基于8051單片機的遠程溫度檢測系統(tǒng)設計

　　在現(xiàn)代社會中溫度在航空航天、工業(yè)自動化、家用電器、環(huán)境保護和安全生產等方面都是最基本的監(jiān)測參數(shù)之一，但是在某些環(huán)境下溫度檢測比較危險。因而需要一個智能檢測的監(jiān)測系統(tǒng)來代替危險的工作，本文設計的系統(tǒng)就可以很好的解決此問題，不僅可以實時的對溫度進行遠程檢測監(jiān)控，還可以在十分惡劣的環(huán)境下工作，測量結果精度高，并且對所測數(shù)據(jù)可以直接通過無線模塊發(fā)送出去，在接收方利用無線接收設備接收實時的數(shù)據(jù)；同時加報警裝置，在溫度不正常時給予提醒 ,從而將損失減少到最低。

　　1 系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)由單片機、溫度傳感器、串口通信模塊和無線傳輸模塊等幾部分組成。測溫系統(tǒng)將測得的溫度通過單片機在數(shù)碼管上實時顯示，同時，通過串口通信部分和無線模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機。系統(tǒng)結構如圖1所示。

　　該設計以Atmel公司生產的單片機AT89C51為核心，以數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為溫度采集，以SRWF-1無線模塊作為無線數(shù)據(jù)傳輸，從而構成整體系統(tǒng)。

　　1.1 單片機系統(tǒng)

　　系統(tǒng)采用AT89C51作為核心控制，配備4位共陰極數(shù)碼管顯示電路。AT89C51是Atmel公司推出的一種低功耗、高性能CMOS 8位微處理器，具有8 KB系統(tǒng)可編程FLASH存儲器；256 B RAM;32個I/O引腳，分為4個8位控制端口；看門狗定時器；2個數(shù)據(jù)指針；3個16位定時器/計數(shù)器；兩級中斷優(yōu)先等級；可編程全雙工串行傳輸端口；片內晶振及時鐘電路；8個中斷源。數(shù)碼顯示采用Ytt-410391K四位7段8線數(shù)碼管，作為溫度顯示部分，并用最末一位顯示小數(shù)。

　　1.2 數(shù)字溫度傳感器DS18B20

　　DS18B20是美國Dallas公司生產的一款可編程1-Wire數(shù)字溫度計。具有精度高，全數(shù)字化，連線少等諸多優(yōu)點。其可直接將采集到的溫度轉換成數(shù)字信號，通過單條數(shù)據(jù)線串行發(fā)送出去，只要嚴格遵循規(guī)定時序邏輯和脈沖間隔，就能舍去同步時鐘信號線，做到通信期間引腳最少化，達到溫度采集目的。

　　1.2.1 內部結構及外部管腳

　　數(shù)字式溫度傳感器DS18B20的內部結構如圖2所示，其主要由四部分組成：64位ROM和單總線接口、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL、配置寄存器。

　　DS18B20 64位閃存ROM的開始8位是產品類型的編號，接著的48位為每個器件的惟一序號，最后8位是CRC校驗碼。用于存儲用戶設定溫度上下限值的非易失性溫度報警觸發(fā)器TH和TL,使用時可通過軟件寫入、設定報警上下限值。DS18B20內部配有一個電可擦除的E2PROM,用于存儲TH、TL值，用于確定溫度值的數(shù)字轉化分辨率。工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉化為相應精度的溫度值。

　　DS18B20具有三引腳To-92小體積封裝形式，如圖3所示；溫度測量范圍為-55~+125℃，其工作電源既可在遠端引入，也可使用寄生電源方式產生；CPU只需一根端口線就能與諸多DS18B20通信，由于其占用微處理器的端口較少，因此可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。

　　DSB18B20各引腳介紹如下：GND為地；DQ為數(shù)據(jù)輸入/輸出端；VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線方式時接地）；NC為SOIC封裝的，NC為空引腳。

　　1.2.2 工作原理

　　DS18B20內部的低溫度系數(shù)振蕩器能產生穩(wěn)定的頻率信號f0,而高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉化成頻率信號f.當計數(shù)器打開時，DS 18B20則對f0計數(shù)，計數(shù)器開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內部還有斜率累加器，可對頻率的非線性給予補償。其測量的結果將暫存在溫度寄存器中，可使單片機方便的將溫度讀出。

　　DS18B20的核心是一個直接的數(shù)字化溫度傳感器，可將溫度值按9 b,10 b,11 b,12 b分辨率進行量化，默認分辨率為12 b,對應的溫度最小增量分別為0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.062 5℃。當主機向DS18B20發(fā)出溫度轉化命令后，開始溫度轉換，檢測的溫度結果將存放在兩個字節(jié)中，最低位LSB在前，最高位MSB為符號位。其數(shù)據(jù)格式如下：

　　其中，高位字節(jié)MSB的高5位為溫度的符號位，當溫度為正時，該5位為0,溫度為負時，統(tǒng)一為1.高位字節(jié)MSB的低3位和低位字節(jié)LSB的高4位共同組成溫度值的整數(shù)部分，低位字節(jié)LSB的低4位為小數(shù)位，采用二進制補碼方式存儲溫度數(shù)據(jù)。例如，當溫度為+125℃時，輸出溫度為07D0h;當溫度為+85℃時，輸出溫度為0550h;當溫度為+25.062 5℃時，輸出溫度為0191h;當溫度為-10.125℃時，輸出溫度為FF5Eh;當溫度為-55℃時，輸出溫度為FC90h.

　　1.2.3 硬件設計

　　將DS18B20的數(shù)據(jù)輸入/輸出端與單片機AT89C51的P3.7端口相連，并將溫度值通過P1端口顯示出來。硬件原理圖如圖4所示。

　　1.3 SRWF-1型無線數(shù)據(jù)模塊

　　SRWF-1型微功率無線數(shù)傳模塊是上海桑銳電子科技有限公司自主開發(fā)的智能型產品，該產品支持1 200 b/s,2 400 b/s,4 800 b/s,9 600 b/s,19 200 b/s等多種接口波特率，也可根據(jù)需要提供其他非標準接口波特率。

　　SRWF-1型微功率無線數(shù)傳模塊具有最大10 dBm的微發(fā)射功率；可提供多種載頻頻率；高抗干擾能力和低誤碼率，在視距下，可靠傳輸距離大于300 m;支持多信道，可以根據(jù)需要擴展到16/32信道；雙串口，三種接口方式；智能的數(shù)據(jù)控制，無需編制多余程序，較大的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，可一次傳輸無限長度的數(shù)據(jù)；兩種接口收發(fā)等待時間，既能用于高速設備也可適用低速系統(tǒng)；看門狗實時監(jiān)控，使設備永不死機。

　　1.3.1 外形尺寸結構圖

　　SRWF-1的外形結構如圖5所示。

　　1.3.2 接口定義

　　SRWF-1提供1個9針的連接器（CON1），其定義基于終端的連接方法如表1所示。

　　1.3.3 接口參數(shù)

　　SRWF-1的左下角有一組5位的短路跳線（J1），分別定義為ABCDE,設跳線開路（不插短路器）為狀態(tài)0,跳線短路（插入短路器）為狀態(tài)1.其配置方法為：

　?。?）信道頻率

　　J1的ABC三位跳線提供8種選擇，可通過設置ABC的短接狀態(tài)確定使用0~7號信道，只要在通信網中，ABC的跳線方式相同，就可以相互通信，其對應的頻道如表2所示。

　?。?）接口方式選擇

　　SRWF-1提供兩個串口，COM1（CON1的Pin3,Pin4）固定為TTL電平的UART串行口；COM2（CON1的Pin6,Pin7）可通過J1的D位來選擇接口方式：

　　D=1（不接短路器）

　　COM2=RS 485,RS 485的A/B口

　　D=0（接短路器）

　　COM2=RS 232,RS 232的TXD/RXD

　　J1的E位是用來選擇校驗方式的：

　　E=0（不插短路器）8E1/801 帶一位校驗位

　　E=1（插短路器）8N1 不帶校驗位

　?。?）波特率設定

　　SRWF-1模塊提供1 200/2 400/4 800/9 600 b/s等接口波特率，波特率的設定可通過改變模塊反面的焊盤跳線（J2~J4）的狀態(tài)來確定。假設焊盤斷開為0,短路為1,焊盤跳線J4~J2的狀態(tài)和波特率對應關系如表3所示。

　?。?）接口方式選擇

　　本設計與單片機串口相連，采用標準RS232接口方式連接，將短路跳線D短接，其示意圖如圖6所示。其他引腳可懸空不接，以免引入干擾。

　　選取3號信道，將短路跳線B,C短接，信號發(fā)送和接收頻率為431.4588MHz,將兩個SRWF-1模塊均選取此設置，則兩個無線模塊即可相互通信。

　　根據(jù)本設計的需要，將SRWF-1的焊盤跳線J3,J2短接，從而得到波特率為9 600 b/s.

　　2 軟件設計

　　2.1 程序流程圖

　　系統(tǒng)的程序流程圖如圖7所示。

　　2.2 部分程序

　　DS18B20初始化程序：

　　3 結語

　　單片微型計算機是隨著超大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展而誕生的，由于它具有體積小、功能強、性價比高等特點，所以廣泛應用于電子儀表、家用電器、節(jié)能裝置、軍事裝備、機器人、工業(yè)控制等諸多領域，使產品小型化、智能化，既提高了產品的功能和質量，又降低了成本，簡化了設計。

　　DS18B20以其簡單、精度高、測溫范圍廣而被廣泛應用；8051單片機以其抗干擾強、可靠性強、容易上手等優(yōu)點而廣泛使用；加上SRWF-1的使用，使系統(tǒng)在溫度采集過程中，可通過無線發(fā)送數(shù)據(jù)，方便使用，減少工作量。