基于Wi-Fi无线传输的温度测量系统

刘力郡 / 西安铁路职业技术学院

基于Wi-Fi无线传输的温度测量系统

刘力郡 / 西安铁路职业技术学院

为了适应工业生产上温度测量的要求，实现远距离测量、无线传输数据，设计了一种基于Wi-Fi的温度测量系统。通过设计硬件电路、软件算法，利用单片机STC89C52进行控制，温度传感器DS18B20进行测量。实验结果表明，该系统可以实现准确的温度采集，控制合理误差，工作稳定。

Wi-Fi；无线数据传输；DS18B20；温度测量

0 引言

温度是工业生产过程中常用的基本参数，在材料成型、化工生产、试验工艺、农业养殖等方面，均与温度调控有着十分密切的联系。作为被控参数，需要根据其场所的不同、温度范围与准确度的要求不同，实现对温度的实时监测，并对其完成有效的控制[1]。因此，温度测量技术在工业各领域中，对温度控制的准确性、可靠性和稳定性成为现代工业发展的重要指标。

使用Wi-Fi能实现20～300 m的通信距离，可达到11～54 Mbps的传输速度，安全性能高，功耗较低的优势。本文以STC89C52单片机为控制核心，以数字温度传感器DS18B20为测温元件，使用无线网络模块FX-DS540-APDL2-U，设计一种温度测量系统，可以实现无线传输的温度测量功能[2]。

1 系统的总体设计

系统在构建的无线网络拓扑结构下，结合温度测量电路，由温度接收与处理、温度采集与发射两大部分组成，形成工业无线温度测量系统的总体结构。系统的总体设计如图1所示。

图1 系统整体设计结构

利用Wi-Fi作为无线传输形式，通过其无线收发的方式将温度接收与处理、温度采集与发射联系在一起，由前者下达启动测温命令，后者在接收到无线信号后将测量的结果发回，最终由液晶模块以数字的形式将处理后的测量结果显示出来。

2 系统结构

2.1 无线网络拓扑结构

Wi-Fi的协议标准IEEE802.11标准提供了多种组网方式，有点对点、单AP、无线网桥、无线中继器等模式。一般考虑在工业生产过程中，无线温度控制网络需要具有一定的灵活性及扩展性，可结合单AP与无线中继器模式进行组网，构建起拓扑结构自上而下为：管理层、传输层、控制层的Wi-Fi无线通信网络结构。

2.2 温度控制回路

在温度控制回路中，由控制器、数模转换模块、模数转换模块、温度传感器、滤波器、加热元件以及温度对象等组成。温度控制回路结构如图2所示。

控制器接收到经滤波器和模数转换模块处理完成的温度信号，根据算法进行处理，并发出控制指令，控制指令经数模转换模块处理，以输出电压的形式控制加热元件，从而达到调节对象温度的目的。

工控机分布在管理层，用于实现对温度对象的温度变化情况的实时监测。Wi-Fi传输模块位于传输层，用于实现管理层与控制层之间的无线数据传输。控制层由控制器、模数转换器、数模转换器、滤波器、温度传感器、加热元件及被控温度对象组成。

图2 温度控制回路结构

2.3 系统硬件电路

2.3.1 STC89C52最小系统电路

主控制器采用单片机STC89C52,具有指令执行速度快、功耗低、稳定性强等特点，内部8 K的程序存储空间，芯片集成32个输入输出引脚，时钟电路、系统复位电路和地址选择电路共同组成最小系统[3]。其最小系统电路如图3所示。

图3 STC89C52最小系统电路

2.3.2 温度采集电路

温度采集由数字温度传感器DS18B20完成，其工作电压在3.3～5 V的范围内，可监控-55～125 ℃范围内的温度变化，误差不大于±0.5 ℃。DS18B20的单总线数据输出端由单片机STC89C52的P1.6引脚接出，其1、3脚各接电源及系统接地[4]。温度采集电路，如图4所示。

图4 温度采集电路

2.3.3 液晶显示电路

液晶显示可采用图形液晶显示模块GSM12864，它是一种低功耗、点阵式LCD模块，可与主控制器直接相连，其工作原理如图5所示。单片机STC89C52的P0接口可与液晶模块的数据总线DB0～DB7相连；P2的0、1、3、5、6引脚与液晶模块的/CSD、/CSA、E、R/W、D/I引脚相连[5]。

图5 液晶模块工作原理

3 系统软件分析

温度接收与处理部分系统初始化过程中，使得系统上电后各部件处于待机状态，通过按键方式启动发送测温命令，同时单片机通过控制P1.1引脚开启接收器，等待收到温度值后，单片机通过延时，使得无线收发模块的发射器件处于低功耗状态。每接收到1个数据就进行显示，测量完成后置使系统复位到原始状态，等待下次测量。

温度采集与发射部分系统初始化过程中，使得系统上电后接收器件处于工作状态，发射器件处于低功耗状态以及温度传感器处于关闭状态。待接收到测温命令后，单片机通过控制P1.1 接口使得处于低功耗状态。同时开启温度传感器以及通过延时启动，待测量完成后，使系统恢复到初始状态[6]。

4 实验结果

采用三点监测，使用三个温度传感器对工业环境室内温度进行测量，分早、中、晚三个时间段与标准温度计进行对比测量，尽量减少实验测量误差，保证其准确性。测量结果如表1所示。

表1 测量值与标准值的比较

由此可知，通过该系统的温度测量值与标准温度计测得数值保持一致，能够达到准确测量温度的目的，有实际的使用价值。

5 结语

本文提出的测温系统，可以实现与工业生产现场各类设备完成连接，实现数据的存储和处理，也可以扩展温度控制系统，不仅实现测温而且实现控温的要求，系统具有性能稳定，布局形式灵活，功能扩展方便的特点，有一定的实用价值。

[1]熊强强，裴慧琴，奚建平，等.一种智能多点温度测控系统的设计[J].国外电子测量技术，2017，36（5）：55-58.

[2]李长才，肖金球，张少华.基于nRF24L01的无线多点温度监测报警系统设计[J].电子测量技术，2016，39（6）：94-97.

[3]马臣岗，孟立凡.基于单总线式无线温度采集系统设计[J].电子设计工程，2010，18（3）：32-37.

[4]徐正平，许永森，孙超.多通道并行温度采集系统[J].电子测量技术，2014，37（12）：93-98.

[5]余瑾，姚燕.基于DS18B20测温的单片机温度控制系统[J].单片机开发与应用，2009，25（3）：105-107.

[6]蒋萍花，张楠.数据采集系统串口通信的设计与实现[J].电子测量技术，2015，38（6）：139-142.

A design of temperature measurement system based on Wi-Fi wireless transmission

Liu Lijun
（Xi’an Railway Vocational & Technical Institute）

In order to adapt to the measurement of the temperature of the requirements of industrial production, remote measurement, wireless data transmission, a design of temperature measurement system based on Wi-Fi, which is controlled by single chip STC89C52, temperature sensor DS18B20 were measured, and the temperature of liquid crystal display.Through the design of its hardware circuit and software algorithm,the experimental results show that the system can achieve accurate temperature acquisition. It is reasonable to control, stable to work.

Wi-Fi;wireless data transmission; DS18B20; temperature monitoring