温湿度数据采集终端设计
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摘要：文章以温湿度为例，设计了一种数据采集终端。采集终端以嵌入式的STM32微处理器为核心，配以数据采集、显示、通信等电路进行设计，使用温湿度传感器AM2320来检测温湿度，网络接口使用的是ENC28j60芯片。结果表明，采集终端可以准确的对温湿度数据进行采集，并能将温湿度通过通信接口发送到pc上，可实现远程通信。
关键词：温湿度 微处理器 物联网
中图分类号：TM412 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）02-0000-00
物联网技术已成为当前世界新一轮经济和科技发展的战略制高点之一[1]。物联网对数据采集、处理、监控等有着很大的要求[2]。本文在深入研究ARM芯片STM32、uIP协议栈等基础上进行了综合的设计，完成数据采集终端的设计。
1 终端总体设计
根据数据采集终端的功能要求，终端的主要工作是完成对温湿度的采集、显示、处理等操作，之后再将数据按照一定的格式通过通信接口传输，所以它具备有温湿度采集、显示、报警和通信等功能。采集终端共由5大部分构成，分别是：传感器数据采集模块、STM32微处理器、显示及报警模块、、通信接口以及电源模块。
2 数据采集终端模块及实现
2.1 数据采集终端各组成模块及其功能
下面对各相关模块进行简要说明。
（1）STM32微处理器。在综合考虑采集终端工作的稳定性以及对多种微处理器芯片进行对比之后，决定选用意法半导体公司推出的基于ARM32设计的32位嵌入式微处理STM32F103RCT6。该芯片有着强大的计算能力以及丰富的片内外设和可以进行灵活配置的接口[3]。该芯片上集成有FLASH和SRAM，还有ADC模数转换器。最主要的是该芯片有着JATG调试端口，可以很方便的完成程序的下载与在线调试。通过STM32芯片来对采集终端各个模块进行控制，最终实现采集、显示、传输等功能。
（2）温湿度传感器模块。本文选用的是AM2320数字温湿度传感器，它是一款数字信号输出的复合型传感器，并且输出温湿度数据已经补偿与校准，所以在使用中不需要再对其进行补偿校准。它有两种通信方式：单总线方式和I2C通信方式，本文使用单总线通信方式。其温度测量范围-40℃～+80℃，温度测量精度为±0.5℃；湿度测量范围0～99.9%，湿度测量精度为±3.0%。完全符合测量要求。
（3）LCD显示及报警模块。LCD显示可以实现现场对于温湿度的查看。检测终端使用的3.2寸的LCD屏用来实时显示温湿度的值。利用STM32的GPIO中的16个端口与LCD屏的数据线及地址线相连接，其余控制引脚可以通过GPIO来进行连接。LCD屏的驱动芯片为ILI9341，通过对STM32的相关编程可以实现温湿度数据的显示。
（4）通信模块。为了适应物联网的发展以及监测系统的整体设计，采集终端必须具备有通信接口电路。本文设计了网络接口。网络接口使用的是ENC28J60芯片，是为了实现采集终端与PC服务器之间实现网络通信，实现在线管理。
2.2主要模块的实现
各模块的功能不同，但具体实现都是通过对STM32进行编程来实现的。这里主要对温湿度数据的采集以及通信进行介绍。
（1）温湿度数据采集。STM32芯片具有多个GPIO口，传感器AM2320芯片使用的是单总线通信模式，所以在硬件上将AM2320的单总线接到STM32的一个引脚PA0上，通过对PA0口进行设定以及相关编程即可实现温湿度的采集。
对于AM2320单总线通信的编程必须严格按照其时序进行控制，才能顺利读取到温湿度数据。编程时先对GPIO初始化，再检测传感器状态，再读取温湿度值，最后就完成了温湿度测量。
（2）网络通信接口。系统使用的网络控制芯片ENC28J60，它符合IEEE802.3协议规范并且可以被任何具有SPI接口的单片机使用来实现网络通信。主控芯片STM32通过SPI接口与其进行连接。
此外，进行对uIP协议栈移植。 uIP协议栈是专门为嵌入式处理芯片设计开发的网络通信协议，仅保留网络通信过程中必需的协议如ICMP、TCP和IP协议，将UDP协议和ARP协议当作备选的功能。这些特点使得该uIP协议栈很容易移植到STM32上，实现网络TCP/IP通信[5]。
（3）自定义数据传输格式。采集终端采集到数据之后需要通信接口传输，数据是按照一定的格式来进行通信的。考虑到数据传输的安全等因素，系统使用自定义的数据格式来对所传输数据进行约定。
共定义了6个字节的数据，包括一个字节的起始帧头、四个字节温湿度值、一个字节校验位。这样就能够保证我们所传输的数据的完整性与安全性。
3测量结果
在室内启动采集终端对室内温湿度进行实时检测，可以完成对温湿度数据的采集。通过查看温湿度采集终端，在开空调的室内温度显示25.6℃，湿度37%，LCD液晶屏显示正常，LED指示灯工作正常，整个采集终端稳定工作。
4结语
本文以对温湿度数据采集为例，设计了数据采集终端。系统硬件部分以STM32微处理器芯片为核心进行设计，软件部分对各模块进行编程设计。测试表明，检测终端能够稳定地对室内温湿度数据进行采集，可通过LCD屏实时查看温湿度数据。
参考文献
[1]王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报，2009，23（12）：1-7.
[2]朱俊光，高健，田俊，等.基于物联网技术的远程温湿度监测系统[J].实验技术与管理，2014，31（11）：94-97.
[3]邱建东，李虎成，张帅.基于STM32和嵌入式Web服务的智能温湿度监测系统[J].宁夏大学学报（自然科学版），2015，36（1）：40-43.
[4]杨卫东，邓冠群，张国平，等.基于STM32单片机的库房安全远程控制系统[J].电子测量技术，2015，38（8）.
[5]周绍文.一种基于uIP协议栈的多应用层协议支持方案的设计[J].电力系统保护与控制，2010，38.
收稿日期：2015-12-03
作者简介：乔九印（1990―），男，汉，山西临汾人，硕士研究生，研究方向：检测与智能传感技术；荣云翔（1991―），男，汉，安徽阜阳人，硕士研究生，研究方向：智能传感器网路技术研究；肖飞（1990―），男，汉，湖南衡阳人，硕士研究生，研究方向：嵌入式系统开发。
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