数据采集系统应用范围越来越广，功能越来越全，更需要一种高效、简洁、高性价比的无线传输方式。
1 总体设计方案
本方案采用价格低廉的51单片机作为主控芯片，其与WiFi模块和各种传感器及IO设备构成数据采集控制器。这些控制器通过预设的通信协议与路由器连接并通信。上位机可以由电脑、平板甚至手机构成，同样以WiFi技术接入路由器。通过编制相应的上位机软件，上位机可实现对各个数据采集控制器的参数查询和控制。
2 数据采集控制器
数据采集控制器是本设计的主要设备。由单片机、显示模块、按键模块、拨码开关、传感器信号输入接口、执行器控制信号输出接口，串行接口等部分构成，其结构及原理如
图1所示。
图1 数据采集控制器模块
根据设计要求，数据采集控制器需具备以下功能：
（1）信号输入与处理：各种传感器对现场环境参数进行采集，然后通过AD转换电路，将所得信号转换为数字信号，通过传感器数据输入接口送到单片机处理。
（2）设备地址设置：设备地址设置包括两个方面，第一，对WiFi模块的IP地址配置，可由专用软件配置工具完成。第二，对数据采集控制器的地址设置，即控制器的编号，用以区别多个数据采集控制器，可由拨码开关设置。
（3）液晶显示：控制器对采集的数据进行实时记录并显示。
（4）按键设置：通过按键可以对各参数阈值进行设定，并可查询各种数据。
（5）串行通信：Wi Fi模块与单片机通过串行口进行通信，硬件上通过RS-232标准，软件需要设计相应的通信协议。
（6）执行控制信号输出：采集的各种数据如果超出阈值范围，则需要控制相应的执行机构进行调整。
2.1 数据采集控制器主要电路
控制器的主要电路部分是单片机的最小系统，其他功能设计为插座接口，使扩展和更改更加灵活。其中J7对应显示接口，J9对应传感器信号输入接口，J10对应键盘及执行控制
信号输出接口。S2为拨码开关，用来设置本控制器编号或地址。方便系统随时加入新的控制器。通过对S2状态的读取，单片机可获取该控制器的编号或地址。
2.2 按键与液晶显示
按键电路设计采用4个独立按键，基本可以满足本系统的各种功能设置。如：菜单/功能键、上翻/+键、下翻/-键、确认键。
显示部分采用12232液晶显示器，其是一种自带字库及ASCII字符集的显示器件，比起1602来说，它可以显示汉字，并且体积较小。
2.3 WiFi模块
本系统采用的WiFi模块是海凌科电子推出的全新的第三代嵌入式UART WiFi模块产品，型号为HLK-WiFi-M03。
UART WiFi是基于Uart接口的符合WiFi无线网络标准的嵌入式模块，内置无线网络协IEEE802.11协议栈以及TCP/IP协议栈，能够实现用户串口数据到无线网络之间的转换。通过UART WiFi模块，传统的串口设备也能轻松接入无线网络。
3 WiFi模块IP配置
该模块在使用前根据控制器地址设置好参数，一般控制器地址或编号，作为IP的最后3位。
（1）IP地址的最后3位设置为241，端口为：27011。
（2）无线路由的无线网络名称设置为：ANHUI，无密码。
（3）无线路由的IP地址为：192.168.0.1。
（4）测试用主机可以用无线或有线方式连接到无线路由器，其IP地址固定设置为：192.168.0.2。
4 通信协议设计
各数据采集控制器与上位机的WiFi通信实际上是串行通信，这就需要严格的通信协议。本文协议以工业MODBUS协议为蓝本生成。通信协议设定为：通信波特率为9 600
bps，全双工异步，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验。
每帧内容：ASCII码传输，起始字节为：02H，结束字符为03H和校验。
（1）开始符、结束符：这里采用ASCII码的传输方式，
根据表1，协议里起始符采用02H，结束符采用03H。当然这只是实验阶段的协议，实际可以采用更复杂的开始符和结束符，比如，两个字节的开始结束符。
表1 开始符-结束符
起始符 设备地址 功能代码 数据 校验 结束符
1个字节 2个字节 2个字节 n个字节 1个字节 1个字节
02H XXH XXHXXH XXH
XXH…
XXH
XXH 03H
（2）设备地址：起始符后面紧接着用两个字节来装设备的地址，可以表示从01号到FF号共255个设备，即可以添加255个主控制器。注意这里的两个字节存储以ASCII码形式，如设备地址是FA，则实际存在里面的两个字节是：46H 41H。
（3）功能代码：设备地址后面用2个字节来存储功能代码，当然，如果要执行的功能较多，也可以扩展更多个字节。
第一个字节表示功能，如查询用31H，设置用32H 。第二个字节表示对象，如温度用31H，温度用32H。则查询温度的功能代码即为：31H 31H。
（4）数据及校验：功能代码之后就是要传输的具体数据，数据的长短可根据具体返回的参数进行设置。数据之后就是校验码。校验码对于传输来说十分重要，它关系到传输的速度和精确度。对于校验方法的设计可以多种多样。下面举例说明。
例1：校验字节需1个字节，产生方式：将设备地址、功能代码、数据的所有字节（不包含起始符和结束符字节）求和，取和的低 8 位（最后1个字节），然后：先取反，再循环左移1位。最后，将上述计算得到的数只保留低 4 位（半字节）的十六进制的ASCII码作为校验字节（例如：假设上述计算得到的数是“5AH”，只保留低 4 位的十六进制表示为“A”，其ASCII码为“41H”，则校验字节为：“41H”）。
5 上位机软件
要实现整个系统的运行，除了对数据采集控制器进行编程外，还需要设计配合使用的上位机软件。如果采用PC作为上位机，可以用VB或VC来编程实现。如果采用平板或手机，则要开发相应的App。
6 结语
本设计方案简单、组网方便快捷、成本低廉，并且可根据具体情况随时增加或减少接入终端数量。可以应用到农业、工业、医疗等生产生活的各个领域。例如：对智能温室各个温室的温度、湿度、光照度、二氧化碳浓度等参数的采集和数据传输。对于医院病房中各床位病人的输液进度、心率、脉搏等实时数据的监控和测量。本系统有较好的应用性和可移植性，有一定的理论和应用价值。
