论文总字数：20117字

目 录

1.研究目的和意义 1

2.研究现状 1

3.系统设计 2

4.Wi-Fi技术 2

4.1 Wi-Fi技术简介 2

4.2 Wi-Fi的基础网（infrastructure）模式 2

5.硬件设计 3

5.1 ARM硬件平台 3

5.1.1 处理器的选择 3

5.1.2 USART端口的主要特点 3

5.2 温度传感器 4

5.2.1 DHT11的内部结构 4

5.2.2 DHT11的通讯过程 4

5.3 Wi-Fi模块 5

5.3.1 ESP8266的基本参数 5

5.3.2 ESP8266模块的内部结构 5

5.3.3 Wi-Fi模块的工作流程 6

5.3.4 Wi-Fi模块的两种工作模式 7

5.4 模块的硬件连接 7

6.软件设计 10

6.1 下位机程序设计 10

6.1.1 串口和GPIO的初始化 10

6.1.2 ESP8266使用的USART的NVIC中断 11

6.1.3 系统滴答定时器的配置 12

6.1.4 Wi-Fi模块的初始化 12

6.1.5 DHT11的初始化 16

6.1.6 数据透传程序 18

6.2 上位机程序设计 20

6.2.1 编程工具 20

6.2.2 逻辑程序设计 20

6.2.3 UI界面设计 25

7.结论 26

参考文献： 28

致谢 29

无线温度监测系统

顾弘毅

，China

Abstract：With the development of wireless network，this technology has played an important role in our production and living. This paper gives the design of a wireless connection which can achieve temperature monitoring system on the phone. The system consists of the lower computer which used STM32 as the microprocessor and the android host computer. Lower machine part complete basic data collection work and android host computer is used to set the lower machine working parameters and display data. The two parts use Wi-Fi to complete the exchange of information. The paper completes the hardware design, hardware connection, the application interface design and programming work. The system has plenty of advantages such as a low cost, easy to use and high scalability, etc. The system also solves the current problems in the conventional sensors used in wiring difficult places in some sense.

Key word: monitor temperature; Wi-Fi; Android；STM32;

1.研究目的和意义

经过近几年无线网络技术的不断发展，这项技术已经深入地融入了我们的生产生活中。本文主要介绍了我设计的基于ARM单片机和无线传输技术设计的温度检测系统。该系统的下位机利用温度传感器和Wi-Fi模块协调工作完成数据采集工作并与上位机通信，上位机通过专门的应用程序设置下位机的工作参数并接收下位机的数据完成显示工作，从而达到监测温度的目的。

Wi-Fi技术在传感器领域的引入，可以大幅提高系统的可拓展性，使传感器的使用突破空间的限制，解决了一些布线困难的场所的应用问题。

系统选用了Android手机作为上位机配合下位机工作，智能手机的引入使该系统在日常生活中的适用性更强，可以在智能家居，移动办公等领域有所应用，帮助优化人们的生活质量，协助节约能源。

2.研究现状

无线传感器网络（WSN）是信息领域的一个全新的方向，同时覆盖了传统学科和新兴学科，引起了各界的广泛关注。由于无线传感器网络技术涉及多个学科，其研究方向也是多种多样，根据其天生的应用相关性，该技术要求实现对目标长时间的监控。其核心关键技术包括：组网模式、网络拓扑管理、媒体和链路控制、路由的数据转发设计、服务质量保障和可靠性设计、移动控制模型等等。而关键支撑技术包括：无线传感器网络的时间同步技术、基于无线传感器的自定位和目标定位技术、分布式数据信息的管理融合、无线传感器网络安全技术、能耗工程等。

国外的许多大学和研究机构在这一领域投入了大量精力，最具代表性的是UC/Berkeley大学和Intel联合成立的被称为智能尘埃实验室。UCLA的WINS实验室对如何为嵌入式系统提供分布式网络和互联访问能力进行了大量研究，提供了在同一个系统中综合微型传感器技术、低功耗信号处理、低功耗计算等问题的解决方案。2005年，美国军方的枪声定位系统测试成功，该系统由美国Crossbow产品组建，为救护、反恐工作提供了有力手段。美国科学应用国际公司构筑了一个电子周边防御系统，系统主要基于无线传感器网络技术，为美国军方提供军事防御和情报信息^[1]。中国中科院微系统所主导的团队也在类似领域取得了阶段性的成果。

国内各研究所和高校在此领域内的研究也逐步推进。中科院上海微系统与信息技术研究所已经通过系统集成的方式完成了一些终端节点和基站的研发；中科院电子技术研究所和沈阳自动化所专注于传感或控制执行部分，解决了传感器角度和控制角度的很多问题；浙江大学现代控制工程研究所成立了“无线传感器网络控制实验室”；浙江大学计算机系开发了一种能够实现水表的自动抄录的基于无线传感器网络的无线水表系统；复旦大学、电子科技大学等单位研制了基于无线传感器网络的智能楼宇系统，其主体部分是一个集合了警报门禁，家电控制，照明管理等功能的PC系统，各部件自治组网， PC机会将网内的信息发布在互联网上，用户需要利用互联网终端对设备进行操作^[2]。另外，中科院软件所、中科院自动化所、国防科技大学、清华大学、东南大学、中国科学技术大学、山东大学、哈尔滨工业大学、北京邮电大学等单位在无线传感器网络方面也都有一定的工作。

3.系统设计

该系统的系统框图如图1所示。图上清楚的将本系统分为四个模块，温度传感器方面我选择了DHT11，该传感器性价比高，抗干扰能力较强，测量也较为精确；DHT11通过DATA脚与处理器的IO口连接，采用单总线数据格式进行数据交换。处理器选用了意法半导体公司的STM32F103C8T6芯片，这是一个基于ARM Cortex-M3内核的微处理器，具有低功耗，低成本，高性能的特点^[3]；Wi-Fi模块选用了ESP8266，该模块具有很高的性价比，具有强大的片上处理能力，可以有效地降低开发过程中对系统资源的占用；ESP8266的URXD和UTXD脚与处理器的USART2连接实现数据收发。手机显示方面选用了Android系统的手机，并开发了专用的应用程序用于显示数据。Android手机通过连接ESP8266创建的Wi-Fi热点，这样此时手机和Wi-Fi模块就处于同一网段中，可以实现直接通信。

图1 系统框图

4.Wi-Fi技术

4.1 Wi-Fi技术简介

Wi-Fi技术是一种可以把PC，手持设备为代表的终端以无线方式连接起来的技术，属于WLAN（Wireless Local Area Network）的范畴^[4]，其目的在于改善基于IEEE 802.11标准的设备之间的互通性^[5]。Wi-Fi的主要优势在于其不需要布线，可以满足布线困难的场所，或者需要移动办公的用户。其发射信号的功耗也相对较低，传输速度很快，在生产生活中有普遍的应用。但Wi-Fi技术还存在着通信质量欠佳，数据安全性较差的问题有待解决^[6]。

4.2 Wi-Fi的基础网（infrastructure）模式

在这种模式下AP（Access Point）是WLAN的核心，用于将无线的移动终端接入有线网络的入口，网络中所有通信都通过AP转发完成。BBS（Basic Service Set）是WLAN中的最小构件，一个基站（AP）和若干移动站（STA）就构成了一个 BBS。一个BBS所能覆盖的地理范围直径一般不超过100m。DS（Distribution System）用于连接BBS和路由器，其作用主要有两个，一是将路由器的网络资源分配给各个BBS，二是为BBS中的各移动站互联提供了必要条件。当复数BBS通过DS相互链接时，即构成了一个ESS（Extended System）。

基础网模式的拓扑结构示意图如图2所示.。

图2 基础网（infrastructure）模式

5.硬件设计

5.1 ARM硬件平台

5.1.1 处理器的选择

随着嵌入式处理器的不断发展，期间经历了SCM阶段，MCU阶段，网络化阶段和软件硬化阶段。现阶段市场上的嵌入式微处理器种类主要有嵌入式微处理器（MPU），嵌入式微控制器（MCU）和嵌入式DSP处理器。随着32位嵌入式微处理器价格的不断下降，其占市场份额不断提高，具有很高的性价比。其中ARM公司通过IP的设计和许可这一商业模式，确立了自己的市场占有，并不断取得技术突破，现今很多电子产品都采用了基于ARM技术的微处理器。

本文选用了意法半导体（ST）公司基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103C8T6芯片。STM32F103系列芯片属于中低端的32位ARM微控制器，本文选用的STM32F103C8T6属于该系列中的中容量芯片，拥有64K片内FLASH。

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