基于單片機(jī)和WiFi的無線溫濕度檢測節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　1.2.2 WiFi透明傳輸模式

　　USR-WiFi232-G支持串口透明傳輸模式，可以實(shí)現(xiàn)串口即插即用，從而最大程度降低用戶使用的復(fù)雜度。首次使用時(shí)需要對(duì)模塊進(jìn)行配置，作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用時(shí)，需要通過PC的無線網(wǎng)卡連接USR-WiFi232-G，默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)名稱(SSID)為HF-A11X_AP。加入網(wǎng)絡(luò)后，在IE瀏覽器地址欄輸入http：//10.10.100.254，在無線終端設(shè)置選項(xiàng)中，鍵入模塊要連接的無線接入點(diǎn)的SSID和密碼，并選擇自動(dòng)獲取IP地址。

　　然后在模式選擇選項(xiàng)中設(shè)置USR-WiFi232-G模塊工作模式為AP+STA模式，保存后重新啟動(dòng)模塊。打開智能手機(jī)或者PC的上位機(jī)終端，選擇客戶機(jī)(TCP client)模式，服務(wù)器IP地址輸入自動(dòng)分配給USR-WiFi232-G的地址，服務(wù)器端口號(hào)為8899，此為模塊默認(rèn)監(jiān)聽的TCP端口號(hào)，點(diǎn)擊連接建立TCP連接，即可進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收發(fā)。

　　1.3 STC15F104W單片機(jī)

　　本設(shè)計(jì)采用宏晶科技有限公司生產(chǎn)的STC15F104W單片機(jī)。該單片機(jī)工作電壓為3.8～5.5 V，采用增強(qiáng)型8051CPU內(nèi)核，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)51單片機(jī)，速度更快。片內(nèi)128字節(jié)RAM，1K EEPROM，4 KB Flash程序存儲(chǔ)器;內(nèi)部高可靠復(fù)位，可徹底省掉外部復(fù)位電路;具有高精度R/C時(shí)鐘，內(nèi)部時(shí)鐘為5～35 MHz可選。采用8引腳封裝，有2個(gè)普通16位重裝載定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，共有6個(gè)通用I/O端口，可利用I/O口結(jié)合定時(shí)器實(shí)現(xiàn)串口功能(通常使用P3.0和P3.1端口)。該單片機(jī)價(jià)格便宜，單個(gè)售價(jià)少于2.0元，設(shè)計(jì)采用該系列單片機(jī)，完全可以滿足進(jìn)行溫濕度檢測的要求。

　　2 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 讀取1位數(shù)據(jù)

　　單片機(jī)讀取一位數(shù)據(jù)流程如圖5所示。由于每位數(shù)據(jù)都有約50μs的低電平時(shí)隙和其后的高電平時(shí)隙兩部分，單片機(jī)將根據(jù)高電平時(shí)隙的長度確定當(dāng)前位數(shù)據(jù)的取值。讀取數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)持續(xù)檢測數(shù)據(jù)線SDA狀態(tài)，當(dāng)SDA變力高電平時(shí)，利用軟件延時(shí)約30 μs，然后再次檢測SDA電平狀態(tài)。若此耐SDA處于高電平狀態(tài)，則表示當(dāng)前位數(shù)據(jù)為“1”，存儲(chǔ)當(dāng)前位數(shù)據(jù)，等待SDA重新變?yōu)榈碗娮訝顟B(tài)時(shí)，開始讀取下一位數(shù)據(jù);若SDA處于低電子狀態(tài)，則表示當(dāng)前位數(shù)據(jù)為“0”，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)后開始讀取下一位數(shù)據(jù)。

　　2.2 讀取AM2303數(shù)據(jù)

　　單片機(jī)讀取AM2303數(shù)據(jù)采用KEIL C51實(shí)現(xiàn)，流程如圖6所示。AM2303上電后需等待2 s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)，期間單片機(jī)不能向其發(fā)送指令。讀取AM2303數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)通過I/O口向AM2303數(shù)據(jù)線SDA發(fā)送起始信號(hào)，待接收到響應(yīng)信號(hào)后，依次從數(shù)據(jù)線SDA串行讀取濕度高8位、濕度低8位、溫度高8位、溫度低8位以及8位校驗(yàn)位。

　　單片機(jī)通過判斷濕度高、低8位與溫度高、低8位之和是否等于校驗(yàn)位，來確定所接收的溫濕度數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，校驗(yàn)正確則將溫濕度數(shù)據(jù)通過串口送至WiFi模塊;否則重新獲取溫濕度數(shù)據(jù)。由于AM2303硬件原因，讀取間隔小于2 s可能導(dǎo)致讀取溫濕度數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或通信不成功等情況，所以單片機(jī)連續(xù)兩次讀取溫濕度數(shù)據(jù)時(shí)間至少間隔2 s。

　　結(jié)語

　　本文介紹的溫濕度檢測節(jié)點(diǎn)作為無線溫濕度傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)靈活組網(wǎng)，并可針對(duì)現(xiàn)場溫濕度信息進(jìn)行實(shí)吋監(jiān)測。通過打開路由器網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中的動(dòng)態(tài)DHCP客戶端列表，獲取路由器分配給節(jié)點(diǎn)的IP地址。使用智能手機(jī)客戶端連接節(jié)點(diǎn)IP，選擇TCP Client模式，默認(rèn)端口號(hào)8899，連接后即可接收節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。經(jīng)測試，在無障礙物的室外環(huán)境，節(jié)點(diǎn)可接入約300m范圍內(nèi)的路由器，并可穩(wěn)定地通過路由器上傳溫濕度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤出錯(cuò)率很低。測試效果如圖7所示。

　　測試表明節(jié)點(diǎn)用于采集環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，檢測距離遠(yuǎn)并且運(yùn)行穩(wěn)定。該設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的通用性良好，組網(wǎng)方便，具有擴(kuò)充能力與發(fā)展余地，并可接入互聯(lián)網(wǎng)方便遠(yuǎn)程測控與資源共享，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。