高周波PCB技術 - WiFi技術に基づく無線温度センサ設計はなんですか。

1.概要

無線センサネットワーク技術の発展に伴い、工業、農業、医療、航空宇宙、海洋開発と探索などの各分野に広く応用され、多くの工事問題を解決してきました。工業農業分野では、無線センサ技術の重要な応用は環境温度のモニタリングであり、本文はWiFi技術に基づく無線温度センサを紹介し、その動作原理、設計案と使用状況を述べました。

2.システム構成

本システムは主に無線WiFiセンサモジュール、受信コンピュータから構成されています。その部分はWiFiワイヤレス伝送モジュールです。無線センサネットワークにおける端末ノードモジュールは直接温度センサノードと接続され、WiFiを介してセンサのデータを上位機に転送し、さらなるデータ処理を行います。現場データをより便利に処理するために、本システムはLabVIEWに基づく上位機プログラムも設計しました。

3.ハードウェア設計

3.1 AX 22001マイクロプロセッサ

本設計はAX 22001マイクロプロセッサを採用し、AX 22001はTCP/IPと802.11 WLAN MAC/ベースバンドを持つシングルチップネットワークチップであり、高効率デュアルCPUアーキテクチャとプログラム記憶のための1 MB共有メモリを有し、メインプロセッサ（MCPU）のための64 KデータメモリとWiFi処理器（WCPU）のための32 KBデータメモリを内蔵し、TCP/IPアクセラレータを内蔵し、802.11 a/b/gの規範に符合するMAC/ベースバンド、高速イーサネットMACと豊富な通信周辺機器は、有線/無線LANまたはインターネットへのアクセスを必要とするさまざまな機器に使用できます。

3.2 DS18B20

DS 18 B 20は、単一バスインタフェースをサポートするデジタル温度センサであり、被測定物の温度値を直接読み取ることができます。異なる環境ニーズに適応することができ、その測定範囲は-55℃～+125℃、分解能は0.0625℃で、強い耐干渉能力を持ち、読み取りと書き込みには1本のバスしか必要としません。DS 18 B 20の内部記憶資源には、ROM読み取り専用メモリとRAMデータメモリがあります。9バイトのRAMを有するID符号化を格納するためのROM読み取り専用メモリです。1、2バイト目は温度変換後のデータ情報であり、3バイト目と4バイト目は高温トリガと低温トリガの揮発性コピーであり、5バイト目は配置レジスタであり、その内容は温度値のデジタル変換解像度を決定するために用いられ、DS 18 B 20の動作時レジスタ中の分解能は相応の精度の温度数値に変換され、9、10、11、12ビット解像度に設定することができます。9ビット時の変換時間は93.75 msで、12ビット時は750 msが必要です。

3.3温度収集ユニットの設計

温度収集ユニットは主にセンサ、プロセッサと電源からなり、センサ18 B 20は域内の温度情報の収集とデータ変換を担当し、温度のセンサ情報をA/D変換してデジタル情報を得て、プロセッサAX 22001に処理を提供します。その原理図は、ANT _SELピンはアンテナに接続され、無線信号を送信するために使用されます。

本設計では、WiFiモジュールをUDPクライアントに構成することでデータの転送を行います。プログラミング手順：

（1）初期化。コマンドラインパラメータからIPアドレスを読み出し、IPアドレスが要件を満たしているかどうかを判断する。

（2）UDP socketを作成する。

（3）サービスプログラムとの接続を確立する。TCPプロトコルと異なり、UDPはサービスプログラムと3回握手していない。接続されたUDPを使用すると、kernelはユーザープログラムにエラー情報を直接返すことができ、データが受信されていないためにrecvfrom()が呼び出されて待ち続けることを回避することができる。

（4）サービスプログラムにデータを送信する。ここでのデータは、標準入力からユーザー入力を直接読み込む。

（5）サービスプログラムが返信したデータを受信する。

（6）受信したデータを処理し、ここでは標準出力に直接出力する。このプログラムフローチャートを図2（a）に示す。

DS 18 B 20の通信プロトコルによると、ホスト（モノリシックマシン）はDS 18 B 20を制御して温度変換を完了するには、読み書きの前にDS 18 B 20をリセット操作し、リセットに成功した後にROMコマンドを送信し、RAMコマンドを送信しなければなりません。これにより、DS 18 B 20に対して所定の操作を行うことができません。

5.システムテスト

本システムは1つの温度センサから伝送されたデータをテストし、得られた結果は温度及び測定された結果と非常に近いが、それは温度計の感度と解像度よりずっと高い。またシステム動作も非常に安定しており、環境への影響も少ない。図3はテストの結果で、その中の20℃の時は室温で、温度が上昇するのは手でセンサーに触れることによるものです。

6.結論

近年、Bluetooth、Zigbee技術は比較的成熟した短距離無線ネットワーク技術として広く応用されているが、データ伝送距離が短く、速度が低く、一部の地方ではネットワーク接続が困難です。しかし、WiFi（Wireless Fidelity）技術の急速な普及に伴い、多くの短距離無線ネットワーク技術の中で、WiFiベースのWLANソリューションは必然的な傾向です。Wi-Fiは伝送速度が速く、配線が不要で、ネット接続が便利で、実際の環境の閉鎖、危険測定が困難です。あるいはリアルタイム温度に対する要求が高い場所に適しているなどの利点があります。

この設計には、湿度を測定するなどの優れた拡張性もあり、カメラを増やし、画像やビデオ信号のリアルタイム収集、アップロードを実現することもできます。