一種基于Wi-Fi的無線傳感器網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)無線物聯(lián)網(wǎng)通信技術領域，設及一種基于Wi-Fi的無線傳感器網(wǎng) 絡通信系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 無線傳感網(wǎng)絡是由大量的無線傳感器節(jié)點組成的，通過運些傳感器節(jié)點能夠感應 周圍的物理信息，如溫度、濕度和煙霧等，并把它們轉化為無線電信號發(fā)送給無線網(wǎng)絡基 站，無線網(wǎng)絡基站再通過無線方式將數(shù)據(jù)轉發(fā)到遠程主機。無線傳感器網(wǎng)絡具有低成本、低 功耗、微型化等特點，現(xiàn)已廣泛應用于環(huán)境、國防、交通等眾多領域，具有廣闊的應用前景。
[0003] 目前無線傳感器網(wǎng)絡所使用的無線傳感器數(shù)據(jù)傳輸模塊廣泛采用的是ZigBee設 備，運能夠很好的滿足絕大部分的應用要求。然而，隨著研究的逐步深入，其組網(wǎng)較復雜，并 且當無線傳感器網(wǎng)絡的節(jié)點需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大和傳輸距離較遠時，ZigBee設備較低 的數(shù)據(jù)傳輸速率和較短傳輸距離將會成為整個網(wǎng)絡性能的瓶頸。Wi-Fi技術恰恰在傳輸速 率、傳輸距離和節(jié)點組網(wǎng)都具有優(yōu)勢，且具有更高的數(shù)據(jù)傳輸可靠性和網(wǎng)絡安全性。
[0004] Wi-Fi無線通信具有很高傳輸速率，且傳輸范圍廣，可應用在圖像、語音、視頻等多 媒體綜合傳輸中；組網(wǎng)便捷，既可W獨立建立網(wǎng)絡，也可W通過無線接入AP現(xiàn)有的網(wǎng)絡;傳 輸可靠，Wi-Fi技術通過一系列的沖突避免和重發(fā)機制使網(wǎng)絡通信可靠;福射小，協(xié)議中規(guī) 定發(fā)射功率不超過lOOmW，應用十分安全，可廣泛應用在一些特殊的工業(yè)環(huán)境中。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于Wi-Fi的無線傳感器網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，該 系統(tǒng)采用SDI0接口連接Wi -Fi通訊模塊與主控模塊，通訊接口傳輸速率達到1 OOMb i t/s，保 證了 Wi-Fi模塊與主控模塊的通訊速率;Wi-Fi傳感器節(jié)點可W采集S種不同的環(huán)境參數(shù)， 并且通過Ad-Hoc的組網(wǎng)模式，將數(shù)據(jù)實時的傳遞給集中器，由集中器將數(shù)據(jù)傳遞給上位機。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
[0007] 一種基于Wi-Fi的無線傳感器網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括Wi-Fi無線集中器和Wi-Fi無線傳感器節(jié)點；所述Wi-Fi無線集中器通過Wi-Fi接收Wi-Fi無線傳感器節(jié)點采集到的 數(shù)據(jù)，并通過W太網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機。
[000引進一步，所述Wi-Fi無線集中器包括:主控電路模塊、電源管理電路、Wi-Fi通信模 塊、串口電路、S W調試接口、W太網(wǎng)接口電路；
[0009]所述主控電路模塊通過SDIO接口與Wi-Fi通信模塊連接，完成對Wi-Fi通信模塊相 關參數(shù)的配置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)，通過SPI接口與W太網(wǎng)接口電路連接，實現(xiàn)集中器與上位機 的通信功能；所述電源管理模塊分別與主控電路各模塊、Wi-Fi通信模塊和W太網(wǎng)PHY控制 器連接，為整個設備提供穩(wěn)定的電壓;所述Wi-Fi通信模塊通過PCB天線實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)收發(fā)； 所述串口電路通過RS232串口忍片與主控電路模塊連接，用于系統(tǒng)調試;所述SW調試接口用 于對微控制器忍片燒寫代碼和程序調試;所述W太網(wǎng)接口電路通過W太網(wǎng)與上位機進行通 信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)。
[0010] 進一步，所述Wi-Fi無線傳感器節(jié)點包括:主控電路模塊、包括電源管理電路、Wi-Fi通信模塊、串口電路、SW調試接口、傳感器電路；
[0011] 所述主控電路模塊通過SDIO接口與Wi-Fi通信模塊連接，完成對Wi-Fi通信模塊相 關參數(shù)的配置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)，通過與傳感器電路連接，接收并處理傳感器數(shù)據(jù);所述電源 管理模塊分別與主控電路各模塊、Wi-Fi通信模塊和W太網(wǎng)PHY控制器連接，為整個設備提 供穩(wěn)定的電壓；所述Wi-Fi通信模塊通過PCB天線實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)收發(fā)；所述串口電路通過 RS232串口忍片與主控電路模塊連接，用于系統(tǒng)調試;所述SW調試接口用于對微控制器忍片 燒寫代碼和程序調試;所述傳感器電路用于采集環(huán)境參數(shù)，發(fā)送到主控電路模塊
[0012] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明采用SDIO接口連接Wi-Fi通訊模塊與主控模塊，該 通訊接口傳輸速率達到lOOMbit/s，保證了 Wi-Fi模塊與主控模塊的通訊速率;Wi-Fi傳感器 節(jié)點可W采集S種不同的環(huán)境參數(shù)，并且通過Ad-化C的組網(wǎng)模式，將數(shù)據(jù)實時的傳遞給集 中器，由集中器將數(shù)據(jù)傳遞給上位機。
【附圖說明】
[0013] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行 說明：
[0014] 圖1為Wi-Fi無線傳感器網(wǎng)絡的結構；
[0015] 圖2為Wi-Fi無線傳感網(wǎng)絡通信設備軟硬件結構框圖；
[0016] 圖3為STM32與Wi-Fi通信模塊的連接方式；
[0017]圖4為Wi-Fi集中器主程序流程圖；
[0018] 圖5為Wi-Fi溫濕度傳感器節(jié)點軟件流程圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面將結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0020] 附圖1為本發(fā)明的Wi-Fi無線傳感器網(wǎng)絡的結構，如圖所示，本系統(tǒng)主要由Wi-Fi無 線傳感器節(jié)點、Wi-Fi集中器和計算機組成。所述Wi-Fi無線傳感器節(jié)點包括傳感器采集系 統(tǒng)、STM32微控制器和Wi-Fi通信模塊;所述Wi-Fi集中器包括Wi-Fi通信模塊、STM32微控制 器和W太網(wǎng)通信模塊;所述計算機為無線傳感器網(wǎng)絡的后臺；所述傳感器采集系統(tǒng)能通過 傳感器采集環(huán)境參數(shù);所述STM32為控制器能接收傳感器采集到的數(shù)據(jù)，能對數(shù)據(jù)進行處 理;所述Wi-Fi通信模塊能發(fā)送微控制器的數(shù)據(jù)，能接收Wi-Fi通信模塊接收的數(shù)據(jù)；
[0021] Wi-Fi無線傳感器節(jié)點和Wi-Fi集中器間采用Ad-Hoc模式建立點對點的連接，傳感 器采集系統(tǒng)通過傳感器采集到環(huán)境參數(shù)后，將數(shù)據(jù)傳給STM32微控制器，由微控制器對數(shù)據(jù) 進行處理并存儲，當微控制收到集中器經(jīng)Wi-Fi通信模塊發(fā)來的讀取數(shù)據(jù)的命令后，經(jīng)SDIO 接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到Wi-Fi通信模塊，將數(shù)據(jù)報文經(jīng)Wi-Fi發(fā)送出去。
[0022] 當集中器的Wi-Fi通信模塊收到數(shù)據(jù)報文后，經(jīng)SDIO接口將數(shù)據(jù)發(fā)送至STM32微控 制器，微控制器對收到的數(shù)據(jù)報文進行解析并校驗，校驗通過后將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)組中，當微 控制器收到計算機經(jīng)W太網(wǎng)向發(fā)送的讀取數(shù)據(jù)的命令后，將存儲在數(shù)組中的數(shù)據(jù)經(jīng)SPI接 口發(fā)送至W太網(wǎng)通信模塊，經(jīng)W太網(wǎng)發(fā)送到遠端計算機。
[0023] 附圖2為Wi-Fi無線傳感網(wǎng)絡通信設備軟硬件結構框圖，主要由Wi-Fi集中器軟硬 件部分和Wi-Fi無線傳感器節(jié)點軟硬件部分組成。
[0024] 所述Wi-Fi集中器硬件部分包括STM32F205微控制器、Wi-Fi通信模塊、電源管理電 路、W太網(wǎng)接口電路、串口電路，S W調試接口電路、天線。
[0025] 所述Wi-Fi集中器軟件部分包括應用程序、嵌入式實時操作系統(tǒng)uC/0S-II、LwIP協(xié) 議找、UlP協(xié)議找、Wi-F巧E動、串口驅動、W太網(wǎng)通信驅動。
[00%] 所述Wi-Fi無線傳感器節(jié)點包括STM32F205微控制器、Wi-Fi通信模塊、電源管理電 路、串口電路、SW調試接口、傳感器電路、天線。
[0027] 所述Wi-Fi無線傳感器節(jié)點軟件部分包括應用程序、嵌入式實時操作系統(tǒng)uC/OS- II、LwIP協(xié)議找、Wi-Fi驅動、串口驅動、傳感器驅動。
[0028] 所述Wi-Fi集中器和Wi-Fi無線傳感器節(jié)點的STM32F205微控制器主要包括時鐘電 路、啟動電路和復位電路。
[0029] 時鐘電路:時鐘電路使用兩個外部晶振為系統(tǒng)提供時鐘源，一個是8MHz高速外部 時鐘，一個是32.768曲Z的低速外部時鐘。8MHz外部時鐘為默認的CPU時鐘，為系統(tǒng)提供準確 的時鐘。低速外部時鐘為系統(tǒng)的實時時鐘，為系統(tǒng)提供低功耗的精確時鐘源。
[0030] 啟動電路：STM32忍片的BOOTO和BOOTl兩個管腳可W選擇是從SRAM啟動還是從串 口等其他接口來啟動。系統(tǒng)復位后，通過設置BOOTO和BOOTl的引腳來選擇忍片的啟動模式， 當BOOTO保持低電平時，STM32忍片從用戶閃存存儲器開始訪問；當BOOTO保持高電平，BOOTl 為低電平時，則從串口或CAN等接口啟動；當BOOTO和BOOTl都為高電平時，則從內(nèi)置SRAM啟 動。本發(fā)明設置BOOTl始終為0，運樣就不會進入內(nèi)嵌SRAM啟動，因為從SRAM啟動時，在系統(tǒng) 初始化代碼中必須使用嵌套向量中斷控制器（NVIC,Nested Vectored Interrupt Con化oiler)的異常表和偏移寄存器，重新映射向量表在SRAM中，過程比較復雜。對于本課 題選擇的微控制器STM32F205內(nèi)部程序存儲器容量很大，因此直接使用用戶閃存存儲器。將 BOOTO接低電平，BOOTl無論接高電平VCC還是低電平GND，都是從用戶Flash程序存儲器啟 動。
[0031] 復位電路：STM32F205內(nèi)部已具備復位電路，可實現(xiàn)上電復位和掉電復位，為了實 現(xiàn)系統(tǒng)的可靠性，本發(fā)明在外部增加了一個按鍵復位。除了外部復位外，看口狗計數(shù)器終止 時W及軟件復位和低功耗管理復位都可W引發(fā)系統(tǒng)復位產(chǎn)生。
[0032] 附圖3為STM32與Wi-Fi通信模塊的連接方式，本發(fā)明為了