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1WIFI无线数据采集系统设计武汉亚为电子科技有限公司2目录第一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DS18B201.4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3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4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56１．２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；7(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结构图3.1DS18B20结构框图温度低字节（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）THTL结构寄存器8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SSSSS262524低8位232221202-12-22-32-4S=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（℃）输出的二进制码对应的十六进制码+125000001111101000007D0H+8500000101010100000550H+25.062500000001100100010191H+10.125000000001010001000A2H+0.500000000000010000008H000000000000000000000H-0.51111111111111000FFF8H-10.1251111111101101110FF5EH-25.06251111111001101111FF6FH-551111110010010000FC90HDS18B20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9复制暂存器48H把暂存器的TH、TL字节写到E2RAM中重新调E2RAMB8H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CPU3.1.3DS18B20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10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。11１．４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：12≥1SBUF发送控制器接收控制器移位寄存器控制门TIRIATXDRXD去串口中断SMOD01TH1TL1÷2÷16SBUFT1溢出率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。停止位数据位8位起始位LSBMSB空闲空闲D0D71帧共10位1、方式1输出D0D1D2D3D4D5D6D7写入SBUF停止位TXDTI（中断标志）起始方式1输入D0D1D2D3D4D5D6D7停止位RXDRI（中断标志）起始位采样脉冲用软件置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13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350mA2指示灯ID名称描述1Power设备供电后亮2Ready内部Linux系统启动完成后亮3Link网络连接建立后亮4RXD本设备的串口收到数据闪烁5TXD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2RXD设备数据接收引脚3TXD设备数据发送引脚５GND信号地８RTS请求发送８CTS清除发送９VCC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。14第三章基于WiFi模块的无线传输的实现2.1WIFI模块的设置15162.2串口部分设置172.3调试：18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