基于微信平臺(tái)的多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)手機(jī)Wifi通信設(shè)計(jì)概述

1、學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士論文評選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本學(xué)位論文屬于 1、保密囗，在 年解密后適用本

2、授權(quán)書2、不保密囗 。（請?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“”）作者簽名： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 年 月 日華 中 科 技 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）摘 要 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)已日漸趨于小、微型化，這為遠(yuǎn)程智能化的環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的出現(xiàn)提供了可能性。遠(yuǎn)程智能化監(jiān)控系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)的人工監(jiān)控，其有無需值守、成本低廉、監(jiān)控準(zhǔn)確的優(yōu)勢必將在未來得到廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)可以適用于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)大棚、智能家居等諸多領(lǐng)域。本文對該智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的無線通信展開研究。目的是設(shè)計(jì)一種簡單易用、傳輸可靠、速率較高的通信方式。不僅能夠時(shí)間無線局域網(wǎng)內(nèi)的通信，將各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯聚到根節(jié)點(diǎn)，還可以與互聯(lián)網(wǎng)上的終端通

3、信，將本地采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至云服務(wù)器。論文首先分析了課題研究的背景、意義和現(xiàn)狀，分析了幾種常見無線通信方式的特點(diǎn)及適用場景，并確定了Wi-Fi作為該系統(tǒng)的無線通信方式。接著介紹了Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、基本服務(wù)和簡單的安全問題。根據(jù)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的特性設(shè)計(jì)出了智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，各節(jié)點(diǎn)采用SAM D21單片機(jī)作為主控芯片，采用ESP8266作為Wi-Fi模塊，最終實(shí)現(xiàn)微信公眾號(hào)對環(huán)境溫度的監(jiān)控功能。對Wi-Fi模塊控制程序的開發(fā)使用的是AT指令，并實(shí)現(xiàn)了Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的多對一連接和溫度數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)。 關(guān)鍵詞：Wi-Fi通信；監(jiān)測；UART；嵌入式技術(shù)AbstractWith t

4、he rapid development of computer technology and network technology，Computers are becoming smaller and smaller. This provides the possibility for the emergence of the remote intelligent environmental monitoring system. Remote intelligent monitoring system is different from the traditional manual moni

5、toring system, It has the advantages of no need to be on duty, low cost, accurate monitoring will be widely used in the future. This system can be applied to industrial production, agricultural greenhouse, smart home, and many other fields. In this paper, the wireless communication of the intelligen

6、t environmental monitoring system is studied.The purpose is to design a simple and easy to use, reliable transmission, high rate of communication .Not only can achieve wireless LAN communication,which can transmit each nodes data to the root node,but also can commuicate with terminal on the internet

7、,transmit local data to cloud server.At first, the background,significance and current situation of the research are analyzed.The characteristics and application scenarios of several common wireless communication modes are analyzed,and determine the Wi-Fi as the system of wireless communication .The

8、n, the topology structure, basic service and simple security of Wi-Fi network are introduced.According to the characteristic of Wi-Fi network, the whole structure of intelligent environment monitoring system is designed,Each node uses SAM D21 microcontroller as the main control chip, using ESP8266 a

9、s the Wi-Fi module.Finally realized the monitoring function of the public number of WeChat to the environment temperature.using the AT commands for the development of the control program of WiFi module.Beside,The automatic recording and storage of the temperature data and Wi-Fi networks multi to one

10、 connection is realizeKey Words：Wi-Fi; Monitoring; UART; Embedded technology IV 目 錄摘要Abstract1 緒論11.1 課題研究背景與意義11.2 課題研究現(xiàn)狀11.3 無線通信方式的選擇21.4 Wi-Fi通信及其發(fā)展趨勢21.5 本論文主要內(nèi)容42 相關(guān)技術(shù)介紹62.1 Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)62.2 Wi-Fi的基本服務(wù)介紹82.3 Wi-Fi安全技術(shù)的發(fā)展92.4 本章小結(jié)103 遠(yuǎn)程多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)113.1 系統(tǒng)功能需求113.2 系統(tǒng)架構(gòu)分析123.3 硬件模塊選型一三3.4 Wi-F

11、i模塊的串口工作模式173.5 本章小結(jié)194 基于SAM D21的Wi-Fi控制程序開發(fā)214.1 MCU與Wi-Fi通信接口選擇214.2 Wi-Fi模塊通信接口協(xié)議224.3 Wi-Fi模塊控制程序設(shè)計(jì)234.4 Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的多連接與歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)274.5 本章小結(jié)315 系統(tǒng)測試325.1 Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)連接測試325.2 微信終端獲取數(shù)據(jù)測試336 總結(jié)與展望356.1 總結(jié)356.2 展望36致謝37參考文獻(xiàn)381 緒論1.1 課題研究與意義隨著電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，電路集成度迅速增加，計(jì)算機(jī)的發(fā)展越來越具有小、微型化的趨勢，微型計(jì)算機(jī)已日益成為智能機(jī)器人、工業(yè)控制

12、和智能管理系統(tǒng)中必不可缺的智能部件。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等監(jiān)控系統(tǒng)中，常常需要使用數(shù)臺(tái)單片機(jī)作為監(jiān)控終端，PC或者智能手機(jī)作為監(jiān)控源，構(gòu)成一種多點(diǎn)測控系統(tǒng)。溫度是人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活中一個(gè)重要的環(huán)境量，比如大型糧倉、工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場、蔬菜大棚等場所的溫度測控。如果這種大型的生產(chǎn)場所由人工監(jiān)控，不但不準(zhǔn)確，而且還會(huì)耗費(fèi)大量的人力物力，監(jiān)控成本較高。此外，隨著無線網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，建立網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)漸漸成為一種趨勢，溫度監(jiān)控系統(tǒng)將逐漸走向智能控制和無線網(wǎng)絡(luò)控制。Wi-Fi是一種允許電子設(shè)備接入到一個(gè)無線局域網(wǎng)（WLAN）的技術(shù)，Wi-Fi無線網(wǎng)絡(luò)便捷與高速的特點(diǎn)使其得以快速普及，最近幾年來，Wi-Fi技術(shù)日趨成

13、熟，在人們生活中的應(yīng)用也日趨普遍。Wi-Fi具有信息交互速度快、有效通信范圍廣、使用門檻和成本低等優(yōu)勢。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)空前發(fā)展的今天，Wi-Fi正以其特有的優(yōu)勢適用于生產(chǎn)、生活的方方面面，為人們提供著高效的移動(dòng)連接。此外，Wi-Fi作為無線通信方式無需布線，可以不受空間區(qū)域的限制，市場發(fā)展?jié)摿艽蟆１菊n題研究的是智能溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了能夠?qū)Ρ槐O(jiān)測對象進(jìn)行現(xiàn)場或遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能，用戶可以再任何地方用手機(jī)、電腦通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測。同時(shí)也是對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一種應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了物體之間的智能連接。1.2 課題研究現(xiàn)狀隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與通信技術(shù)的快速發(fā)展，無處不在的網(wǎng)絡(luò)終端、智能化的移動(dòng)云計(jì)算以及便捷的無線接入

14、、無線互聯(lián)等概念已逐漸融入了人們的工作和生活的方方面面。隨之而來的便攜式終端和各種無線通信技術(shù)發(fā)展速度也迅速提升。并且在我們的生產(chǎn)生活中得到了廣泛應(yīng)用，目前常用的無線通信技術(shù)有GPRS/GSM/CDMA、藍(lán)牙、ZigBee、UWB、WLAN、IrDA等。 基于GPRS/GSM/CDMA無線通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是一種十分常用的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，在手機(jī)終端十分常用，該技術(shù)依托于GPRS/GSM/CDMA無線通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)收發(fā)；藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離無線通信的技術(shù)，通常有效通信范圍在10米之內(nèi)。藍(lán)牙的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE802.一五，工作在2.4GHz 頻帶，帶寬為1Mb/s；IrDA是紅外連接

15、技術(shù)，因?yàn)榧t外線特有的直射特性，這要求設(shè)備之間只能進(jìn)行視距通信，不能有任何間隔。此外，通信終端的位置也相對不容易改變，不適合移動(dòng)設(shè)備的移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸；HomeRF也稱為家庭射頻，其設(shè)計(jì)初衷就是為了實(shí)現(xiàn)家用電器設(shè)備之間的通信。其傳輸距離較長，傳輸速度較快，適合各種影音數(shù)據(jù)的傳輸。1.3 無線通信方式的選擇在智能溫度檢測系統(tǒng)中，可以考慮使用的無線通信方式主要有Wi-Fi、藍(lán)牙、及紅外通信。其中藍(lán)牙技術(shù)的有效通信半徑是10米左右，在很多場合通信范圍偏小，但是Wi-Fi的有效通信半徑可達(dá)100米符合絕大多數(shù)應(yīng)用場景。紅外通信技術(shù)因?yàn)榧t外線的直射特性，不適合在障礙較多的地方使用，無法應(yīng)用于復(fù)雜的工業(yè)、農(nóng)業(yè)

16、監(jiān)控環(huán)境。所以，Wi-Fi以其無需布線，成本低廉，傳輸速率高等優(yōu)點(diǎn)是本課題中智能溫度檢測系統(tǒng)最合適的無線通信方式。1.4 Wi-Fi通信及其發(fā)展趨勢Wi-Fi是一種可以讓電子設(shè)備接入無線局域網(wǎng)（WLAN）的技術(shù)，主要工作在到5Ghz頻段，其安全性較有線連接和藍(lán)牙較差，但其高速率、無需布線的優(yōu)點(diǎn)使其得到了廣泛應(yīng)用1。Wi-Fi主要應(yīng)用于構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在該環(huán)境下的各部分互相作用以實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的功能，主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成2：（1）站點(diǎn)（Station，STA），是無線網(wǎng)絡(luò)中的終端，任何帶網(wǎng)絡(luò)接口的終端設(shè)備都可以是站點(diǎn)，比如手機(jī)、計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備，STA通過無線鏈路接入AP。（2）基本服務(wù)單

17、元（Basic Service Set,BSS），是網(wǎng)絡(luò)中最基本的服務(wù)單元，最少可以由兩個(gè)站點(diǎn)構(gòu)成，所有站點(diǎn)可以與同一基本服務(wù)單元內(nèi)的站點(diǎn)相互通信。（3）分配系統(tǒng)（Distribution System,DS），分配系統(tǒng)可以連接不同的BSS，通過連接多個(gè)基本服務(wù)單元可以組成覆蓋范圍更廣的擴(kuò)展服務(wù)單元。（4）接入點(diǎn)（Access Point,AP）,作為基本服務(wù)單元中的基站，既可以接入普通站點(diǎn)，又可以接入分配系統(tǒng)。AP和STA均為可以尋址的實(shí)體。（5）擴(kuò)展服務(wù)單元（ESS），由基本服務(wù)單元和分配系統(tǒng)構(gòu)成.多個(gè)基本服務(wù)單元連接以組成覆蓋面更廣的網(wǎng)絡(luò)，以提供更寬廣的服務(wù)區(qū)域。（6）關(guān)口（Portal

18、），是一種邏輯成分，主要用于將無線局域網(wǎng)和有線局域網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)組合，是無線網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)的必要部分。 圖1-1 Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)原理圖在傳輸速率和帶寬上傳統(tǒng)的WLAN通信存在很多不足，比如最高傳輸速率只有12Mbit/s，而將這一速率提高到了和達(dá)到了54Mbit/s，最高速率則達(dá)到了300600Mbit/s?？梢圆捎肐R方式、DSSS方式、FHSS方式，采用DSSS方式，兼容。新一代Wi-Fi技術(shù)主要有兩種，工作于5Ghz頻段的標(biāo)準(zhǔn)，其最高傳輸速率可達(dá)；還有工作于60Ghz頻段的，最高傳輸速率可以達(dá)到7Gbit/s。此外還有全面兼容現(xiàn)有Wi-Fi的WiMAX(Worldwide Interope

19、rability for Microwave Access)，即全球微波互聯(lián)接入，WiMAX以的系列寬頻無線標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，擁有更寬的頻段、更遠(yuǎn)的傳輸距離、更快的傳輸速度，其普及之后將會(huì)提供更優(yōu)于Wi-Fi的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)3。1.5 本論文主要內(nèi)容本文中基于微信平臺(tái)的多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)主要硬件采集系統(tǒng)、服務(wù)器和微信平臺(tái)三部分組成。硬件采集系統(tǒng)主要由SAM D21單片機(jī)、LM35溫度傳感器、LCD液晶顯示屏、ESP8266 Wi-Fi模塊構(gòu)成。Wi-Fi模塊將單片機(jī)串口信號(hào)轉(zhuǎn)為Wi-Fi信號(hào)并發(fā)送出去，完成單片機(jī)與服務(wù)器間的有效通信。單片機(jī)采集信息并將采集到的A/D轉(zhuǎn)換后通過UART接口發(fā)送。根據(jù)以上內(nèi)

20、容，本文共分為六章，具體結(jié)構(gòu)安排如下：第1章 緒論。主要論述了課題的來源于研究意義。也介紹了本課題當(dāng)前研究現(xiàn)狀和未來發(fā)展前景。第2章 相關(guān)技術(shù)介紹。包括Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，Wi-Fi提供的基本服務(wù)以及Wi-Fi組網(wǎng)方式。第3章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)。包括系統(tǒng)需求與架構(gòu)分析，并詳細(xì)介紹了單片機(jī)、Wi-Fi模塊和溫度傳感器的選型。第4章 基于Ateml SAMD21的Wi-Fi模塊控制程序的開發(fā)，介紹了Wi-Fi模塊控制流程、通信接口的選擇以及通信結(jié)構(gòu)。第5章 系統(tǒng)測試，測試基于微信平臺(tái)的多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)是否正確可用，以及通信是否快速有效。第6章 結(jié)論與展望，對本課題中的研究項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)。并對課題研究

21、中的一些不足和未來擴(kuò)展方向進(jìn)行分析。2 相關(guān)技術(shù)介紹2.1 Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用和5Ghz兩個(gè)ISM頻段，的ISM頻段被世界上絕大多數(shù)國家所采用，物理層使用了紅外、直接序列擴(kuò)頻（DSSS）或跳頻擴(kuò)頻（FSSS）技術(shù)，最大傳輸速率可以達(dá)到2Mbps。對于多路訪問控制在媒介訪問控制子層（MAC）采用的是碰撞回避協(xié)議（CA）?；痉?wù)集（BSS）分為Independent BSS和Infrastructure Bss兩種4。作為一個(gè)獨(dú)立的基本服務(wù)單元，IBSS網(wǎng)絡(luò)中沒有接入點(diǎn)。所以IBSS網(wǎng)絡(luò)也稱為對等網(wǎng)絡(luò)（Peer to Peer）或非結(jié)構(gòu)組網(wǎng)（Ad-hoc）。在這種網(wǎng)絡(luò)中，各節(jié)點(diǎn)的地位

22、是平等的，沒有控制節(jié)點(diǎn)。這種網(wǎng)絡(luò)有著各節(jié)點(diǎn)地位平等、通信靈活、結(jié)構(gòu)靈活和可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。因此，該網(wǎng)絡(luò)中任意兩節(jié)點(diǎn)可以不經(jīng)過認(rèn)證就直接通信。但兩者之間的距離必須在可以直接通信的范圍內(nèi)。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)既有普通移動(dòng)終端的基本功能也有報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)能力。 圖2-1 IBSS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)另一種基本服務(wù)集被稱為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式。有接入點(diǎn)參與其中的既是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式，反之則是上述IBSS網(wǎng)絡(luò)。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)中的所有通信都要經(jīng)過接入點(diǎn)。接入點(diǎn)相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)中的基站。 圖2-2 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)模式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)BSS的覆蓋范圍一般比較小，一般僅僅有一個(gè)或數(shù)個(gè)房間大小。不過標(biāo)準(zhǔn)可以允許將幾個(gè)BSS串聯(lián)為擴(kuò)展服務(wù)集（Extended S

23、ervice Set，ESS）。擴(kuò)展服務(wù)集是無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域擴(kuò)大了的基本服務(wù)集。擴(kuò)展服務(wù)集利用骨干網(wǎng)絡(luò)將幾個(gè)基本服務(wù)集整合在一起，其通常由多個(gè)接入點(diǎn)組成，接入點(diǎn)覆蓋小區(qū)之間部分重疊以實(shí)現(xiàn)客戶端的無縫漫游，重疊區(qū)域保持在一五%20%以上為佳。同一個(gè)ESS中接入點(diǎn)使用的服務(wù)及標(biāo)識(shí)相同?；痉?wù)集網(wǎng)絡(luò)是擴(kuò)展服務(wù)集網(wǎng)絡(luò)的最小單元?；痉?wù)集網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)通過有線連接的方式連入擴(kuò)展服務(wù)集網(wǎng)絡(luò)。圖2-3 拓展服務(wù)集拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.2 Wi-Fi的基本服務(wù)在體系結(jié)構(gòu)中并沒有嚴(yán)格規(guī)定分布式系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，而是規(guī)定了一系列在MAC層使用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。主要有兩類服務(wù)：一種是STA服務(wù)（SS）。STA服務(wù)主要包含加密（Pr

24、ivacy）、媒介訪問控制單元交付（MSDUdelivery），認(rèn)證（Authentieation）、解除認(rèn)證（Deauthentieation）；DS服務(wù)包含分離（Disassoeiation）、分發(fā)（Distribution）、聯(lián)合（Integration）、關(guān)聯(lián)（Assoeiation）和重新關(guān)聯(lián)（Reassociation）5。加密服務(wù)可以有效提升無線局域網(wǎng)的安全性，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴１热缡褂糜芯€等效加密協(xié)議（WEP），對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行加密；媒介訪問控制單元交付服務(wù)負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)正確傳輸?shù)秸_的位置。該服務(wù)給出了一種收發(fā)數(shù)據(jù)的方法。但是的傳輸過程實(shí)際上是一種不可靠的交付，可能會(huì)有差錯(cuò)。更高

25、層負(fù)責(zé)提供檢錯(cuò)和糾錯(cuò)服務(wù)；認(rèn)證服務(wù)是提供的一種網(wǎng)絡(luò)訪問控制方式，其作用是確定通信對象站點(diǎn)的身份。在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前必須先確定該站點(diǎn)的身份；解除認(rèn)證服務(wù)用于斷開當(dāng)前連接的驗(yàn)證關(guān)系。解除認(rèn)證不需要發(fā)送請求，只需發(fā)送解除的通知。收到解除認(rèn)證后工作站會(huì)立即斷開連接。分離服務(wù)可以將工作站從網(wǎng)絡(luò)中移除，從而終結(jié)現(xiàn)存的關(guān)聯(lián)關(guān)系。所以，網(wǎng)絡(luò)中的工作站如果要關(guān)閉或者離開應(yīng)先使用分離服務(wù)斷開連接。分離服務(wù)同樣不是請求而是一個(gè)通知，不能被拒絕；分發(fā)服務(wù)是最主要的服務(wù)之一，工作站在發(fā)送每個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)都需要使用分發(fā)服務(wù)。分發(fā)服務(wù)提供了數(shù)據(jù)幀的路由信息，對于本地的數(shù)據(jù)幀則直接發(fā)送在本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，否則需要通過有線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送；

26、整合服務(wù)可以將幀轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，翻譯幀格式，實(shí)現(xiàn)使用不同編址方案的網(wǎng)絡(luò)間的可靠通信；關(guān)聯(lián)服務(wù)可以建立接入點(diǎn)和工作站之間的映射關(guān)系。通過這種建立的映射關(guān)系可以完成分發(fā)服務(wù)；重新關(guān)聯(lián)服務(wù)可以重新建立工作站與接入點(diǎn)之間的映射關(guān)系。如工作站在一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)集（ESS）內(nèi)的多個(gè)基本服務(wù)集（BSS）之間移動(dòng)時(shí)會(huì)根據(jù)距離自動(dòng)選擇接入點(diǎn)。重新關(guān)聯(lián)服務(wù)也可以用來改變已有關(guān)聯(lián)的屬性。2.3 Wi-Fi安全技術(shù)的發(fā)展在無線局域網(wǎng)（WLAN）發(fā)展尚未成熟時(shí)，常用的安全技術(shù)有：MAC地址過濾和SSID匹配。即物理地址過濾和服務(wù)器表識(shí)符匹配。物理地址過濾是通過保存一組允許訪問的MAC列表，禁止表外的MAC訪問。服務(wù)區(qū)標(biāo)識(shí)符

27、匹配則通過設(shè)置密碼（SSID），只有工作站輸入的SSID與之匹配才可以訪問。雖然這種機(jī)制較為簡單，但卻確保了一定的安全性。有限等效保密協(xié)議（WEP）。WEP采用了RC4堆成加密算法，主要在數(shù)據(jù)鏈路層起作用。WEP使用多種格式的密鑰，40位、64位、128位都有所采用。WPA2是WPA的第二代標(biāo)準(zhǔn)，在原有的基礎(chǔ)上又有了更多的提升。WPA2與很相似，在安全驗(yàn)證上他們都選擇了預(yù)驗(yàn)證。在連接開始前的很短時(shí)間內(nèi)完成驗(yàn)證并連接。使用VPN來進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)連接也是一種行之有效的安全策略。VPN采用DES和3DES等技術(shù)來保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。VPN的典型代表有IPSec VPN和SSL VPN。IPSec在網(wǎng)絡(luò)

28、層工作，負(fù)責(zé)站點(diǎn)之間通信的數(shù)據(jù)安全。其認(rèn)證機(jī)制與預(yù)定義的安全關(guān)系極大地保護(hù)了客戶通信的安全性。SSL VPN則需要提前安裝到瀏覽器中。因?yàn)槠錈o客戶機(jī)的特性，可以極大地節(jié)約運(yùn)行開支。若用戶對無線網(wǎng)絡(luò)安全性要求較高可以選擇將VPN于其他無線網(wǎng)絡(luò)安全策略結(jié)合，以獲取最大程度的無線互聯(lián)網(wǎng)通信安全6。2.4 本章小結(jié)本章首先研究了Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，介紹了兩種基本服務(wù)集（BSS）的結(jié)構(gòu)以及多個(gè)基本服務(wù)集組成擴(kuò)展服務(wù)集（ESS）的方法。其次介紹了Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的兩類基本服務(wù)STA服務(wù)和DS服務(wù)。最后介紹了Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的安全問題，詳細(xì)說明了Wi-Fi安全策略的發(fā)展過程以及一種無線局域網(wǎng)的安全解決

29、方案。3 遠(yuǎn)程多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)功能需求該系統(tǒng)最終的目的是實(shí)現(xiàn)用手機(jī)在微信客戶端遠(yuǎn)程監(jiān)控多個(gè)采集點(diǎn)的當(dāng)前溫度信息，并回顧歷史溫度記錄數(shù)據(jù)。包括SAM D21單片機(jī)，LCD液晶顯示屏，ESP8266芯片，LM35模擬溫度傳感器，云服務(wù)器，Socket網(wǎng)絡(luò)編程，微信公眾平臺(tái)的開發(fā)在該系統(tǒng)中被使用。用戶可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)在可以連入互聯(lián)網(wǎng)的手機(jī)或者電腦端通過關(guān)注微信公眾號(hào)來獲取溫度信息。終端用戶可以通過微信公眾號(hào)的反饋來獲知采集系統(tǒng)是否在工作以及被測點(diǎn)溫度是否正常。系統(tǒng)的具體要點(diǎn)如下：(1)系統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)由一個(gè)接入互聯(lián)網(wǎng)的接入點(diǎn)（AP）發(fā)起，各測量點(diǎn)的單片機(jī)分別作為獨(dú)立的站

30、點(diǎn)（STA）接入AP，實(shí)現(xiàn)了Wi-Fi的多對一連接模式以及TCP連接的多對一連接模式。（2）為了保證系統(tǒng)的安全性，對Wi-Fi接入點(diǎn)進(jìn)行了加密處理，對Wi-Fi模塊配置時(shí)輸入接入點(diǎn)的SSID和密碼，從而保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全可靠。（3）微信公眾平臺(tái)同一時(shí)間只接收一個(gè)客戶端的數(shù)據(jù)，從而避免了數(shù)據(jù)信息的紊亂，接收數(shù)據(jù)完成后公眾平臺(tái)自動(dòng)斷開TCP連接。（4）單片機(jī)通過Wi-Fi模塊不斷向云服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)信息，服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)并每隔一段時(shí)間采樣一組數(shù)據(jù)保存到文件，從而用戶可以回看短時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)記錄。數(shù)據(jù)記錄帶有保存時(shí)的時(shí)間信息，用戶可以清晰的獲知何時(shí)被測點(diǎn)的溫度超出了合理范圍。（5）系統(tǒng)的信息交互建立在互聯(lián)網(wǎng)

31、連接上，微信平臺(tái)的連入云服務(wù)器，單片機(jī)連入云服務(wù)器都需要接入互聯(lián)網(wǎng)，接入點(diǎn)AP通過登錄云服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。（6）微信公眾平臺(tái)可以通過菜單、文字、語音的方式獲取采集到的溫度信息，并且與硬件平臺(tái)保持高度同步性，可以正確的反應(yīng)硬件平臺(tái)的工作狀態(tài)。系統(tǒng)整體信息交互具有穩(wěn)定可靠性。3.2 系統(tǒng)架構(gòu)分析單片機(jī)001 溫度采集系統(tǒng)總體分三個(gè)部分，分為：硬件采集平臺(tái)，服務(wù)器端，以及微信公眾號(hào)。系統(tǒng)完成的功能是采集當(dāng)前多個(gè)采集點(diǎn)環(huán)境溫度的信號(hào)，在A/D轉(zhuǎn)換后，簡單處理并發(fā)送。通過SAM D21單片機(jī)驅(qū)動(dòng)Wi-Fi模塊連入互聯(lián)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器。在服務(wù)器端建立TCP服務(wù)器，其它單片機(jī)和微信平臺(tái)都作為TC

32、P連接客戶端接入服務(wù)器，服務(wù)器保持Socket軟件監(jiān)聽，負(fù)責(zé)將收到的信息轉(zhuǎn)發(fā)。最終在微信公眾號(hào)平臺(tái)將采集到的溫度數(shù)據(jù)顯示出來。單片機(jī)xxx 溫度采集 A/D轉(zhuǎn)換.單片機(jī)xxx 溫度采集 A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)xxx 溫度采集Wi-Fi模塊收發(fā) A/D轉(zhuǎn)換云服務(wù)器 A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)001 溫度采集Wi-Fi模塊收發(fā)單片機(jī)001 溫度采集 A/D轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換 圖3-1 系統(tǒng)總體框圖 從上圖可以看出，基于微信平臺(tái)的多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)由SAMD21單片機(jī)硬件平臺(tái)、云服務(wù)器、微信公眾號(hào)平臺(tái)三部分組成，各部分的具體功能如下：（1） 硬件采集平臺(tái)：主要由SAM D21單片機(jī)、ESP8266 Wi-Fi芯片、溫度

33、傳感器以及LCD液晶顯示屏。SAM D21單片機(jī)作為系統(tǒng)終端的控制設(shè)備，主要功能有模擬溫度采集并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、通過UART口收發(fā)串口數(shù)據(jù)。Wi-Fi模塊按照Wi-Fi協(xié)議將串口信號(hào)轉(zhuǎn)為Wi-Fi信號(hào)或?qū)i-Fi信號(hào)轉(zhuǎn)換為串口信號(hào)。多個(gè)Wi-Fi模塊分別作為站點(diǎn)STA接入無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)AP。當(dāng)SAM D21單片機(jī)LCD液晶顯示屏上顯示的溫度數(shù)據(jù)與AP接收到的溫度數(shù)據(jù)一致時(shí)則說明單片機(jī)Wi-Fi通信準(zhǔn)確無誤。（2） 云服務(wù)器：因兩臺(tái)PC之間不能直接建立TCP連接，需通過多級路由轉(zhuǎn)接。所以在本課題中使用了云服務(wù)器，任何接入互聯(lián)網(wǎng)的PC都可以直接與其建立TCP連接。在云服務(wù)器上開啟TCP服務(wù)器，云

34、服務(wù)器作為TCP服務(wù)器，單片機(jī)以及微信公眾號(hào)作為TCP客戶端接入服務(wù)器。云服務(wù)器僅其轉(zhuǎn)發(fā)的作用，將單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至公眾號(hào)，而將公眾號(hào)發(fā)來的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至單片機(jī)。（3） 微信公眾號(hào)：微信公眾號(hào)作為溫度最終顯示的界面，可以通過語音、文字、按鍵等方式向單片機(jī)發(fā)送取數(shù)據(jù)的指令并正確獲取溫度數(shù)據(jù)。3.3 硬件模塊選型Atmel SAM D21是基于32位ARM Cortex -M0+的低功耗控制器，具有3264個(gè)引腳且其FLASH多達(dá)256KB、SRAM提升到了32KB。SAM D21最大工作頻率高達(dá)48MHz并且達(dá)到。Atmel SAM D21具有以下關(guān)鍵特性：（1） 低功耗。采用了Atmel獨(dú)特的

35、省電技術(shù)與事件系統(tǒng)，各外設(shè)之間可以直接通信而無需CPU的干涉。同時(shí)為了進(jìn)一步降低功耗，外設(shè)只有在發(fā)生特定事件時(shí)才喚醒CPU，平時(shí)CPU保持睡眠狀態(tài)。（2） 外設(shè)的靈活性。SAM D21使用了串行通信模塊SERCOM。每一個(gè)串行通信模塊都可以在軟件中進(jìn)行配置，可以分別處理I2C、UART/USART和SPI的通信需求。通過多個(gè)串行通信模塊的組合可以解決用戶的具體通信需求。此外，SAM D21還有著工作頻率高達(dá)的I2C。（3） DMA。SAM D21配有12通道直接存儲(chǔ)器控制器。支持存儲(chǔ)器和外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸。（4） 全速USB。SAM D21 USB有兩種工作模式，可以作USB嵌入式主機(jī)，也可以作US

36、B設(shè)備模式。（5） AtmelQTouch外設(shè)觸摸控制器。主要用于為按鈕、滾輪、滑條等外設(shè)提供內(nèi)置硬件支持。它有著較高的靈敏度、高信噪比和自校準(zhǔn)功能等優(yōu)點(diǎn)。支持互電容式和自電容式觸摸。（6）可擴(kuò)展性。內(nèi)存范圍從8KB到256KB。封裝引腳從14管腳到64管腳可供選擇，用戶可以選擇最符合要求的設(shè)備。圖3-2 SAM D21系統(tǒng)框圖Flash可以通過SWD接口進(jìn)行在線編程。SWD接口在可以不下載程序的芯片上調(diào)試。也可以直接應(yīng)用加載程序直接通過任意通信接口在閃存上直接下載和升級應(yīng)用程序。Atmel SAM D21還提供了一個(gè)完成的程序和系統(tǒng)開發(fā)軟件，即是Atmel Stdio，其中包含數(shù)百個(gè)實(shí)驗(yàn)歷程

37、，可以大大縮短用戶的開發(fā)時(shí)間。Wi-Fi模塊工作于傳輸層，其作用是將串口（RS232/RS485）信號(hào)轉(zhuǎn)換為Wi-Fi信號(hào)。本課題應(yīng)選擇一種嵌入式Wi-Fi模塊，其一般為32位MCU。內(nèi)置Wi-Fi驅(qū)動(dòng)和協(xié)議，包含TCP/IP協(xié)議棧，無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧。其接口一般為單片機(jī)接口，如UART口等。根據(jù)系統(tǒng)的要求，有以下三個(gè)較為符合的Wi-Fi模塊可用：WF-U-09T、USR-WiFi232-B和ESP8266。WF-U-09T可靠傳輸距離為50m，工作溫度在-1070，工作電壓，250mA300mA功耗電流；USR-WiFi232-B可靠傳輸距離在300m400m,工作溫度-2080，工作電壓，17

38、0mA300mA功耗電流；ESP8266可靠傳輸距離為300m,工作溫度-40125，工作電壓，80mA功耗電流。由上可看出ESP8266具有低功耗、傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，并且ESP8266價(jià)格更為低廉，所以是本課題最佳選擇的嵌入式Wi-Fi模塊。 表3-1 三款Wi-Fi性能對比表技術(shù)特性WF-U-09TUSR-WiFi232-BESP8266無線標(biāo)準(zhǔn)功耗電流250mA300mA170mA300mA80mA工作電壓接收靈敏度-68dBm-89dBm-71dBm-91dBm-72dBm發(fā)射功率12dBm一五dBm20dBm14dBm20dBm工作溫度-1070-2080-40125傳輸距離50m3

39、00m400m300mESP8266是一塊非常實(shí)用的Wi-Fi模塊。既可以加載在其他主機(jī)或者單片機(jī)上運(yùn)行，也可以獨(dú)立運(yùn)行。當(dāng)ESP8266獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，可以從外部Flash啟動(dòng)。除此之外，芯片內(nèi)部還配備了高速緩沖存儲(chǔ)器能夠有效地提升芯片性能。進(jìn)一步減輕了芯片的負(fù)擔(dān)；當(dāng)ESP8266作為其他計(jì)算機(jī)或單片機(jī)的Wi-Fi模塊時(shí)，可以通過計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行設(shè)置。只要通過適當(dāng)?shù)腟ERCOM接口使用AT指令對其進(jìn)行初始化和配置即可8。ESP8266芯片有著較大的存儲(chǔ)空間和快速的計(jì)算能力?？梢愿鶕?jù)需要配合其他傳感器使用，只需將其他傳感器搭載在空置的GPIO口上，無需其他MCU控制器。這種設(shè)計(jì)方法最大程度的節(jié)省了開

40、發(fā)所占的系統(tǒng)資源。ESP8266芯片集成度極高，內(nèi)部包含很多部分。包括無線開關(guān)、電源管理轉(zhuǎn)換部件。其外部電路很少，在實(shí)際開發(fā)中占用的空間也相對較少。 圖3-3 ESP8266結(jié)構(gòu)圖按照輸出信號(hào)的形式，溫度傳感器可以分為三類：數(shù)字式、模擬式、邏輯輸出型。其中數(shù)字、模擬溫度傳感器應(yīng)用較為廣泛。數(shù)字式溫度傳感器使用集成芯片，采用單總線技術(shù)。這對它提高測量精度，減少外界的干擾有很大幫助。此外，數(shù)字溫度傳感器接口簡單，可以直接將測量的溫度轉(zhuǎn)化為數(shù)字量供計(jì)算機(jī)處理，無需A/D轉(zhuǎn)換。通過集成部分測量電路，是整體電路更加簡便，開發(fā)難度大大降低。這使得開發(fā)人員在硬件電路開發(fā)與調(diào)試時(shí)更加簡便，便于設(shè)計(jì)開發(fā)。常用的

41、數(shù)字溫度傳感器有DS一八B20，DHT11等。模擬溫度傳感器大多使用熱敏電阻，其可測量的溫度范圍在4090。其特點(diǎn)是價(jià)格低廉、溫差小、占用空間小、功率損耗少等。在本課題中，考慮到多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)的便攜性需要其保持較低的功耗，故采用模擬溫度傳感器。LM35是一種最常用的模擬溫度傳感器，其采用了內(nèi)部補(bǔ)償。測量溫度可以低至0。所以，LM35是本課題的理想溫度傳感器。3.4 Wi-Fi模塊的串口工作模式Wi-Fi模塊的通信包含兩部分。一部分是Wi-Fi模塊和SAM D21單片機(jī)通過UART串口進(jìn)行通信。另一部分是Wi-Fi模塊通過無線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)接入點(diǎn)進(jìn)行通信。UART是單片機(jī)的串口，又稱通用異步收發(fā)

42、傳輸器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART)10。本課題使用的波特率為1一五200，不使用校驗(yàn)位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。AT就是Attention。AT指令集是AT指令的集合。通常是由終端設(shè)備發(fā)出，由終端適配器接收的指令集合。ESP8266通過AT指令對其配置。常用的AT指令有以下幾條： 表3-2 常見AT指令A(yù)T測試AT啟動(dòng)AT+RST重啟模塊AT+GMR查看版本信息AT+UART設(shè)置串口配置AT+RESTORE恢復(fù)出廠設(shè)置AT+CWMODE 選擇 WIFI 應(yīng)用模式AT+CWJAP加入 APAT+CIPSTA設(shè)置 STA 的

43、IP 地址 AT+CIPAP設(shè)置 AP 的 IP 地址AT+ CIPSTATUS獲得連接狀態(tài)AT+CIPSTART 建立 TCP 連接或注冊 UDP 端口號(hào) AT+CIPSEND 發(fā)送數(shù)據(jù) AT+CIPCLOSE關(guān)閉 TCP 或 UDPAT+CIFSR 獲取本地 IP 地址 AT+CIPMUX 啟動(dòng)多連接 AT+CIPSERVER配置為服務(wù)器AT+CIPMODE設(shè)置模塊傳輸模式在Wi-Fi正常供電之后，由SAM D21單片機(jī)UART發(fā)送AT指令對Wi-Fi模塊進(jìn)行配置。通過AT指令使Wi-Fi模塊作為站點(diǎn)加入已開啟的無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，組成一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)。先發(fā)送AT指令測試模塊是否正常工作，待返回O

44、K后發(fā)送AT+UART對串口進(jìn)行配置、發(fā)送AT+CWMODE=3選擇STA和AP共存的方式；同樣，待返回OK后發(fā)送AT+CWJAP=“SSID”,“PASSWORD”連入已開啟的無線路由器。具體流程圖如下 ：圖3-4 AT指令配置流程圖3.5 本章小結(jié)本章主要論述了基于微信平臺(tái)的多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)。首先，分析了系統(tǒng)的具體需求和實(shí)現(xiàn)過程中幾個(gè)基本的要點(diǎn)。然后，根據(jù)系統(tǒng)的需求確定了分工不同的多個(gè)系統(tǒng)模塊，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為了三個(gè)部分然后分別進(jìn)行開發(fā)。最后，確定了硬件各部分的選型，詳細(xì)分析了單片機(jī)，Wi-Fi模塊，溫度傳感器選型的合理性。介紹了SAM D21單片機(jī)、ESP8266芯片和LM35的

45、基本情況和特性。了解了硬件模塊的優(yōu)點(diǎn)與不足。4 基于SAM D21的Wi-Fi控制程序開發(fā) 4.1 MCU與Wi-Fi通信接口選擇本課題使用的SAM D21單片機(jī)有多達(dá)6個(gè)SERCOM接口。每一個(gè)都可配置為SPI接口、I2C接口、全雙工或單線半雙工USART或LIN從機(jī)。SPI（Serial Peripheral Interface）串行外設(shè)接口。SPI總線具體包含三條信號(hào)線。一，串行時(shí)鐘線；二，串行數(shù)據(jù)輸出線；三，串行數(shù)據(jù)輸入線。多個(gè)SPI設(shè)備可以通過SPI總線相互連接。在這種連接中，由SPI主機(jī)提供SPI時(shí)鐘信號(hào)。其他設(shè)備成為從設(shè)備或者SPI從機(jī)。在該連接中兩設(shè)備之間可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。在

46、用通用輸入輸出口模擬SPI總線時(shí)，則至少要各有輸入、輸出接口。除此之外還有一個(gè)接口要按實(shí)際情況而定。若要實(shí)現(xiàn)主從設(shè)備相連，則該接口應(yīng)為輸入輸出接口；若只有主設(shè)備，則該接口應(yīng)為輸出口；若只有從設(shè)備，則該接口應(yīng)為輸入口。I2C總線是雙向、兩線(SCL、SDA)、串行、多主控（multi-master）接口標(biāo)準(zhǔn)。I2C還有總線仲裁機(jī)制，常用于各設(shè)備之間高頻率、短距離的信息交互。根據(jù)I2C的通信協(xié)議中規(guī)定，設(shè)備間可以自組網(wǎng)。因?yàn)槠湓趥鬏敂?shù)據(jù)時(shí)會(huì)帶有目的地址。在通用輸入輸出口模擬I2C總線進(jìn)行雙向傳輸時(shí)。需要一個(gè)輸入輸出口和一個(gè)輸出口。UART總線使用的是異步串口通信協(xié)議，其結(jié)構(gòu)較前兩種串口的接口要龐雜

47、很多。其基本組成結(jié)構(gòu)有UART接收器、UART發(fā)送器、波特率產(chǎn)生器。波特率產(chǎn)生器產(chǎn)生波特率約等于數(shù)據(jù)波特率的16倍。由兩根線完成收發(fā)，發(fā)送線TX用于發(fā)送數(shù)據(jù)，接收線RX用于接收數(shù)據(jù)。同樣，如果用通用輸入輸出接口模擬UART總線。需要一個(gè)輸入接口和一個(gè)輸出接口。4.2 Wi-Fi模塊通信接口協(xié)議UART使用的是異步，串行通信。串行通信是將數(shù)據(jù)按位順序發(fā)送，各數(shù)據(jù)幀之間按先后順序發(fā)送。主要有通信線路簡單、易實(shí)現(xiàn)、成本低等優(yōu)點(diǎn)。常應(yīng)用于較遠(yuǎn)距離，且對傳輸速度要求不高的應(yīng)用環(huán)境。異步通信的基本傳輸單位是字符，且多個(gè)傳輸單位之間的時(shí)間間隔不定。但是在同一個(gè)字符中不同位之間的時(shí)間間隔是一定的。波特率代表數(shù)

48、據(jù)的傳輸速率，也就是單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)。比如一個(gè)通信進(jìn)程的波特率為200字符/秒，其中每一個(gè)字符可以劃分為10位。所以其對應(yīng)的波特率就是2000波特。具體的通信格式如下圖所示，一個(gè)數(shù)據(jù)幀中包含7個(gè)有效數(shù)據(jù)位，1個(gè)起始位，1個(gè)校驗(yàn)位，1個(gè)停止位。圖4-1 UART數(shù)據(jù)傳輸格式其中各位的意義如下：起始位：即邏輯值“0”，代表著一個(gè)數(shù)據(jù)幀的起始。 數(shù)據(jù)位：可以是58位邏輯”0”或”1”。如ASCII碼（7位），擴(kuò)展BCD碼（8位）。以小字節(jié)序傳輸。校驗(yàn)位：數(shù)據(jù)位加上一位校驗(yàn)位可以通過驗(yàn)證“1”的位數(shù)是偶數(shù)位還是奇數(shù)位來判斷是否存在誤碼。這種校驗(yàn)的局限性也在于只能校驗(yàn)偶數(shù)位或奇數(shù)位的誤碼。停止

49、位：它是一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志。可以是1位、位、2位的高電平?？臻e位：即邏輯值“1”，表示當(dāng)前沒有數(shù)據(jù)傳輸。4.3 Wi-Fi模塊控制程序設(shè)計(jì)Atmel單片機(jī)的開發(fā)用到的是Atmel官方IDEAtmel Stdio。它是對Atmel單片機(jī)進(jìn)行開發(fā)最快捷的IDE，包括編譯、運(yùn)行、調(diào)試的所有過程。該軟件可以通過在線編程的方式將代碼存儲(chǔ)到單片機(jī)的內(nèi)存中，開發(fā)過程快速高效。Atmel Stdio可以用于Atmel絕大多數(shù)單片機(jī)的軟件開發(fā)。因其內(nèi)核基于Visual Stdio，開發(fā)過程也與VS十分相似。此外還有特殊的軟件設(shè)計(jì)框架（Atmel Software Framework，AFS），包含著豐富的開

50、發(fā)歷程。這大大縮短了用戶的開發(fā)時(shí)間。Wi-Fi模塊在系統(tǒng)中發(fā)送時(shí)起到的作用主要有兩個(gè)，一是與單片機(jī)進(jìn)行通信，將UART串口信號(hào)轉(zhuǎn)換為Wi-Fi信號(hào)。二是作為站點(diǎn)與無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)通訊，將Wi-Fi信號(hào)發(fā)送到接入點(diǎn)。同樣，在接收信號(hào)時(shí)也起到兩個(gè)作用，一是從無線網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)收取信號(hào)并保持連接。二是將收到的Wi-Fi信號(hào)轉(zhuǎn)換為串口信號(hào)發(fā)送回單片機(jī)MCU。其控制程序流程圖如下：單片機(jī)初始化UART口發(fā)送串行信號(hào)對Wi-Fi模塊進(jìn)行配置Wi-Fi模塊發(fā)送串行信號(hào)轉(zhuǎn)Wi-Fi信號(hào)并行信號(hào)轉(zhuǎn)串行信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換溫度采集 圖4-2 控制程序流程圖本課題中的SAM D21單片機(jī)使用Atmel Stdio進(jìn)行開發(fā)，所以

51、Wi-Fi模塊的配置也在AS中進(jìn)行。具體是先對單片機(jī)的UART口進(jìn)行初始化，再通過UART口收發(fā)數(shù)據(jù)對Wi-Fi模塊進(jìn)行配置。以實(shí)現(xiàn)其接入無線網(wǎng)絡(luò)并正常收取并發(fā)送數(shù)據(jù)的功能。具體配置過程如下：SAM D21使用的串行通訊模塊完全可以在Atmel Stdio軟件中進(jìn)行配置。從而滿足I2C、SPI和USART/UART通信需求。通過多個(gè)串行通訊模塊的組合，可以在器件上個(gè)性化地定制外部設(shè)備的組合。所以先要將單片機(jī)的一個(gè)SERCOM配置為UART接口，再使用Atmel Stdio中的庫函數(shù)configure_usart()對其單片機(jī)UART口進(jìn)行初始化。部分過程如下：struct usart_conf

52、ig config_usart; /單片機(jī)UART口初始化usart_get_config_defaults(&config_usart);config_usart.baudrate = 1一五200;config_usart.mux_setting = EXT2_UART_SERCOM_MUX_SETTING;config_usart.pinmux_pad0 = EXT2_UART_SERCOM_PINMUX_PAD0;while(usart_init(&usart_instance,EXT2_UART_MODULE,&config_usart)!= STATUS_OK) 由以上可知，按照默

53、認(rèn)配置對UART進(jìn)行配置，波特率設(shè)置為1一五200,。將EXT2擴(kuò)展口的SERCOM配置為UART口。并在UART口初始化成功返回STATUS_OK以后結(jié)束。至此，SAM D21上的EXT2擴(kuò)展口就被配置為UART口了，我們已經(jīng)可以正常對其進(jìn)行讀寫。通過對UART接口分步寫入AT指令以對于UART接口相連的Wi-Fi芯片進(jìn)行配置。先對Wi-Fi模塊的工作模式、波特率等進(jìn)行設(shè)置，再控制其加入已存在的Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、加入已開啟的TCP服務(wù)器，最后再定義發(fā)送數(shù)據(jù)的格式并且按順序發(fā)送溫度數(shù)據(jù)。部分過程如下：uint8_t string0 = AT+CWMODE=3rn;uint8_t string1

54、= AT+CWJAP=SSID,PASSWORDrn;uint8_tstring3=AT+CIPSTART=TCP,122.205.5.5,5800rn;uint8_t string4 = AT+CIPSEND=8rn;uint8_t string5 = 0000-xxxrn; /將AT指令存入數(shù)組usart_write_buffer_wait(&usart_instance, string0, sizeof(string0);delay_ms(1000); /發(fā)送相應(yīng)的AT指令對Wi-Fi模塊配置usart_write_buffer_wait(&usart_instance, string1

55、, sizeof(string1);delay_ms(6000);usart_write_buffer_wait(&usart_instance, string3, sizeof(string3);delay_ms(1000);usart_write_buffer_wait(&usart_instance, string4, sizeof(string4);delay_ms(100);usart_write_buffer_wait(&usart_instance, string5, sizeof(string5);delay_ms(100);首先將AT指令寫在8位的int數(shù)組中，再用庫函數(shù)usart_write_buffer_wait（）將AT指令通過UART接口寫入Wi-Fi芯片以實(shí)現(xiàn)對其的配置。配置中多次用到delay_ms（）函數(shù)是因?yàn)閃i-Fi模塊對AT指令的配置有一段時(shí)間的響應(yīng)期，期間再寫入其他AT指令可能造成Wi-Fi模塊的崩潰。加入延時(shí)函數(shù)能夠有效地保證Wi-Fi模塊的穩(wěn)定運(yùn)行。單片機(jī)采集環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。之后通過UART接口進(jìn)行發(fā)送，先從FIFO讀取數(shù)據(jù)。再執(zhí)行并串轉(zhuǎn)換。輸出的數(shù)據(jù)幀格