基於WiFi的移動養蜂車溫濕度采集終端設計與實現
學術研究
作者：孔亞廣 郭斌
摘 要：養蜂環境直接影響到蜂產品的質量。為了方便快捷地采集移動養蜂車的溫濕度數據，為後續的蜂產品質量追溯留下線索，設計一款基於STM32F103VET6和WiFi技術的智能溫濕度采集終端。詳細分析了係統的功能並給出總體設計方案，介紹了各功能模塊的原理及具體實現方法，給出了係統的軟件設計流程圖。測試結果表明，係統性能穩定，能夠實時顯示數據並快速刷新界麵，在移動環境下能夠快速組建網絡並實時傳輸數據到手機客戶端，具有一定的應用價值。
關鍵詞：WiFi；數據采集；STM32；移動養蜂車；FatFS文件係統
中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）04-00-03
0引言
由於生態環境的變化，當前蜂農生產越來越傾向於轉地生產，因而移動養蜂車的應用越來越廣泛。養蜂車上蜂箱及蜂產品存儲的溫濕度等對蜂產品質量有著重要的影響，因此采集養蜂車的溫濕度具有重要意義。而移動養蜂車是一個相對孤立並且可移動的平台，要在這個移動平台上采集蜂箱內的溫濕度並傳輸到Internet，就必須無線實時采集並傳輸數據。目前，智能手機因其價格便宜、智能方便成為人們隨身攜帶的通信工具。那麼，我們可以考慮讓蜂農通過手機來采集養蜂車上的溫濕度數據，並通過3G數據網絡將溫濕度數據傳輸到Internet。如今的智能手機，集成了多種無線傳輸的功能，包括藍牙、3G、NFC（近場通信）和WiFi。那麼，該選擇哪種無線網絡來實現溫濕度數據無線傳輸到手機端呢？
考慮到3G的費用極高，藍牙和NFC的傳輸距離太短並且傳輸速度慢，而WiFi的傳輸距離能達到百米，並且傳輸速度很快，組網方便快捷[2，3]，我們采用WiFi無線傳輸技術，將嵌入式采集模塊采集的數據實時傳輸給手機端，實現對移動養蜂車的溫濕度數據的實時監控。
1係統總體方案的設計
係統采用意法半導體公司的STM32作為整個嵌入式係統的CPU，STM32係列處理器基於ARM Cortex-M3內核[4]；采用DHT11溫濕度傳感器實時采集養蜂車內環境溫濕度情況；人接交互采用的是TFT LCD觸摸屏，方便對網絡模式及IP地址等參數進行選擇和設定；采集的數據通過WiFi無線傳輸給手機端，這裏我們采用的是專門的串口WiFi模塊；蜂農使用安卓智能手機將采集的數據接收並且存儲下來，通過自主開發的手機客戶端軟件實現這種WiFi網絡通信。最後，作為功能擴展，手機可以通過3G移動網絡將溫濕度數據傳輸到互聯網上，方便遠程監控和數據跟蹤。
1.1係統硬件架構
本係統選用STM32F103VET6作為主控的MCU，該芯片功能強大，性價比高，內置64KB的SRAM和512KB的Flash[5]。選用該芯片還有一個重要的原因就是，它擁有靈活的靜態存儲控製器FSMC接口，通過該接口連接TFT-LCD觸摸屏，可以實現快速的數據讀寫，使LCD界麵顯示更加流暢，獲得良好的人機交互體驗；選用2.8寸的TFT-LCD觸摸屏模塊，模塊板載了ILI9325液晶屏控製器和XPT2046觸摸屏控製器；係統板載了兩種供電接口，DC-DC（6～16V直流穩壓電路）接口和USB供電接口；板載了兩種下載接口，JTAG下載和USB轉串口的ISP下載接口；係統擴展的外部存儲電路包括E2PROM芯片AT24C02和SPI Flash芯片W25Q64；選用基於單總線的數字溫濕度傳感器DHT11采集溫濕度數據；最後，選用Hi-Link公司的HLK-RM04串口WiFi模塊，實現采集數據無線傳輸到手機端。
1.2係統軟件架構
係統軟件主要涉及到動態內存管理、FatFS文件係統移植、AT24C02掉電保護程序、W25Q64 SPI Flash驅動程序、DHT11溫濕度采集驅動、TFT-LCD觸摸屏驅動程序及串口WiFi驅動程序等幾大模塊。這幾大模塊與STM32主控部分構成係統的軟件架構。
2供電與下載電路
本係統配有專門的供電以及下載電路。供電包括一個外部電源輸入口DC_IN和一個USB供電口。DC_IN采用標準的直流電源插座，電路中采用DC-DC降壓芯片，支持DC6-16V的寬電壓輸入。USB供電口則采用mini USB接口，這種接口，對於無論是養蜂車車體內USB電源輸出接口還是車上自帶的太陽能供電係統，都能方便地接入，給采集終端供電。