物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

羅宜春

摘要：該系統(tǒng)由溫濕度、條形碼、酒精檢測、煙霧、聲音等多個(gè)節(jié)點(diǎn)和無線模塊及主機(jī)構(gòu)成。主機(jī)負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集、存儲、處理，輸出顯示；所有的數(shù)據(jù)均以無線方式傳送給主機(jī)。實(shí)現(xiàn)測量溫度范圍-55～+105℃，溫度測量精度為≤±0.2℃，傳送距離最大范圍達(dá)到500米。本系統(tǒng)性能穩(wěn)定，測量精度高，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：節(jié)點(diǎn)；無線模塊；精度高

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）24-5795-04

1 系統(tǒng)方案論證

1.1 主控電路選擇

方案一：采用AVR單片機(jī)構(gòu)成主控電路，具有高可靠性，功能強(qiáng)，低功耗等優(yōu)點(diǎn)，但是成本較高。

方案二：采用AT89S52單片機(jī)構(gòu)成的主控電路，支持ISP下載技術(shù)，控制操作簡單，價(jià)格低廉，通用性強(qiáng)。

經(jīng)比較分析，考慮到51單片機(jī)能滿足題目的需要，而且價(jià)格低廉，性價(jià)比高，因此選擇方案二。

1.2 無線傳輸電路選擇

方案一：利用2262及2272無線模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，價(jià)格實(shí)惠，但傳輸距離較短并且不夠穩(wěn)定并且處理數(shù)據(jù)比較麻煩。

方案二：采用集成的KYL-1020U 微功率無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，它是一種遠(yuǎn)距離無線數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)品，雖然成本較高，但它體積小，功耗低，穩(wěn)定性及可靠性極高，傳輸距離長（理論600m）并能方便為用戶提供雙向的數(shù)據(jù)信號傳輸、檢測和控制。處理也較為簡便，實(shí)用效果非?？捎^。

經(jīng)比較分析，我們采用了方案二。

1.3 溫濕度電路選擇

方案一：HSM-20G溫濕度模塊，采用電阻式傳感元件成本低、互換性好、濕滯小、耐高濕抗污染、微型化溫濕度一體線性電壓信號輸出。

方案二：采用高溫型數(shù)字溫濕度傳感器AM2303，AM2303數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定。

經(jīng)比較分析，選取方案二AM2303來實(shí)現(xiàn)濕度檢測功能。

1.4 顯示電路選擇

方案一：用數(shù)碼管作為顯示器件，數(shù)碼管直接連接到單片機(jī)的I/O口進(jìn)行控制，電路簡單，成本較低，但是占用I/O口太多，顯示內(nèi)容較少，而且功耗也比較大。

方案二：使用12864液晶屏作為顯示器件，大屏幕顯示，可以顯示中文，更加人性化，顯示內(nèi)容更為豐富。

經(jīng)比較分析，考慮到題目要求多點(diǎn)采樣數(shù)據(jù)并顯示出來，為顯示得更為直觀，我們選擇了方案二。

2 電路模塊的設(shè)計(jì)與分析

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)以AT89S52為信息發(fā)送、接收處理的控制核心。系統(tǒng)不僅能檢測溫度、酒精、條形碼，還具有檢測煙霧、聲音和光的功能。若存在安全隱患，通過監(jiān)控中心把相應(yīng)的信號傳輸?shù)綇臋C(jī)，再經(jīng)過從機(jī)將信號實(shí)時(shí)發(fā)送到主機(jī)，進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)將相應(yīng)的信號通過液晶顯示屏12864顯示出來并存儲。系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

2.2無線傳輸電路

無線數(shù)字傳輸模塊KYL1020作為數(shù)據(jù)的采集模塊，具備直接串口發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，并具有抗干擾能力高、誤碼率低、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 溫濕度檢測電路

溫濕度檢測電路采用溫濕度傳感器AM2303與單片機(jī)的I/O口連接，將采集到的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)處理，并由LCD12864顯示出溫度和濕度。

2.4 條形碼檢測電路

條形碼檢測電路是由MAX232電壓轉(zhuǎn)換器、一個(gè)串口及單片機(jī)最小系統(tǒng)組成的電路，當(dāng)紅外探頭檢測物品的條形碼時(shí)，通過MAX232進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，把信號傳送到單片機(jī)，再經(jīng)過程序處理數(shù)據(jù)，并由LCD12864液晶顯示器顯示出來，如圖2所示。

2.5 酒精檢測電路

利用MQ-2傳感器來感應(yīng)酒精氣體的濃度。當(dāng)沒有酒精氣體時(shí)，電路輸出低電平，指示燈熄滅。當(dāng)電路檢測到酒精時(shí)，電路輸出高電平，指示燈亮。當(dāng)感應(yīng)到酒精的濃度超過一定的值時(shí)，把濃度信號轉(zhuǎn)化電信號，經(jīng)過無線發(fā)射器，再由控制系統(tǒng)來控制及存儲，并在主機(jī)上顯示，從而實(shí)現(xiàn)酒精報(bào)警。

2.6 聲音檢測電路

聲音檢測電路如圖6所示，在沒有聲音狀態(tài)下電路輸出高電平，當(dāng)駐極話筒感受到聲音或震動(dòng)時(shí)，其信號經(jīng)放大，使得比較器輸入電壓被拉升，使比較器輸出低電平從而可以作為報(bào)警指示。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件程序主要由匯編語言編寫，程序流程圖如圖3從機(jī)程序流程圖、圖4主機(jī)程序流程圖。

圖4 主機(jī)程序流程圖

4 系統(tǒng)測試與分析

4.1 系統(tǒng)測試儀器

四位半萬用表1臺、雙路直流穩(wěn)壓電源1臺、數(shù)字示波器1臺、DDS信號源1臺、酒精、打火機(jī)（主要?dú)怏w成分：甲烷）及數(shù)字溫度計(jì)。

4.2 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析

1） 模擬報(bào)警測試及其測試結(jié)果如表1所示。

表1

5 結(jié)論

該系統(tǒng)能夠正確地檢測到條形碼、溫度及酒精等數(shù)據(jù)信號，準(zhǔn)確地將其從機(jī)發(fā)送，主機(jī)接收、實(shí)時(shí)存儲、 LCD顯示，并且能夠?qū)崿F(xiàn)險(xiǎn)情的聲光報(bào)警，數(shù)據(jù)采集時(shí)間短，發(fā)射距離遠(yuǎn)，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳黎敏.傳感器技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

[2] 林培通.無線射頻識別（RFID）技術(shù)的應(yīng)用[J].電腦知識與技術(shù)，2011（20）.

[3] 金發(fā)慶.傳感器技術(shù)與應(yīng)用（第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.