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基于8051单片机的温湿度采集系统设计

我快闭嘴 2022-09-19 1930

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描述

又是一周过去。不知这一周大家过得怎么样？是否开心，是否有所收获。

秋天，是一个收获的季节。这一切都是建立在春耕夏播的基础之上。

以上是序。

通过前面的学习，我们学会了如何用串口发送数据和接收固定字节的命令。 今天，我们继续讨论串口应用协议，主要焦点还是在如何有效地使用串口发送数据。为了简化描述，假设我们基于8051单片机开发一个温湿度采集系统，周期将温度和湿度数据上报到上位机。温度和湿度定义如下：

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float temperature = 25.0; //温度float humidity = 70.0; //湿度

 

我们至少可以设计出以下两种不同的串口应用协议：

1.固定大小的消息：先发送float类型的温度，再发送float类型的湿度。每次传输8个字节。

温度（4字节）

湿度（4字节）

代码实现：

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// 固定消息发送温度和湿度函数void send_temperature_and_humidity(float temperature, float humidity){    uart_sendFloat(temperature); //发送温度    uart_sendFloat(humidity); //发送湿度}

 

  1. 字符串消息，先发送温度的字符串，再发送湿度的字符串，两者之间有明显的分隔符（例如空格、分号或冒号），结尾一般以“ ”结束。

"25.0, 70.0 "
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//以字符串消息发送温度和湿度函数void send_temperature_and_humidity_string(float temperature, float humidity){    printf("%f,%f
", tempeature, humidity); //以字符串消息发送温度、湿度}

以上两种应用协议中，哪一种最好呢？

  • 从消息长度来看，固定消息大小都是8个字节，而字符串消息则超过8个字节且长度不定（请思考为什么？）

  • 从可读性来看，在ASCII接收模式下，字符串消息可读性高（人可直接读），固定消息“不可读”。

  • 从效率和保密性（假设有这一条吧），固定消息胜出，因为它发送的是原始二进制数据，占用字节最少。

为了传输更多的数据和实现更复杂的功能，我们通常在固定消息的基础上引入更多的辅助数据。例如，增加校验位保证数据传输无误，增加地址字节以区分不同设备等。但对于有些上位机（LabVIEW）来说，它对字符串数据的解释可以一步到位，无需按图索骥。

AT命令常用于控制WiFi模块、SMS模块等，就是以字符串消息实现的。

练手项目：假设有一个多点温度采集系统，架构如下图所示。

温湿度采集系统

其中，N值取决于具体的系统要求。试基于固定长度消息设计串口应用协议，实现多点数据的上报。

太简单了，一次传完N点温度，如下：

1#温度

2#温度

......

N#温度

顺序读取1#~N#的温度，先放到缓冲里，一次调用串口发送函数将N点数据发送出去。收工！

N很小时，没有毛病。假设N=128，则要求温度缓存数组长度至少为128个，一个温度数值占4字节（float），要128*4 = 512B，这超出了可用内存。如果不同的项目，N点都不一样，那么上位机的程序必须根据N点修改串口接收程序。累死。

怎么办？我们可以每读一个DS18B20，就将温度发送到串口。重复N次就完成一次温度采集与上报。

为了区分是哪个DS18B20，我们增加一个字节数据表示设备号（1~N）。所以，串口上报协议变为：

设备号（1字节， unsigned char）

温度（4字节，float）

N最大为255。这么做的好处一个是简化了程序，也便于上位机接收和处理数据。

关键代码：

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unsigned char ds18b20_no= 1;//读取温度并发送到串口float temperature;temperature = ds18b20_readTermperature(ds18b20_no); //读取温度uart_sendUchar(ds18b20_no); //发送设备号uart_sendFloat(temperature); //发送温度

 

ds18b20_readTermperature()函数是读取温度函数，本例中我们先使用模拟的（而不是真正去读一个DS18B20)。实现如下：

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//读取DS18B20温度(模拟）float ds18b20_readTemperature(unsigned char no){    static unsigned char tick = 0; //为了模拟得到一个变化的温度引入的变量    float temperature;    tick++;    temperature = no + tick*0.1;    return temperature;}

我们引入模块化编程的思想，把发送功能封装到一个函数里。函数是模块化开发的必经之路。函数的引入增强了代码的可读性和复用性，也便于修改和维护程序。经过不断积累，函数库的引入可以使开发事半功倍。例如前面我们把串口封装到uart.h和uart.c，就是模块化思想的淋漓尽致的体现。使用串口，则直接添加uart.h和uart.c到工程，然后在主程序包含uart.h，直接调用定义好的串口函数就可以访问串口。

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//发送温度函数，设备号（1B）温度（4B）   void sendTemperature(unsigned char no, float temperature){   uart_sendUchar(no);   uart_sendFloat(temperature);}

我们使用  C51编程入门（二十二）串口编程入门--串口应用协议（一） 的proteus仿真电路，使用LabVIEW开发上位机来接收多点温度数据并显示。

温湿度采集系统

仿真电路（没有接DS18B20,，温度模拟产生)

 LabVIEW上位机能够正确接收并解码数据。LabVIEW的程序框图如下：

温湿度采集系统

 

结束语

附上本次串口源码,如下。如果你觉得本篇文章有所帮助，请点赞，请打赏。 您的支持是对我们的最大鼓励。如果需要仿真电路和串口工程源码以及LabVIEW上位机源码，请在后台留言。

下一篇文章我们将完善仿真电路，增加DS18B20元件及驱动程序，并完善LabVIEW上位机（增加温度保存功能）。如果有可能，后面会开发LabVIEW串口程序的相关教程，并提供LabVIEW源码。

完整的代码：（uart.h和uart.c略，前一篇文章已经给出）

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//uart_firstdemo.c#include "uart.h"//#include"reg51.h"sbit beeper_en = P2^0;sbit key_s1 = P1^0;char msg[] = "Welcome back.
";unsigned char uart_rx_buffer[2];unsigned int count = 0;//函数定义void delayMS(unsigned int nms);void keyScan(); //按键扫描float ds18b20_readTemperature(unsigned char no);    //读取DS18B20温度void sendTemperature(unsigned char no, float temperature); //发送温度函数void main(){    unsigned char ds18b20_no = 1; //设备号    unsigned char ds18b20_N = 3; //ds18b20总数    float temperature; //温度    uart_init();    while(1)    {        temperature = ds18b20_readTemperature(ds18b20_no); //读温度        sendTemperature(ds18b20_no, temperature); //发送温度        ds18b20_no++;        if(ds18b20_no > ds18b20_N)//已经读完所有点的温度            {                ds18b20_no = 1;                delayMS(1000); //等待1s左右，再开始下一次采集              }                       }}void keyScan(){    float temperature;    if(key_s1 == 0)    {        delayMS(10); //消抖        if(key_s1 == 0)    //按键按下，读取并上报1#地点的温度        {            temperature = ds18b20_readTemperature(1); //读温度            sendTemperature(1, temperature); //发送温度            
        }    }}//延时函数void delayMS(unsigned int nms){    unsigned int i,j;    for(i=0;i        for(j=0;j<130;j++);}//读取DS18B20温度(模拟）float ds18b20_readTemperature(unsigned char no){    static unsigned char tick = 0;    float temperature;    tick++;    temperature = no + tick*0.1;    return temperature;}//发送温度函数    void sendTemperature(unsigned char no, float temperature){   uart_sendUchar(no);   uart_sendFloat(temperature);}

 

 


 

　　审核编辑：汤梓红
 

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