基于8051單片機的溫濕度采集系統(tǒng)設(shè)計

又是一周過去。不知這一周大家過得怎么樣？是否開心，是否有所收獲。

秋天，是一個收獲的季節(jié)。這一切都是建立在春耕夏播的基礎(chǔ)之上。

以上是序。

通過前面的學(xué)習(xí)，我們學(xué)會了如何用串口發(fā)送數(shù)據(jù)和接收固定字節(jié)的命令。今天，我們繼續(xù)討論串口應(yīng)用協(xié)議，主要焦點還是在如何有效地使用串口發(fā)送數(shù)據(jù)。為了簡化描述，假設(shè)我們基于8051單片機開發(fā)一個溫濕度采集系統(tǒng)，周期將溫度和濕度數(shù)據(jù)上報到上位機。溫度和濕度定義如下：

float temperature = 25.0; //溫度float humidity = 70.0; //濕度

我們至少可以設(shè)計出以下兩種不同的串口應(yīng)用協(xié)議：

1.固定大小的消息：先發(fā)送float類型的溫度，再發(fā)送float類型的濕度。每次傳輸8個字節(jié)。

代碼實現(xiàn)：

// 固定消息發(fā)送溫度和濕度函數(shù)void send_temperature_and_humidity(float temperature, float humidity){    uart_sendFloat(temperature); //發(fā)送溫度uart_sendFloat(humidity);//發(fā)送濕度}

2. 字符串消息，先發(fā)送溫度的字符串，再發(fā)送濕度的字符串，兩者之間有明顯的分隔符（例如空格、分號或冒號），結(jié)尾一般以“ ”結(jié)束。

//以字符串消息發(fā)送溫度和濕度函數(shù)void send_temperature_and_humidity_string(float temperature, float humidity){    printf("%f,%f
", tempeature, humidity); //以字符串消息發(fā)送溫度、濕度}

以上兩種應(yīng)用協(xié)議中，哪一種最好呢？

• 從消息長度來看，固定消息大小都是8個字節(jié)，而字符串消息則超過8個字節(jié)且長度不定（請思考為什么？）

• 從可讀性來看，在ASCII接收模式下，字符串消息可讀性高（人可直接讀），固定消息“不可讀”。

• 從效率和保密性（假設(shè)有這一條吧），固定消息勝出，因為它發(fā)送的是原始二進制數(shù)據(jù)，占用字節(jié)最少。

為了傳輸更多的數(shù)據(jù)和實現(xiàn)更復(fù)雜的功能，我們通常在固定消息的基礎(chǔ)上引入更多的輔助數(shù)據(jù)。例如，增加校驗位保證數(shù)據(jù)傳輸無誤，增加地址字節(jié)以區(qū)分不同設(shè)備等。但對于有些上位機（LabVIEW）來說，它對字符串?dāng)?shù)據(jù)的解釋可以一步到位，無需按圖索驥。

AT命令常用于控制WiFi模塊、SMS模塊等，就是以字符串消息實現(xiàn)的。

練手項目：假設(shè)有一個多點溫度采集系統(tǒng)，架構(gòu)如下圖所示。

其中，N值取決于具體的系統(tǒng)要求。試基于固定長度消息設(shè)計串口應(yīng)用協(xié)議，實現(xiàn)多點數(shù)據(jù)的上報。

太簡單了，一次傳完N點溫度，如下：

順序讀取1#~N#的溫度，先放到緩沖里，一次調(diào)用串口發(fā)送函數(shù)將N點數(shù)據(jù)發(fā)送出去。收工！

N很小時，沒有毛病。假設(shè)N=128，則要求溫度緩存數(shù)組長度至少為128個，一個溫度數(shù)值占4字節(jié)（float），要128*4 = 512B，這超出了可用內(nèi)存。如果不同的項目，N點都不一樣，那么上位機的程序必須根據(jù)N點修改串口接收程序。累死。

怎么辦？我們可以每讀一個DS18B20，就將溫度發(fā)送到串口。重復(fù)N次就完成一次溫度采集與上報。

為了區(qū)分是哪個DS18B20，我們增加一個字節(jié)數(shù)據(jù)表示設(shè)備號（1~N）。所以，串口上報協(xié)議變?yōu)椋?/span>

N最大為255。這么做的好處一個是簡化了程序，也便于上位機接收和處理數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵代碼：

unsigned char ds18b20_no= 1;//讀取溫度并發(fā)送到串口float temperature;temperature = ds18b20_readTermperature(ds18b20_no); //讀取溫度uart_sendUchar(ds18b20_no); //發(fā)送設(shè)備號uart_sendFloat(temperature); //發(fā)送溫度

ds18b20_readTermperature()函數(shù)是讀取溫度函數(shù)，本例中我們先使用模擬的（而不是真正去讀一個DS18B20)。實現(xiàn)如下：

//讀取DS18B20溫度(模擬）float ds18b20_readTemperature(unsigned char no){    static unsigned char tick = 0; //為了模擬得到一個變化的溫度引入的變量    float temperature;    tick++;    temperature = no + tick*0.1;    return temperature;}

我們引入模塊化編程的思想，把發(fā)送功能封裝到一個函數(shù)里。函數(shù)是模塊化開發(fā)的必經(jīng)之路。函數(shù)的引入增強了代碼的可讀性和復(fù)用性，也便于修改和維護程序。經(jīng)過不斷積累，函數(shù)庫的引入可以使開發(fā)事半功倍。例如前面我們把串口封裝到uart.h和uart.c，就是模塊化思想的淋漓盡致的體現(xiàn)。使用串口，則直接添加uart.h和uart.c到工程，然后在主程序包含uart.h，直接調(diào)用定義好的串口函數(shù)就可以訪問串口。

//發(fā)送溫度函數(shù)，設(shè)備號（1B）溫度（4B）   void sendTemperature(unsigned char no, float temperature){   uart_sendUchar(no);   uart_sendFloat(temperature);}

我們使用C51編程入門（二十二）串口編程入門--串口應(yīng)用協(xié)議（一）的proteus仿真電路，使用LabVIEW開發(fā)上位機來接收多點溫度數(shù)據(jù)并顯示。

仿真電路（沒有接DS18B20,，溫度模擬產(chǎn)生)

結(jié)束語

附上本次串口源碼,如下。如果你覺得本篇文章有所幫助，請點贊，請打賞。您的支持是對我們的最大鼓勵。如果需要仿真電路和串口工程源碼以及LabVIEW上位機源碼，請在后臺留言。

下一篇文章我們將完善仿真電路，增加DS18B20元件及驅(qū)動程序，并完善LabVIEW上位機（增加溫度保存功能）。如果有可能，后面會開發(fā)LabVIEW串口程序的相關(guān)教程，并提供LabVIEW源碼。

完整的代碼：（uart.h和uart.c略，前一篇文章已經(jīng)給出）

//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;//函數(shù)定義void delayMS(unsigned int nms);void keyScan(); //按鍵掃描float ds18b20_readTemperature(unsigned char no);    //讀取DS18B20溫度void sendTemperature(unsigned char no, float temperature); //發(fā)送溫度函數(shù)void main(){unsignedchards18b20_no=1;//設(shè)備號    unsigned char ds18b20_N = 3; //ds18b20總數(shù)    float temperature; //溫度    uart_init();    while(1)    {        temperature = ds18b20_readTemperature(ds18b20_no); //讀溫度        sendTemperature(ds18b20_no, temperature); //發(fā)送溫度        ds18b20_no++;        if(ds18b20_no > ds18b20_N)//已經(jīng)讀完所有點的溫度            {                ds18b20_no = 1;delayMS(1000);//等待1s左右，再開始下一次采集            }                       }}void keyScan(){floattemperature;    if(key_s1 == 0)    {delayMS(10);//消抖        if(key_s1 == 0)    //按鍵按下，讀取并上報1#地點的溫度        {            temperature = ds18b20_readTemperature(1); //讀溫度            sendTemperature(1, temperature); //發(fā)送溫度            
        }    }}//延時函數(shù)void delayMS(unsigned int nms){unsignedinti,j;    for(i=0;i        for(j=0;j<130;j++);}//讀取DS18B20溫度(模擬）float ds18b20_readTemperature(unsigned char no){    static unsigned char tick = 0;    float temperature;    tick++;    temperature = no + tick*0.1;    return temperature;}//發(fā)送溫度函數(shù)    void sendTemperature(unsigned char no, float temperature){   uart_sendUchar(no);   uart_sendFloat(temperature);}