毕业论文基于WIFI的无线控制系统.doc
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毕业设计（论文）
题目基于WIFI的无线控制系统
学生姓名：
，
指导教师：
，
通信与电子工程学院通信工程专业通信123班
2016年06月13日
青岛理工大学毕业设计（论文）
毕业设计（论文）任务书
专业通信工程班级通信123班姓名王冠宇下发日期2016年1月3日
题目
基于WIFI的无线控制系统
专题
主
要
内
容
及
要
求
物联网技术掀起了世界信息产业成长的第三次浪潮，其中WIFI技术广泛应用于许多领域。
本设计以WIFI技术为基础，建立基于WIFI的无线控制系统。
要求实现：
（1）控制器采集温度和湿度，并在LCD上进行显示；
（2）通过串口将数据发送给WIFI模块，然后发送到手机；
（3）通过手机发送命令实现温度和湿度的改变。
主
要
技
术
参
数
（1）WIFI网线网卡支持AP模式。
（2）无线网卡支持802.11g，802.11b标准。
（3）LCD显示模块
（4）控制电机实现温度和湿度调整
进
度
及
完
成
日
期
3月21日-4月4日：
查阅并整理相关资料，并确定大体思路。
4月5日-4月15日:
先进行温度和湿度的采集，并在LCD上显示。
4月16日-4月29日：
进行WIFI模块的调试。
4月30日-5月12日：
将数据从控制器发送给WIFI模块。
5月13日-5月27日：
对整个系统进行测试。
5月28日-6月12日：
修改论文，最终定稿。
6月13日-6月15日：
论文提交和答辩。
教学院长签字
日期
教研室主任签字
日期
指导教师签字
日期
第1页
II
指导教师评语
本文以基于WIFI的无线控制系统为题，建立以WIFI为通信方式的物联网系统，通过DHT11温湿度传感器采集环境中温度和湿度，选择STM32f103ZE单片机作为微控制器，利用WIFI网络进行数据传输，实现手机APP控制电机启动与停止。
经测试系统工作性能良好，达到了设计要求。
论文选题符合本专业培养目标，具有一定的学术研究价值和实用意义，有一定难度，工作量较大。
该生查阅文献资料能力较强，能较为全面地收集关于WIFI技术、软硬件设计等相关资料。
能综合运用所学专业知识，解决系统的需求分析、硬件电路设计和软件设计等问题，综合运用知识能力较强。
文章内容较为完整，层次结构安排科学，主要观点突出，逻辑关系清楚，但在系统实现的功能方面略显简单。
论文语言表达流畅，格式符合规范要求；参考了较为丰富的文献资料，其时效性较强。
综上所述，本文达到了本科学位论文的要求，同意该论文提交答辩，建议成绩为良。
指导教师:
年月日
第2页
指定论文评阅人评语
WIFI技术在无线通信领域应用广泛，该生以“基于WIFI的无线控制系统”为题进行研究，选题有新颖，有实际应用价值。
该课题有一定的难度，工作量较大，符合专业培养目标。
从论文来看，该生查阅了大量的文献资料，具备了一定的文献综述和资料整理能力。
论文内容较完整，层次结构清晰，主要观点突出，逻辑性较强，表明该同学具备了一定的分析能力。
论文文字较流畅，达到了本科生的培养目标。
基于WIFI的无线控制系统在功能上略显单一，对该系统实现的功能有待进一步扩展。
综上所述，该论文达到了学士学位论文水平，同意该论文提交答辩。
建议评定成绩为良。
评阅人:
年月日
第3页
答辩委员会评语
该生以“基于WIFI的无线控制系统”为题进行毕业设计，能熟练地综合运用所学理论和专业知识，按期圆满地完成任务书所要求的毕业设计内容和毕业论文，表现出较强的独立工作能力，所设计的基于WIFI的无线控制系统具有较好的应用价值。
论文设计方案正确，分析合理，有一定见解，层次分明，文字通顺，图表使用规范，论文格式符合要求。
该生在答辩过程中，思路清晰，表达流畅；回答问题有理论根据，概念清楚，能正确回答答辩委员提出的所有问题。
答辩委员会认为该生已具备学士学位水平，一致同意通过该生的毕业论文答辩，并建议学位委员会授予工学学士学位。
答辩委员会主席签字：
年月日
总评成绩
周记成绩
指导教师
评定成绩
评阅人
评定成绩
答辩成绩
总评
主管院长签字
第4页
II
摘要
新信息技术的重要部分是由物联网构成的，亦然“信息化”期间的重要阶段。
其英文名字是：
“Internetofthings（IoT）”。
即万物连接的汇集，解释物联网还是以互联网为基础的，并且能够应用到任何物品和物品之间进行有效的数据交换。
关于物联网的使用，掀起了世界信息产业成长的第三次浪潮。
本次设计是基于WIFI的无线控制系统，建立以WIFI为通信方式的物联网系统。
物联网的基础就是传感器，此次选择DHT11温湿度传感器，微控制器选择STM32f103ZE单片机，通信网络是WIFI,处理器选择安卓手机。
首先由DHT11温湿度传感器采集环境中温度和湿度，通过数据口将数据传输给微控制器，微控制器接收到数据后后通过串口将数据发送给WIFI模块，WIFI模块将数据发布到局域网中，处理器连入局域网，连接对应端口和IP，接收到信息，根据信息人们判断是增加温度还是降低温度，增加湿度还是降低湿度，继而经过处理器发送命令给控制器，控制器按照返回来的命令，实施电机的控制。
本设计实现了一个基于WIFI的无线控制系统，更加便捷了人们的生活。
关键词：
物联网，WIFI，STM32f103ZE，DHT11温湿度传感器
I
Abstract
Internetofthings（IoT）isanessentialpartofnewinformationtechnologyaswellasakeyprocessininformationage.Generally,IoTreferstothenetworkwhichbasedoninternet,linkingworldwideobjectsandtransferringinformativedatawiththem.
TheapplicationofIoTresultsinthethirdrevolutionforthedevelopmentofworldinformationindustry.Thisdesignisonthebasisofwirelesscontrolsystemtheory,managingtoestablishaWi-FicommunicatingIoTsystem.Asitissuggested,SensingelementisthefoundationforIoTsystem.Inthisarticle,wechooseDHT11TemperatureHumiditySensorasthebasiccomponent.Also,weemploySTM32f103ZEmicrocontroller,Wi-Ficommunicatingnetworkandandroidmobilephoneasprocessortocompletethewholedesign.Thereare3sub-processeswithinthewholedesign.Firstly,DHT11Sensorwillassessthetemperatureandhumidityaroundsurroundings,andtransferthesesdatatomicrocontrollerviadataport.ThedatareceivedbymicrocontrollerwillbedeliveredthroughserialporttoWi-Fimodel,whichwillreleasethedataintolocalareanetwork.Then,weutilizecorrespondingporttoconnectprocessorwithlocalareanetworkreceivingtheinformation.Accordingtotheinformativeexchange,wemakeadecisionastowhethertoincreaseordecreasethetemperatureandhumidity.Finally,thedecisionwillbepresenteddirectlytocontrollerthroughprocessortransferring,helpingtomanipulatethemotor.Inconclusion.ThisarticlesetupapromisingIoTsystemviatheapproachofwirelesscommunicating,whichimprovetheefficiencyandconvenienceofindividuals’lives.
KeyWords:
IoT,WIFI,STM32F103ZEmicrocontroller，DHT11Temperatureandhumiditysensor
II
目录
第1章绪论 1
1.1物联网背景 1
1.2物联网技术概述 2
1.3物联网技术实现 3
第2章基于WIFI的无线控制系统 5
2.1需求分析 5
2.2基于WIFI的无线控制系统设计 5
2.4本章小结 6
第3章基于WIFI的无线控制系统各模块设计 8
3.1主控模块设计 8
3.1.1主控模块硬件设计 8
3.1.2主控模块软件设计 9
3.2传感器模块设计 9
3.2.1传感器模块硬件设计 9
3.2.2传感器模块软件设计 11
3.3电机模块设计 12
3.3.1电机模块选型 12
3.3.2电机模块软件设计 12
3.4本地显示模块设计 13
3.4.1本地显示模块硬件设计 13
3.4.2本地显示模块软件设计 14
3.5串口模块设计 15
3.5.1串口模块选型 15
3.5.2串口模块硬件设计 15
3.6WIFI模块设计 16
3.6.1WIFI模块硬件设计 16
3.6.2WIFI模块软件设计 17
3.7本章小结 17
第4章控制系统的测试与分析 18
4.1传感器和控制器通信的测试与分析 18
4.2信息传输网络的测试与分析 18
4.3无线控制系统环境监测运行功能分析 19
4.4无线控制系统处理器控制电机功能分析 20
4.5本章小结 20
第5章总结与展望 21
致谢 23
参考文献 24
IV
第1章绪论
1.1物联网背景
改革开放以后人们生活水平的不断提高，人们的生活方式也在不断发生着转变，从原来单调地追求衣食住行，到现在的为了生活追求，希望自己的生活更加安全便捷。
因此，物与网的融合，物与物之间的相连，即物联网技术应运而生。
现如今，物联网在各国都受到广泛的重视，欧洲、美国、日本等国家或地区都将之定为国家战略并付出实际行动。
物联网最先的实现能够追溯到1990年美国施乐公司的网络可乐售饭机，物联网的概念也是美国先提出来的。
欧盟在物联网方面在世界上都算是领先的，如英国的智能仪表、丹麦的“数字一卡通”等等，欧盟正在努力进行科研的环境开发和物联行业的标准化。
日韩的“U-Korea”和“U-Japan”计划，美国的“智慧地球”计划，且我国也非常重视物联网技术，2009年温家宝总理提出要把无锡建成“感知中国”中心[1]。
因而可见，世界各个地方都计划通过实施国家政策来加强本国物联网的发展，力争攻下这个后IP时代的制高点，从而推动本国以后经济和技术的发展，引领未来世界的前进方向。
然而，目前的物联网仍然存在着国际公认的发展难题：
物联网应用的碎片化[2]，由于嵌入式设备众多，通信技术多样，故没有一个统一的物联网技术标准，这使得不同的物联网应用领域采用不同的技术，相同的领域也有可能采用不同的技术，使得物联网很难形成规模性产业。
基于WIFI的无线控制系统就是利用简单的单片机为主控协调各传感器的工作，以收集信息，然后通过WIFI网络将有效数据传输到处理器上，该处理器可以是电脑、手持设备等终端设备，进而快速有效的实现相应变量调节，形成一个简单的物联网系统。
通过扩展本系统的个别参数，还可以扩展本系统的传感器，形成一个较大的物联网系统。
通过这个设计，普通公司不仅节省了开销，个人也可以自己的环境中搭建属于自己的物联网系统，实现全方位地控制，真正实现了物联网技术的全民共享。
1.2物联网技术概述
美国麻省理工学院1991年提出物联网的概念的，它的核心思想是根据相对应的通信协议，利用先进的射频识别（RadioFrequencyIdentification,RFID）技术[1]，以已经发展比较完善的互联网为基础，完成物和物消息的互联互通和智能化的辨识、感知、监视、定位和追踪[3]。
国际电信联盟（InternationalTelecommunicationUnion，ICU）于2005年正式确定了物联网的概念，并发布报告《ITU互联网报告2005:
物联网》，指出：
信息与通信技术（（InformationCommunicationTechnology，ICT）的目标已经从人与人（HumantoHuman，H2H）的沟通，发展到了人与物（HumantoThing，H2T）、物与物（ThingtoThing，T2T）之间的相互交互连通，无处不在，无处不连通的物联网通信的时代即将开始[4]。
目前，物联网使用的无线传输技术标准一般有、蓝牙、无线射频技术（RFID）、Zigbee技术和WIFI技术等，提供的功能也各异，也存在着各种的优缺点。
其中，WIFI技术就是本次设计所用的无线传输网络。
随着互联网的快速普及，人们在日常的工作和生活中越来越依赖于对互联网的使用。
因此，对WIFI的需求也越来越大。
而此次无线控制系统就是基于WIFI技术而设计的，将WIFI作为一个介质，从而开发一个物联网系统。
WIFI的中文名即无线保真，是一个无线网络通信技术的品牌，归WIFI联盟所有。
WIFI技术主要是为了改善IEEE802.11标准的无线网络产品之间的互通性，具有传输速度快、无线覆盖范围广等优点[5]。
其中，IEEE802.11b的传输速率最高为11Mbps，而IEEE802.11a与IEEE802.11g的传输速率最高为54Mbps。
而且，IEEE802.11b使用免申请的2.4~2.4835GHz频段，因此使用成本低廉。
WIFI技术与蓝牙技术一样属于近距离无线传输技术，但是相比于蓝牙传输距离更远、传输数据量更大更快。
因此，对于目前的物联网系统，使用WIFI网络和互连网结合的方式，会具有更大的优势。
而且，目前市场上有很多种类的WIFI模块，价格实惠，且功能强大。
有的串口转WIFI类型、以太网转WIFI、USB转WIFI等多种类型，非常适合开发者的使用。
1.3物联网技术实现
近几年物联网发展迅速、前景广阔，受到很多国家和公司的青睐。
目前，市场上主流的物联网技术主要有一下几种：
（1）基于蓝牙传输的无线控制系统
此系统是利用蓝牙技术进行信息的短距离传输，传感器模块进行信息的采集，通过蓝牙和设备终端的蓝牙接口连接，在设备终端通过蓝牙串口和APP，实现信息的获取和对家居个别物体的控制例如蓝牙控制的智能插座，蓝牙控制灯的照明等。
但是，由于蓝牙的通常的传输距离只有十几米，特别情况下可以达到几百米，但仍然书友短距离的传输。
并且，其仅限于和具有蓝牙功能的设备进行通信连接，通信有较为明显的限制，在当前市场上，蓝牙芯片的价格表较高，所以是开发的一个问题。
（2）基于ZigBee网络的无线控制系统
ZigBee是一种相对廉价的、功耗比较低的近距离无线组网通讯技术，蜜蜂就是使用这种方式在群体内进行相互的通信，也可以应用在相应的嵌入式设备，如今在自动控制和远程控制领域被广泛使用[6]。
因此，在智能家居领域内使用ZigBee网络可谓广受欢迎，如智能家居系列单品以及无线照明控制系统等等。
每个ZigBee网络节点加上主控和传感器，不仅本身可以做信息的采集中心，还可以和其他ZigBee节点无线连接，做信息的中转中心，更可以实现自组织网。
ZigBee网络将传感器采集的信息传输到服务器，实现信息的后期处理。
但是，此系统只能在有网络的状态下实现信息的传输，当网络出现问题而中断的时候，这个ZigBee网络也会瘫痪。
（3）基于WIFI的无线控制系统
WIFI是一种比较常用的无线传输系统，现在常用的设备终端都可以连接到有无线网的路由器，在人们的生活中比较普遍，优点就是技术比较成熟，方便二次开发，同样类似的产品也比较丰富，传输速率也高，控制设备只需要手机下载相应的APP即可，不需要额外的成本。
但是缺点也很明显，不能够接入太多设备，接入太多会显示连接不上，这个需要后续的改进。
第2章基于WIFI的无线控制系统
2.1需求分析
随着WIFI的普及，给物联网的实现打下了良好的基础，同时由于电子设备越来越多，通过一个控制终端将这些电子设备连接起来进行有效控制，电子设备都可以通过WIFI连接到控制器，根据已经设定的通信协议，控制器得到传感器的信息，根据信息控制设备终端，以此实现数据的交换，。
随着目前人们对于生活舒适度和安全度要求的提高，开发无线控制系统是大势所趋。
室内环境一般包括温度、湿度、光照强度、红外、一氧化碳浓度和、甲醛浓度等。
另外，有的还需要室内环境信息的查询、报警以及摄像等功能。
因此，为了满足人们的需求，所要开发的无线控制系统，需要包含上面的全部或者部分功能。
2.2基于WIFI的无线控制系统设计
市场常见的物联系统虽然很多，但是也存在着开销大、使用复杂、安全可靠性较低等各种的局限性。
然而，由于现在WIFI技术的日益成熟，通信效率高，并且在家庭中日益普遍，其具有比其他通信技术更好的优势，通过传感器模块采集的数据无线发送到控制器，这样可以在任意位置部署任意的传感器而不需要考虑传感器的布线和布局，不在抗干扰信号强的地方，拓展方便。
所以，本设计采用WIFI模块作为数据的传输模块。
由于本系统可以方便的扩展其他功能的传感器，所以现在只是接入温湿度传感器。
同时，还可以利用WIFI模块的AP（WirelessAccessPoint）模式。
当网络出现中断时，可以在本地建立局域网，实现本地使用手机客户端或者其他设备终端的软件获取信息和控制。
针对目前物联网行业的发展，本系统将WIFI无线控制系统主要分为几个部分如下图2.1所示：
传感器，即众多的智能传感器模块；控制器，连接传感器和设备终端，进行数据的交互和处理；处理器，制作HMI界面，从控制器中得到一些列数据，进行数据处理，并制作优秀的界面环境。
处理器
ATK-RM04
WIFI模块
MAX232
串口模块
传感器
模块
电机模块
本地显示模块
主控
模块
图2.1WIFI控制系统设计框图
如图2.1所示为WIFI控制系统的体系，传感器和电机模块是第一部分，是构成物联网体系的基础，就相当于人的眼，皮肤以及手脚等，感受环境的变化，对外界环境作出反馈，电子设备就是用来调节环境变量来让人们的生活更加适宜。
控制器属于第二部分，属于最核心的地方，负责进行数据的处理和交互，接收到传感器的数据，进行处理得到对应环境变量，将有效数据通过网络发送给处理器，进而再得到处理器的返回数据，来控制电子设备的状态。
控制器的强大，决定了出具传输的效率。
处理器属于第三部分，直接和用户进行交接，将具体的数据及状态提供给客户，客户根据自己的需求，对电子设备进行控制，来改变环境参数。
无线控制系统主要由传感器、控制器和处理器三部分组成。
传感器的任务是采集的室内温湿度信息控制器是无线系统的核心，负责接收传感器发送的数据帧，进行数据的处理得到对应的数据，并实现本地显示，是整个系统的基础子系统。
处理器就是负责呈现给用户的东西，处理器连接到WIFI，连接相应端口，实现和控制器的通信，此时可以通过编写应用层程序，将接收到的信息以可视化的方式表现出来，此次通信使用的TCP/IP协议，在底层驱动连接完成的情况下，可以直接编写应用层程序。
2.4本章小结
本章主要介绍了无线控制系统的整体方案设计，提供了一个可行的基于WIFI网络的无线控制物联系统。
本系统具备信息采集、处理、传输、存储、显示、报警等多种功能，而且具备主模式与备用模式的切换，能够实现多种方式接收信息，安全可靠、形式多样，发展前景良好。
第3章基于WIFI的无线控制系统各模块设计
传感器和控制器通信是无线控制系统的基础，主要承担信息采集任务。
同时，又扩展了本地显示和报警功能。
处理器和控制器通信是本次设计中的感知模块和处理器之间信息传递的桥梁，同时也是整个系统中要求最高的一部分，不仅在连接的安全性和可靠性方面要求很高，而且在功耗和便利性方面也是有较高的要求。
本系统采用WIFI网络的方式，实现近距离和远程通信的设计，包括串口模块、WIFI模块以，远程通信模块，传感器模块、本地显示模块，以及电源模块。
3.1主控模块设计
主控模块即控制器，可以说是信息采集的核心，也是整个系统的核心，它不仅承担了对信息的处理，还承担了对外围模块的控制任务，是整个控制系统的核心。
3.1.1主控模块硬件设计
（1）主控模块选型
当前比较常用的电子设备主控板主要有ARM（AdvancedRISCMachines）处理器、STM32微控制器、MSP430单片机和STC单片机系列等。
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