基于WSN的无线测温系统研究

陈媛媛

摘 要：无线传感器网络（WSN）有着广泛的用途。例如，它可以用作收集多种环境信息的强大工具。这种类型的监控适合物联网（IoT）概念，旨在通过监控优化工作流程，提高管理效率。在这论文的研究中，基于IEEE 802.15.4标准中开发的无线传感器网络得到了局部温度测量的目的。

1.无线传感器网络概述

无线传感器网络是通信受限设备（有限计算力量、记忆和能量）之间的网络。这些网络是由大量可以相互之间进行无线通信的传感器节点构成，网络中每个节点都有传感、数据处理和通信功能。对于每个传感器节点，最重要的考量因素为低功耗。

2.芯片简介

（1）测温芯片

本文使用的温度传感器是德州仪器Ti公司的LM60。根据德州仪器Ti公司的数据，该装置可感测-40℃至+125℃的温度范围，供电电压标准为2.7 V，其输出电压范围为：2.7伏至10伏）。输出电压具有线性标度，系数为6.25 mV/℃，直流偏移为424 mV。这个传感器的标称输出电压范围为174 mV至1205 mV（适用于-40°C至+125°C的温度范围）。

（2）WSN节点简介

本文WSN节点所用芯片是CC2530，CC2530是德州仪器Ti公司用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 應用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案，是作为ZigBee无线传感网学习的最佳平台。

Ti公司为CC2530 ZigBee传感网络开发提供了各种开发环境、网络调试工具等，方便进行产品开发设计及工程运维中的故障调试。在实际物联网应用场景中，智慧农业系统的工程现场环境、布局、设施改造等都会传感网调试带了很大影响。通过对各种软件工具的使用，能够优化设备性能和排除故障，让系统稳定运行。

（3）WIFI网关

ESP8266是Wi-Fi串口模块，完成Wi-Fi数据与串口UART数据间的转换。ESP8266的工作温度范围大，且能够保持稳定的性能，能适应各种操作环境。

3.系统方案

系统框图如图1所示。本文针对工控领域某些设备工作状态检测，设计了监控无线网络，可同时对设备温度、电压进行在线监测。

形成WSN的每个设备都用一个圆表示。这个网关Gateway由Wi-Fi模块ESP8266组成。“D”对应于终端设备。该终端设备负责温度传感和它发送到父节点（中继器或协调器）。“R”表示所涉及的中继器，管理终端设备发送的数据并重新传输它们到它的父节点。“C”为协调器设备。协调器负责将从整个WSN接收到的消息传递给Wi-Fi集成模块（ESP硬件）。一旦数据收集完成后，WIFI模块将它们发送到本地无线TCP/IP网络。所有的温度、日期信息均可以通过互联网访问。协调器充当Wi-Fi网络的网关，收集低层代理发送的数据包（中继器和终端设备）。

系统硬件由三个模块组成（协调器、中继器和终端设备）创建一定范围内的无线传感器网络。作为终端设备运行的设备由电池供电，中继器和协调器使用microUSB接口和电源连接到电网。所有模块都有LED显示重置设备和按钮。

协调器是负责生成基于IEEE 802.15.4模式的网络。它负责将WSN中接收到的所有数据通过UART发送到ESP。对于此项目，协调器或中继器最多可以有10个子设备。终端工作于低功耗模式，周期性进行温度采集，然后上传至中继器或协调器。

图2显示了通过网络采集到的其中一个节点检测设备的温度与电压值，其时间为2019年9月20日至10月6日。

网络固件稳定，组网灵活方便，采用良好的电源供电可使整个网络运行时间超过一年，适合于室外50米以下范围，以及稳定室内场景下的仪表监测。

结论

随着物联网的兴起，无线传感器网络将是获取和传输信息的关键。随着新的解决方案，将有更多典型应用出现。