基于YAV WIFI模块无线数据采集系统资料.docx
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基于YAVWIFI模块无线数据采集系统资料
WIFI无线数据采集系统设计
武汉亚为电子科技有限公司
目录
第1章阶段任务
第二章基于WIFI模块的无线数据传输的原理
1.1时钟模块
1.2最小单片机系统的原理
1.3温度传感器DS18B20
1.4串口
1.5WIFI模块
第三章基于WIFI模块的无线数据传输的实现
2.1WIFI模块设置
2.2串口部分设置
2.3调试与运行过程
第四章程序与框图
第五章小结
第一章阶段任务:
第一阶段
(1天)1、了解课程所给的WIFI模块,并详细研读其说明书
2、复习单片机知识
(2天)1、了解温湿度传感器模块,并设计其硬件模块
2、了解lcd1602显示模块,并设计其硬件模块
(2天)1、设计整合电路:
5v转3.3v电路
2、串口通讯电路
第二阶段
(4天)1、链接并完成整体电路图的设计,并检查
2、焊接电路并调试。
第三阶段
(3天)1、根据设计的硬件模块设计程序
(1):
温湿度传感器模块
(2):
串口通讯模块
(3):
WIFI传输与接收模块
(4):
显示电路模块
(3天)2、将设计好的模块程序烧录到单片机内,调试
第四阶段:
2天
(2天)写报告
第二章基于WIFI模块的无线数据传输的原理
1.1时钟DS1302模块:
电路原理图:
DS1302与单片机的连接也仅需要3条线:
CE引脚、SCLK串行时钟引脚、I/O串行数据引脚,Vcc2为备用电源,外接32.768kHz晶振,为芯片提供计时脉冲。
读写时序说明:
DS1302是SPI总线驱动方式。
它不仅要向寄存器写入控制字,还需要读取相应寄存器的数据。
控制字总是从最低位开始输出。
在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时,数据被写入DS1302,数据输入从最低位(
0位)开始。
同样,在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿,读出DS1302的数据,读出的数据也是从最低位到最高位。
数据读写时序如图
1.2单片机最小系统的原理:
说明
复位电路:
由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.
晶振电路:
典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作)
单片机:
一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机
特别注意:
对于31脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行.
1.3温度传感器DS18B20的原理(连接到单片机最小系统,并将温度发送给WIFI模块):
3.1.1DS18B20性能特点
(1)独特的单线接口方式,只需一个接口引脚即可通信;
(2)每一个DS18B20都有一个唯一的64位ROM序列码;
(3)在使用中不需要任何外围元件;
(4)可用数据线供电,电压范围:
+3.0V-+5.5V;
(5)测温范围:
-55℃-+125℃,在-10℃-+85℃范围内精度为+0.5℃,分辨率为0.0625℃;
(6)通过编程可实现9-12位的数字读数方式。
温度转换成12位数字信号所需时间最长为750ms,而在9位分辩模式工作时仅需93.75ms;
(7)用户可自设定非易失性的报警上下限值;
(8)告警搜索命令可识别和定位那些超过报警限值的DS18B20;
(9)多个DS18B20可以并联在惟一的三线上,实现多点测温;
(10)电源极性接反时,DS18B20不会因发热而烧毁,但不能正常工作;
3.1.2DS18B20内部存储器及温度数据格式
对于DS18B20内部存储器结构(如图3.1),它包括一个暂存RAM和一个非易失性电可擦除EERAM,后者存放报警上下限TH、TL。
当改变TH、TL中的值时,数据首先被写进暂存器的第二、三字节中,主机可再读出其中内容进行验证。
如果正确,当主机发送复制暂存器命令,暂存器的第二、三字节将被复制到TH、TL中,这样处理有利于确保该数据在单总线上传输的完整性[7]。
暂存器结构EERAM结构
温度低字节(BYTE0)
温度高字节(BYTE1)
上限报警温度TH(BYTE2)
下限报警温度TL(BYTE3)
结构寄存器(BYTE4)
保留(BYTE5)
保留(BYTE6)
保留(BYTE7)
CRC(BYTE8)
图3.1DS18B20结构框图
暂存存储器作用是在单线通信时确保数据的完整性,它由8字节组成,头两个字节表示测得的温度读数。
以12位转化为例说明温度高低字节存放形式(温度的存储形式如表3.1)及计算:
12位转化后得到的12位数据,存储在18B20的两个高低8位的RAM中,二进制中的前面5位是符号位。
如果测得的温度大于0,这5位为0,只要将测到的数值乘于0.0625即可得到实际温度;如果温度小于0,这5位为1,测到的数值需要取反加1,再乘于0.0625才能得到实际温度[8]。
表3.1温度的存储形式
高8位
S
S
S
S
S
26
25
24
低8位
23
22
21
20
2-1
2-2
2-3
2-4
S=1时表示温度为负,S=0时表示温度为正,其余低位以二进制补码形式表示,最低位为1时表示0.0625℃。
温度/数字对应关系如表3.2所示。
表3.2DS18B20温度/数字对应关系表
温度(¡æ)
输出的二进制码
对应的十六进制码
+125
0000011111010000
07D0H
+85
0000010101010000
0550H
+25.0625
0000000110010001
0191H
+10.125
0000000010100010
00A2H
+0.5
0000000000001000
0008H
0
0000000000000000
0000H
-0.5
1111111111111000
FFF8H
-10.125
1111111101101110
FF5EH
-25.0625
1111111001101111
FF6FH
-55
1111110010010000
FC90H
DS18B20有六条控制命令,如表3.3所示:
表3.3控制命令
指 令
约定代码
操 作 说 明
温度转换
44H
启动DS18B20进行温度转换
读暂存器
BEH
读暂存器9个字节内容
写暂存器
4EH
将数据写入暂存器的TH、TL字节
复制暂存器
48H
把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中
重新调E2RAM
B8H
把E2RAM中的TH、TL字节写到暂存器TH、TL字节
读电源供电方式
B4H
启动DS18B20发送电源供电方式的信号给主CPU
3.1.3DS18B20操作命令及时序特性
DS18B20对读写的数据位有着严格的时序要求,它是在一根I/O线上读写数据的。
同时,DS18B20为了保证各位数据传输的正确性和完整性,它有着严格的通信协议。
DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议,如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程,根据DS18B20的通讯协议,须经三个步骤:
每一次读写之前都要对DS18B20进行复位,复位成功后发送一条ROM指令,最后发送RAM指令,这样才能对DS18B20进行预定的操作。
该协议定义了几种信号的时序:
初始化时序、读时序、写时序。
所有时序都是将主机作为主设备,单总线器件作为从设备。
而每一次命令和数据的传输都是从主机主动启动写时序开始的,如果要单总线器件送回数据,在进行写命令后,主机需启动读时序完成数据的接收。
另外,数据和命令的传输都是低位在先[9]。
(1)DS18B20的复位时序
主机控制DS18B20完成任何操作之前必须先初始化,即主机发一复位脉冲(最短为480µs的低电平),接着主机释放总线进入接收状态,DS18B20在检测到I/0引脚上的上升沿之后,等待15~60µs,然后发出存在脉冲(60~240)µs的低电平。
如图3.2所示。
(2)DS18B20的读时序
DS18B20的读时序分为读0时序和读1时序两个过程。
DS18B20的读时序是从主机把单总线拉低后,在15秒之内就得释放单总线,从而让DS18B20把数据传输到单总线上。
DS18B20完成一个读时序的过程,至少需要60µs。
如图3.3所示。
图3.2DS18B20的复位时序
图3.3DS18B20的读时序
(3)DS18B20的写时序
DS18B20的写时序同读时序一样,仍然分为写0时序和写1时序两个过程。
DS18B20写0时序和写1时序的要求不同,当要写0时序时,单总线要被拉低至少60µs,保证DS18B20能够在15µs到45µs之间能正确地采样I/O总线上的“0”电平,当要写1时序时,单总线被拉低之后,在15µs之内就得释放单总线。
如图3.4所示。
图3.4DS18B20的写时序
由DS18B20的通讯协议得知,主机控制DS18B20完成温度转换的过程必须经过三个步骤:
每一次读写之前都要对DS18B20进行复位,复位成功后发送一条ROM指令,最后发送RAM指令,从而对DS18B20进行预定的操作。
复位要求主CPU将数据线下拉500µs,然后释放,DS18B20收到信号后等待16~60µs左右,然后发出60~240µs的存在低脉冲,主CPU收到此信号表示复位成功。
1.4串口部分(让WIFI与电脑,单片机进行通讯)
串口原理图:
80C51串行口的结构图:
80C51串行口的工作方式:
方式1
方式1是10位数据的异步通信口。
TXD为数据发送引脚,RXD为数据接收引脚,传送一帧数据的格式如图所示。
其中1位起始位,8位数据位,1位停止位。
1、方式1输出
方式1输入
用软件置REN为1时,接收器以所选择波特率的16倍速率采样RXD引脚电平,检测到RXD引脚输入电平发生负跳变时,则说明起始位有效,将其移入输入移位寄存器,并开始接收这一帧信息的其余位。
接收过程中,数据从输入移位寄存器右边移入,起始位移至输入移位寄存器最左边时,控制电路进行最后一次移位。
当RI=0,且SM2=0(或接收到的停止位为1)时,将接收到的9位数据的前8位数据装入接收SBUF,第9位(停止位)进入RB8,并置RI=1,向CPU请求中断
始位1位,数据9位(含1位附加的第9位,发送时为SCON中的TB8,接收时为RB8),停止位1位,一帧数据为11位。
方式2的波特率固定为晶振频率的1/64或1/32,方式3的波特率由定时器T1的溢出率决定。
1.5WIFI模块:
使用接口:
1电源接口
系统采用标准电源插座,外径5.5mm内径2.1mm的标准尺寸,内正外负,输入电压范围5~48V,电流350mA
2指示灯
ID
名称
描述
1
Power
设备供电后亮
2
Ready
内部Linux系统启动完成后亮
3
Link
网络连接建立后亮
4
RXD
本设备的串口收到数据闪烁
5
TXD
本设备通过串口向外发送数据时闪烁
2.3RS232接口
设备的串口为公口(针),RS232电平(可以直接连电脑串口的电平),引脚顺序与计算机的COM口保持一致,与电脑连接时需要用交叉线(2-3交叉,7-8交叉,5-5直连,7-8可以不接但是一定不能直连电脑,否则可能导致工作不正常),一共有6根线有定义,其余悬空。
序号
名称
描述
2
RXD
设备数据接收引脚
3
TXD
设备数据发送引脚
5
GND
信号地
8
RTS
请求发送
8
CTS
清除发送
9
VCC
默认未使用,PCB上有个焊盘跳线,需要时可以将它与设备的电源输入正极连接,用于给串口传感器供电或者外部通过串口线给设备供电。
第三章基于WiFi模块的无线传输的实现
2.1WIFI模块的设置
2.2串口部分设置
2.3调试:
运行过程:
单片机首先运行,然后对DS18B20和DS1302,LCD1602进行初始化,接着对DS18B20和DS1302进行写设置,读取温度和时间,单片机处理数据,将其在LCD1602上显示,单片机进行串口初始化并通过串口程序将温度和时间准备好,等到串口接收到相应的信号,在发送数据。
在程序内检测温度,若温度超过设定的值(值可通过终端修改),将发出报警信号。
蜂鸣器报警,待温度下降后(可通过终端打开降温系统),蜂鸣器关闭。
第五章程序与框图
程序:
#include
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitDQ=P2^0;
sbitlcden=P3^4;
sbitlcdrs=P3^5;
sbitdula=P2^6;
sbitwela=P2^7;
//sbitled=P1^0;
sbitsclk=P1^4;//时钟信号线
sbitio=P1^5;//信号线
sbitce=P1^6;//片选,也是RST
sbitbuzz=P2^3;
sbitledle=P2^5;
unsignedinttemp,temp1,temp2,temper,xs,flag,a,s,cc;
unsignedcharj;
ucharcodeday[]="1234567";
ucharshi,fen,miao,nian,yue,ri;
ucharcdflag;
ucharcodenumber[]="0123456789";
sbitACC0=ACC^0;//定义寄存器ACC的零位
sbitACC7=ACC^7;
voiddelay1(unsignedintm)
{
unsignedinti,j;
for(i=m;i>0;i--)
for(j=110;j>0;j--);
}
voiddelay(unsignedintm)
{
while(m--);
}
/************************DS18B20程序**********************************************/
voidInit_DS18B20()
{
unsignedcharx=0;
DQ=1;
delay(8);
DQ=0;
delay(80);
DQ=1;
delay(4);
x=DQ;
delay(20);
}
ucharReadOneChar()
{
unsignedchari=0;
unsignedchardat=0;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=0;
dat>>=1;
DQ=1;
if(DQ)
dat|=0x80;
delay(4);
}
return(dat);
}
voidWriteOneChar(unsignedchardat)
{
unsignedchari=0;
for(i=8;i>0;i--)
{
DQ=0;
DQ=dat&0x01;
delay(5);
DQ=1;
dat>>=1;
}
}
voidduwendu()
{
unsignedchara=0;
unsignedcharb=0;
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xcc);
WriteOneChar(0x44);
delay(5);
Init_DS18B20();
WriteOneChar(0xcc);
WriteOneChar(0xbe);
delay(5);
a=ReadOneChar();
b=ReadOneChar();
temp1=(b<<4)&0x7f;//去除高四位,即正负位
temp1+=(a&0xf0)>>4;//个位
temp2=a&0x0f;//小数
temp=((b*256+a)>>4);//整数
xs=temp2*0.0625*10;
temper=temp+xs;
}
/****************************************lcd程序******************************************************************/
voidwrite_com(ucharcom)
{
lcdrs=0;
P0=com;
delay(5);
lcden=1;
delay(5);
lcden=0;
}
voidwrite_data(uchardate)
{
lcdrs=1;
P0=date;
delay(5);
lcden=1;
delay(5);
lcden=0;
}
/********************************************************************串口初始化*********************************/
voidckinit()
{
TMOD=0x20;//设置定时器1为工作方式2
TH1=0xfa;
TL1=0xfa;
TR1=1;
REN=1;//允许串行接收
SM0=0;
SM1=1;//工作方式1
//SCON=0x50;
PCON=0x80;//波特率加倍
EA=1;
ES=1;
}
/******************************************************************************************************
LCD1602初始化*****************************************************************************/
voidlcdinit()
{
dula=0;
wela=0;
ledle=0;
lcden=0;
write_com(0x38);
write_com(0x0e);
write_com(0x06);
write_com(0x01);
write_com(0x80+0x10);
}
/***************************************
*************温度显示
*********************************/
voiddisplay()
{
write_com(0x80+0x40);
//write_data(number[temper/100]);
write_data(number[temp/10]);
write_data(number[temp%10]);
write_data('.');
write_data(number[xs%10]);
write_data('C');
}
voidfas(unsignedchardat)
{
ES=0;//串口中断允许位
SBUF=dat;
while(!
TI);
TI=0;
ES=1;
}
/********************************************************************
发送字符串函数*********************************/
voidfss(unsignedchar*str)
{
ucharb,i;
b=strlen(str);
for(i=0;i
{
fas(*str);
str++;
}
}
/********************************************************************DS1302写字节程序*********************************/
voidwrite_ds1302_byte(ucharadd)//DS1302写一个字节数据
{
uchari;
ACC=add;
for(i=8;i>0;i--)
{
io=ACC0;//就是把最低位的数据传输给IO
sclk=1;//时钟拉高读走数据
sclk=0;//时钟拉低允许数据变化
ACC=ACC>>1;//把ACC右移一位,然后又把最低的一位传送过去
}
}
/********************************************************************DS1302读字节*********************************/
ucharread_ds1302_byte()//读DS1302一个字节
{
uchari;
for(i=8;i>0;i--)
{
ACC=ACC>>1;//特别说明,读回来的数据是从最低位到最高位。
ACC7=io;//把读回来的数据存到ACC寄存器的最高位,然后在移到最低位
sclk=1;
sclk=0;
}
returnACC;
}
/********************************************************************DS1302写地址数据*********************************/
voidwrite_ds1302(ucharadd,uchardat)//写任意地址,任意数据
{
ce=0;//根据时序图编写
sclk=0;
ce=1;//片选打开
write_ds1302_byte(add);
write_ds1302_byte(dat)
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