孫式運(yùn)，楊清志

（亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 亳州 236800）

基于DS18B20的遠(yuǎn)程溫度測量與監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

孫式運(yùn)，楊清志

（亳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 亳州 236800）

針對(duì)浴室、倉庫等需要遠(yuǎn)程溫度測量與監(jiān)控的場所，設(shè)計(jì)了一套基于溫度傳感器和單片機(jī)的遠(yuǎn)程溫度測量與監(jiān)控系統(tǒng)。相比于其他整套監(jiān)控設(shè)備，系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，成本低，使用靈活，仿真和實(shí)際測試結(jié)果也證實(shí)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性。

DS18B20；nRF905；聲光報(bào)警；STC89C52

0 引言

溫度是環(huán)境監(jiān)測最重要的參數(shù)之一，與人類的生活、生產(chǎn)密切相關(guān)。在浴室、倉庫等場合，由于其特殊性，必須對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和遠(yuǎn)程傳輸以便及時(shí)調(diào)節(jié)。雖然市場上已有成套的溫度監(jiān)測裝置，但成本較高，且安裝、布線麻煩使用不便，一般只用于對(duì)溫度調(diào)節(jié)要求較高的重要場合。在查閱相關(guān)技術(shù)資料，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)仿真和對(duì)比測試后，我們設(shè)計(jì)了一套基于DS18B20溫度傳感器和STC89C52單片機(jī)的遠(yuǎn)程溫度測量與無線監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。與成套監(jiān)控設(shè)備相比，系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便且成本較低。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，系統(tǒng)由溫度傳感器DS18B20、單片機(jī)STC89C52、無線收發(fā)模塊nRF905、液晶顯示器LCD1602、聲光報(bào)警器及電源模塊等組成。工作時(shí)首先由溫度傳感器DS18B20收集溫度信息，經(jīng)單片機(jī)STC89C52調(diào)制后通過無線收發(fā)模塊nRF905傳到接收終端的單片機(jī)，再將測量信息顯示，并與溫度設(shè)定值比較，當(dāng)溫度異常時(shí)啟動(dòng)聲光報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)溫度的遠(yuǎn)程測量與無線監(jiān)控報(bào)警[1]。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 溫度傳感器

本設(shè)計(jì)對(duì)溫度測量的準(zhǔn)確性要求并不高，但必須結(jié)構(gòu)簡單工作可靠。對(duì)比研究各種溫度傳感器技術(shù)指標(biāo)后，系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用美國美信公司子公司DALLAS公司的DS18B20數(shù)字溫度傳感器[2]。該傳感器量程-55℃～125℃，精度±0.5℃，滿足設(shè)計(jì)需求。DS18B20高度集成，使用時(shí)不需要任何外圍器件，測量結(jié)果直接以數(shù)字信號(hào)傳給CPU，從而簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低了設(shè)計(jì)成本，同時(shí)使得系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。另外，DS18B20還支持多點(diǎn)組網(wǎng)，預(yù)留了多點(diǎn)溫度監(jiān)控等功能拓展。

圖2 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示[3]，主要由光刻ROM、溫度傳感器、溫度觸發(fā)器、配置寄存器等組成。其工作過程是：溫度敏感元件讀取溫度變化信息，當(dāng)溫度變化時(shí)，由低溫（高溫）觸發(fā)器觸發(fā)低溫（高溫）振蕩器，使內(nèi)部計(jì)數(shù)器累加計(jì)數(shù)，以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式把數(shù)據(jù)送給寄存器，寄存器再通過緩存、存儲(chǔ)和控制器送給ROM。為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，傳輸數(shù)據(jù)要進(jìn)行CRC校驗(yàn)。由于ROM對(duì)每個(gè)溫度傳感器都有編號(hào)，因而多個(gè)溫度傳感器的傳輸信息同時(shí)傳輸，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)功能只需一根總線，簡化了硬件設(shè)計(jì)。溫度傳感器DS18B20與單片連接如圖3。

圖3 DS18B20電路

2.2 無線收發(fā)模塊

溫度探頭處于浴室、密閉倉庫等特殊場合，必須以無線傳輸?shù)姆绞桨褱囟刃畔魉统鋈ァ１鞠到y(tǒng)設(shè)計(jì)選用挪威Nordic公司的nRF905無線收發(fā)模塊[4]。該模塊是工作在1.9～3.6V電壓間的低功耗器件，適合電池供電，性能穩(wěn)定成本較低，傳輸距離達(dá)數(shù)百米（與天線及障礙有關(guān)），非常適合系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其與單片機(jī)的連接如圖4所示。

圖4 nRF905與單片機(jī)連接圖

2.3 單片機(jī)及其外圍電路

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)并不需要進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算，但要保證系統(tǒng)工作可靠，并盡量簡化設(shè)計(jì)工作，降低設(shè)計(jì)成本。分析研究后，系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用深圳晶宏STC89C52單片機(jī)。STC89C52是一款技術(shù)成熟性能穩(wěn)定的8位低功耗單片機(jī),與液晶顯示器、聲光報(bào)警電路等外圍器件連接如圖5所示[5]。

2.4 電源設(shè)計(jì)

為了使用方便，系統(tǒng)采用電池供電，硬件設(shè)備也都選擇了低功耗器件。其中，STC89C52單片機(jī)、1602液晶顯示器及溫度傳感器DS18B20用5伏供電，nRF905無線收發(fā)模塊、聲光報(bào)警器及溫度設(shè)定鍵盤用3.3伏供電，電路設(shè)計(jì)見圖6及圖7。

圖5 單片機(jī)及外圍電路

圖6 3.3V電源模塊

圖7 5V電源模塊

3 系統(tǒng)程序

如圖8所示，單片機(jī)首先讀取參數(shù)設(shè)置（默認(rèn)為最近一次通過鍵盤輸入的設(shè)定值）然后依次完成溫度測量、傳輸、報(bào)警等操作。為了節(jié)能以延長電池供電時(shí)間，在溫度正常的情況下顯示器休眠，可通過按鍵喚醒，聲光報(bào)警電路也處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)檢測結(jié)果超出設(shè)定范圍時(shí)則啟動(dòng)報(bào)警電路。如果報(bào)警信息未得到及時(shí)處理，則延時(shí)10秒返回繼續(xù)監(jiān)測[6]。

圖8 溫濕測量與無線監(jiān)控程序

4 結(jié)語

（1）本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用單片機(jī)和傳感器，沒有復(fù)雜的器件，節(jié)約了開發(fā)成本。同時(shí)采用無線傳輸也避免了特殊環(huán)境對(duì)布線等造成的不便，提高了工作可靠性，對(duì)只需實(shí)現(xiàn)溫度遠(yuǎn)程傳輸且靈敏度要求不高的場合，如浴室等非常有實(shí)用價(jià)值。

（2）采用單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)控制，不僅可以調(diào)取監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行專業(yè)分析，還可以通過編程，利用預(yù)留的外圍接口實(shí)現(xiàn)功能拓展[7]，方便后續(xù)開發(fā)。

［1］張全禹，孫培剛，李懷亮，等.基于nRF905無線模塊的體溫測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.綏化學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，（2）：157-160.

［2］DS18B20 產(chǎn)品參數(shù)說明［Z］.https://para.maximintegrated.com/cn.

［3］宋文旭，楊帆.自動(dòng)檢測技術(shù)（第4版）［M］.北京：高等教育出版社，2014:59-62.

［4］nRF905 產(chǎn)品參數(shù)說明［Z］.http://www.nordicsemi.com.

［5］楊清志，張喜紅.基于STC89C52輸液監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.廊坊師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，（6）：54.

［6］康澤，楊宏偉.一種便攜式高精度數(shù)字體溫計(jì)的設(shè)計(jì)［J］.中國科技信息，2014，（16）：184-185.

［7］劉艷.醫(yī)用電子體溫監(jiān)測系統(tǒng)［D］.南京：南京理工大學(xué)，2012.

Design of Remote Temperature Measurement and Monitoring System Based on DS18B20

SUN Shi-yun,YANG Qing-zhi
(Bozhou Vocational and Technical College,Bozhou 236800,China)

A remote temperature measurement and monitoring system based on temperature sensor and MCU is designed for bathroom，warehouse and other places that need remote temperature measurement and monitoring.Compared with other sets of monitoring equipment，the system design is simple in structure，small in size，low in cost and flexible in use，the reliabilityofthe systemis verified bysimulation and actual test results.

DS18B20；nRF905；audible and visual alarm；STC89C52

TP277

A

1674-3229（2017）03-0045-03