基于Arduino的无线传输通信系统研究

摘 要：设计了一款基于Arduino的便携式无线传输通信系统。本系统采用Arduino嵌入式单片机、HLK-RM04无线通信模块、传感器和数据接收终端等设备集数据采集、处理、传输于一体，文中介绍了系统的硬件选型和设计思路[1]。通过实验测试表明基于Arduino的无线通信系统实时性强、准确率高、且容易操控。可广泛应用于高程测量、航空气象、环境检测等诸多领域。

关键词：无线传输；Arduino；传感器；通信系统

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.132

1 引言

随着无线网络通信技术的快速发展，采用标准的TCP/IP协议对传感器数据通过无线方式传输逐渐增多，无线传输的设计方法具有较强的通用性、兼容性和移动性，可以获取各类传感器数据，将数据采用无线传输供IOS系统、 Andriod系统和windows系统等终端接收并存储使用，系统数据的传输具有实时性、实用性和稳定性，数据的获取效率较高。在高程测量、航空气象、飞行航迹应用等领域有较好的应用[2]。

2 系统总体设计

无线传输通信系统由：传感器模块、无线通信模块、Arduino主控模块、数据系统接收终端等四部分组成。系统的工作原理是将传感器采集获取的数据发送到Arduino主控系统上，主控系统对获取的数据处理并打包发送到无线通信模块，同时主控系统对无线通信模块控制设置热点，将打包的数据发送出去，外部终端设备扫描连接热点接收并解析出获取的传感器数据信息，并将数据下载保存到终端系统存储[4]。

3 系统硬件设计

无线通信系统硬件电路由Arduino 控制模块、无线通信模块和气压温度传感器等部分组成。

3.1 主控系统模块

本系统采用的主控模块是Arduino Mega2560嵌入式单片机。Arduino有类似于C语言IDE集成开发环境，用户可以通过USB接口直接进行硬件设备连接和通信。

3.2 传输模块

无线通信模块采用的是HLK-RM04模块，该模块兼容串口、以太网和无线网三个接口之间的转换，内部嵌入了标准TCP/IP协议栈，为数据网络传输提供了完整快速的解决方案，模块的工作模式如图1所示。

传感器模块采用温度、气压传感器等分别对数据检测。系统对数据获取测试的传感器采用气压温度传感器BMP085，该传感器精度高，对环境温度敏感、采集环境温度气压数据误差较小，数据的处理采用插值、采样算法，算法复杂度较低，容易实现[1，4]。

主系统由Arduino控制协调各部件工作，整个系统模块的硬件布线图如图2所示[1]。

4 系统软件设计

本系统拟采用苹果手机、Arduino手机和笔记本电脑等终端系统作为接收客户端。无线通信HLK-RM04模块能支持的热点发送有效范围有限制，实验采用无线信号覆盖范围20米区域进行测试接收数据，此范围基本满足了本系统的测试要求。

通信系统要达到兼容性，系统需采用标准的TCP/IP无线通信方式才能满足各种终端系统对数据的接收和解析。系统对传感器数据的采集、处理、打包、建立无线热点，客户端采用IP输入、密码验证登录连接无线热点，接收并解析获取数据。系统的软件流程图如3所示[1-2]。

从上面主要算法流程程序看出，数据采集终端的软件编程语言结构清晰，语言复杂度不高，较好的满足了系统设计需求。

5 系统测试

5.1 WLAN安全配置

系统的无线通信模块采用的是嵌入式编程应届模块HKL-RM04 WiFi。模块工作的模式采用WiFi/串口转无线AP。该模式下，WiFi模式工作，其他模式关闭。WiFi模式下安全方面支持目前所有的加密方式。通过程序控制，使得整个系统数据采集终端成为WiFi局域网下的设备[3]。无线模块安装完成后，系统开启串口转无线AP模式，系统可以通过浏览器登录设置界面，设置网络热点连接。

无线模块的内置TCP/IP标准设置IP地址，链接密码，网络端口号，网络设置完成以后终端系统数据采集传输模型的建立就布置完成。当系统开启了热点后扫描连接热点。

5.2 系统数据处理

数据接收工具系统需要有解析出标准TCP/IP数据包的功能，能打开当前的网络热点连接，并开启连接以及打开网络端口，将接收数据保存等功能。为了有效获取终端系统发送的数据信息，须将接收终端系统放置在数据采集终端系统设置的热点覆盖范围内，扫描终端系统的WiFi热点并连接热点，待连接稳定以后开启TCP/IP接收工具系统设置连接网絡IP，端口号，测试工具开启接收数据功能，将接收的数据解析出来显示并保存到数据库[4]。

6 结语

本文设计并实现了一种基于Arduino的传感器数据采集传输通信系统，并利用该系统采集了气压传感器检测的环境气压和温度数据实现WiFi通信。整个系统采用嵌入式的终端设备、系统结构完整、具有便携性、可靠性、满足了日常应用无线通信的需求。在日常生活中有一定的社会应用价值。

参考文献：

[1]朱红军.基于气压传感器的海拔高度测量系统设计[J].中国民用航空飞行学院学报，2015：67-70.

[2]陈吕洲.Arduino程序设计基础[M].北京航天航空出版社，2014.

[3]周绪贵.TCP/IP通信测试工具的开发与应用[J].工业控制计算机，2014.

[4]王登宏.基于Arduino的手机同步显示温湿度检查系统的设计[J].工业控制计算机，2016（07）.

课题：本文由中国民用航空飞行学院青年基金项目基于Arduino的无线传输通信系统研究（编号：Q2018-167）、基于GPS组合导航的地图匹配定位技术研究项目（编号：J2018-17）支持

作者简介：朱红军（1990-），男，安徽宿松人，硕士研究生，研究实习员，研究方向：电子科学技术及应用、计算机信息和通信系统。