一種低成本的無線微型溫測系統(tǒng)設計

1、    一種低成本的無線微型溫測系統(tǒng)設計    胡念祖 肖新帥摘 要：隨著wifi信號的覆蓋與普及，測溫系統(tǒng)溫度數(shù)據(jù)以無線傳輸成為可能。本文設計了一種基于wifi和嵌入式web服務器的低成本遠程室溫測量系統(tǒng)，通過cgi技術和html+js技術，使得用戶通過手機端的任意瀏覽器都可以實時的查看溫度。經(jīng)過現(xiàn)場實驗測試，表明了該方案的可行性，實用性，經(jīng)濟性。關鍵詞：wifi;嵌入式web;cgi;遠程溫度監(jiān)控doi：10.16640/ki.37-1222/t.2019.01.1371 引言傳統(tǒng)的室溫監(jiān)測儀已經(jīng)從水銀式物理指示器過渡到現(xiàn)在的電力電子式數(shù)字顯示，測量

2、溫度范圍和測量精度也根據(jù)不同的需求多種多樣。簡單便攜的溫度測量設備移動方便成本較低，但只能近距離的采集，用戶也只能近距離的獲取溫度數(shù)值。對測溫有輕微特殊要求的場合，在滿足測量需求的同時，往往需要考慮通信設計、路線布局、上位機顯示或lcd液晶屏顯示的問題1。本系統(tǒng)從硬件設計上非常簡單，僅僅需要一個溫度傳感器和一個能提供web服務器和wifi通信的單片機就可以實現(xiàn)2，在軟件編程方面較傳統(tǒng)設計復雜，包括web服務器的設計、無線通信的配置等。最終用戶可以通過移動手機要任意一種瀏覽器通過訪問指定的ip地址，就可以隨時隨地的獲取溫度值。本系統(tǒng)的成本低廉，主要體現(xiàn)在以下三個方面：第一，涉及到的單個模塊成本低

3、廉，且所需的模塊數(shù)量較少。第二，不需要lcd液晶顯示模塊或者其他上位機顯示裝置。第三，后續(xù)使用維護零成本，僅需要5v的電源就可以滿足需求，同時功耗也低。2 總體設計本系統(tǒng)包括感應終端、服務器終端、用戶終端三部分。其中感應終端就是溫度傳感器，本設計采用簡單通用的ds18b20，僅需一根線就可以實現(xiàn)與mcu的雙向通信，測溫范圍為-55125。服務器終端設計采用esp8266作為中央控制芯片，該芯片是32位的低功耗微型mcu，內置高速的緩存器，支持 sta工作模式。esp8266既要對ds18b20進行配置，獲取有效的溫度數(shù)值，又要完成與wifi信號的可靠連接，還要完成本地嵌入式web服務器的初始配

4、置等工作。用戶終端是指用戶訪問手機瀏覽器的監(jiān)控畫面，該前端界面雖然位于用戶手機，但其顯示效果的開發(fā)有效文件卻位于能提供web服務的單片機中，最終所編程的文件也要下載到單片機中，以便供用戶訪問。3 系統(tǒng)的軟件設計3.1 感應終端軟件設計初始化ds18b20所通信的io口，mcu對ds18b20發(fā)出復位信號并等待回應，然后發(fā)送相應的準備命令，待準備完成后讀取兩個字節(jié)的溫度二進制代碼，由前五個位判斷測量值正負并轉換成相應的時實溫度數(shù)值。3.2 wifi通信設計esp8266與所在環(huán)境路由器發(fā)射的wifi信號可靠連接是有效溫度數(shù)據(jù)能夠通信的前提，網(wǎng)絡協(xié)議是網(wǎng)絡技術通信的基本條件。wifi通訊所需的80

5、2.11 b/g/n標準就包含于國際上其中一種通用參考模型tcp/ip協(xié)議中。esp8266自身集成的lwip協(xié)議就是迷你版的tcp/ip協(xié)議，因此可以很好的解決關于以太網(wǎng)控制器等相關組件的網(wǎng)絡通信問題。為了無線連接成功，首先要配置模塊的station模式接受wifi信號，找到wifi所在的通道獲取頻段數(shù)據(jù)，根據(jù)事先提供的賬號和密碼進行連接，如果連接成功則在調試串口中輸出相應的連接狀態(tài)，同時輸出器路由所分配的ip地址和端口。3.3 web服務器的設計在成功連接已知wifi的基礎上，獲取當前連接wifi后路由器所分配的ip地址和子網(wǎng)掩碼等信息，該路由器所分配的ip地址就可以作為用戶終端所請求溫度

6、數(shù)據(jù)的訪問地址。esp8266支持server和client兩種服務器模式，此時我們使用server工作模式來提供web服務。通訊方式支持tcp通信和udp通訊，為了可靠的連接，保證通訊的無差錯性，設計中選擇使用tcp協(xié)議打開某一端口，在定時器中實施監(jiān)聽該指定的端口以接受用戶終端的請求。同時定時器還要在temp=ds18b20readtemp（）函數(shù)中發(fā)送已獲取的溫度數(shù)據(jù)給用戶終端。cgi程序是連接外部用戶瀏覽器與本地服務器的一個獨立的接口3。通過cgi程序的設計，用戶可以調用服務器中的程序。cgi定義了接口的規(guī)范，既要對接收的外部程序進行處理，又要把處理結果反饋給服務器端。本設計中數(shù)據(jù)的交互

7、是單向的，只有服務器終端向用戶端發(fā)送溫度數(shù)據(jù)的過程，因此cgi只需要判斷請求頭及請求方式是否正確就可以。如果正確，則調用服務器發(fā)送溫度數(shù)值給用戶終端。3.4 用戶終端程序設計html是一種描述性語言，包含了除了文字以外的信息表達形式，其特征的標識符可以很好的被各種瀏覽器所識別，進而在瀏覽器端按照事先定義的規(guī)范進行展示。html包括head和body兩部分。在設計中head的部分僅定義了系統(tǒng)的標題，給用戶以直觀的展示。body中發(fā)送get請求獲取響應類型為text類型的數(shù)據(jù)包。javascript是一種腳本語言，運行在html中可以使靜態(tài)網(wǎng)頁表出現(xiàn)動態(tài)的效果。為了使溫度數(shù)值自動的實時更新，本設計

8、就使用了js腳本來實現(xiàn)。同時為了減輕服務器端接收請求命令并響應的壓力，本設計中使用異步請求方式，只需向服務器端發(fā)送一次請求就可以連續(xù)的獲取溫度數(shù)值，從而達到局部更新的效果。4 結論本文對溫度采集模塊和能夠提供web服務的單片機進行了研究，設計了一種低成本的微型溫度監(jiān)測系統(tǒng)，同時滿足了移動性和遠程性，使得用戶通過手機打開指定的ip地址就可以獲得實時溫度數(shù)值，具有一定的應用前景。參考文獻：1宋佩利，趙春祥，連蓉.基于labview的數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)設計j.現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2018，8（03）：43-47.2陳冉.基于b/s結構的無線控制系統(tǒng)在數(shù)控設備上的應用研究d.深圳：深圳大學，2017.3翟玉石.基于嵌入式web的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)j.吉林省教育學院學報，2014，30（11）：151-152.山東工業(yè)技