毕业设计(论文)-基于微信平台的多点温度采集系统手机Wifi通信设计.doc
《毕业设计(论文)-基于微信平台的多点温度采集系统手机Wifi通信设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《毕业设计(论文)-基于微信平台的多点温度采集系统手机Wifi通信设计.doc(44页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于 1、保密囗,在 年解密后适用本
2、授权书2、不保密囗 。(请在以上相应方框内打“”)作者签名: 年 月 日导师签名: 年 月 日华 中 科 技 大 学 毕 业 设 计(论 文)摘 要 随着计算机技术与网络技术飞速发展,计算机已日渐趋于小、微型化,这为远程智能化的环境监控系统的出现提供了可能性。远程智能化监控系统不同于传统的人工监控,其有无需值守、成本低廉、监控准确的优势必将在未来得到广泛应用。该系统可以适用于工业生产、农业大棚、智能家居等诸多领域。本文对该智能环境监控系统的无线通信展开研究。目的是设计一种简单易用、传输可靠、速率较高的通信方式。不仅能够时间无线局域网内的通信,将各节点的数据汇聚到根节点,还可以与互联网上的终端通
3、信,将本地采集的数据发送至云服务器。论文首先分析了课题研究的背景、意义和现状,分析了几种常见无线通信方式的特点及适用场景,并确定了Wi-Fi作为该系统的无线通信方式。接着介绍了Wi-Fi网络的拓扑结构、基本服务和简单的安全问题。根据Wi-Fi网络的特性设计出了智能环境监控系统的整体结构,各节点采用SAM D21单片机作为主控芯片,采用ESP8266作为Wi-Fi模块,最终实现微信公众号对环境温度的监控功能。对Wi-Fi模块控制程序的开发使用的是AT指令,并实现了Wi-Fi网络的多对一连接和温度数据的自动记录、存储。 关键词:Wi-Fi通信;监测;UART;嵌入式技术AbstractWith t
4、he rapid development of computer technology and network technology,Computers are becoming smaller and smaller. This provides the possibility for the emergence of the remote intelligent environmental monitoring system. Remote intelligent monitoring system is different from the traditional manual moni
5、toring system, It has the advantages of no need to be on duty, low cost, accurate monitoring will be widely used in the future. This system can be applied to industrial production, agricultural greenhouse, smart home, and many other fields. In this paper, the wireless communication of the intelligen
6、t environmental monitoring system is studied.The purpose is to design a simple and easy to use, reliable transmission, high rate of communication .Not only can achieve wireless LAN communication,which can transmit each nodes data to the root node,but also can commuicate with terminal on the internet
7、,transmit local data to cloud server.At first, the background,significance and current situation of the research are analyzed.The characteristics and application scenarios of several common wireless communication modes are analyzed,and determine the Wi-Fi as the system of wireless communication .The
8、n, the topology structure, basic service and simple security of Wi-Fi network are introduced.According to the characteristic of Wi-Fi network, the whole structure of intelligent environment monitoring system is designed,Each node uses SAM D21 microcontroller as the main control chip, using ESP8266 a
9、s the Wi-Fi module.Finally realized the monitoring function of the public number of WeChat to the environment temperature.using the AT commands for the development of the control program of WiFi module.Beside,The automatic recording and storage of the temperature data and Wi-Fi networks multi to one
10、 connection is realizeKey Words:Wi-Fi; Monitoring; UART; Embedded technology II 目 录摘要Abstract1 绪论11.1 课题研究背景与意义11.2 课题研究现状11.3 无线通信方式的选择21.4 Wi-Fi通信及其发展趋势21.5 本论文主要内容42 相关技术介绍62.1 Wi-Fi网络基本拓扑结构62.2 Wi-Fi的基本服务介绍82.3 Wi-Fi安全技术的发展92.4 本章小结103 远程多点温度采集系统总体设计113.1 系统功能需求113.2 系统架构分析123.3 硬件模块选型133.4 Wi-F
11、i模块的串口工作模式173.5 本章小结194 基于SAM D21的Wi-Fi控制程序开发214.1 MCU与Wi-Fi通信接口选择214.2 Wi-Fi模块通信接口协议224.3 Wi-Fi模块控制程序设计234.4 Wi-Fi网络的多连接与历史数据的存储274.5 本章小结315 系统测试325.1 Wi-Fi网络连接测试325.2 微信终端获取数据测试336 总结与展望356.1 总结356.2 展望36致谢37参考文献381 绪论1.1 课题研究与意义随着电子技术与计算机技术的快速发展,电路集成度迅速增加,计算机的发展越来越具有小、微型化的趋势,微型计算机已日益成为智能机器人、工业控制
12、和智能管理系统中必不可缺的智能部件。在工业、农业等监控系统中,常常需要使用数台单片机作为监控终端,PC或者智能手机作为监控源,构成一种多点测控系统。温度是人们日常生产生活中一个重要的环境量,比如大型粮仓、工业生产现场、蔬菜大棚等场所的温度测控。如果这种大型的生产场所由人工监控,不但不准确,而且还会耗费大量的人力物力,监控成本较高。此外,随着无线网络的快速发展,建立网络化监控系统已经渐渐成为一种趋势,温度监控系统将逐渐走向智能控制和无线网络控制。Wi-Fi是一种允许电子设备接入到一个无线局域网(WLAN)的技术,Wi-Fi无线网络便捷与高速的特点使其得以快速普及,最近几年来,Wi-Fi技术日趋成
13、熟,在人们生活中的应用也日趋普遍。Wi-Fi具有信息交互速度快、有效通信范围广、使用门槛和成本低等优势。在网络技术空前发展的今天,Wi-Fi正以其特有的优势适用于生产、生活的方方面面,为人们提供着高效的移动连接。此外,Wi-Fi作为无线通信方式无需布线,可以不受空间区域的限制,市场发展潜力很大。本课题研究的是智能温度监测系统的设计,实现了能够对被监测对象进行现场或远程监控的功能,用户可以再任何地方用手机、电脑通过网络进行监测。同时也是对物联网技术的一种应用,实现了物体之间的智能连接。1.2 课题研究现状随着互联网技术与通信技术的快速发展,无处不在的网络终端、智能化的移动云计算以及便捷的无线接入
14、、无线互联等概念已逐渐融入了人们的工作和生活的方方面面。随之而来的便携式终端和各种无线通信技术发展速度也迅速提升。并且在我们的生产生活中得到了广泛应用,目前常用的无线通信技术有GPRS/GSM/CDMA、蓝牙、Home.RF、ZigBee、UWB、WLAN、IrDA等。 基于GPRS/GSM/CDMA无线通信网络的数据传输技术是一种十分常用的无线数据传输技术,在手机终端十分常用,该技术依托于GPRS/GSM/CDMA无线通信网络实现无线数据收发;蓝牙是一种支持设备短距离无线通信的技术,通常有效通信范围在10米之内。蓝牙的标准是IEEE802.15,工作在2.4GHz 频带,带宽为1Mb/s;I
15、rDA是红外连接技术,因为红外线特有的直射特性,这要求设备之间只能进行视距通信,不能有任何间隔。此外,通信终端的位置也相对不容易改变,不适合移动设备的移动数据传输;HomeRF也称为家庭射频,其设计初衷就是为了实现家用电器设备之间的通信。其传输距离较长,传输速度较快,适合各种影音数据的传输。1.3 无线通信方式的选择在智能温度检测系统中,可以考虑使用的无线通信方式主要有Wi-Fi、蓝牙、及红外通信。其中蓝牙技术的有效通信半径是10米左右,在很多场合通信范围偏小,但是Wi-Fi的有效通信半径可达100米符合绝大多数应用场景。红外通信技术因为红外线的直射特性,不适合在障碍较多的地方使用,无法应用于
16、复杂的工业、农业监控环境。所以,Wi-Fi以其无需布线,成本低廉,传输速率高等优点是本课题中智能温度检测系统最合适的无线通信方式。1.4 Wi-Fi通信及其发展趋势Wi-Fi是一种可以让电子设备接入无线局域网(WLAN)的技术,主要工作在2.4Ghz到5Ghz频段,其安全性较有线连接和蓝牙较差,但其高速率、无需布线的优点使其得到了广泛应用1。Wi-Fi主要应用于构建无线网络环境,在该环境下的各部分互相作用以实现无线网络服务的功能,主要由以下几个部分构成2:(1)站点(Station,STA),是无线网络中的终端,任何带网络接口的终端设备都可以是站点,比如手机、计算机等电子设备,STA通过无线链
17、路接入AP。(2)基本服务单元(Basic Service Set,BSS),是网络中最基本的服务单元,最少可以由两个站点构成,所有站点可以与同一基本服务单元内的站点相互通信。(3)分配系统(Distribution System,DS),分配系统可以连接不同的BSS,通过连接多个基本服务单元可以组成覆盖范围更广的扩展服务单元。(4)接入点(Access Point,AP),作为基本服务单元中的基站,既可以接入普通站点,又可以接入分配系统。AP和STA均为可以寻址的实体。(5)扩展服务单元(ESS),由基本服务单元和分配系统构成.多个基本服务单元连接以组成覆盖面更广的网络,以提供更宽广的服务区
18、域。(6)关口(Portal),是一种逻辑成分,主要用于将无线局域网和有线局域网或其他网络组合,是无线网络接入互联网的必要部分。 图1-1 Wi-Fi网络原理图在传输速率和带宽上传统的WLAN通信存在很多不足,比如IEEE 802.11-1997最高传输速率只有12Mbit/s,而802.11b将这一速率提高到了11Mbit/s,802.11a和802.11g达到了54Mbit/s,802.11n最高速率则达到了300600Mbit/s。IEEE 802.11-1997可以采用IR方式、DSSS方式、FHSS方式,IEEE 802.11b采用DSSS方式,兼容IEEE 802.11-1997。
19、新一代Wi-Fi技术主要有两种,工作于5Ghz频段的IEEE 802.11ac标准,其最高传输速率可达1.3Gbit/s;还有工作于60Ghz频段的IEEE 802.11ad,最高传输速率可以达到7Gbit/s。此外还有全面兼容现有Wi-Fi的WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access),即全球微波互联接入,WiMAX以IEEE 802.16的系列宽频无线标准为基础,拥有更宽的频段、更远的传输距离、更快的传输速度,其普及之后将会提供更优于Wi-Fi的无线网络服务3。1.5 本论文主要内容本文中基于微信平台的多点温度采集系统主要硬件
20、采集系统、服务器和微信平台三部分组成。硬件采集系统主要由SAM D21单片机、LM35温度传感器、LCD液晶显示屏、ESP8266 Wi-Fi模块构成。Wi-Fi模块将单片机串口信号转为Wi-Fi信号并发送出去,完成单片机与服务器间的有效通信。单片机采集信息并将采集到的A/D转换后通过UART接口发送。根据以上内容,本文共分为六章,具体结构安排如下:第一章 绪论。主要论述了课题的来源于研究意义。也介绍了本课题当前研究现状和未来发展前景。第二章 相关技术介绍。包括Wi-Fi网络拓扑结构,Wi-Fi提供的基本服务以及Wi-Fi组网方式。第三章 系统总体设计。包括系统需求与架构分析,并详细介绍了单片
21、机、Wi-Fi模块和温度传感器的选型。第四章 基于Ateml SAMD21的Wi-Fi模块控制程序的开发,介绍了Wi-Fi模块控制流程、通信接口的选择以及通信结构。第五章 系统测试,测试基于微信平台的多点温度采集系统是否正确可用,以及通信是否快速有效。第六章 结论与展望,对本课题中的研究项目进行总结。并对课题研究中的一些不足和未来扩展方向进行分析。2 相关技术介绍2.1 Wi-Fi网络基本拓扑结构802.11采用2.4Ghz和5Ghz两个ISM频段,2.4Ghz的ISM频段被世界上绝大多数国家所采用,物理层使用了红外、直接序列扩频(DSSS)或跳频扩频(FSSS)技术,最大传输速率可以达到2M
22、bps。对于多路访问控制在媒介访问控制子层(MAC)采用的是碰撞回避协议(CA)。基本服务集(BSS)分为Independent BSS和Infrastructure Bss两种4。作为一个独立的基本服务单元,IBSS网络中没有接入点。所以IBSS网络也称为对等网络(Peer to Peer)或非结构组网(Ad-hoc)。在这种网络中,各节点的地位是平等的,没有控制节点。这种网络有着各节点地位平等、通信灵活、结构灵活和可靠性高的优点。因此,该网络中任意两节点可以不经过认证就直接通信。但两者之间的距离必须在可以直接通信的范围内。网络中的节点既有普通移动终端的基本功能也有报文转发能力。 图2-1
23、IBSS网络拓扑结构另一种基本服务集被称为基础结构模式。有接入点参与其中的既是基础结构模式,反之则是上述IBSS网络。在这种拓扑结构中,网络中的所有通信都要经过接入点。接入点相当于网络中的基站。 图2-2 基础结构模式拓扑结构BSS的覆盖范围一般比较小,一般仅仅有一个或数个房间大小。不过802.11标准可以允许将几个BSS串联为扩展服务集(Extended Service Set,ESS)。扩展服务集是无线网络覆盖区域扩大了的基本服务集。扩展服务集利用骨干网络将几个基本服务集整合在一起,其通常由多个接入点组成,接入点覆盖小区之间部分重叠以实现客户端的无缝漫游,重叠区域保持在15%20%以上为佳
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 毕业设计 论文 基于 平台 多点 温度 采集 系统 手机 Wifi 通信 设计
限制150内