室内WiFi信号探测设备的设计与实现

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2024年7月22日发(作者：)

ISSN1009-3044

ComputerKnowledgeand

年

Technology

第17卷第8期(20213月)

电脑知识

与技术

Vol.17,No.8

March

2021

E-mail：*************.cn

ComputerKnowledgeandTechnology

电脑知识

与技术

http：//

Tel：+86-551-6569

室内WiFi信号探测设备的设计与实现

吴超，刘雪花

（广州大学华软软件学院计算机系，广东广州510900）

摘要：WiFi无线技术应用极为广泛，是办公室、餐厅、酒店、商场等公众场合的必备。企业和家庭用户设立了大量的无线热

点，增加了WiFi热点管理的难度。该文使用树莓派和esp8266单片机，设计与实现了室内WiFi信号的探测设备。它通过

测量信号强度rssi值，计算WiFi热点的距离，然后使用三角定位方法，计算各个WiFi热点的坐标值，使用图形界面显示各

个WiFi热点的位置。该设备应用了热门的树莓派主板，使用Python编程，通过树莓派GPIO端口控制传感器和读取数据，

加速了设备的开发过程，基本实现室内WiFi信号的探测功能。

关键词：WiFi；树莓派；esp8266；定位

中图分类号：TP391文献标识码：A

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1009-3044(2021)08-0215-03

DesignandImplementationofIndoorWiFiSignalDetectionEquipment

WUChao,LIUXue-hua

(uter,SouthChinaInstituteofSoftwareEngineering,GuangzhouUniversity,Guangzhou510990,China)

Abstract:WiFiwirelesstechnologyiswidelyusedinoffices,restaurants,hotels,ris⁃

esandhomeusershavesetupalargenumberofwirelesshotspots,

thispaper,raspberrypieandesp8266microcontrolle

calculatesthedistanceofWiFihotspotsbymeasuringtheRSSIvalueofsignalstrength,andthencalculatesthecoordinatesofeach

WiFibyusingtrianglepositioningmethod,iceusesthe

popularraspberrypimotherboardandusespythonprogramming,controlsensorsandreaddatathroughraspberrypiGPIOport,ac⁃

celeratethedevelopmentprocessofequipment,thedetectionfunctionofindoorWiFisignalisbasicallyrealized.

Keywords:WiFi;raspberrypi;esp8266;location

1背景

WiFi无线技术应用极为广泛，传输距离远，覆盖范围广，传

输速率快，在生活中广泛使用

[1-2]

。无线WiFi是办公室、餐厅、

酒店、商场等公众场合的必备

[3]

。面对智能手机用户的快速增

长，以及智能家电产品和可佩戴设备数量的增加，企业和家庭

用户设立了大量的无线热点。WiFi探测器能够找到可用的

WiFi网络并收集有关它的信息，可视化显示WiFi热点相关数

据，使用户更好管理自己周围的WiFi设备。本文使用树莓派

和esp8266单片机，设计与实现了室内WiFi信号探测设备。它

可以便捷地检测周围WiFi热点，判断WiFi热点距离，距离计算

使用三角形定位方法

[4]

，使用户更好管理无线热点。

2系统整体设计

本文设计的室内WiFi信号探测设备可以显示周围的WiFi

热点位置，用来寻找WiFi热点在哪里。设备包括1个树莓派，1

个esp8266模块，1个HMC5883L模块。树莓派是设备的主控

板，运行系统的软件，并把探测的结果显示出来。设备使用树

莓派的无线网卡和esp8266模块来检测WiFi无线信号，通过三

角形算法来计算WiFi热点的距离。HMC5883L模块通过磁场

来检测当前的方向，计算当前设备正前方的方向。系统整体设

计如图1所示。

收稿日期：2020-11-15

基金项目：广州大学华软软件学院质量工程项目（项目编号：ZYGXK202003）；2019年第二批教育部产学合作协同育人项目——物

联网工程本科专业师资培训（2）

作者简介：吴超（1983—），男，江苏盐城人，工程师，硕士，主要研究方向为嵌入式开发、单片机；刘雪花（1983—），女，湖北大冶人，讲

师，硕士，主要研究方向为嵌入式控制、物联网通信。

本栏目责任编辑：梁书

计算机工程应用技术

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图1系统结构图

3系统硬件设计与实现

3.1树莓派

CPU

本设备的主控板是树莓派3B+。它采用BCM2837B0型号

802.11ac

构建，

over-Ethernet

无线网卡和蓝牙

这个处理器包含完整的性能优化和散热器，

树莓派3B+以

，with

4.2，1GLPDDR2，PoE支持（Power-

双频

MicroSD

PoE

卡为硬盘，

HAT），只有信用卡大小的微型电脑。

卡片主板周围有4个USB接

口和一个百兆以太网接口，

HDMI高清视频输出接口。树莓派

可连接键盘、

3B+正面如图

鼠标和网线，

2。

同时有

图2树莓派正面图

树莓派3B+无线网络的天线，天线位置处的铜箔中做了镂

空处理，有一个梯形的“孔状”，看起来有点像吹风机的吸嘴形

状。孔状部分被通孔

2.4GHz

的天线如图

的谐振腔，

（Vias）和几颗微小的电容器包围，构成了

3所示。

通过电容器驱动，整个设计就是树莓派3B+

图3树莓派3B+天线位置

3.2esp8266模块

成完整的

ESP8266

WiFi

TCP/IP

是上海乐鑫信息科技设计的低功耗

协议栈和MCU。ESP8266WiFi

WiFi

模块集成了

芯片，集

AT

殊字符串，

指令与主控芯片进行通信。

联网、数据透传以及串口AT

模块可以通过AT指令控制使用，

AT

指令控制等功能，

指令是一些起控制作用的特

通过串口

开发速度快，难度

非常低。

Station

ESP8266模块支持SoftAP模式，Station模式，SoftAP+

互联网或局域网通信，

共存模式三种。它将设备连接到

实现联网功能；可以用于快速开发智能

WiFi无线网络上，进行

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远程控制设备。只需要简单的串口通信开发，即可实现数据的

传输和控制。Esp8266原理图如图4所示。

图4esp8266原理图

3.3HMC5883L模块

ADC

HMC5883L具有高精度，偏移抑制等特点。它具有12

动电路，

、低噪声、

采用I2C

自检测、

数字接口，

低电压操作和宽磁场范围，

体积小，操作简单。HMC5883L

并且内置驱

位

能

测量XYZ三轴与地磁场磁感线夹角，方向角的范围是0-360，

正北方向是0，方向角顺时针增大。HMC5883L模块如图5

所示。

图5HMC5883L模块

4系统软件设计

4.1WiFi热点距离计算

室内WiFi信号的探测设备使用树莓派无线网卡和esp8266

模块搜索WiFi热点，并记录各个WiFi热点信号强度rssi数值。

信号强度rssi通过公式计算获得距离，d

是计算所得距离(单位m)，rssi是接收信号强度，A是发射端和接

收端相隔1米时的信号强度的绝对值，n是环境衰减因子。

三角定位假设一量测目标点及两个已知坐标的参考点可

形成一个三角形，测量三角形中边的长度，可以计算出三角形

内角的角度，即可找出目标点的距离及坐标。图6中C点是目

标点，边长c是两个无线网卡天线之间的距离，边长a,b是rssi

计算得到的WiFi热点距离，通过三角形的三边a,b,c计算出角

A

是

，那么C点的x

。

轴坐标是，y轴坐标

图6三角形定位

4.2WiFi热点位置显示

设备定时运行脚本搜索WiFi热点，获得各个WiFi热点的

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信号强度rssi数值，通过公式计算距离，使用三角定位方法，获

得各个WiFi热点的坐标。计算设备正前方的方向，首先设置

HMC5883L模块磁偏角，磁偏角是指北针指向的磁极（地磁极）

和地图上标注的磁极是不重合的，有一个夹角。软件流程图如

图7所示。

图8设备实物

图9WiFi热点的位置图

6结束语

本文设计与实现的室内WiFi信号探测设备能够显示设备

附近的各个WiFi的距离远近。设备使用树莓派主板，使用Py⁃

thon语言编程，降低了设备的开发难度，缩短了项目开发时间，

实现了WiFi热点简易的探测。因为无线信号传播的多径效应

和其他干扰因素，后面通过加入机器学习和改进信号强度rssi

测量的准确性，提高设备的探测结果。

图7软件流程图

esp8266的WiFi功能AT指令有选择WIFI应用模式；加入

AP；列出当前可用AP；退出与AP的链接；设置AP模式下的参

数；查看已接入设备的IP；设置DHCP开关等。esp8266AT指

令AT+CWLAP扫描当前可用的AP。命令返回值+CWLAP:<

ecn>,,,,,,

>。是加密方式。是字符串，AP的SSID。是

信号强度。是字符串，AP的MAC地址。是

AP频偏，单位kHz。是频偏校准值。

参考文献:

[1]杨琳,李媛,王咪,等.基于WiFi物联网的智能家电插座设计

[J].自动化与仪表,2019,34(4):100-103.

[2]解施媛,姜重然,王烯霖,等.WiFi在农业物联网温湿度测量的

研究[J].山西电子技术,2019(5):88-90,96.

[3]陈晓玉,张新有,张紫嫣.WiFi定位技术在地下停车场管理系

统中的应用[J].成都信息工程大学学报,2019,34(3):251-256.

[4]姚碧超.室内WiFi定位技术研究[D].成都:电子科技大学,

2017.

[5]袁珍.一种基于树莓派的盲人避障导航手杖[J].鄂州大学学

报,2020,27(4):98-100.

[6]赵宏哲,王鹏.基于树莓派加Python智能密码锁的设计与实

现[J].赤峰学院学报(自然科学版),2020,36(9):49-54.

[7]王玉涛,于金星,陈鑫,等.基于树莓派的自适应空调控制系统

设计[J].物联网技术,2020,10(10):76-78,81.

[8]郭鹏飞,温志渝,周颖,等.基于树莓派的远程水质监测系统设

计[J].重庆理工大学学报(自然科学),2018,32(4):186-192.

[9]赖瑞镪.应用物联网的智能生态水族箱[J].物联网技术,2020,

10(8):85-87.

[10]廉英浩.基于环境学习的单AP高效WiFi定位[D].西安:西

北大学,2019.

【通联编辑：谢媛媛】

5系统测试

设备连接好电源，运行WiFi热点搜索软件，树莓派会显示

出各个WiFi热点的位置图。设备实物如图8所示。各个WiFi

热点的位置如图9所示。图9中NE表示东北方向，橙色的点是

WiFi热点，蓝色的点是无线网卡，两个无线网卡之间的距离是

0.1米，x轴和y轴的单位都是米。在图的原点位置，有几个

WiFi热点无法定位，因为三角形的三边不满足两边之和大于第

三边。

（上接第211页）

结论3：3000维trigram与1500维拼音特征搭配性能要好。

重点。

3结束语

本文提出了一种基于语义距离的迁移学习算法，通过不同

条件下的仿真实验，可以认为三词（trigram）特征整体比双词

（bigram）性能要好；3000维的搭配性能要强于1000维和5000

维的搭配；3000维trigram与1500维拼音特征搭配性能要好。

通过设置相同的仿真条件和语料，可以证明本文提出的S-EM

算法的性能略微优于Co-Class算法。适用于微博等短文本媒

体平台，对于博客等长文本消费意图的识别将成为下步研究的

本栏目责任编辑：梁书

参考文献：

[1]贾云龙,韩东红,林海原等.面向微博用户的消费意图识别算

法[J].北京大学学报:自然科学版,2020(1):68-74.

[2]卢晨阳,康雁,杨成荣等.基于语义结构的迁移学习文本特征

对齐算法[J].计算机工程,2019,45(05):116-121.

[3]鲁强,刘兴昱.基于迁移学习的知识图谱问答语义匹配模型

[J].计算机应用,2018,38(07):1846-1852.

【通联编辑：张薇】

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本文标签： 设备热点树莓距离无线