基于TCP-IP协议的无线远程温湿度监控系统

２００８庄第６期

仪表技术与传感器

ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒ

２００８

Ｎｏ．６基于ＴＣＰ／ＩＰ协议的无线远程温湿度监控系统

张星，王向军，文鹏程

（天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津３０００７２）

摘要：提出了一种无线远程温湿度，临控系统设计方案。介绍了系统总体架构，重点论述了系统软硬件设计方法。以

Ｃ８０５１Ｆ单片机为核心，采用数字式微型智能传感器ＳＨ‘ｒ７１，实现系统监控终端温湿度采集与控制；通过以太网接入，利用简化的ＴＣＷＩＰ协议，并借助无线网桥，实现数据远距离传输。该系统无需标定，具有很好的环境适应性。实际应用中，监控终端能够与５ｋｍ外的上位机实现可靠的信息交互，对远程控制命令响应时间小于５００ｍｓ，保证了被监控设备全天候稳定工作。

关键词：ＴＣＰ／ＩＰ；Ｃ８０５１Ｆ单片机；温湿度传感器；无线远程监控

中图分类号：ＴＰ２７３文献标识码：Ａ文章编号：１００２—１８４１（２００８）０６—００４４—０３

ＷｉｒｅｌｅｓｓＲｅｍｏｔｅＭｏｎｉｔｏｒＳｙｓｔｅｍ

ｏｆＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄＨｕｍｉｄｉｔｙＢａｓｅｄｏｎＴＣ譬？ＩＰ

ＺＨＡＮＧＸｉｎｇ，ＷＡＮＧＸｉａｎｇ－ｊｕｎ．ＷＥＮＰｅｎｇ—ｅｈｅｎｇ

（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅａｓｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｃｈｅｍｅｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅｗｉｒｅｌｅｓｓｒｅｍｏｔｅｍｏｎｉｔｏｒｓｙｓｔｅｍｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ａｆｔｅｒｅｘ—ｐｌａｉｎｉｎｇｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．ｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｗｅｒｅｅｘｐａｔｉａｔｅｄ．Ｕｓｉｎｇａｍｉｃｒｏｉｎ－

ｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｅｎｓｏｒＳＨＴ７１ｗｈｉｃｈＷａＳｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙＣ８０５１ＦＭＣＵ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙｃａｎｂｅｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｍｏｎｉｔｏｒｔｅｒｍｉｎａｌ．ＴｈｅｎｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆＥｔｈｅｒｎｅｔａｃｃｅｓｓｂａｓｅｄｏｎｅｍｂｅｄｄｅｄＴＣＷＩＰｐｒｏｔｏｃｏｌａｎｄｗｉｒｅｌｅｓｓｎｅｔｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅｄａｔａｃａｌｌｂｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｆｏｒａｌｏｎｇｄｉｓｔａｎｃｅ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｅｘｉｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＷａｓｇｉｖｅｎ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｎｅｅｄｓｎｏｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｈａｓｇｏｏｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｉｔｃａｎｈｅｌｐｆｉｅｌｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗｏｒｋｒｅｌｉａｂｌｙｕｎｄｅｒａｌｌ—ｗｅａｔｈｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＴＣＷＩＰ；Ｃ８０５ｌＦＭＣＵ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙｓｅｎｓｏｒ；ｗｉｒｅｌｅｓｓｒｅｍｏｔｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ

０引言

温度和湿度的远程测量和控制对于异地设备获得适宜的工作环境，实现无人值守的正常运行具有重要意义。设计温湿度远程监控系统时应解决的关键技术有：湿度的测量，湿度受到大气压强、温度等因素的影响不容易准确测量，传统的模拟式湿度传感器功能单一，需设计信号调理电路Ⅱ校准困难，精度不高，互换性差；监控终端与上位机间的远距离可靠数据传输，基于现场总线的数据传输方式在传输速率和距离等方面与以太网相比存在劣势，且布线工作易受地形条件限制。设计了一种基于ＴＣＰ／ＩＰ协议的远程温湿度监控系统，采用高精度、自校准、数字式微型智能传感器ＳＨＴ７１采集环境温湿度，并在现场级实现监控终端与以太网的连接，借助无线网络设备实现多个分散在不同地理位置的远程监控终端与上位机间的信息交互。系统实时调节异地设备工作环境温湿度，数据传输可靠，无需传输电缆，组态灵活，重构性强，易于进行扩展和维护。

１总体设计及系统架构

系统整体结构如图１所示，系统由远程监控终端和上位机组成，二者通过无线以太网实现数据交互。

监控终端以ＭＣＵ为核心构建，包括２部分：温湿度监控模块，实现温湿度采集和控制；网络通信模块，实现现场数据的发送和上位机控制命令的接收。考虑到系统功能扩展和高可靠

收稿日期：２００７—０５一１５收修改稿日期：２００８一Ｏｌ一２８性、低功耗、实时性等要求，选用高速ＭＣＵＣ８０５１Ｆ０２０，该单片机采用流水线架构，片内资源丰富，性价比高，能够很好地满足设计要求。

图１系统整体结构

为实现监控终端与以太网的连接，采用Ｎ１Ｃ（网络接口芯片）实现硬件网络接口，由单片机运行ＮＩＣ驱动程序和ＴＣＰ／ＩＰ协议…。由于Ｃ８０５１Ｆ０２０是８位单片机，选择ＮＩＣ时需考虑是否支持８位工作模式，ＮＩＣ片上缓存的大小，与主机的数据交换形式以及与ＮＥ２０００是否兼容。选择基于ＩＳＡ总线的１０Ｍｂｉｔ／ｓ网络接口芯片ＲＴＬＳ０１９ＡＳ，它价格低廉，速度和接１２１都适合单片机系统。

为避免繁莺的通信线路铺设和维护工作，摆脱复杂地形条件对系统架设的影响，采用无线网桥并配备抛物面定向天线将远程监控终端接入无线测控局域网旧Ｊ，建立与上位机的连接。

上位机软件在Ｖｉｓｕａｌ

Ｃ＋＋６．０编程环境下编写，可通过无

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