多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韓 犇

（江蘇徐工信息技術(shù)股份有限公司，江蘇 徐州 221000）

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步，工業(yè)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域的新發(fā)展，對(duì)于數(shù)據(jù)采集的精度提出了更高的要求。 近年來(lái)我國(guó)智能化技術(shù)發(fā)展水平越來(lái)越高，進(jìn)一步促進(jìn)了智能行業(yè)的發(fā)展， 尤其是智能多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[1]在應(yīng)用中不僅能精確、迅速地采集數(shù)據(jù)，還能及時(shí)、有效地將數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，在液晶屏顯示的同時(shí)將信號(hào)傳送到手機(jī)App 進(jìn)行同步顯示。 在其生產(chǎn)過(guò)程中，可以對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的有效參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄，為人們?cè)谔岣弋a(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量、降低投資成本提供有效的信息和手段。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)原理

多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)STC89C52 單片機(jī)主板控制[2-3]，12864LCD 液晶實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前環(huán)境中的濕度值、溫度值、光照度。 通過(guò)使用DHT11 采集兩路數(shù)據(jù)(溫濕度數(shù)據(jù))，選用光敏電阻采集光照，然后以數(shù)字形式傳給單片機(jī)處理；通過(guò)按鍵對(duì)濕度、溫度、光度進(jìn)行上下限調(diào)節(jié)。 并且最后保存在單片機(jī)內(nèi)部。 通過(guò)穩(wěn)壓模塊變換電壓值，把系統(tǒng)的5.5 V 電壓換成Wifi 模塊額定電壓3.3 V， 在液晶屏顯示的同時(shí)將數(shù)字信號(hào)傳送到手機(jī)App 進(jìn)行同步顯示(液晶屏選取本身就有中文字庫(kù))，方便遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。 當(dāng)環(huán)境中溫度、濕度、光度任意一項(xiàng)不在設(shè)定的上下限范圍內(nèi)，聲光報(bào)警使得蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警。

2 主要部件機(jī)構(gòu)及技術(shù)特點(diǎn)

STC89C52 單片機(jī)是新一代高速/低能耗/超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)， 指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051 單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。STC89C52 單片機(jī)作為核心控制器，既可以采集底層傳感數(shù)據(jù)，又可在線下載以及進(jìn)行程序的編寫和上傳。

DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器同時(shí)采集兩組信號(hào)，內(nèi)部有數(shù)字信號(hào)， 所以不需要其他轉(zhuǎn)換器就可直接顯示數(shù)字。 同時(shí)DHT11 自身增加了校準(zhǔn)設(shè)計(jì)，使得數(shù)據(jù)更加可靠，并且可以快捷地將數(shù)字信號(hào)傳輸給STC89C52單片機(jī)，運(yùn)用更加穩(wěn)定、可靠。

設(shè)計(jì)采用光敏電阻隨溫度的變化改變阻值來(lái)采集數(shù)據(jù)，沒(méi)有光照的時(shí)候，光敏電阻值很大，按照公式，可以知道電阻與電流成反比，當(dāng)電阻變大隨之電流會(huì)變小。 反之，當(dāng)受到光照的時(shí)候，電阻變小，根據(jù)電阻與電導(dǎo)率成反比，所以電導(dǎo)率增加。

圖1 整體框圖

采用ADC0832 模數(shù)轉(zhuǎn)換，性能相對(duì)齊全，一般的模數(shù)轉(zhuǎn)換都可以用它。 它的芯片反應(yīng)速度很快，通常情況下在32μS 附近，可以減少數(shù)據(jù)的誤差，輸出時(shí)不僅僅只輸出一路，D0D1 端口可以雙向，所以整體可以雙數(shù)據(jù)輸出。

系統(tǒng)使用的Wifi 模塊選擇Esp8266，它是一款未移動(dòng)設(shè)備設(shè)計(jì)的，可以用Esp8266 設(shè)置熱點(diǎn)，讓設(shè)備進(jìn)入局域網(wǎng)進(jìn)行通信，可以更加明確了解實(shí)時(shí)情況。

本系統(tǒng)共使用四個(gè)輕觸按鍵，本設(shè)計(jì)中分別命名為a2、a3、a4、a5。其中 a2、a3、a4 三個(gè)按鍵為數(shù)據(jù)的設(shè)置鍵，分別設(shè)置溫度濕度光照的上下限。按鍵四個(gè)引腳，1 和2導(dǎo)通，3 和 4 導(dǎo)通， 所以 1、2 接一個(gè)，3、4 接一個(gè)就可以了，a2 控制上下限轉(zhuǎn)換，a3a4 分別為加減來(lái)進(jìn)行上下限調(diào)節(jié)。 a5 為復(fù)位按鍵，為整體的電路復(fù)位。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件及使用方法

系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件采用Keil5 編寫程序， 它可以兼容單片機(jī)C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)， 與匯編相比，C 語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上明顯具有優(yōu)勢(shì)。 并且在設(shè)計(jì)時(shí)，運(yùn)用Protues 軟件實(shí)現(xiàn)了畫原理圖，植入程序，實(shí)現(xiàn)仿真功能。 通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境將系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的部件組合在一起，實(shí)現(xiàn)了底層溫濕度數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換，核心控制器的及時(shí)、可靠的模數(shù)處理，以及頂層顯示終端通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境如實(shí)反饋的全過(guò)程管控。

使用方法：（1）打開(kāi)程序，進(jìn)入 Keil 軟件。（2）建立一個(gè)新工程：Project 下 New Vision Project。 （3）保存工程。 （4）選擇單片機(jī)的型號(hào)： Atmel 公司的 89s52。 （5）建立一個(gè)程序源文件： File 選擇New， 輸入源程序。（6）保存源文件：點(diǎn)擊菜單 File-＞Save。 （7）添加源文件 ：Project 單 擊 “Source Group 1”， Add Files to Group。 （8）工程進(jìn)行編譯、連接。 （9）程序仿真調(diào)試：Debug 下 Start/Stop Debug。 （10）在執(zhí)行之前，記錄下部寄存器50H 單元的內(nèi)容。執(zhí)行程序之后，再記錄下。（11）生成 HEX 文件，重新編譯。

4 主要部件的連接及調(diào)試

通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境將系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的部件組合在一起，液晶屏下面5V 電源插口，連接USB 或電池盒，最下角黑色的是Wifi 模式，用來(lái)連接安卓手機(jī)，把我們當(dāng)前溫濕度光照傳到手機(jī)。左下角是聲光報(bào)警模塊，蜂鳴器與LED 燈組合，本系統(tǒng)設(shè)置了各項(xiàng)的上下限，其中一個(gè)超過(guò)限制都會(huì)報(bào)警。 Wifi 模塊上面是一個(gè)3.3 V 穩(wěn)壓模塊， 因?yàn)閃ifi 模塊的額定電壓是3.3 V，系統(tǒng)電壓是5.5 V，所以需要穩(wěn)壓模塊來(lái)轉(zhuǎn)換電壓，右下角由AD 于光敏電阻組合，采集光照，由于光敏電阻是模擬電壓，AD 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)來(lái)顯示當(dāng)前的光照值。 按鍵最上面一個(gè)是復(fù)位按鍵。 中間偏右藍(lán)色的那個(gè)是溫濕度采集模塊，DHT11 傳感器， 可以采集環(huán)境當(dāng)前的溫濕度。 接通電源后，溫濕度以及光照采集的數(shù)據(jù)就顯示出來(lái)了， 此時(shí)的溫度是29℃，是良好的。 濕度92%，比較潮濕的。 由于光正在照射，光照強(qiáng)度91%，光照比較強(qiáng)。

圖2 接通電源實(shí)物圖

5 總結(jié)

多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在以后的生活中用途很廣泛，本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)溫濕度光照的采集，為了控制適宜的環(huán)境，設(shè)置一些上下限來(lái)報(bào)警，通過(guò)Wifi 模塊上傳手機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，設(shè)計(jì)主要用于農(nóng)業(yè)大棚，現(xiàn)實(shí)生活中離不開(kāi)食物，食物與人們息息相關(guān)，現(xiàn)在社會(huì)上土地面積越來(lái)越少，城市化建設(shè)越來(lái)越多，土地資源日益減少，所以對(duì)于農(nóng)業(yè)產(chǎn)量以及質(zhì)量要求越來(lái)越高。 農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的高低取決于農(nóng)作物的生活環(huán)境。 適宜的溫度、適宜的濕度、 適宜的光照對(duì)于農(nóng)作物來(lái)說(shuō)尤其重要，目前我國(guó)多路數(shù)據(jù)采集部分并沒(méi)有很精確，多路實(shí)現(xiàn)的也不是很多，所以這方面需要加強(qiáng)研究。