怎样去设计一种基于无线传输的多点温度采集系统

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文中设计了一种基于无线传输的多点温度采集系统，通过温度传感器采集温度信号，使用无线传感器通讯，结合单片机来处理并通过上位机进行显示，实现了温度采集、多点测量和上位机实时检测的功能。该检测系统使用简单、方便，对于提高工业自动化水平和环境温度测量具有重大意义。

这次的课程设计分为三部分：硬件实现，软件实现，文案以及视频制作。我在这次课设中负责的是软件设计。

硬件部分介绍

• 1.控制器模块设计
  单片机控制器主要用于温度数据的采集、传输以及接收，将接收到的数据通过上位机软件在上位机上显示。对于控制器的选择采用STC8 9C52，该单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。相对于FPGA来说，它的芯片引脚少，在硬件很容易实现。并且它还具有功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点。
  2.温度采集模块设计
  本次设计采用的是Dallas公司生产的单总线数字温度传感器DS18B20，其温度测量范围为-55～+125℃。每个从机设有一个温度传感器，环境温度通过温度传感器DS18B20采集到从机单片机中进行处理。从机单独供电，这样设计稳定性好，抗干扰能力强。
  3.无线收发模块设计
  NRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2．4～2．5 GHz ISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。本设计系统把从温度传感器采集得到的数据经过无线模块NRF24L01传输到主机中。无线传输可以工作在一些高危领域，避免了有限传输的局限性，本设计能进行连续的数据传输，无线模块NRF24L01的传输精度高，性能稳定，成本低。
  4.显示模块设计
  本设计方案采用128x64LCD液晶显示器和上位机共同显示，液晶显示器功率低，驱动方法和硬件连接电路较为简单，显示屏幕大、可对汉字和字符进行显示。
  5.串口通信电路设计
  系统要把测量到的温度送到上位机上显示出来，就需要通过电脑与单片机之间的串口通信，单片机的工作电压是5 V，电脑串口的工作电压是12 V，需要通过电平转换芯片进行正常通信。
  
• 文案以及视频部分介绍 课程设计完毕之后，需要撰写报告，以及制做相应的视频。
  
• 软件部分介绍
  当上位机收到数据后，需要和电脑进行串口通信，将上位机收到的数据通过串口传给电脑，然后使用编程语言处理数据，最后须将数据以折线图的形式展示出来。
  我这里使用node.js的serialport模块对串口进行数据监听。
  
  
• var SerialPort = require("serialport");
  
• var serialPort = new SerialPort("COM3", {
  
•     baudRate: 9600,  //波特率
  
•     autoOpen:false
  
• });
  
• serialPort.open(function(error){
  
•     if(error){
  
•         console.log("打开端口COM3错误："+error);
  
•     }else{  
  
•         console.log("打开端口成功，正在监听数据中");
  
•         serialPort.on('data',function(data){
  
•             sendToClient(data)   //将数据发往客户端，客户端进行数据在折线图上的实时显示。
  
•             insertDataToMysql(data);//将数据插到mysql数据库
  
•         })
  
•     }
  
• })
  
• 
  
  
• 使用websocket进行数据的实时通信，客户端收到数据后，使用echarts的setOption,使数据实时显示在图表上。
  
• 服务端
  思路：先建立websocket连接，然后进行串口的监听，如果有数据，就利用ws.send(),将数据发往客户端。
  
  
• const wss = new WebSocket.Server({ port: 7009 });
  
• 
  
• wss.on('connection', function connection(ws, req) {
  
•      ws.on('message', function incoming(message) {
  
•       if(flag) {
  
•       serialPortopen(ws); //设置flag的原因是保证serialPortopen函数只被执行一次。
  
•         flag = false;
  
•       }
  
•     });
  
• });
  
• 
  
• function serialPortopen(ws) {
  
•     serialPort.open(function(error){
  
•         if(error){
  
•             console.log("打开端口COM3错误："+error);
  
•         }else{  
  
•             console.log("打开端口成功，正在监听数据中");
  
•             serialPort.on('data',function(data){
  
•                 let dataInfo = data.toString().trim();
  
•                 name = dataInfo.charAt('0').trim();
  
•                 let temSign = dataInfo.indexOf('T'); //T出现的下标
  
•                 let cSign = dataInfo.indexOf('C'); //第一个C符号出现的下标
  
•                 let lastColon =  dataInfo.lastIndexOf(":");//最后一个冒号出现的下标
  
•                 tem = dataInfo.substring(temSign+2,cSign+1).trim();
  
•                 hum = dataInfo.substring(lastColon+1).trim();
  
•                 console.log(name, tem, hum);
  
•                 sendToClient(ws)
  
•                 insertDataToMysql(name, tem, hum);
  
•             })
  
•         }
  
•     })
  
• }
  
• 
  
• var sendToClient = function(ws) {
  
•   let d = new Date();
  
•   time = d.getFullYear() + "-" +(d.getMonth()+1) + "-"
  
•               + d.getDate() + " " + d.getHours() + ":" + d.getMinutes() + ":" + d.getSeconds();
  
•   let obj = {
  
•     name: name,
  
•     tem: tem,
  
•     hum: hum,
  
•     time:time
  
•   }
  
• 
  
•   ws.send(JSON.stringify(obj));
  
• }
  
•