CN109211417A - 带有wifi接口的数字温度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带WIFI接口的数字温度传感器，涉及温度传感与通信领域，包括CC3200无线模块终端和若干数字温度传感器，数字温度传感器包括温度传感器、数字信号输入输出端DQ、电源模块VDD以及64位ROM，温度传感器通过64位ROM和ROM操作命令建立与主机间的总线协议，协议建立后，实现DS18B20与主机间的数据通信；其中的储存控制逻辑模块，与64位ROM和暂存存储器分别连接并互相传输数据，暂存存储器接收来自温度传感器、高温寄存器TH、低温寄存器TL、配置寄存器CONFIG的数据以及来自8位CRC发生器的信号；CC3200无线模块终端采用CC3200芯片设计外围电路和RF无线信号发射电路，CC3200无线模块终端通过总线电缆与数字温度传感器的总线接口连接。本发明可采集较多数据，且应用范围广泛。

Description

带有WIFI接口的数字温度传感器

技术领域

本发明涉及温度传感与通信领域，具体为一种带有WIFI接口的数字温度传感器，适用于将温度数据输出和接收命令的应用。

背景技术

温度传感器是温度测试过程中重要的部件，其准确性直接影响被测对象的正常工作情况。在现代各行各业的快速发展，温度数据也是制约着发展的重要因素，其中在制造业、医疗、航天航空、开采等尤为重要，同时传统传感器也存在多线缆、载荷比低等缺陷。一般的温度传感器有热敏电阻，热电偶等。热敏电阻长期受欢迎是因为它具有非常小的形状因数、低成本和高灵敏度。其不足之处是有限的温度范围以及缺乏业界标准，使得置换困难。热敏电阻也需要补偿电路来克服非线性度。热电偶用于监控极值温度是理想的，但精度和稳定度较差，而且必须非常精确地在控制条件下测试，这些往往是模拟传感器的通病，不能满足测量系统精确水平。

无线通信已经成为当今人们生活中不可或缺的一部分了，传统的有线传输暴露出移动性差、搭设难度大、成本高等缺点，而兴起的无线通信摆脱了这些缺点，同时随着无线技术的发展，应用领域越来越广泛，很大程度上改善了传统的通信模式。尤其是无线通信在传感器领域的应用，使得智能家居、物联网、智能城市等领域的发展加快脚步。

CC3200是TI无线连接SimpleLink WIFI和物联网最新推出的一款解决无线通信的MCU。该芯片主要包括应用MCU、WIFI网络处理器（CC3100）和电源管理3大部分，如图1所示。基于CC3200芯片，发明一种可无线传输数据的高精度温度传感器尤其必要。

发明内容

本发明为了解决温度传感器可实现高精度测量并无线传输数据的问题，提供了一种带WIFI接口的数字温度传感器。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种带WIFI接口的数字温度传感器，包括CC3200无线模块终端和若干数字温度传感器，所述数字温度传感器包括温度传感器、数字信号输入输出端DQ和电源模块VDD，所述电源模块VDD为整个传感器供电；还包括64位ROM，所述温度传感器通过64位ROM和ROM操作命令建立与主机间的总线协议，协议建立后，实现DS18B20与主机间的数据通信；还包括储存控制逻辑模块，与64位ROM和暂存存储器分别连接并互相传输数据，所述暂存存储器接收来自温度传感器、高温寄存器TH、低温寄存器TL、配置寄存器CONFIG的数据，所述暂存存储器还接受来自8位CRC发生器的信号；所述CC3200无线模块终端采用CC3200芯片设计外围电路和RF无线信号发射电路，所述CC3200无线模块终端通过总线电缆与数字温度传感器的总线接口即数字信号输入输出端DQ连接。

本发明主要为在先的温度传感器并未连接无线发射端，只能通过有线的方式来发送数据，因此发明了这种带WIFI接口的数字温度传感器，主要包括CC3200无线模块终端和若干数字温度传感器，主要通过数字温度传感器采集数据传输给CC3200无线模块终端，再通过CC3200无线模块终端发送至无线路由器，然后再实现数据的解析。数字温度传感器包括温度传感器、数字信号输入输出端DQ和电源模块VDD，温度传感器即为传统的温度传感器，电源模块VDD为整个传感器供电，数字信号输入输出端DQ是用于与CC3200无线模块终端连接并传输数据。传感器中的64位ROM通过ROM操作命令建立与主机间的总线协议，协议建立后，实现 DS18B20与主机间的数据通信。传感器中的储存控制逻辑模块与64位ROM和暂存存储器分别连接并互相传输数据，保证数据的完整性，而暂存存储器接收来自温度传感器、高温寄存器TH、低温寄存器TL、配置寄存器CONFIG的数据，然后保存在储存控制逻辑模块内，配置寄存器CONFIG是用于调节测量温度的精度的，可以对其进行配置，高温寄存器TH和低温寄存器TL 是分别储存定义好的温度域值以上或者温度域值以下的温度数据；8位CRC发生器是用于校验序列号的，因此8位CRC发生器的信号也传输给暂存存储器，然后保存于储存控制逻辑模块内（由于温度传感器通过测温电缆线测温并传输数据给温度传感器为公知的，因此不进行详细阐述，而且测温电缆线用于测温的精度高，数据准确）。CC3200无线模块终端是采用了CC3200芯片，并运用CC3200芯片进行发送数据，在芯片内进行编程，设计外围电路和RF无线信号发射电路，CC3200无线模块终端通过总线电缆与数字温度传感器的总线接口连接，而总线接口即数字信号输入输出端DQ，通过CC3200进行无线传输。

本发明中，带WIFI接口的数字温度传感器的控制方法，包括无线路由器配置和温度数据检测传输两部分，步骤如下：

㈠配置无线路由器：

①设计无线路由器，所述无线路由器用于传输和管理无线终端数据，基于MT7620A芯片设计，将无线接收到的数据通过串口上传至主机，再进行数据分析；

②搭建无线传感网络，根据对无线信号覆盖范围的测试，选择至少三个AP布满整个空间，选择至少三个互不干扰的信道覆盖测量空间；

③为每一个温度传感器设置固定的IP地址，控制每一个温度传感器实时发送数据和接收数据，这样是为了更准确的识别传感器的类别；

④设计控制数据收发和停止的程序，该程序是整个无线传感网络中最重要的控制程序的设计，控制无线终端在不工作的情况下处于低功耗状态，当接收到主机下发的命令的时候数字温度传感器开始工作，采用TCP协议接收和发送数据，避免数据的丢失，保证了数据的准确无误，包括如下程序：

⑴开始，初始化系统；

⑵配置SimpleLink，启动SimpleLink；

⑶连接WLAN，连接到TCP客户端；

⑷创建TCP套接字；

⑸连接TCP服务器；

⑹串口中断接受数据；

⑺如果收到接收命令，则跳至⑻继续执行；如果未收到接收命令，则返回⑹重新执行；

⑻发送TCP数据包；

⑼如果收到停止命令，则跳至⑽继续执行；如果未收到停止命令，则返回⑻重新执行；

⑽关闭TCP套接字，停止；

㈡温度数据检测传输：包括3个过程：主机搜索产品序列号、启动在线产品做温度转换、读取在线产品温度值，

①对数字温度传感器进行初始化：

主机往总线发送一复位脉冲，使信号线上所有的产品芯片都复位，主机释放总线进入接收状态，DS18B20检测到总线上升后，等待15-60μs发出存在脉冲；

②发送ROM操作命令：

总线检测到产品存在，通过8位CRC发生器使序列号编码匹配的产品被激活，发出ROM操作命令之一，命令如下：读ROM（33H）、匹配ROM（55H）、跳过ROM（CCH）、搜索ROM（F0H）和告警搜索（ECH）命令；这里的产品均指温度传感器；

③温度传感器开始采集温度数据，通过总线电缆传输并按照DS18B20的时序进行数据写入，使数据分别存入高温寄存器TH、低温寄存器TL，并通过配置寄存器CONFIG调节传感器的分辨率；

④接收内存访问命令，开始温度置转换、读取传感器数据，进行传输，通过总线电缆传输至CC3200无线模块终端，并向外发出，使用无线路由器进行接收数据，上传至主机，再进行数据分析。

优选的，由于连接数字温度传感器的总线电缆是有长度限制的，因此所述CC3200无线模块终端与数字信号输入输出端DQ之间的传输长度小于50m时，总线电缆采用单线电缆；所述CC3200无线模块终端与数字信号输入输出端DQ之间的传输长度超过50m时，总线电缆采用双绞线带屏蔽电缆。由于试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的测温数据将发生错误，当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通信距离可达150m。这主要是由于总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用产品进行长距离测温系统设计时要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明通过主机显示的IP地址对特定的传感器进行控制；实时控制传感器数据采集和数据的发送；采用TCP协议可以保证数据传输过程中数据的完整性和可靠性；设计的路由器每个可以挂载至少50个不同类型的传感器；路由器与主机通信通过无线转串口；解决了温度数据精确而且可以无线传输的问题。

附图说明

图1为CC3200的芯片内结构示意图。

图2为CC3200芯片内的CC3100的细节图。

图3为WIFI实时控制传感器数据发送和停止流程图。

图4为数字温度传感器的内部结构框图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

一种带WIFI接口的数字温度传感器，如图1至图4所示：包括CC3200无线模块终端和若干数字温度传感器，所述数字温度传感器包括温度传感器、数字信号输入输出端DQ和电源模块VDD，所述电源模块VDD为整个传感器供电；还包括64位ROM，所述温度传感器通过64位ROM和ROM操作命令建立与主机间的总线协议，协议建立后，实现DS18B20与主机间的数据通信；还包括储存控制逻辑模块，与64位ROM和暂存存储器分别连接并互相传输数据，所述暂存存储器接收来自温度传感器、高温寄存器TH、低温寄存器TL、配置寄存器CONFIG的数据，所述暂存存储器还接受来自8位CRC发生器的信号；所述CC3200无线模块终端采用CC3200芯片设计外围电路和RF无线信号发射电路，所述CC3200无线模块终端通过总线电缆与数字温度传感器的总线接口即数字信号输入输出端DQ连接。

所述CC3200无线模块终端与数字信号输入输出端DQ之间的传输长度小于50m时，总线电缆采用单线电缆；所述CC3200无线模块终端与数字信号输入输出端DQ之间的传输长度超过50m时，总线电缆采用双绞线带屏蔽电缆。

带WIFI接口的数字温度传感器的控制方法，包括无线路由器配置和温度数据检测传输两部分，步骤如下：

㈠配置无线路由器：

①设计无线路由器，所述无线路由器用于传输和管理无线终端数据，基于MT7620A芯片设计，将无线接收到的数据通过串口上传至主机，再进行数据分析；

②搭建无线传感网络，根据对无线信号覆盖范围的测试，选择三个AP即可布满整个空间，选择三个互不干扰的信道3，6，11覆盖测量空间，可覆盖100×100m² 的空间；

③为每一个温度传感器设置固定的IP地址，控制每一个温度传感器实时发送数据和接收数据；

④设计控制数据收发和停止的程序，控制无线终端在不工作的情况下处于低功耗状态，当接收到主机下发的命令的时候传感器开始工作，采用TCP协议接收和发送数据：包括如下程序：

⑴开始，初始化系统；

⑵配置SimpleLink，启动SimpleLink；

⑶连接WLAN，连接到TCP客户端；

⑷创建TCP套接字；

⑸连接TCP服务器；

⑹串口中断接受数据；

⑺如果收到接收命令，则跳至⑻继续执行；如果未收到接收命令，则返回⑹重新执行；

⑻发送TCP数据包；

⑼如果收到停止命令，则跳至⑽继续执行；如果未收到停止命令，则返回⑻重新执行；

⑽关闭TCP套接字，停止；

㈡温度数据检测传输：包括3个过程：主机搜索产品序列号、启动在线产品做温度转换、读取在线产品温度值，

①对数字温度传感器进行初始化：

主机往总线发送一复位脉冲，使信号线上所有的产品芯片都复位，主机释放总线进入接收状态，DS18B20检测到总线上升后，等待15-60μs发出存在脉冲；

②发送ROM操作命令：

总线检测到产品存在，通过8位CRC发生器使序列号编码匹配的产品被激活，发出ROM操作命令之一，命令如下：读ROM（33H）、匹配ROM（55H）、跳过ROM（CCH）、搜索ROM（F0H）和告警搜索（ECH）命令；

③温度传感器开始采集温度数据，通过总线电缆传输并按照DS18B20的时序进行数据写入，使数据分别存入高温寄存器TH、低温寄存器TL，并通过配置寄存器CONFIG调节传感器的分辨率；

④接收内存访问命令，开始温度转换、读取传感器数据，进行传输，通过总线电缆传输至CC3200无线模块终端，并向外发出，使用无线路由器进行接收数据，上传至主机，再进行数据分析。

上述CC3200无线模块终端主要包括应用MCU、WIFI网络处理器（CC3100）和电源管理3大部分，如图1和图2所示，总线电缆传输的数据连接到CC3200外设接口的UART接口，由于CC3200的应用为现有技术，因此不进行赘述。测温电缆线采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接VCC和地线，屏蔽层在源端单点接地。

本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种带WIFI接口的数字温度传感器，其特征在于：包括CC3200无线模块终端和若干数字温度传感器，所述数字温度传感器包括温度传感器、数字信号输入输出端DQ和电源模块VDD，所述电源模块VDD为整个传感器供电；

还包括64位ROM，所述温度传感器通过64位ROM和ROM操作命令建立与主机间的总线协议，协议建立后，实现DS18B20与主机间的数据通信；

还包括储存控制逻辑模块，与64位ROM和暂存存储器分别连接并互相传输数据，

所述暂存存储器接收来自温度传感器、高温寄存器TH、低温寄存器TL、配置寄存器CONFIG的数据，所述暂存存储器还接受来自8位CRC发生器的信号；

所述CC3200无线模块终端采用CC3200芯片设计外围电路和RF无线信号发射电路，所述CC3200无线模块终端通过总线电缆与数字温度传感器的总线接口即数字信号输入输出端DQ连接。

2.根据权利要求1所述的带WIFI接口的数字温度传感器，其特征在于：所述CC3200无线模块终端与数字信号输入输出端DQ之间的传输长度小于50m时，总线电缆采用单线电缆；所述CC3200无线模块终端与数字信号输入输出端DQ之间的传输长度超过50m时，总线电缆采用双绞线带屏蔽电缆。

3.权利要求1所述的带WIFI接口的数字温度传感器的控制方法，其特征在于：包括无线路由器配置和温度数据检测传输两部分，步骤如下：

㈠配置无线路由器：

①设计无线路由器，所述无线路由器用于传输和管理无线终端数据，基于MT7620A芯片设计，将无线接收到的数据通过串口上传至主机，再进行数据分析；

②搭建无线传感网络，根据对无线信号覆盖范围的测试，选择至少三个AP布满整个空间，选择至少三个互不干扰的信道覆盖测量空间；

③为每一个温度传感器设置固定的IP地址，控制每一个温度传感器实时发送数据和接收数据；

④设计控制数据收发和停止的程序，控制无线终端在不工作的情况下处于低功耗状态，当接收到主机下发的命令的时候传感器开始工作，采用TCP协议接收和发送数据：包括如下程序：

⑴开始，初始化系统；

⑵配置SimpleLink，启动SimpleLink；

⑶连接WLAN，连接到TCP客户端；

⑷创建TCP套接字；

⑸连接TCP服务器；

⑹串口中断接受数据；

⑺如果收到接收命令，则跳至⑻继续执行；如果未收到接收命令，则返回⑹重新执行；

⑻发送TCP数据包；

⑼如果收到停止命令，则跳至⑽继续执行；如果未收到停止命令，则返回⑻重新执行；

⑽关闭TCP套接字，停止；

㈡温度数据检测传输：包括3个过程：主机搜索产品序列号、启动在线产品做温度转换、读取在线产品温度值，

①对数字温度传感器进行初始化：

主机往总线发送一复位脉冲，使信号线上所有的产品芯片都复位，主机释放总线进入接收状态，DS18B20检测到总线上升后，等待15-60μs发出存在脉冲；

②发送ROM操作命令：

总线检测到产品存在，通过8位CRC发生器使序列号编码匹配的产品被激活，发出ROM操作命令之一，命令如下：读ROM（33H）、匹配ROM（55H）、跳过ROM（CCH）、搜索ROM（F0H）和告警搜索（ECH）命令；

③温度传感器开始采集温度数据，通过总线电缆传输并按照DS18B20的时序进行数据写入，使数据分别存入高温寄存器TH、低温寄存器TL，并通过配置寄存器CONFIG调节传感器的分辨率；

④接收内存访问命令，开始温度转换、读取传感器数据，进行传输，通过总线电缆传输至CC3200无线模块终端，并向外发出，使用无线路由器进行接收数据，上传至主机，再进行数据分析。