摘要：依据AM2303温湿度传感器、STC15F104W单片机和WiFi模块规划了一种无线温湿度检测节点。介绍了AM2303及其通讯协议、WiFi模块及其组网特性等，而且给出了读取AM2303数据的软件流程。经测验，该节点通讯间隔远，组网灵敏，可很好地运用于粮库粮情检测等实践作业环境。
导言
跟着无线通讯、嵌入式体系以及网络等技能的快速开展，无线传感器网络在军事和环境监测等范畴得到了广泛的运用。它由布置在检测区域内的很多廉价的微型传感器网络节点组成，经过无线通讯方法构成一个多跳的自组织网络体系，用以协作地感知、收集和处理网络掩盖区域中被感知目标的信息，并发送给观察者。
这是一种全新的信息获取技能，在无线传感器网络中常用的无线通讯技能包含蓝牙、WiFi、ZigBee等。其间，蓝牙技能协议杂乱、开发本钱高;ZigBee通讯间隔较短。而WiFi技能具有传输速率高、掩盖规模广、组网本钱低、与Internet网络无缝衔接等长处，在通讯间隔等方面与其他无线通讯技能比较具有显着的优势，这使得该技能在温湿度检测范畴运用中具有显着优势。
本文结合无线传感器网络的规划思维，规划了一种依据WiFi技能的温湿度实时检测终端节点。
1 节点硬件规划
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通讯模块和单片机三个模块组成。
1.1 AM2303温湿度传感器
本规划选用的数字温湿度传感器为广州奥松电子有限公司出产的AM2303温湿度传感器。它是一款新式单总线传感器，其内部包含一个%&&&&&%式感湿元件和一个高精度测温元件。温度丈量规模为-40～+80℃，精度为±0.3℃;湿度丈量规模为0～99.9%RH，精度为±2%RH(25℃)。
比较市场上常见的SHT1x系列温湿度传感器，AM2303具有价格低、算法简略等长处，而且具有低功耗、主动化校准、传输间隔远等特色。
1.1.1 引脚阐明
AM2303引出3个引脚。其间，VDD、GND为电源引脚，供电3.5～5.5 V;SDA为数据线，用于与单片机STC15F104W进行通讯。SDA引脚为三态结构，用于读、写传感器数据。
1.1.2 通讯协议
AM2303详细通讯时序图如图2所示。选用简化的单总线通讯，节点对AM2303的操控和数据交换均由数据线完结。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从休眠形式转换到高速形式并发送呼应信号，从数据线SDA串行送出检测到的温湿度数据，发送数据完毕触发一次信息收集，收集完毕传感器主动转入休眠形式，直到下一次通讯降临。详细通讯协议描绘如下：
①单片机向AM2303发送起始信号，将数据线SDA拉低一段时刻(至少800μs)，然后开释数据线，侦听AM2303送出的呼应信号。
②AM2303宣布呼应信号，将数据线SDA拉低80μs，再拉高80μs作为呼应信号呼应单片机。
③AM2303经过数据线SDA串行输出40位数据，高位先出，发送的数据顺次为湿度高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践湿度和温度值的10倍，温度最高位(位15)为符号位，置“1”标明负温度，置“0”标明正温度;温度低15位(位14～位0)标明温度值。校验位为湿度高位、湿度低位、温度高位和温度低位之和。
④AM2303的数据线SDA输出40位数据后，继续输出50μs低电平，然后转为输入状况。因为上拉电阻作用，数据线变为高电子。AM2303内部再次丈量温湿度数据，并记载数据，等候单片机再次发送起始信号。
1.1.3 位数据格局
位数据“0”、位数据“1”格局信号如图3所示。AM2303发送完呼应信号之后，由数据线SDA接连串行输出40位数据。位数据“0”的格局为50μs的低电平加26～28μs的高电平。位数据“1”的格局为50 μs的低电平加70us的高电平。
1.2 WiFi通讯模块
本规划选用的WiFi通讯模块为有人科技有限公司出产的超低功耗嵌入式WiFi模组(USR-WiFi232-G)。该模块供给了一种将用户的物理设备衔接到WiFi无线网络上，并供给UART串口等接口传输数据的解决方案，供给了一体化的801.11/b/g/n WiFi的低功耗解决方案。USR-WiFi232-G是一款集成了一切WiFi功用的模块，选用表贴封装，配备有内置PCB天线、外置天线衔接器。选用FCC/CE规范认证，频率规模为2.412～2.484 GHz，作业电压规模为3.6～3.1 V，在-40～85℃环境内可正常作业，运用内置天线时信号传输间隔可到达150m，运用外置天线时则可达400 m。
1.2.1 WiFi无线组网
USR-WiFi232-G支撑无线组网功用，既能够作为无线接入点(AP)完结无线网络的中心节点功用，也能够作为无线站点(STA)完结无线网络终端功用。
运用USR-WiFi232-G组网有依据AP的组网和依据AP+STA共存的组网两种方法。依据AP的无线组网是一种根本的组网方法，由一个AP和多个STA组成，AP处于中心位置，多个STA之间经过AP转发完结彼此通讯。USR-WiFi232-G支撑依据AP+STA共存的组网方法，即模块可一起支撑一个AP接口和一个STA接口，如图4所示。模块的STA接口能够与路由器相连，并经过TCP衔接与网络中的服务器相连，由此可经过互联网完结长途通讯。一起模块上的AP接口也是可用的，智能手机或PAD等可直接衔接到AP接口上，操控串口设备或模块与设备进行通讯。这种无线组网形式为用户的运用供给了更大的灵敏性。
1.2.2 WiFi通明传输形式
USR-WiFi232-G支撑串口通明传输形式，能够完结串口即插即用，然后最大程度下降用户运用的杂乱度。初次运用时需求对模块进行装备，作为无线传感器网络节点运用时，需求经过PC的无线网卡衔接USR-WiFi232-G，默许网络称号(SSID)为HF-A11X_AP。参加网络后，在IE浏览器地址栏输入http：//10.10.100.254，在无线终端设置选项中，键入模块要衔接的无线接入点的SSID和暗码，并挑选主动获取IP地址。
然后在形式挑选选项中设置USR-WiFi232-G模块作业形式为AP+STA形式，保存后从头启动模块。翻开智能手机或许PC的上位机终端，挑选客户机(TCP client)形式，服务器IP地址输入主动分配给USR-WiFi232-G的地址，服务器端口号为8899，此为模块默许监听的TCP端口号，点击衔接树立TCP衔接，即可进行长途数据收发。
1.3 STC15F104W单片机
本规划选用宏晶科技有限公司出产的STC15F104W单片机。该单片机作业电压为3.8～5.5 V，选用增强型8051CPU内核，指令代码完全兼容传统51单片机，速度更快。片内128字节RAM，1K EEPROM，4 KB Flash程序存储器;内部高牢靠复位，可完全省掉外部复位电路;具有高精度R/C时钟，内部时钟为5～35 MHz可选。选用8引脚封装，有2个一般16位重装载定时器/计数器，共有6个通用I/O端口，可运用I/O口结合定时器完结串口功用(一般运用P3.0和P3.1端口)。该单片机价格便宜，单个价格少于2.0元，规划选用该系列单片机，完全能够满意进行温湿度检测的要求。
2 节点软件规划
2.1 读取1位数据
单片机读取一位数据流程如图5所示。因为每位数据都有约50μs的低电平时隙和这以后的高电平时隙两部分，单片机将依据高电平时隙的长度确认当时位数据的取值。读取数据时，单片机继续检测数据线SDA状况，当SDA变力高电平时，运用软件延时约30 μs，然后再次检测SDA电平状况。若此耐SDA处于高电平状况，则标明当时位数据为“1”，存储当时位数据，等候SDA从头变为低电子状况时，开端读取下一位数据;若SDA处于低电子状况，则标明当时位数据为“0”，存储数据后开端读取下一位数据。
2.2 读取AM2303数据
单片机读取AM2303数据选用KEIL C51完结，流程如图6所示。AM2303上电后需等候2 s以跳过不安稳状况，期间单片机不能向其发送指令。读取AM2303数据时，单片机经过I/O口向AM2303数据线SDA发送起始信号，待接纳到呼应信号后，顺次从数据线SDA串行读取湿度高8位、湿度低8位、温度高8位、温度低8位以及8位校验位。
单片机经过判别湿度高、低8位与温度高、低8位之和是否等于校验位，来确认所接纳的温湿度数据是否精确，校验正确则将温湿度数据经过串口送至WiFi模块;不然从头获取温湿度数据。因为AM2303硬件原因，读取间隔小于2 s或许导致读取温湿度数据不精确或通讯不成功等状况，所以单片机接连两次读取温湿度数据时刻至少间隔2 s。
结语
本文介绍的温湿度检测节点作为无线温湿度传感器网络节点能够完结灵敏组网，并可针对现场温湿度信息进行实技嗖狻Ｍü翻开路由器网络设置中的动态DHCP客户端列表，获取路由器分配给节点的IP地址。运用智能手机客户端衔接节点IP，挑选TCP Client形式，默许端口号8899，衔接后即可接纳节点数据。经测验，在无障碍物的室外环境，节点可接入约300m规模内的路由器，并可安稳地经过路由器上传温湿度数据，数据传输过错出错率很低。测验作用如图7所示。
测验标明节点用于收集环境温湿度数据，检测间隔远而且运转安稳。该规划节点的通用性杰出，组网便利，具有扩大才能与开展地步，并可接入互联网便利长途测控与资源共享，具有较强的实用性。
