基于8051单片机温度采集及无线发送

电子工程师 2018-01-21 624

通用测试仪器

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描述

摘要：为了远程监控实时温度数据，利用温度传感器DS18B20的特点，与AT89C51单片机构成实时温度检测系统，并通过LED数码管显示。利用无线传输模块SRWF-1的特点，与单片机构成数据传输部分，将所测量的温度无线传输发送给上位机。给出了DS18B20，SRWF-1分别和AT89-C51所构成系统的应用电路和部分程序。通过无线模块的引入，能较好地实现远程温度检测系统。

0 引言

随着数字化脚步的加快，越来越多的数字化产品取代了原有的机械式仪表，从而大大提高了数据的准确率。然而，多数情况下，温度的采集过程只在现场实时显示，在增加了工作量的同时，也可能会造成很多不便，如进入危险区域。因此，将无线网络应用在工业生产中，不仅能大大提高工作效率，同时也在一定程度上降低了劳动强度。

本设计基于以上两点，将工业生产中常用到的温度进行数字化，并通过无线模块将数据发送出去，在接收方利用无线接收设备接收实时的数据，从而大大降低劳动强度。

1 系统组成

系统由单片机、温度传感器、串口通信模块和无线传输模块等几部分组成。测温系统将测得的温度通过单片机在数码管上实时显示，同时，通过串口通信部分和无线模块将数据发送给上位机。系统结构如图1所示。

该设计以Atmel公司生产的单片机AT89C51为核心，以数字温度传感器DS18B20作为温度采集，以SRWF-1无线模块作为无线数据传输，从而构成整体系统。

1．1 单片机系统

系统采用AT89C51作为核心控制，配备4位共阴极数码管显示电路。AT89C51是Atmel公司推出的一种低功耗、高性能CMOS 8位微处理器，具有8 KB系统可编程FLASH存储器；256 B RAM；32个I/O引脚，分为4个8位控制端口；看门狗定时器；2个数据指针；3个16位定时器/计数器；两级中断优先等级；可编程全双工串行传输端口；片内晶振及时钟电路；8个中断源。其性能完全能够满足系统要求。数码显示采用Ytt-410391K四位7段8线数码管，作为温度显示部分，并用最末一位显示小数。

1．2 数字温度传感器DS18B20

DS18B20是美国Dallas公司生产的一款可编程1-Wire数字温度计。具有精度高，全数字化，连线少等诸多优点。其可直接将采集到的温度转换成数字信号，通过单条数据线串行发送出去，只要严格遵循规定时序逻辑和脉冲间隔，就能舍去同步时钟信号线，做到通信期间引脚最少化，达到温度采集目的。

1．2．1 内部结构及外部管脚

数字式温度传感器DS18B20的内部结构如图2所示，其主要由四部分组成：64位ROM和单总线接口、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20 64位闪存ROM的开始8位是产品类型的编号，接着的48位为每个器件的惟一序号，最后8位是CRC校验码。用于存储用户设定温度上下限值的非易失性温度报警触发器TH和TL，使用时可通过软件写入、设定报警上下限值。DS18B20内部配有一个电可擦除的E2PROM，用于存储TH、TL值，数据先写入内部的高速暂存RAM，经校验后在传给E2PROM。RAM中的第5个字节为配置寄存器，用于确定温度值的数字转化分辨率。工作时按此寄存器中的分辨率将温度转化为相应精度的温度值。

DS18B20具有三引脚To-92小体积封装形式，如图3所示；温度测量范围为-55～+125℃，其工作电源既可在远端引入，也可使用寄生电源方式产生；CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，由于其占用微处理器的端口较少，因此可节省大量的引线和逻辑电路。

DSB18B20各引脚介绍如下：GND为地；DQ为数据输入/输出端；VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)；NC为SOIC封装的，NC为空引脚。

1．2．2 工作原理

DS18B20内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号f0，而高温度系数振荡器则将被测温度转化成频率信号f。当计数器打开时，DS 18B20则对f0计数，计数器开通时间由高温度系数振荡器决定。芯片内部还有斜率累加器，可对频率的非线性给予补偿。其测量的结果将暂存在温度寄存器中，可使单片机方便的将温度读出。

DS18B20的核心是一个直接的数字化温度传感器，可将温度值按9 b，10 b，11 b，12 b分辨率进行量化，默认分辨率为12 b，对应的温度最小增量分别为0．5℃，0．25℃，0．125℃和0．062 5℃。当主机向DS18B20发出温度转化命令后，开始温度转换，检测的温度结果将存放在两个字节中，最低位LSB在前，最高位MSB为符号位。其数据格式如下：

其中，高位字节MSB的高5位为温度的符号位，当温度为正时，该5位为0，温度为负时，统一为1。高位字节MSB的低3位和低位字节LSB的高4位共同组成温度值的整数部分，低位字节LSB的低4位为小数位，采用二进制补码方式存储温度数据。例如，当温度为+125℃时，输出温度为07D0h；当温度为+85℃时，输出温度为0550h；当温度为+25．062 5℃时，输出温度为0191h；当温度为-10．125℃时，输出温度为FF5Eh；当温度为-55℃时，输出温度为FC90h。

1．2．3 硬件设计

将DS18B20的数据输入/输出端与单片机AT89C51的P3．7端口相连，并将温度值通过P1端口显示出来。硬件原理图如图4所示。

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