一种基于WiFi技术的博物馆内环境检测装置的制作方法

本实用新型属于环境监测技术领域，尤其是一种基于WiFi技术的博物馆内环境检测装置。

背景技术：

博物馆是保存文物的重要场所，因此需严格控制馆内环境的各个参数，如光照强度、温湿度等，以达到保护文物最佳环境的指标。本装置选用WiFi技术作为无线通信技术，通过对博物馆中温度、湿度和光照值进行数据采集，将所采集到的信息发送至上位机，使工作人员能实时观察到博物馆内的环境参数，工作人员可根据需要及时采取一定措施来保证环境参数处于最佳状态，从而达到保护文物的目的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种硬件结构简单、体积小、设备可靠性高，可采集博物馆内环境的光照值、温湿度的检测装置。

本实用新型实现目的的技术方案是：

基于WiFi技术的博物馆内环境检测装置，由一个汇聚节点(控制中心节点)、多个无线传感器节点(数据采集节点)、路由器、上位机构成。所述汇聚节点和所述无线传感器节点呈星状网络拓扑结构，所述汇聚节点和所述路由器相连接，所述路由器一端与所述上位机相连接；所述汇聚节点由WiFi模块、以太网通信模块和单片机构成，所述WiFi模块与所述单片机相连接，所述单片机与路由器的一端相连接，所述以太网有线通信模块的一端与所述单片机相连接，所述路由器的另一端与上位机连接；所述无线传感器节点由WiFi模块、单片机、温湿度传感器和光照传感器组成，所述WiFi模块与所述单片机相连接，所述温湿度传感器、光照传感器与单片机的一端连接。

而且，所述汇聚节点的WiFi模块的RXD和TXD引脚分别连接到单片机的TXD0和RXD0引脚，以太网通信模块的RJ45接口与路由器的RJ45接口相连接。

而且，所述无线传感器节点的WiFi模块的UART_RX和UART_TX引脚分别连接到单片机的TXD0和RXD0引脚，温湿度传感器DATA引脚连接到单片机的PD6引脚上，光照传感器的一端连接到单片机的PF0引脚上。

所述汇聚节点的WiFi模块采用USR-WIFI232-B2，所述汇聚节点的单片机采用Atmega64。

所述无线传感器节点的WiFi模块采用USR-C215，所述无线传感器节点的单片机采用Atmega64，所述无线传感器节点的温湿度传感器采用DHT11，所述光照传感器主要由光敏电阻5506组成。

本实用新型的优点和有益效果为：

1、本博物馆内环境检测装置是采用WiFi无线通信模块以及以太网有线通信模块构建的系统，汇聚节点采用Atmega64作为控制器，无线传感器节点采用Atmega64作为控制器，选用DHT11作为节点的温湿度传感器。系统成本低、体积小，数据传输具有灵活性高、适应性强、可靠性高，且可根据无线传输环境、现场障碍物不同、传输距离、穿墙能力要求进行灵活转换，可用于博物馆内的环境检测，有较好的应用价值。同时，该系统对于一般环境参数的检测也有一定的参考意义。

2、本博物馆内环境检测装置中汇聚节点由有人科技公司生产的USR-WIFI232-B2模块和Atmel公司生产的ATmega64单片机构成。USR-WIFI232-B2是一款一体化的WiFi和以太网模块，采用业内工业级高性能嵌入式结构，并针对智能家居、智能电网、手持设备、个人医疗和工业控制等这些数据传输领域的应用，做了专业的优化，作为热点可以同时容纳32个WiFi客户端同时接入，也可同时容纳32个TCP客户端，通过该模块，传统的串口设备或MCU控制的设备可以很方便的接入WiFi无线网络，从而实现物联网控制与管理；ATmega64单片机是基于增强型AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微处理器，具有先进的RISC结构，同时因为其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega64的数据吞吐率高达1MIPS/MHz，芯片运行稳定。

3、本博物馆内环境检测装置中无线传感器节点由有人科技公司生产的USR-C215模块、Atmel公司生产的ATmega64单片机和数字化温湿度传感器DHT11以及采用由光敏电阻5506组成的光照传感器构成。USR-C215是一款低成本模块，该模块是为实现嵌入式系统的无线网络通信的应用而设计的一款低功耗802.11b/g/n模块，通过该模块，可以将物理设备连接到WiFi网络上，从而实现物联网的控制与管理。DHT11是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有极高的可靠性和卓越的长期稳定，其精度湿度±5％RH，温度±2℃，量程湿度20-90％RH，温度0-50℃。光敏电阻5506的最大电压是150伏，光谱峰值为540，其亮电阻的范围在2千欧到6千欧，暗电阻的电阻值高达0.15兆欧。

附图说明

图1为本实用新型的系统网络结构示意图；

图2为图1系统的连接方框图；

图3为本实用新型的汇聚节点硬件电路图；

图4为本实用新型的汇聚节点工作流程图；

图5为本实用新型的无线传感器节点硬件电路图；

图6为本实用新型的无线传感器节点工作流程图；

图7为本实用新型的温湿度及光照值数据采集显示图。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

博物馆内环境检测装置，如图1、图2所示，多个无线传感器节点1、一个汇聚节点2、路由器3和上位机4构成，所述汇聚节点和所述无线传感器节点相互连接组成为星状网络拓扑结构，所述汇聚节点和所述路由器相连接，所述路由器一端与所述上位机相连接；所述汇聚节点WiFi模块和单片机构成，所述WiFi模块与所述单片机相连接，所述单片机与路由器的一端相连接，所述路由器的另一端与上位机连接；所述无线传感器节点由WiFi模块、单片机和温湿度传感器以及光照传感器组成，所述WiFi模块与所述单片机相连接，所述温湿度传感器、光照传感器与单片机的一端连接。

如图3所示，所述汇聚节点的WiFi模块的RXD和TXD引脚分别连接到单片机的TXD0和RXD0引脚，以太网通信模块的RJ5接口与路由器的RJ45接口相连接。

在汇聚节点中，WiFi模块负责无线网络组织以及传输功能，并可与单片机ATmega64进行串口通信；单片机ATmega64作为控制器，负责发送采集指令和接收温湿度以及光照值数据，并可通过以太网接口传输数据至上位机或接受上位机指令。

汇聚节点接收来自上位机的指令或无线传感器节点传输来的温湿度以及光照值数据，并将接收到的信息处理并对应发送至无线传感器节点或上位机。汇聚节点的工作流程图如图4所示，汇聚节点内置有检测控制程序，该控制程序的处理过程为：开始程序后，首先进行上电初始化，然后实时检测接收数据情况，当接收到数据后，则检测是否为上位机发送的采集指令，如果是则按指令发送至指定无线传感器节点，如果不是则判断是否为汇聚节点发送的温湿度以及光照值，若是则将其上传至上位机，若不是，则继续检测是否接收到数据。然后若检测到工作结束信号，则结束，如果没有检测到工作结束信号，则继续检测是否接收到数据，依次往复轮询进行。

如图5所示，所述无线传感器节点的WiFi无线通信模块的UART_RX和UART_TX引脚分别连接到单片机的TXD0和RXD0引脚，温湿度传感器DATA引脚连接到单片机的PD6引脚上，光电传感器的一端连接到单片机的PF0引脚上。

无线传感器节点接收汇聚节点的采集指令，采集温湿度传感器以及光照值的数据，并通过WiFi无线通信模块上传数据至汇聚节点。无线传感器节点的工作流程图如图6所示，无线传感器节点内置有检测控制程序，该控制程序的处理过程为：开始后进行上电初始化，检测接收指令，当接收到指令后，判断是否为有效的上位机指令，如果为有效的上位机指令，采集温湿度以及光照值，并上传数据，否则重新检测是否接收到指令。依次往复轮询进行。

如图7所示，所述上位机软件由IP地址连接设置、环境信息显示、以及功能按钮组成。在上位机软件运行前需要输入路由器的IP地址及端口号，确认完成后进行博物馆内环境信息的采集，并在信息显示区采集不同无线传感器节点的温湿度和光照数据，并可以手动清理信息监视区。

本实用新型的工作原理为：

系统采用WiFi支持的星状网络拓扑结构，在此网络中有一个汇聚节点和多个无线传感器节点，汇聚节点通过以太网接口与路由器连接，网络结构如图1所示。网络中的无线传感器节点具有终端数据采集的功能。装置中汇聚节点和多个无线传感器节点采用WiFi无线通信方式进行组网，并采用查询的方式采集各个无线传感器节点的温湿度及光照值数据，无线传感器节点将采集到的数据通过无线网络发送给汇聚节点，汇聚节点再将数据通过路由器发送给上位机。

本实用新型的相关检测实验：

为了验证本装置的性能，进行了通信测试实验：如图7所示，将三个无线传感器节点分别放置在实验室不同环境下，获取所需的温湿度和光照值，并将数据分别以数字和折线图表形式显示出来。经检验，所有温湿度及光照值测量数据传输准确、可靠。