温度采集系统的硬件设计与仿真实现

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。

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。

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。