一种基于51单片机的物联网信息采集器的设计与实现

莫桂江

MO Gui-jiang

（广西现代职业技术学院 电子电力工程系 电子教研室，河池 547000）

0 引言

本物联网信息采集器以STC89C52为核心，通过控制无线数据传输模块来接收数据并在LCD1602液晶上显示，以STC89S52单片机为节点控制中心对由DS18B20温度传感器做成的温度采集器采集到的温度信息，酒精传感器检测器检测到的信息进行处理，通过控制无线数据传输模块发送，实现节点与主控中心之间的通信。该采集器具有实时性、可靠性、安装、维护及操作简单等优点。最大限度地实现多渠道采集、处理和运用信息的功能。三个模块采集的数据均通过无线传输模块传给主机，主机将对节点传来的数据进行存储、处理和输出显示等。

1 系统整体设计方案

按照系统的设计功能要求，主机由STC89S52单片机模块， LCD1602液晶显示器，无线传输模块，显示模块，声光报警组成，节点由单片机模块，无线传输模块，温度采集器，酒精传感器检测器组成，电路系统框图如图1所示：

图1 电路系统框图

2 各模块的选定

2.1 控制器模块的选定

控制器主要用于数据接收和处理。这里采用STC89S52 单片机，STC89S52单片机是一种低功耗、高性能 8位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，故选择STC89S52 单片机作为本采集器的控制器。

2.2 显示器的选定

使用液晶屏显示。液晶显示屏（LCD）具有超薄轻巧、低耗电量、无辐射，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，显示信息量大，字迹美观，视觉舒适，而且容易控制。

2.3 无线传输模块的选定

APC200A-43模块是高度集成半双工微功率无线数据传输模块，其嵌入高速单片机和高性能射频芯片。创新的采用高效的循环交织纠检错编码，抗干扰和灵敏度都大大提高，最大可以纠24 bits连续突发错误，达到业内的领先水平。APC200A-43模块提供了多个频道的选择，能够透明传输任何大小的数据，而用户无须编写复杂的设置与传输程序。APC200A-43 模块是新一代的多通道嵌入式无线数传模块，其可设置众多的频道，发射功高达20mW，而仍然具有较低的功耗，可传0-1000米。

2.4 温度检测模块的选定

温度传感器 DS18B20 是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智温度传感器，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现 9～12 位的数字值读数方式，它内部有一个结构为 8 字节的高速暂存RAM 存储器，测量精度更精确。

2.5 酒精检测模块的选定

MQ3型气敏传感器。其有很高的灵敏度、良好的选择性、长期的使用寿命和可靠的稳定性。MQ3型气敏传感器由微型Al2O3，陶瓷管和SnO2敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢的腔体内，加热器为气敏元件的工作提供了必要的工作条件。传感器的标准回路有两部分组成。其一为加热回路，其二为信号输出回路，它可以准确反映传感器表面电阻值的变化。传感器的表面电阻RS的变化，是通过与其串联的负载电阻RL上的有效电压信号VRL输出面获得的。二者之间的关系表述为：RS/RL=(VCVRL)/VRL，其中VC为回路电压为10V。负载电阻RL可调为0.5-200K。加热电压Uh为5v。上述这些参数使得传感器输出电压为0-5V。

2.6 存储模块的选择

AT24C02是一个2K位串行CMOS E2PROM，内部含有256个8位字节，CATALYST公司的先进CMOS技术实质上减少了器件的功耗。AT24C02有一个16字节页写缓冲器。该器件通过IC总线接口进行操作，有一个专门的写保护功能，具有工作电压宽（2.5～5.5V）、擦写次数多（大于10000次）、写入速度快（小于10ms）等特点。

3 系统的硬件设计与实现

3.1 系统硬件的基本组成部分

3.1.1 主控电路

主机由STC89S52单片机模块， LCD1602液晶显示器，无线传输模块，显示模块，存储模块组成。

3.1.2 节点控制电路

节点控制电路由STC89S52单片机，无线传输模块，DS18B20温度传感器，酒精传感器，声光报警，显示模块组成。

3.1.3 显示电路

显示电路采用液晶 LCD16O2。它是一种字符型液晶模块，是一种用5×7点阵图形来显示字符的 16×2 点阵液晶显示器。其特点是：亮度高、工作电压低、功耗小、易于集成、驱动简单、寿命长、耐冲击且性能稳定。LCD16O2与单片机接口采用串行方式控制。

3.1.4 报警电路

报警电路分为蜂鸣器报警电路和LED发光报警电路组成。当输入端P1.0为低电平时，有电流通过蜂鸣器，蜂鸣器发出声音报警。而当输入端为高电平时不报警。当输人端P1.1为低电平时，LED点亮报警，反之输入端P1.1为高电平则不报警。

3.1.5 酒精传感器

酒精传感器输出电压值经过ADC0809采集数据送入单片机进行处理，模数转换电路的作用是将传感器电路输出的模拟量信号转换为适合单片机处理的数字信号，并输入给单片机。采用的是ADC0809 A/D转换芯片。ADC0809是8路8位逐次比较式A/D转换器，它能分时地对8路模拟量信号进行A/D转换，结果为8位2进制数据。其由+5V电源供电。

3.2 主程序

本系统由系统主程序首先对系统进行初始化、检测节点数据发送程序、主控中心收发程序等构成，由于程序较大，鉴于篇幅的限制，这里就不再给出具体程序了，有需要本程序的读者可以与作者联系。

3.3 硬件和软件调试

3.3.1 硬件调试

可先检查印制板及焊接的质量是否符合要求，有无虚焊点及线路间有无短路、断路。然后用万用表检测，检查无误后，可通电检查LCD液晶显示器亮度情况，一般情况下取背光电压为4～5.5V即可得到满意的效果。

DS18B20与单片机相连的只有几根线，很容易检查，主要检查DS18B20管脚与晶振、电源是否连接好。

检查酒精传感器的引脚是否接好，并测其信号脚和地的电压值，是否在0V-5V之间。

检查无线数传模块是否接触良好。

3.3.2 软件调试

在 keil编译器下进行，源程序编译及仿真调试应分段或以子程序为单位逐个进行，最后结合硬件实时调试DS18B20读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序、显示数据刷新子程序。

3.4 系统测试

3.4.1 温度测量

按系统要求，测温范围在30-70℃，所以在单片机中设置当温度不在30-70℃时开始报警，多次测试数据如下：

DS18B20所测得的数据如下：

环境温度 ºC 32.2 33.7 33.2 33.5 33.4 34测量温度 ºC 32.3 32.8 33.3 33.7 33.3 33.8恒温时间 8：00 8：30 8：45 9：00 9：20 9：40

3.4.2 酒精检测

当酒精传感器附近有酒精存在时，酒精传感器就会发现并测出其值，当达到一定浓度时装置就会报警及显示其数值。

酒精传感器所测得的数据如下：

环境温度°C 27.2 29 32 34环境酒精浓度（V/V） 0 0 0 0测量酒精浓度（V/V） 20 20 20 20

3.5 模块调整

调整无线传输模块，使节点和主机的传输距离不小于5米：再调试节点控制模块，使得三个节点的数据周期性循环地传输给主机，显示屏和声光报警就循环地显示和处理节点采集到的数据，且三个节点都是有单独的电源提供电能，实现了物联网数据采集、处理和显示等。

4 结束语

本文提出的方法和实现，可以用于酿酒生产车间等要求有监测酒精和温度的相应环境的酒精检测及温度的分布式监测，并可以通过网络将检测结果送到监控中心，以便于及时的了解实际生产的安全状况，为企业的安全生产提供可靠的保障。

通过对本系统的实际测量，检测结果能够达到比较满意的效果，达到了相关要求，其应用价值值得推广。

[1] 侯志刚.基于物联网的传感技术应用.

[2] 沈红卫.基于单片机的智能系统设计与实现[M].北京：电子工业出版社.

[3] ITU互联网报告2005：物联网.