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[导读]摘 要:温度采集被大量用于工业生产以及农作物种植等行业,因此温度的实时监测十分必要。为实现这一目标,文中提出了基于单片机与串口转WiFi的温度采集系统设计。首先,分析了温度采集系统各模块的功能以及选择不同类型模块的优缺点,确定了单片机、显示器以及温度传感器等芯片的选择方案;其次,根据选择方案设计了温度采集部分的硬件原理图,罗列设计思路和可行性分析;再次,在分析串口转WiFi模块的基础上,给出了温度采集系统的整体硬件设计;最后,通过基于Proteus的半实物仿真表明,设计的硬件系统实现了温度实时采集功能并能通过串口转WiFi传至Android系统手机客户端显示, 为温度的实时监测需求提供理论和应用参考。

DOI :10.16667/j.issn.2095-1302.2018.11.001

引 言

随着信息技术的发展以及工农业生产管理技术要求的不断提高,自动监测工业和农业生产环境的温度已成为基本要求,温度信息的采集成为生产环境监测管理的重要要素。此外, 温度信息的监测在其他领域亦发挥着重要作用,如大楼火灾报警装置等[1]。公路上的路面信息采集、温度回馈也是系统的重要组成,如冷库温度的智能控制等[2]。随着应用空间的增大, 温度采集的环境也愈加复杂。传统的有线温度监测已跟不上时代的步伐。不论是公路上的高温还是冷库的低温,对于电线来说损害极大,而线路一旦损坏还可能带来其他问题。因而对于无线传输的实时温度采集系统的需求就显得尤为迫切。

为此,本文设计基于单片机与串口转 WiFi 技术的温度采集硬件系统。系统采用 51 系列单片机控制温度传感器采集温度信息,由显示模块实时显示,然后利用串口转 WiFi 模块把温度信息发送至 Android 平台的温度采集软件上。设计的硬件系统能与 Android 终端建立可靠、稳定的链接,实现温度的实时采集与显示。

1 硬件系统整体设计

1.1 总体结构

温度采集硬件系统基本方案如图 1 所示。系统采用AT89C52 作为控制芯片,由晶体振荡器提供时钟频率,温度传感器选用 DS18B20 采集信息,并通过 LCD1602 液晶屏显示。传感器 DS18B20 采集温度信息后,通过 DQ 引脚与 AT89C52单片机的 I/O 口相连,单片机其他 I/O 口与 LM016L 液晶显示器相应引脚相连。对于Android 和WiFi 的整体硬件设计部分而言,主要设计建立硬件采集系统与串口转 WiFi 模块的通信连接,并通过串口转 WiFi 将信息发送出去。用户在 WiFi 设备附近通过Android 手机接收信号,由程序读取硬件采集的温度信息,从而实现温度的实时监测。

温度采集系统的硬件设计与仿真实现

1.2 硬件模块设计

硬件系统主要由单片机最小系统、温度传感器、显示模块、串口转 WiFi 模块组成。

1.2.1 单片机最小系统

单片机最小系统由时钟电路、复位电路和单片机组成 [3],

其仿真图如图 2所示,其中时钟电路的晶振为 11.0592MHz。

1.2.2 传感器模块

系统采用 DS18B20 温度传感器,该传感器主要由 64 位ROM、温度传感器、非挥发温度报警触发器 TH 和TL、配置寄存器 [4] 组成,其内部结构如图 3 所示。ROM 中的 64 位序列号已在出厂前被光刻好,可将其看作是该 DS18B20 的地址序列码,每个 DS18B20 的 64 位序列码均不相同。64 位 ROM的排的循环冗余校验码为 CRC=X8+X5+X4+1。ROM 的用处在于使每个 DS18B20 具有唯一性,实现一根总线上挂接多个DS18B20 的目的。Proteus 仿真如图 4 所示。

温度采集系统的硬件设计与仿真实现

1.2.3 显示模块

系统采用 LM016L 液晶模块显示,该模块由 HD44780 控制[5]。HD44780 具有简单、功能较强的指令集,可实现字符移动、闪烁等功能。LM016L 与单片机 MCU(Microcontroller Unit)可采用 8 位或 4 位并行方式通信。HD44780 控制器由两个 8 位寄存器、指令寄存器(IR)和数据寄存器(DR)、忙标(BF)、显示数据 RAM(DDRAM)、字符发生器 ROM(CGROM)、字符发生器 RAM(CGRAM)、地址计数器(AC)构成,其 Proteus 仿真如图 5 所示。

图 5 LED 显 示

1.2.4 串口转 WiFi模块

系统采用有人科技串口转 WiFi 模块USR-WIFI232-L,具体使用步骤如下:

(1) 使用 USB转串口线连接笔记本 USB口及串口转WiFi 模块。

(2) 连接完成后,为串口转 WiFi模块接通电源,红色指示灯亮起约 20 s,绿色指示灯亮起。

(3) 此时可用手机连接 USR-WIFI232-T的WiFi。

(4) 打开测试软件 USR-TCP232-Test.exe,选择硬件连接到计算机串口号(需与计算机所用端口号一致),点击打开。

(5) 打开手机测试软件,点击 TCP Client切换界面,单击“+” 按 钮, 此 时会出现一 个 弹窗, 在 IP编辑 框内填10.10.100.254,端口编辑框内填 8899,单击增加按钮创建一个TCP连接,若提示连接成功,则证明已成功创建了该模块的TCP连接。

(6) 输入数据进行传输验证。

2 系统仿真验证

通过串口把温度采集模块和 Android 系统的接收模块连接起来。首先,在电路上加串口电路,然后利用串口助手发送软件串口信息。在电脑上连接一个串口转WiFi 模块,使单片机的温度信息通过串口以WiFi 形式发送出来。而后手机用户可以通过自身应用接收信息,实现温度的实时监控。

在Proteus 的电路中添加串口连接电路,且重新导入修改并编译生成的 .hex 文件,插入串口转 WiFi 设备后打开。通过设备管理器查看设备端口号,编辑 Proteus上COMPIM 的编辑属性设置端口号保持一致。打开 Android 手机WiFi 连接转WiFi 设备的热点与温度接收 APP,运行仿真结果如图 6 所示, 手机终端结果显示如图 7 所示。

图6 PC界面Proteus仿真效果图图7 手机终端结果显示

当在 Proteus 平台中设置温度为 59℃时,信号通过串口模块传至串口转 WiFi 模块,再经串口转 WiFi 模块传至手机端软件。从图 6 和图 7 的结果可以看出,手机 APP 显示的温度值与 Proteus 仿真平台所采集的温度一致。

3 结 语

本文设计了基于单片机与串口转 WiFi技术的温度采集硬件系统,经实验证明该系统运行稳定,能够较好地完成温度的实时采集与显示,具有一定的社会价值与广阔的推广前景。

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