基于物联网的数据采集系统设计

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3数据采集终端的硬件设计 3.1CPU芯片的选择

本系统选用宏晶科技公司的1T单片机STC12C5A32S2，该单片机在传统的8051单片机的基础上开发出来的一代高速、超强抗干扰新型单片机，指令代码完全兼容传统51单片机，具有48K程序存储器；1280个字节RAM；3个时钟输出口；2路PWM；2个串口，很容易实现单片机之间的通信，有内部AD模块，并且可拓展接口，解决的本系统I/O口不够用的问题。其原理图如图3-1所示。

1VCC2345C14610uF7891011R221210K13141516C191727PFY4181920C2011.0592MHz27PFGNDP1.0/ADC0/CLKOUT2VccU1P1.1/ADC1P0.0P1.2/ADC2/ECI/RxD2P0.1P1.3/ADC3/CPP0/TxD2P0.2P1.4/ADC4/CPP1/SSP0.3P1.5/ADC5/MOSIP0.4P1.6/ADC6/MISOP0.5P1.7/ADC7/SCLKP0.6RST/P4.7P0.7P3.0/RxD/INTEX_LVD/P4.6/RST2P3.1/TxDALE/P4.5P3.2/INT0NA/P4.4P3.3/INT1P2.7/A15P3.4/T0/INT/CLKOUT0P2.6/A14P3.5/T1/INT/CLKOUT1P2.5/A13P3.6/WRP2.4/A12P3.7/RDP2.3/A11XTAL2P2.2/A10XTAL1P2.1/A9GndP2.0/A8VCC40393837363534333231VCC30292827262524232221STC12C5A32S2

图3-1 STC12C5A32S2最小系统图

3.2液晶显示模块

为了有更好的视觉效果，显示清晰，为了有更好的视觉效果，显示清晰，我们选用KG240128A液晶显示屏，可以不单独提供背光电源,仅使用逻辑电源点亮背光。可显示内容多，从“感官上”提升视角区间。原理图如图3-2所示：

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22212019VCC181716151413121110VCC9876543VCC213.3AD采集模块

为了保证采集数据的精确性，我们采用了ADS1212U芯片作为AD转换芯片。 ADS12X具有22位分辨率，是高精度、大动态范围的???型A/D转换器。其差分输入适合直接与传感器或小电压信号相连。???结构用于保证宽动态范围和22位不失真编码。在10HZ转换速率时，用低噪的输入放大器可获得20位的有效分辨率。在10HZ转换速率时，用独特的增强模式可获得16位的有效分辨率。应用增益可编程的放大器大大增强了转换器动态范围，增益范围为1，2，4，8，16。转换器包括一个灵活的异步串行接口，该接口是SPI兼容的，其原理图如图3-3所示：

U4R5651KAI-AI+-9V1234RcV-inV+inV-RcV+VORef8765+9VAININ1234AD_/CS5+5V6789R6R520k2kKG240128VCCC20.1uFLEDKLEDAVOUTFSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0/RESTNCC/D/CE/RD/WRVOVDDVSSFGU5

图3-2 液晶显示

U5AinPAinNAGNDVbiasCSDSYNCXinXoutDGNDREFinREFoutAVddMODEDRDYSDOUTSDIOSCLKDVdd181716151413121110C361uFAGNDAGNDAD_/DRDYAD_SDOUTAD_SDIOAD_SCLK+5V+5VAGNDINA128AGNDY1C336pF2MHZC346pFAGNDADS1212U

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图3-3 AD模块原理图

另外由于ADS1212U是高精度的AD芯片，为了采集到的数据准确无误，要给AD芯片提供稳定的电源，如图3-4所示：

A12V1Vin+5V3+9V1234U1C3010uF/25VC490.1uFNCV+CAP+OSCGNDLVCAP-VOUT8765GNDC10.1uFC210uF/25VV1MC7809C310uF/25V-9VTC9622C3110uF/25VAGND 图3-4 电源电路(AD电源)

3.4DS1302时钟模块

本系统以分钟、时、日等单位进行数据实时采集并保存，每条记录中都具有时间戳，为此采用时钟芯片DS1302来计时。DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM 通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作。原理图3-5所示。可通过AM/PM 指示决定采用24或12小时格式，DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线1RES 复位2 I/O 数据线3 SCLK串行时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW。DS1302 的管脚排列及描述如表3-1所示。

C50.1uFVCCU212Y2332.768kHz4Vcc2Vcc1X1SCKX2I/OGNDCE8765SCKI/OCEBT1DS1302

图3-5 时钟电路 表3-1 DS1302引脚介绍

管脚 X1 X2 7

功能 32.768KHz 晶振管脚 南通职业大学电子信息工程学院毕业论文

GND RST I/O SCLK Vcc1,Vcc2 地 复位脚 数据输入/输出引脚 串行时钟 电源供电管脚 3.5温度模块

本系统需要对温度进行实时采集，因此我们选用DS18B20温度传感器，DS18B20是常用的温度传感器，它采用不锈钢外壳环氧树脂防水封装，可以直接将测温探头置入土壤或水中，为温室环境的全方位检测提供了便利条件，芯片内部包含半导体温度传感器、64 位 ROM、1-Wire 端口、报警寄存器、A/D 转换器等模拟通道处理电路，可与微机、MCU等直接接口，其工作温度范围是-55℃～125℃，在-10℃～85℃的测量精度为±0.5℃，分辨率为9～12位可编程，具有温度报警功能，用户可设置高低温报警极限。其原理图如图3-6所示： U4R74.7K18B20123GNDDQVDD图3-6 温度模块

DS18B20 3.6 无线通讯模块

本系统要通过物联网实现数据的采集，因此用到了无线技术，无线技术给人们带来的影响是无可争议的，本系统选用nRF905单片无线收发器， nRF905是挪威Nordic公司推出的单片射频发射器芯片，工作电压为1.9-3.6V，32引脚QFN封装（5mm×5mm），工作于433/868/915MHz3个ISM频道。nRF905可以自动完成处理字头和CRC（循环冗余码校验）的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以-10dBm的输出功率发射时电流只有11mA，在接收模式时电流为12.5mA。 nRF905单片无线收发器工作由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个 功率放大器，一个晶体震荡器和一个调节器组成。ShockBurst工作模式的特点是自动产生前导码和CRC，可以很容易通过SPI接口进行编程配置。nRF905采用Nordic公司的VLSI ShockBurst技术，ShockBurst技术使nRF905能够提供高速的数据传输，而不需要昂贵的高速MCU来进行数据处理/时钟覆盖，

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