暑期实训第三课（数据采集终端的制作）

环境数据采集终端2

上一篇介绍了终端制作所需的各种传感器及其一些材料，那么现在开始正式数据采集终端的制作。

紫外线传感器

在制作过程中，紫外线传感器由于非常简单，所以是做得最快的一个，主要麻烦的是在编程方面，紫外线传感器会根据外界紫外线的强度输出一个电压值，通过arduino板子读取其引脚所输出的电压，在经过一定的换算即可得到想要的紫外线强度的值。我们用analogRead()函数读取其引脚的电压值。在这里需要注意的是，紫外线的级数，从紫外线传感器读取的电压值，还需要经过转换才能得到紫外线强度。

光照传感器

光照传感器较紫外线来说比较复杂，其有5个接口，在编程的时候还需要引入库文件才能正确的读出数据。

首先，在open jumper上下载光照传感器所需的库文件，解压后将其移动到arduino安装目录下的libraries文件夹下，这样，我们在编辑光照传感器时才能够调用到所需的库函数。

一切准备就绪，将传感器连接到Arduino UNO上。

光照的单位是“lux”,所以需要定义一个名为“lux”的整形变量来表示光照强度。

其所需头文件有两个，分别为“Wire.h”和“BH1750FVI.h”，使用时将其用

#include<Wire.h>

#include<BH1750FVI.h>

预处理命令引入函数即可。

引入库之后，我们需要创建一个对象如下

BH1750FVI LightSensor;

然后再setup()函数里面，初始化，相关程序如下：

LightSensor.SetAddress(Device_Address_H);//Address0x5C

LightSensor.SetMode(Continuous_H_resolution_Mode);

初始化完毕后，在loop()函数里面即可得出光照强度，相关语句如下：

lux = LightSensor.GetLightIntensity();

然后再编程将其所得数据写入到lcd显示器中即可。

3．DHT22温湿度传感器

与光照感应器相同，DHT22程序同样需要头文件，这些文件均可以从open jumper上下载到，将其放入安装目录的libraries文件夹下就可以了，首先引用DHT22文件:

#include <DHT22.h>

#include <stdio.h>

然后再为其定义引脚，这里我们定义为7引脚，语句如下：

#define DHT22_PIN 7

创建一个DHT22的对象，命名为myDHT22:

DHT22 myDHT22(DHT22_PIN);

然后我们用类DHT22的成员函数

myDHT22.getTemperatureC();

myDHT22.getHumidity();

来读取所检测到的温度和湿度。

除此之外，DHT22温湿度传感器还需要有一个脉冲宽度测量函数pulseIn()

pulseIn();

功能：监测指定引脚上的脉冲信号宽度。

例如，当要监测的高电平脉冲时，pulseIn()函数会等待引脚的电平变高，在变高后开始计时，直到电平变低时，计时停止。pulseIn()函数会返回此脉冲信号持续的时间，即该脉冲的宽度。

pulseIn()函数还能设定超时时间，如果超过设定时间仍未监测到脉冲，则会退出，pulseIn()函数并返回0，当没有设定超时时间时，pulseIn()会默认1秒钟的超时时间。

语法：

pulseIn(pin,value);

pulseIn(pin,value,timeout);

参数：

pin，需要读取脉冲的引脚；

value，需要读取的脉冲类型，为HIGH或者LOW;

timeout，超时时间，单位为毫秒，数据类型为无符号长整形；

返回值，换行返回脉冲宽度，单位为毫秒，数据类型为无符号长整形，如果在指定时间没有监测到脉冲，则返回0。

4.粉尘传感器

粉尘传感器共有五个接线口，由于我们一开始没有找到相关的技术资料，因此对这个东西束手无策，连接线的方式也不懂，在请教了一些大牛之后，终于搞懂了，其实五根数据导线，我们真正用到的只有三跟，在前面已经提到了。

其工作原理就是通过内部的红外探测仪，将经过内部空间的颗粒数转化为脉冲电流输出，并在程序内部经过一些转换公式统计得到空气中的粉尘数据。

首先定义粉尘传感器的引脚：

int pin = 6;

定义变量：

unsigned long duration;

unsigned long starttime;

unsigned long sampletime_ms = 30000;

unsigned long lowpulseoccupancy = 0;

float ratio = 0;

float concentration = 0;

该传感器需要预热30秒，才能接受正确的数据，所以我们可以用

millis();

函数获取系统运行的时间，再

if ((millis()-starttime) > sampletime_ms)

{

…………

}

就可以完成预热的过程了，最后将其搜集的数据显示到lcd显示器上。

5.土壤温湿度传感器

土壤传感器同样需要引入库函数名为“Sensirion.h”。
#include<Sensirion.h>
定义数据引脚和时钟引脚
const uint8_t dataPin =
2;
const uint8_t clockPin = 3;

定义变量
float temperature;
float humidity;

float dewpoint;

6.MINI12864LCD显示器

我们做lcd用到u8glib的类库，说来真的很糗，我们几个二货当初竟然浪费了近两天时间来研究名为“lcd12864”的类库，这个库通过字模来显示数据，输出数据的时候需要将数据转化为字模数组，这样很麻烦又很费时，于是我们果断放弃“”lcd12864的类库，转向”u8glib”的阵营。

将lcd显示器成功连接之后，在程序中包含u8glib的头文件，并创建一个对象：

#include<u8glib.h>
U8GLIB_MINI12864 u8g(10,9,8);
这样便成功建立了一个名为u8g,代表mini12864的对象
U8g的程序结构：

要想让lcd显示内容，还需要一个比较特殊的程序结构，称为图片循环，将其放在loop()循环中，代码如下：
void loop()
{
u8g.firstPage();
do{
draw();
}while(u8g.nextPage);
delay(1000);
}
以下是u8glib类库的一些常用函数：

setFont(font)

在显示文字时，需要使用setFont()函数设置显示字体，其中font即为要设定的字体

drawStr(x,y,string) 指定好字体后，便可以使用drawStr()函数输出字符了，其中的参数x,y表示显示的坐标，参数string即为显示的字符；在图形显示器上，左上角为原点，x,y所制定的位置为字符左下角点的位置，
U8g.drawStr(0,10,”hello Arduino”);

3)print(data)
Print()函数用于输出任意类型的数据，但是在使用print函数之前，仍需要设置字体，而且print()函数的显示位置还需要 setPrintPos()函数来确定。

setPrintPos(x,y)

setPrintPos()函数的参数x,y用于指定字符的位置。

在最终的程序中，需要显示的数据非常多，一个屏幕根本显示出来，所以我们的解决方法是将数据分成几个屏幕上显示出来，使用delay函数来设置显示的时间，这样就不用担心屏幕不够用了。

问题总结：

1、第一个遇到的问题就是粉尘传感器的问题，因为刚开始没有详细的手册，资料没找好、没彻底弄清传感器的原理和规格，不知道除了VCC和GND外的三根线哪些是数据输出，应该使用哪一根作为信号传输线，后来通过请教了解了线的问题。测试出的数据又过大，粉尘数过多，而且起伏很大，与一般实测数据差别过大，最后通过滤波和更改公式等方式解决。

2、LCD：lcd是让我们花费时间最多的一个部件。最开始根据教程资料我只知道lcd12864函数库，只是使用lcd12864函数库，全部转换成点阵输出，无法输出数据，让我半筹莫展。后来又下载了u8g函数库，但也只知道部分函数，输出函数只知道drawStr(x，y，string)函数。其中参数x，y用于指定字符的显示位置。由于只能输出字符串，所以我就像办法将数据转换成字符串，所以我用到了C语言的函数库stdilib函数库，以及fcvt()函数将浮点型值转换为字符串、itoa()将整型值转换为字符串。fcvt()函数有4个参数：第一个参数是要转换的浮点型值；第二个参数是转换结果中十进制小数点右侧的位数；第三个参数是指向一个整数的指针，该整数用来返回转换结果中十进制小数点的位置；第四个参数也是指向一个整数的指针，该整数用来返回转换结果的符号(0对应于正值，1对应于负值)。ecvt()将双精度浮点型值转换为字符串，转换结果中不包含十进制小数点。 gcvt()将双精度浮点型值转换为字符串，转换结果中包含十进制小数点。花费了大量时间转换后，后来也算是勉强将数据显示出来，不过在使用上还是有很大局限，使用非常不方便。后来在无意的翻书中发现u8g还有另一个数据输出函数print（），这个函数及可以输出字符串，可以输出整形浮点型数据。使用这个函数后使用非常方便，这也算是一次小小的插曲吧。

3、采集终端调试问题：我打算将各个数据采集感应器集中到一个控制器上，我把各个传感器程序编写完成以后一一进行了测试，所有的程序也没发现问题。接下来我就把所有的程序融合在一起，最后一步就是各个感应器的组装。由于风速风向感应器需要外界电源，但是外接电源接口还没有弄好，所以我前一天只测试了不要外接电源的粉尘、温湿度，紫外线等数据传感器，将它们组装在一起。第二天我在将剩下的风速风向传感器集中到一起，由于前一天已经将其余的传感器组装到控制器上，所以第二天我只是将传感器信号引脚添加到控制器之上，风速风向的外接电源则接在扩展版之上，而扩展版却没有接在控制器上。我测试出来的风速风向数据始终不正确，以为是程序问题，又不断修改程序，后来发现毫无斩获，又将程序分开来测试运行，将风速风向的程序单独写在加了扩展版的控制器上，发现数据又毫无问题。最后我用测试传感器电压的方法测试传感器电压，发现传感器发出的脉冲信号又无问题。

最后通过请教导师才发现原来是因为扩展版没有插在主控制器上，导致传感器只接通了电源的负极而没有接通控制器的GND，在主控器上没有形成电流回路，所以无法正确接收到传感器发出的脉冲电流信号。同过导师的点播让我明白了控制器接收脉冲信号的原理，只有在控制器上形成回路，脉冲才在控制器固定的电路上流动，控制器电路上用于读取脉冲信号的电子原件才能读到信号，也才能采集到数据，也算是吃一堑长一智有些收获吧。

4、点亮Lcd控制器背光灯：突然在一次小测试里发现lcd的背光引脚只是在setup（）里设置了引脚为输出模式，在loop里却没有写输出高低电压或是模拟电压的输出语句，但是lcd却神奇的亮了，重复写入程序防止误差也是同样的结果还是一样，到现在也还没有找到原因。