CN110244601A - 一种基于物联网的数据采集终端系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的数据采集终端系统，包括单片机、AD采集模块、液晶显示模块、无线通讯模块和电源模块；单片机分别与所述AD采集模块、液晶显示模块、无线通讯模块和电源模块连接；AD采集模块用于采集物品的电子标签信息，将预处理后的电子标签信息传输给所述单片机；所述液晶显示模块用于将所述单片机存储信息进行显示；单片机通过I/O的数据信号对液晶显示模块进行控制。所述无线通讯模块用于将获取外部的操作指令发送给所述单片机，并将所述单片机的存储信息发送给外部设备；所述电源模块用于为所述单片机与AD采集模块、液晶显示模块、无线通讯模块供电。该系统可以快速、准确地采集据，并且提高了数据采集终端的兼容性。

Description

一种基于物联网的数据采集终端系统

技术领域

本发明涉及物联网技术领域，具体是一种基于物联网的数据采集终端系统。

背景技术

在工业控制与生产的过程中对现场数据的精准采集、数据传输以及数据处理显得越来越重要，因为这是在工业生产过程中进行科学研究所必须的环节。工业生产系统中所采用的数据采集模块主要是实现对原始数据的采集与信号的A/D转换和数据预处理，然后发送给计算机作进一步处理和存储或者将处理的结果反馈给设备进行相关的控制。目前，在国外很多制造商在对工业设备生产的过程中都是以该系统作为核心部件，通过采用该系统可以完成对工业生产过程中的液位、压力以及倾斜角等数据的采集，此外还可以实现对复杂环境中的温度、湿度、风速和PM2.5等数据的采集与监控，在大型商场以及公共场所中实现视频监控等功能。

在当前流行的物联网中最为核心的组成部件就是数据采集系统，在国外已经开始对该系统进行了广泛应用，通过使用该系统可以实现对物联网应用环境中的数据实时采集，为系统的操作人员提供更加简单的监控分析参数。在系统的开发中为了缩短开发周期，同时减少在系统开发中功能的重复设计，对数据采集系统进行深入研究具有重要意义。当前在数据采集中所采用的关键模块主要还是一些传感器，这些传感器的数量非常多，同时传感器的分布也比较广泛，可以把该数据采集系统应用与环境比较复杂的场所，这样就可以大大减少操作人员对数据采集的困难。通过各种传感器可以完成对环境中的温度、湿度、压力等数据，并通过无线网络对采集的数据进行远程传输和处理。

物联网系统中所采用的数据采集模块首先是完成对模拟信号与数字信号的采集，当对信号数据采集完成之后还会对当前的数据进行预处理，通常是在不同的行业中都是专门开发设计了对应的数据采集模块。尽管这种具有很强针对性的数据采集模块在功能上比较强大，但是其通用性较差，数据采集模块的价格也比较昂贵，造成较大的资源浪费，此外数据采集模块的二次开发能力也比较弱，随着工业生产的不断复杂变化，在对数据采集模块的开发与设计过程中需要提高其不同系统的兼容性能，同时在不同的场所中进行数据采集的过程中还要确保数据的精确性，因此就需要结合不同行业的特点来开发一款具有通用性能的数据采集系统。

因此，如何提高数据采集系统的兼容性能，并确保采集数据的精确性是同行从业人员亟待解决的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是解决目前物联网对数据的采集速度较慢，数据采集存储的内存不够，并且对采集的数据进行处理过程中其整体的功能还不够理想，只能在一些简单的场合来实现对数据的简单判断，在精密仪器上的使用并不能达到需求的问题，实现准确、快速地对数据进行采集，提高数据采集终端的兼容性能。

本发明实施例提供一种基于物联网的数据采集终端系统，包括：单片机、AD采集模块、液晶显示模块、无线通讯模块和电源模块；

所述单片机分别与所述AD采集模块、液晶显示模块、无线通讯模块和电源模块连接；

所述AD采集模块用于采集物品的电子标签信息，将预处理后的电子标签信息传输给所述单片机；

所述液晶显示模块用于将所述单片机存储信息进行显示；所述单片机通过I/O的数据信号对液晶显示模块进行控制。

所述无线通讯模块用于将获取外部的操作指令发送给所述单片机，并将所述单片机的存储信息发送给外部设备；

所述电源模块用于为所述单片机与AD采集模块、液晶显示模块、无线通讯模块供电。

在一个实施例中，所述AD采集模块，包括：数据信号采集电路和模拟信号采集电路；

所述模拟信号采集电路采用AD数据转换器；所述AD数据转换器用于将所述电子标签的模拟信号转换为数字信号；

所述数据信号采集电路，包括：脉冲通道，数字信号通道与RS485数据通信通道；

所述模拟信号采集电路与所述数据信号采集电路将处理后的数字信号传输给所述单片机。

在一个实施例中，所述液晶显示模块采用液晶显示屏LCD；

所述液晶显示屏LCD的清晰度由LCD驱动电路进行调节；

所述LCD驱动电路由背光电路与液晶电路组成，所述背光电路与液晶电路通过调节驱动电压调节LCD的清晰度。

在一个实施例中，所述无线通讯模块由nRF905芯片与SPI接口组成；

所述无线通讯模块通过所述SPI接口与所述单片机进行数据的传输与通信；

所述无线通讯模块通过相应的配置对地址接收信号以及输出功率进行控制。

在一个实施例中，还包括时钟模块；所述时钟模块与所述单片机连接；

所述时钟模块采用DS1302时钟芯片，所述DS1302时钟芯片采用分钟，时和日对实时的数据采集和处理存储工作，进行计时。

在一个实施例中，还包括温度模块；所述温度模块与所述单片机连接；

所述温度模块采用DS18B20传感器，所述DS18B20传感器由温度传感器、报警触发装置、64位存储ROM与寄存器组成；

所述温度传感器将采集的物品的温度数据信息传输给单片机。

在一个实施例中，还包括隔离模块，所述隔离模块与所述AD采集模块连接；

所述隔离模块采用光电耦合器，所述光电耦合器用于对模拟电路和数字电路进行相对的有效隔离。

在一个实施例中，还包括按键模块；所述按键模块与所述单片机连接；

所述按键模块采用电容式触摸屏，所述电容式触摸屏用于获取用户的触摸操作指令，并将所述操作指令传输给所述单片机。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的一种基于物联网的数据采集终端系统，通过无线通讯模块与高精度的AD采集模块结合，使得采集到的数据更加高效、简洁、实时化，实现了数据采集的一体化、高效化、现代化、智能化。并且该数据采集终端系统兼容性强，适用范围广。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种基于物联网的数据采集终端系统的框图；

图2为本发明实施例提供的AD采集数据采集模块的数据采集流程图；

图3为本发明实施例提供的NRF902数据传输流程图；

图4为本发明实施例提供的NRF902数据接收流程图；

图5为本发明实施例提供的DS1302时钟芯片管脚图；

图6为本发明实施例提供的DS1302时钟芯片控制字的示意图；

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参照图1所示，本发明实施例提供的一种基于物联网的数据采集终端系统，该包括：单片机101、AD采集模块102、液晶显示模块103、无线通讯模块104和电源模块105；

该单片机101分别与AD采集模块102、液晶显示模块103、无线通讯模块104和电源模块105连接；

其中：AD采集模块102用于采集物品的电子标签信息，将预处理后的电子标签信息传输给单片机101；

液晶显示模块103用于将单片101机存储信息进行显示；单片机101通过I/O的数据信号对液晶显示模块103进行控制。

所述无线通讯模块104用于将获取外部的操作指令发送给单片机101，将单片机101存储信息发送给外部设备；比如远程服务器、手持设备、手机等。

电源模块105用于为所有其他模块和单片机供电。

本实施例中，通过无线通讯模块与高精度的AD模块结合，使得采集到的数据更加高效、简洁、实时化，实现了数据采集的一体化、高效化、现代化、智能化。并且该数据采集终端系统兼容性强，适用范围广。

比如，单片机采用STC12C5A32S2型号单片机，该单片机具有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，实现通信，并且内置AD模块，用来拓展接口部分，解决了I/O稀缺的问题。

具体的，软件开发环境比如选择Eclipse进行软件类开发工作。Eclipse的相关配置主要分为以下几个方面：ARM编译器，ARM支持包，ARM的编译工具链以及c语言的开发工具包。

编译器，当下常用的共有3个：IAR,GCC和KEIL。KEIL与IAR主要应用于商业类的相关软件编译工作，在相应的集成开发环境中可以进行软件的开发与编译，可以采用开源的GCC软件进行编译，相对于开源软件Eclipse，更容易结合使用。同时，为了使程序正常进行编译，引入了gnuarmeclipse-build-tools编译工具链。

接下来要陆续使用Eclipse以及开源的GNU编译器来进行开发。GNU编译器具备更多特性，为开发者留下了更广泛的操作空间，使得开发过程更加灵活多变。

在一个实施例中，AD采集模块102的电路位于采集系统之上，在系统的电路系统中主要有模拟信号采集电路和数字信号采集电路。

数字采集电路包含三条通道：脉冲通道，数字信号通道与RS485数据通信通道。脉冲通道主要用来统计外部脉冲总量并将其转换为对应的物理量。数字信号通道用来采集最高十位的信号。

模拟信号电路也由三部分组成：主要靠C8051负责采集数据，其内部的转换精度达到了20多位，相对的，模拟信号电路容易被外界因素干扰到，主要是电压信号，因此为了尽可能保证数据采集的准确性，采用ADS1212U芯片作为转换芯片使用。

ADS12X具有20多位的分辨率，是一种具备高精度，高动态的AD数据转换器。在10HZ的转换速率下，通过使用降噪输入放大器可以得到20位的分辨率，使用特别的加强模式可以获得16位有效的分辨率。放大器的使用大大加强了转换器的动态作用范围，其增益范围为1、2、4、8、16。AD模块的转换器接口兼容，ADS1212U高精度芯片使得采集到的数据精确无误，为AD芯片提供恒定的电源。

其中，参照图2所示，采用了ADS1212U寄存器，其内置5种功能型寄存器，分别具有不同的作用。(INSR)简称指令寄存器与(CMR)简称命令寄存器在系统中的功能主要是完成对一系列控制程序的转换操作。DOR在系统中可以根据数据的转换结果来实现对应的存储，OCR在系统中需要根据相应的系统功能完成对数据的检验与校对。INSR中主要是对各种指令的存储，系统的工作需要根据其中的指令来完成，只有按照既定的指令进行操作，输出的DOR数据才是最真实的，此外，DOR输出的数据可以通过补码或者原码来表示。

具体的，OCR和FCR在系统中的主要供就是对数据的处理与处理结果进行校准，在软件的初始化过程中来清空寄存器中内容，方便核对输出的数据。

在一个实施例中，液晶显示模块103采用8寸的液晶显示屏LCD进行数据显示采集任务。该液晶显示屏不单独提供背光电源，视觉效果清晰，可显示的内容较多。

LCD驱动电路主要由背光电路与液晶电路组成，LCD屏的显示效果将对工作人员的直观感受产生直接的影响。根据系统功能的需求来选择尺寸合适的LCD屏，所选择的LCD屏需要对最终的显示效果进行衡量，所以选择使用AT080TN52显示模块，该LCD显示芯片的分辨率高达800*600，芯片的工作机理是内部背光的串联方式。

具体的，LCD调节驱动步骤如下所示：

背光与液晶驱动电压的调节；

通过LCD扫屏的方法焊接电阻；

用可调电阻去调节液晶显示屏的亮度。

其中，LCD驱动调节的主要模式是背光驱动与液晶驱动电压调节相结合，使得LCD可以正常参与工作，电压过高或者过低都有可能对LCD造成严重损伤，缩短使用的寿命。

LCD背光电路主要是通过改变电阻阻值达到改变电压的最终目的，当背光和液晶驱动电压调试完毕后，可通过VCOM调节背光度，使得屏幕更加清晰。此外，需要时刻注意LCD引脚电平的接法，设计成中轴样式，可以灵活上拉或下拉。

比如，选用KG240128A为液晶显示屏，KG240128A采用了T6963C当作内置控制器。T6963C是一种比较常用的中规模图形液晶控制器，具备特殊的设置硬件初始值功能，初始化开始后，在上电阶段就已经设置基本完成，操作的主要精力放在了显示画面的设计上，因此KG240128A具备迅捷的MPU接口和功能齐全的控制指令集。KG240128A采用COB工艺制作结构稳固，使用寿命较长。

MCU主要是通过采用数据总线与控制总线的方式来实现与单片的I/O口之间进行数据传输。单片机模块还可以通过I/O的数据信号实现对T6963C液晶显示模块的有效控制。因为在整个控制系统中T6963C适配器可以通过单片机的时钟序列信号实现对其他模块的有效控制，在单片机与液晶显示器的通讯过程中主要是通过51单片机中的/RD和/WR这两个引脚的信号来实现对信号的读写控制。

现有技术中，使用较为频繁的是7寸液晶显示屏，口碑较为不错。但当多个参数同时显示或当有图形参与显示时，7寸液晶显示屏可能将无法完整显示结果。与此同时，当进行触屏等类似操作时，微小的操作页面会增加出错的概率，当操作难度很高的任务中，将会导致危险事故发生。使用显示面积大，分辨率较高的LCD屏可以清楚显示结果，大大降低触摸操作时的出错率。

在一个实施例中，无线通讯模块104由nRF905芯片与SPI接口组成。

nRF905芯片模块主要的组成部分有功率放大器、频率合成器、晶体振荡器、调制器以及接收调制器等单元模块组成的，采用该芯片在进行数据的传输与控制中可以实现非常好的通信效果。

nRF905芯片在外部还封装了SPI接口，通过SPI接口可以实现与系统中所有的MCU与控制单元进行数据的传输与通信，在配置单元中通过相应的配置还可以实现对地址接收信号以及输出功率等参数进行合理控制，因此在多机通信领域中对该芯片的应用比较广泛。

具体的，nRF905芯片的四种模式如下：

第一种工作模式是ShockBurst TX模式，在这种工作模式下，控制系统中的MCU可以对数据传输进行遥控，通过遥控装置来实现对数据接收点地址TX-address以及传输的数据TX-payload的检测，通过对这些数据的检测来与SPI接口建立连接，把对应的数据传输通过SPI来送达到nRF905中。

在系统工作中主要是通过MCU来完成对各个功能模块的协调与控制，MCU在工作中还可以对TRX_CE、TX_EN两个引脚的电位信号进行控制，通过对这两个引脚的电位控制可以实现对nRF905ShockBurst传输激活，在控制装置中的无线系统通常都会自动上电，当电源接通之后就会自动完成数据的发送，通常数据传输的速率为100kbps,当数据的传输完成之后就会通过CRC信号来对数据传输进程进行检测，当数据传输完成之后就会把nRF905的控制端设置为高电平电位,在不同的工作模式下进行切换。

第二种工作模式是standby模式，在这种工作模式下也是通过控制单元的TRX_CE和TX_EN电位变化来进行实现转换的。

当控制逻辑单元在工作650us之后，控制系统中的nRF905单元模块就会自动对其中的数据传输信息进行检测，如果检测单元模块发现数据的接收与传输的频率段相同的时候，此时系统中的载波检测CD就会被置为高电平电位，如果在系统中nRF905接收到的地址信号为有效，那么会根据地址信号的匹配来对AM端的电位进行置高处理。信息处理单元在两种工作模式下的相互切换主要是根据AM、DR等几个引脚的电平信号变化来实现的。

第三种工作模式是掉电模式，在掉电模式中，nRF905将会被禁用，消耗电流很少，一般低于2.5uA,换言之，进入这种模式下，nRF905基本处于一个罢工的状态，此时的平均消耗最低，电池的寿命也得以延长，配置字的内容基本保持稳定。

第四种工作模式是Standby模式，在Standby模式下，不仅可以确保电流的消耗极低，还可保证ShockBurstRX和TX的开启时间，只要进入了这种模式，将使得部分的晶体震荡器是活跃的，而电流的消耗往往取决于晶体震荡器的频率，在此模式下，与掉电模式类似，其配置字的内容依旧不会改变。

所以，在系统工作的过程中所有的控制信号与数据的传输都是通过SPI接口来实现的，通过SPI接口可以完成对各种配置字信息的传递，当相应的配置字信息传送到nRF905模块之后，SPI接口的工作模式也是通过单片机控制单元的相应指令来进行改变，只有这样才可以确保SPI接口在系统中始终处于工作的模式。

具体的，参照图3所示，nRF905的发送流程通过下述步骤(1)-(3)实现：

(1)、系统中的微控制器有信息数据需要发送的时候，最先是需要通过SPI接口来实现对物品地质的寻找，然后会按照地址的先后顺序来实现对控制信号的时序发送，在数据传输的过程中，配置器件就决定了SPI接口对数据传输的速率。

(2)、微控制器置高TX_EN和TRX_CE时，会激发nRF905的发送模式ShockBurstTM,随后发送模式开启，nRF905的ShockBurstTM发送，射频寄存器会自动开启，数据自动打包，然后发送数据包，当数据发送完成，数据准备好置高引脚，AUTO_RETRAN被置高，nRF905不断重新发送，直至TRX_CE被置低。

(3)、当TRX_CE被置低，nRF905的发送过程接近完成，自动进入空闲模式，ShockBurst的这种工作模式确保了，当数据发送的过程启动，不管是TRX_EN和TX_EN的引脚是高还是低，发送过程均会被处理完毕，只有当前一个数据包发送完毕，nRF905才会接受下一个发送数据包。

参照图4所示，nRF905的接收流程通过下述步骤(1)-(5)实现：

(1)、当TX_EN为低，TRX_CE为高的时候，nRF905进入了ShockBurst接收模式，650us之后，nRF905会不断监测，等待着接收数据。

(2)、当nRF905检测到同一个频段的载波时，该引脚的信号就会被置为高电平信号，当在信号传输的过程中接收到一个与其工作状态保持一致的信号之后就会通过地址信号的匹配来完成对数据包的接收。nRF905模块在对数据包的接收与传输的过程中主要是通过地址信号与字段中的字头信息来实现检索与控制的，当实现数据传输之后就会把相应的电平信号位改变。

(3)、在对电平信号与地址信号进行控制的过程中会把TRX_CE置低，从而nRF905就会进入到空闲的工作模式，如果TRX_CE为高电平信号，那么该工作模块就会自动进入到数据包的传输工作模式中，所有的信号传输都是通过微控制器的SPI接口来实现的，在数据传输的过程中内部的逻辑单元模块会监测数据的传输进度，从而可以更加灵活有效地切换器工作模式。

(4)、当系统正在对其他模块传输的一个数据包的时候，在单片机中的TRX_CE和TX_EN两个引脚的电平信号会发生比较大的改变。nRF905在接收到单片机管脚传输来的信号之后会改变其工作模式，当工作模式变化的时候会导致接收到的数据包丢失。

(5)、当数据控制系统中的微型处理器根据地址信号能够识别数据接收模块的数据传输进度，当检测到nRF905正处于对数据包接收的时候就可以通过其他控制信号来促使nRF905继续完成对数据包的接收，同时还可以进入到一个新的工作模式中。

本发明实施例中，nRF905芯片具有如下优点：

(1)在433Mhz这个频段下可以开源应用，比较简单方便；

(2)该芯片单元可以实现的最大数据传输速率为50kbps左右，实现最远的通信距离超过300米；

(3)具有极为高效的GFSK机制，抗干扰能力强，非常适合工业的控制场合；

(4)工作的频率可以通过软件来进行设置，实现多点通信与相应通信频道的需求设置；

(5)芯片内部还集成了CRC检测技术，实现对地址通信信号的控制；

(6)可以在1.9-3.6V的低功耗电压之下工作；

(7)收发模式的切换时间只有650us；

(8)使用的是SPI的编程接口，地址可达到二的三十二次方，可通过软件进行地址的设置；

(9)采用标准的2.54mmDIP的间距接口，方便嵌入式的应用；

(10)可集成匹配地址、载波监听和收发状态等功能指示。

在一个实施例中，电源模块105的主要功能是供电，用于为单片机以及驱动电路等模块提供充足的电能，保证了数据采集终端系统的正常运作。

在一个实施例中，还包括时钟模块106，时钟模块采用DS1302时钟芯片，采用分钟，时和日等单位进行实时的数据采集和处理存储工作，在每条记录中，都具备一个时间戳。

DS1302时钟芯片是由DALLAS公司在最近几年所开发的一款具有充电功能的时钟芯片，在该芯片内部集成了对时间实时记录的静态RAL模块，通过采用该时钟芯片可以完成对时间的记录，时间记录的格式为分，秒，年，月，在该时钟芯片中还可以完成对记录时间天数的调整。

DS1302芯片在应用中可以完成与单片机之间的通信与数据传输，不同的管脚与单片机的对应I/O连接。

参照图5所示，各个引脚具有不同的功能：Vcc1：主电源；Vcc2：备份电源。当Vcc2>Vcc1+0.2V时，由Vcc2向DS1302供电，反之，当Vcc2<Vcc1时，由Vcc1向DS1302供电。SCLK：串行时钟，负责输入，控制数据的输入与输出；I/O:三线接口时的双向数据线；CE:输入信号，在读写数据的期间，必须为高。该引脚共有两个功能：第一，CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑；其次，CE有效提供了结束单字节或者多字节数据传输的方法。

具体的，DS1302采用SPI总线驱动方式，不仅仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应的寄存器数据，因此，要想与DS1302通信，首先要了解DS1302的控制字。

如图6所示，控制字的最高有效位(位7)必须是逻辑1，加入整个逻辑电位是0，那么这些信息数据是无法写入到芯片DS1302中。如果芯片中的第6位电平是0，那么该芯片在工作中是对日历时钟信号进行存取，如果该电位数值为1，那么就表示芯片对RAM中的数据进行存取。位5至位1主要的作用就是对系统中的各个操作单元指令进行存储，如果位0的数值为0，那么该芯片的功能就是要对数据进行写操作，相反如果该电位为1，那么芯片需要对数据进行读操作。

系统中所使用的控制字都是从最低位开始输出，通过对各种指令的控制可以实现SCLK时钟信号的读写指令配置。通常情况下，芯片中的指令控制电位都是从0开始的，通过各种读写操作指令可以对不同电位的电平信号进行重新分配。

DS1302还包括：时钟突发寄存器，充电寄存器以及和RAM有关的寄存器等。其中，时钟突发寄存器可以按顺序一次读写所有寄存器的内容。相关RAM寄存器总体分为两大类：一类是单个RAM的单元，总共31个，命令控制字为COH-FDH,每个单元组态为一个8位字节，偶数是写操作，奇数是读操作；另一大类是在突发方式之下的RAM寄存器，其可一次性读取所有的RAM字节，命令控制字是FFH为读，FEH为写。

在一个实施例中，还包括温度模块107，温度模块采用的是传统的DS18B20传感器。

DS18B20在结构上主要是由四部分组成的，分别是温度传感器、报警触发装置、64位存储ROM以及寄存器。在这些组成部分中，不同的模块其核心功能互不相同。

其中，ROM中的64位序列号是出厂之前被光刻好的，它可以看做是该DS18B20的一个序列地址码，此外，每个DS18B20的64位的序列号都不一样。64位的ROM的循环冗余验证码(CRC＝x^8+x^5+x^4+1)。ROM的作用是让每一个DS18B20均不相同，这样一来就可以充分实现一根总线之上悬挂多个DS18B20的目的。

DS18B20还可与微机，MCU等进行直接接口，温度的范围控制在-55到125度之间，分辨率可以随时进行编程修改，具备报警的功能，用户可以按自身情况设置高低温度报警极限，十分便利。

DS18B20的工作时序如下所示：

系统在初始化的时候，首先会经由主机发出一个480到960微秒的低电平脉冲，当该电平信号传输到相应的控制单元之后会在总线模块释放一个高电平电位，在接下来的480微秒中实现对总线电位的检测，如果在总线上出现了低电平信号，那么就可以说明在总线上的器件已经实现了与传输单元的通信握手，如果在总线信号的检测过程中没有出现低电平信号，那么就可以说明在系统的总线上并没有做出对应的信号应答。

其中，DS18B20是总线上的一个单元模块，其在工作过程中会对总线上的电平变化进行480-960微妙的检测，如果在总线上出现了高电平信号，那么DS18B20就会等待15-60微秒之后把总线上的高电平信号拉低，通过脉冲信号实现对单元模块的控制，如果没有得到这个结果，将会一直等待。

在数据信号的传输过程中，通过DS18B20模块实现对数据的写操作通常需要60微秒的时间，如果数据量比较大，那么对数据的写操作也不会超过120微秒。

在对信号的写操作控制过程中，最先是开始于主机模块，数据写操作开始之前要首先把总线的电平拉低1微秒，在这个过程中会经过单元中的控制信号来周期地完成对电平信号的检测，当对数据的写操作完成之后会把主机的电平信号置为零。

在对数据的读操作过程中其信号的时序控制就比较复杂，首先在数据的读操作指令中就分为读0时序和读1时序这两个过程。对单元模块中的总线电平进行获取之后，在1微秒的时间就要把总线上的电平信号进行转换。系统在通过DS18B20进行各种对应的操作时都是根据电平信号来实现的。

具体的，通过控制器来实现对DS18B20实现温度的转换与控制经过以下步骤：

第一，在对数据进行读写之前都要通过控制模块实现对DS18B20的信号进行初始化复位处理，在对该单元模块进行复位处理的时候需要把CPU数据线下拉500微秒之后进行信号的释放，当其他的数据接收模块接收到CPU电平的信号转换之后会经过16-60微秒的等待发出一个低频脉冲信号，这也表明对DS18B20的初始化已经成功；

第二，在控制单元中发送一条ROM的指令；

第三，通过控制单元发送存储器的指令。

在对系统中RAM存储的温度数据进行读取的过程中主要是分为三个步骤：

1、主机向对应的单元模块发送复位操作请求信号，DS18B20在接收到主机发送的脉冲请求信号后进行应答；

2、主机再发送对ROM进行操作的请求信号；

3、主机对系统的RAM发送相应的数据读取指令，在完成这些步骤之后就会通过主机获取到DS18B20中所存储到数据信号，通常这些数据信号都是以9个字节为一个片段进行传输的，只有对其中的数据进行逐个遍历才可以读取到温度数据。当读取到温度数据之后就会进行相应的数据处理与操作。

本发明实施例中，温度模块采用DS18B20传感器具有以下优点：

(1)在该模块中是通过单总线的接口方式来实现与微处理单元之间的数据通信，所以在进行数据传输的过程中只需要一条串口线就可以实现，所以这种模式在工作中具有非常强的抗干扰性能，在恶劣的环境下具有较大的应用优点；

(2)采用该单元模块可以实现对温度范围很广泛的范围进行高精度的测量，通常采用DS18B20芯片在进行温度数据的测量过程中可以进行的温度采集范围是-55度-+125度，当测量的温度范围是-10度-+85之间可以实现的测量精度为正负0.5度。

(3)在该芯片进行数据采集中可以单独实现，不需要依赖其他外围设备；

(4)芯片在工作中具有多点组网的功能，通过采用多个DS18B20芯片可以实现在单一总线上进行串联，从而可以完成对多点温度的精准测量。

(5)芯片的供电方式可以有多重选择，DS18B20芯片不但可以通过内部的寄生电路中获取电源，同时还可以通过总线电路来通过外接电源来实现供电，这种芯片的整体电路结构比较简单，性能也比较稳定可靠。

(6)芯片可以实现的数据测量参数比较多，通过对DS18B20进行参数的配置可以实现各种分辨率数据的采集与处理；

(7)芯片在工作过程中还具有电压的负特性，当温度超出其最大温度范围后会自行停止工作。

(8)DS18B20内部还配置了自动掉电保护的功能，当掉电后所有的数据信息都会自动保存在EPROM中。当再次给芯片上电之后，所有的数据都会自动恢复。DS18B20芯片的体积比较小，可以适用的电压范围比较广泛，在很多工业控制系统中都得到了广泛应用。

在一个实施例中，还包括隔离模块108，由于线圈的驱动电流过大，隔离模块采用光电耦合器对模拟电路和数字电路进行相对的有效隔离。

本发明实施例中，采用光电耦合器既有效加强了电路的稳定性，同时更加强了所有控制电路部分的抗干扰能力。

在一个实施例中，还包括按键模块109，为了最大限度为操作人员随时能够实现对数据的采集与处理，按键模块采用FT5406EE8电容触摸屏来提高操作简便性，进而可以实现数据采集功能模块与IIC接口之间的数据通信传输。

其中，IIC在计算机科学中是一种应用非常广泛的串行总线，主要是采用该串行总线完成对计算机外围设备的连接，总线上的设备主要由SDA和SCL实现通信，数据可双向传导，控制接线较少，通信效率较高，每个器件具有独一无二的地址识别编码，可作为发送器或接收器使用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种基于物联网的数据采集终端系统，其特征在于，包括：单片机、AD采集模块、液晶显示模块、无线通讯模块和电源模块；

所述单片机分别与所述AD采集模块、液晶显示模块、无线通讯模块和电源模块连接；

所述AD采集模块用于采集物品的电子标签信息，将预处理后的电子标签信息传输给所述单片机；

所述液晶显示模块用于将所述单片机存储信息进行显示；所述单片机通过I/O的数据信号对液晶显示模块进行控制。

所述无线通讯模块用于将获取外部的操作指令发送给所述单片机，并将所述单片机的存储信息发送给外部设备；

所述电源模块用于为所述单片机与AD采集模块、液晶显示模块、无线通讯模块供电。

2.如权利要求1所述的一种基于物联网的数据采集终端系统，其特征在于，所述AD采集模块，包括：数据信号采集电路和模拟信号采集电路；

所述模拟信号采集电路采用AD数据转换器；所述AD数据转换器用于将所述电子标签的模拟信号转换为数字信号；

所述数据信号采集电路，包括：脉冲通道，数字信号通道与RS485数据通信通道；

所述模拟信号采集电路与所述数据信号采集电路将处理后的数字信号传输给所述单片机。

3.如权利要求1所述一种基于物联网的数据采集终端系统，其特征在于，所述液晶显示模块采用液晶显示屏LCD；

所述液晶显示屏LCD的清晰度由LCD驱动电路进行调节；

所述LCD驱动电路由背光电路与液晶电路组成，所述背光电路与液晶电路通过调节驱动电压调节LCD的清晰度。

4.如权利要求1所述的一种基于物联网的数据采集终端系统，其特征在于，所述无线通讯模块由nRF905芯片与SPI接口组成；

所述无线通讯模块通过所述SPI接口与所述单片机进行数据的传输与通信；

所述无线通讯模块通过相应的配置对地址接收信号以及输出功率进行控制。

5.如权利要求1所述的一种基于物联网的数据采集终端系统，其特征在于，还包括时钟模块；所述时钟模块与所述单片机连接；

所述时钟模块采用DS1302时钟芯片，所述DS1302时钟芯片采用分钟，时和日对实时的数据采集和处理存储工作，进行计时。

6.如权利要求1所述的一种基于物联网的数据采集终端系统，其特征在于，还包括温度模块；所述温度模块与所述单片机连接；

所述温度模块采用DS18B20传感器，所述DS18B20传感器由温度传感器、报警触发装置、64位存储ROM与寄存器组成；

所述温度传感器将采集的物品的温度数据信息传输给单片机。

7.如权利要求1所述的一种基于物联网的数据采集终端系统，其特征在于，还包括隔离模块，所述隔离模块与所述AD采集模块连接；

所述隔离模块采用光电耦合器，所述光电耦合器用于对模拟电路和数字电路进行相对的有效隔离。

8.如权利要求1所述的一种基于物联网的数据采集终端系统，其特征在于，还包括按键模块；所述按键模块与所述单片机连接；

所述按键模块采用电容式触摸屏，所述电容式触摸屏用于获取用户的触摸操作指令，并将所述操作指令传输给所述单片机。