一種基于51單片機的物聯網信息采集器的設計與實現

莫桂江

MO Gui-jiang

（廣西現代職業技術學院 電子電力工程系 電子教研室，河池 547000）

0 引言

本物聯網信息采集器以STC89C52為核心，通過控制無線數據傳輸模塊來接收數據并在LCD1602液晶上顯示，以STC89S52單片機為節點控制中心對由DS18B20溫度傳感器做成的溫度采集器采集到的溫度信息，酒精傳感器檢測器檢測到的信息進行處理，通過控制無線數據傳輸模塊發送，實現節點與主控中心之間的通信。該采集器具有實時性、可靠性、安裝、維護及操作簡單等優點。最大限度地實現多渠道采集、處理和運用信息的功能。三個模塊采集的數據均通過無線傳輸模塊傳給主機，主機將對節點傳來的數據進行存儲、處理和輸出顯示等。

1 系統整體設計方案

按照系統的設計功能要求，主機由STC89S52單片機模塊， LCD1602液晶顯示器，無線傳輸模塊，顯示模塊，聲光報警組成，節點由單片機模塊，無線傳輸模塊，溫度采集器，酒精傳感器檢測器組成，電路系統框圖如圖1所示：

圖1 電路系統框圖

2 各模塊的選定

2.1 控制器模塊的選定

控制器主要用于數據接收和處理。這里采用STC89S52 單片機，STC89S52單片機是一種低功耗、高性能 8位微控制器，具有 8K 在系統可編程 Flash 存儲器。片上 Flash 允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統可編程Flash，故選擇STC89S52 單片機作為本采集器的控制器。

2.2 顯示器的選定

使用液晶屏顯示。液晶顯示屏（LCD）具有超薄輕巧、低耗電量、無輻射，平面直角顯示以及影像穩定不閃爍等優勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，顯示信息量大，字跡美觀，視覺舒適，而且容易控制。

2.3 無線傳輸模塊的選定

APC200A-43模塊是高度集成半雙工微功率無線數據傳輸模塊，其嵌入高速單片機和高性能射頻芯片。創新的采用高效的循環交織糾檢錯編碼，抗干擾和靈敏度都大大提高，最大可以糾24 bits連續突發錯誤，達到業內的領先水平。APC200A-43模塊提供了多個頻道的選擇，能夠透明傳輸任何大小的數據，而用戶無須編寫復雜的設置與傳輸程序。APC200A-43 模塊是新一代的多通道嵌入式無線數傳模塊，其可設置眾多的頻道，發射功高達20mW，而仍然具有較低的功耗，可傳0-1000米。

2.4 溫度檢測模塊的選定

溫度傳感器 DS18B20 是美國 DALLAS 半導體公司最新推出的一種改進型智溫度傳感器，它能直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現 9～12 位的數字值讀數方式，它內部有一個結構為 8 字節的高速暫存RAM 存儲器，測量精度更精確。

2.5 酒精檢測模塊的選定

MQ3型氣敏傳感器。其有很高的靈敏度、良好的選擇性、長期的使用壽命和可靠的穩定性。MQ3型氣敏傳感器由微型Al2O3，陶瓷管和SnO2敏感層、測量電極和加熱器構成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼的腔體內，加熱器為氣敏元件的工作提供了必要的工作條件。傳感器的標準回路有兩部分組成。其一為加熱回路，其二為信號輸出回路，它可以準確反映傳感器表面電阻值的變化。傳感器的表面電阻RS的變化，是通過與其串聯的負載電阻RL上的有效電壓信號VRL輸出面獲得的。二者之間的關系表述為：RS/RL=(VCVRL)/VRL，其中VC為回路電壓為10V。負載電阻RL可調為0.5-200K。加熱電壓Uh為5v。上述這些參數使得傳感器輸出電壓為0-5V。

2.6 存儲模塊的選擇

AT24C02是一個2K位串行CMOS E2PROM，內部含有256個8位字節，CATALYST公司的先進CMOS技術實質上減少了器件的功耗。AT24C02有一個16字節頁寫緩沖器。該器件通過IC總線接口進行操作，有一個專門的寫保護功能，具有工作電壓寬（2.5～5.5V）、擦寫次數多（大于10000次）、寫入速度快（小于10ms）等特點。

3 系統的硬件設計與實現

3.1 系統硬件的基本組成部分

3.1.1 主控電路

主機由STC89S52單片機模塊， LCD1602液晶顯示器，無線傳輸模塊，顯示模塊，存儲模塊組成。

3.1.2 節點控制電路

節點控制電路由STC89S52單片機，無線傳輸模塊，DS18B20溫度傳感器，酒精傳感器，聲光報警，顯示模塊組成。

3.1.3 顯示電路

顯示電路采用液晶 LCD16O2。它是一種字符型液晶模塊，是一種用5×7點陣圖形來顯示字符的 16×2 點陣液晶顯示器。其特點是：亮度高、工作電壓低、功耗小、易于集成、驅動簡單、壽命長、耐沖擊且性能穩定。LCD16O2與單片機接口采用串行方式控制。

3.1.4 報警電路

報警電路分為蜂鳴器報警電路和LED發光報警電路組成。當輸入端P1.0為低電平時，有電流通過蜂鳴器，蜂鳴器發出聲音報警。而當輸入端為高電平時不報警。當輸人端P1.1為低電平時，LED點亮報警，反之輸入端P1.1為高電平則不報警。

3.1.5 酒精傳感器

酒精傳感器輸出電壓值經過ADC0809采集數據送入單片機進行處理，模數轉換電路的作用是將傳感器電路輸出的模擬量信號轉換為適合單片機處理的數字信號，并輸入給單片機。采用的是ADC0809 A/D轉換芯片。ADC0809是8路8位逐次比較式A/D轉換器，它能分時地對8路模擬量信號進行A/D轉換，結果為8位2進制數據。其由+5V電源供電。

3.2 主程序

本系統由系統主程序首先對系統進行初始化、檢測節點數據發送程序、主控中心收發程序等構成，由于程序較大，鑒于篇幅的限制，這里就不再給出具體程序了，有需要本程序的讀者可以與作者聯系。

3.3 硬件和軟件調試

3.3.1 硬件調試

可先檢查印制板及焊接的質量是否符合要求，有無虛焊點及線路間有無短路、斷路。然后用萬用表檢測，檢查無誤后，可通電檢查LCD液晶顯示器亮度情況，一般情況下取背光電壓為4～5.5V即可得到滿意的效果。

DS18B20與單片機相連的只有幾根線，很容易檢查，主要檢查DS18B20管腳與晶振、電源是否連接好。

檢查酒精傳感器的引腳是否接好，并測其信號腳和地的電壓值，是否在0V-5V之間。

檢查無線數傳模塊是否接觸良好。

3.3.2 軟件調試

在 keil編譯器下進行，源程序編譯及仿真調試應分段或以子程序為單位逐個進行，最后結合硬件實時調試DS18B20讀出溫度子程序、溫度轉換命令子程序、計算溫度子程序、顯示數據刷新子程序。

3.4 系統測試

3.4.1 溫度測量

按系統要求，測溫范圍在30-70℃，所以在單片機中設置當溫度不在30-70℃時開始報警，多次測試數據如下：

DS18B20所測得的數據如下：

環境溫度 oC 32.2 33.7 33.2 33.5 33.4 34測量溫度 oC 32.3 32.8 33.3 33.7 33.3 33.8恒溫時間 8：00 8：30 8：45 9：00 9：20 9：40

3.4.2 酒精檢測

當酒精傳感器附近有酒精存在時，酒精傳感器就會發現并測出其值，當達到一定濃度時裝置就會報警及顯示其數值。

酒精傳感器所測得的數據如下：

環境溫度°C 27.2 29 32 34環境酒精濃度（V/V） 0 0 0 0測量酒精濃度（V/V） 20 20 20 20

3.5 模塊調整

調整無線傳輸模塊，使節點和主機的傳輸距離不小于5米：再調試節點控制模塊，使得三個節點的數據周期性循環地傳輸給主機，顯示屏和聲光報警就循環地顯示和處理節點采集到的數據，且三個節點都是有單獨的電源提供電能，實現了物聯網數據采集、處理和顯示等。

4 結束語

本文提出的方法和實現，可以用于釀酒生產車間等要求有監測酒精和溫度的相應環境的酒精檢測及溫度的分布式監測，并可以通過網絡將檢測結果送到監控中心，以便于及時的了解實際生產的安全狀況，為企業的安全生產提供可靠的保障。

通過對本系統的實際測量，檢測結果能夠達到比較滿意的效果，達到了相關要求，其應用價值值得推廣。

[1] 侯志剛.基于物聯網的傳感技術應用.

[2] 沈紅衛.基于單片機的智能系統設計與實現[M].北京：電子工業出版社.

[3] ITU互聯網報告2005：物聯網.