溫濕度自記儀中無線通信系統(tǒng)的設(shè)計
0引言
針對室內(nèi)環(huán)境溫濕度的監(jiān)測問題，本文利用單片機(jī)和無線通信短距離無線通信技術(shù)設(shè)計了一款溫濕度無線測量系統(tǒng)。溫濕度自記儀的系統(tǒng)由接收數(shù)據(jù)的上位機(jī)無線筆記本和以MC9S12xs128為核心的下位機(jī)控制顯示模塊組成，上位機(jī)模塊和下位機(jī)模塊間通過無線通信無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。上位機(jī)主要通過Java語言編程，實現(xiàn)對無線通信網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)的實時監(jiān)聽、顯示并存儲；下位機(jī)主要以單片機(jī)為核心實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集、校正、顯示以及上傳處理后的數(shù)據(jù)。其中單片機(jī)主要負(fù)責(zé)完成溫濕度采集、LCD顯示以及SCI傳輸數(shù)據(jù)等功能。
1溫濕度自記儀中無線通信系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成
1.1溫濕度記錄儀的系統(tǒng)構(gòu)成和系統(tǒng)框圖
本系統(tǒng)由AM2301、MC9S12xs128單片機(jī)、USR 無線通信 MODII無線通信模塊及無線筆記本組成。其中AM2301在本系統(tǒng)中負(fù)責(zé)感知環(huán)境的變化并將檢測的信號通過SDA信號線傳送給MCU。MC9S12xs128mal為本設(shè)計系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)接收前端傳感器采集的信號、將校準(zhǔn)后正確的溫濕度數(shù)值在LCD上顯示并將該數(shù)據(jù)通過無線通信 MODII無線模塊發(fā)送到上位機(jī)。無線通信 MODII為RS-232轉(zhuǎn)無線通信模塊，該無線模塊可將數(shù)據(jù)通過無線通信向外發(fā)送。無線筆記本為上位機(jī)接收端，利用Java編程接收無線通信傳輸來的數(shù)據(jù)并將其顯示及存入文件。系統(tǒng)框圖如圖1所示。
1.2溫濕度記錄儀的系統(tǒng)硬件設(shè)計
1.2.1傳感器模塊
本文采用AM2301單總線數(shù)字溫濕度傳感器，該傳感器是一款含有校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，具有傳輸距離遠(yuǎn)、全部自動化校準(zhǔn)、數(shù)字單總線輸出等優(yōu)點。AM2301傳感器讀單總線的流程圖如圖2所示。
1.2.2MCU模塊
Free scale公司的MC9S12xs128mal的16位單片機(jī)為測量系統(tǒng)的核心控制器，該控制器實現(xiàn)傳感器的初始化，以及后續(xù)的數(shù)據(jù)采集、處理和發(fā)送。MC9S12xs128有112個引腳，采用LQFP封裝方式，內(nèi)部總線時鐘頻率最高可達(dá)40MHz。
1.2.3無線通信無線模塊
無線發(fā)送模塊采用的是USR 無線通信 MODII，該模塊是一款可將串口數(shù)據(jù)和無線通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)脑O(shè)備。該無線模塊符合IEEE802.11b/g標(biāo)準(zhǔn)，支持Ad-hoc模式和基礎(chǔ)模式。RS-232波特率范圍9600～115200band，可設(shè)數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位。
2溫濕度自記儀中無線通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計
2.1溫濕度記錄儀的整體設(shè)計流程
軟件設(shè)計包括上位機(jī)和下位機(jī)程序設(shè)計兩部分。上位機(jī)程序是在eclipse環(huán)境下采用Java語言編程，通過調(diào)用Socket套接字監(jiān)聽、接收數(shù)據(jù)。下位機(jī)程序在CodeWarrior環(huán)境中編譯，通過C語言對單片機(jī)的編程實現(xiàn)了對I/O口接收數(shù)據(jù)的相關(guān)處理�？傮w軟件流程圖如圖3所示。
2.2數(shù)據(jù)采集和校正
該功能通過對MC9S12xs128mal的C語言編程實現(xiàn)，主要包括AM2301的初始化、讀取AM2301數(shù)據(jù)、校正數(shù)據(jù)。具體過程為：PJ1端口向AM2301的SDA寫入初始化指令，等待讀取SDA傳來的40位數(shù)據(jù)，通過校正位判斷讀取的溫濕度值是否正確。其中校正溫濕度數(shù)值代碼如下：
2.3數(shù)據(jù)的顯示和發(fā)送
該功能由MC9S12xs128、LCD12864以及無線通信無線通信模塊實現(xiàn)，包括在LCD12864上顯示和向無線模塊發(fā)送溫濕度數(shù)據(jù)。具體過程為：MCU將正確的數(shù)據(jù)通過IIC串口操作模式寫到LCD12864漢顯液晶模塊上；采用查詢發(fā)送方式通過調(diào)用SCI發(fā)送函數(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)到串口端口；通過和RS-232相連的無線通信無線模塊將數(shù)據(jù)通過無線通信發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。其中串口發(fā)送函數(shù)代碼如下：
2.4數(shù)據(jù)的接收和保存
該功能由Java編程實現(xiàn)，包括調(diào)用Socket建立網(wǎng)絡(luò)連接和接收顯示并存儲數(shù)據(jù)。具體過程為：調(diào)用Buffered Input Stream將接收到的數(shù)據(jù)顯示在控制臺，通過調(diào)用File Output Stream將溫濕度數(shù)據(jù)寫到txt文件中保存。其中調(diào)用Socket建立網(wǎng)絡(luò)連接代碼如下：
3溫濕度自記儀中無線通信系統(tǒng)的實驗調(diào)試
按照圖1所示搭建硬件電路，將數(shù)據(jù)采集和傳輸程序燒錄到單片機(jī)。上位機(jī)采用Java語言在eclipse環(huán)境中編程接收無線通信傳輸過來的溫濕度數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)在eclipse控制臺實時顯示，如圖4所示。并將接收到的數(shù)據(jù)自動寫入txt文檔中保存，以便后續(xù)數(shù)據(jù)處理。實驗表明：通過下位機(jī)的數(shù)據(jù)處理和發(fā)送及上位機(jī)對Java Socket的調(diào)用實現(xiàn)了無線通信的無線通信，并能保證數(shù)據(jù)實時、準(zhǔn)確傳輸。
4結(jié)束語
本文采用無線通信技術(shù)將室內(nèi)溫濕度自記儀測量結(jié)果傳輸?shù)焦P記本終端，實現(xiàn)了短距離無線傳輸和接收。本系統(tǒng)在實際應(yīng)用中取得了良好的效果，解決了室內(nèi)布線繁亂的問題，實現(xiàn)了無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交換。開發(fā)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速度快、可靠性高。在以后的研究工作中，將對系統(tǒng)的低功耗設(shè)計做進(jìn)一步研究。
