有一个服务器向客户端回应的过程，所以图3中使用了一个双向箭头。系统中3个模块全是客户端，由于模块的特点，当模块参数配置好之后，在通信的时候，服务器处于监听的状态，模块一旦工作便会自动连接，不需要向服务器发出请求。

3 仿真实验

3.1 电压基准源电路的仿真测试

在仿真软件中，假定目标需要输出电压为4.5 V左右，则由硬件设计分析可以得到电阻R2＜500Ω，假定R2=50Ω，调节RV2电位器，得到了基准电压V=4.296 83 V，如图4所示。

图4 电压基准源电路仿真测试

3.2 恒流源电路的仿真测试

由于文中所用的Proteus仿真软件中没有PT100温度传感器元件，所以为了调试方便把100Ω的电阻看作PT100电阻，通过仿真软件调试得到了恒流源电流值I=0.96 mA而且确定了R3=4 kΩ。如图5所示。

图5 恒流源电路仿真测试

设计及调试注意点：

（1）等效恒流源输出的电流不能太大，以不超过1mA为准，以免电流大使得Pt100电阻自身发热造成测量温度不准确，试验证明，电流大于1.5 mA将会有较明显的影响。

（2）运放采用单一5 V供电，如果测量的温度波动比较大，将运放的供电改为±15 V双电源供电会有较大改善。

3.3 电压放大电路的仿真测试

根据硬件设计中设计的元件的参数，放大倍数为10倍。经过仿真输出电压等于1 V，则可以得到测量的PT100阻值在100Ω附近，与实验预期相符合，如图6所示。

3.4 仿真结果

图6 电压放大电路仿真测试

实验之前对WIFI模块进行相关配置。WIFI232模块上电起动后，会根据用户预先设置好的参数，自动连接无线网络及服务器，并且进入设置的工作模式，按预设的串口参数打开串口。用户需要预设的参数有：工作模式、无线网络参数、默认TCP/UDP连接参数、串口参数。WIFI模块正常启动后，打开PC连接WIFI2模块的热点，打开上位机软件，在程序中设置好各个模块的地址，点击监听按钮，服务器与客户端就可以正常通信，各部分工作正常。经测试，该系统能满足设计需求，上位机测试软件能正确采集到采集节点的温度值，并且可以实现多点采集，上位机可以对下位机发送命令，执行相关操作。

4 总结

本文作者将温度作为设计参量，提出基于WIFI网络的测温方法，并且对设计中采用的核心技术、软硬件以及测试过程和结果进行详细的介绍；利用VB编写监测程序，对于需要对温度进行严格监测，而工作人员又不便出现的工况，该设计具有较强优越性。