基于DS18B20的關聯型溫度檢測系統的設計與實現

李瑋瑤，王小輝

（平頂山學院 河南 平頂山 467000）

通信基站設備密集，安全性要求高，而基站無法實現24小時人工看守，一般僅以空調、通風扇等措施保障站內溫度正常，很少將溫度檢測定位到每部分設備模塊，一旦設備模塊因故障或其他原因出現溫度異變而發生火災事件將對附近居民生活和安全造成了巨大的影響和威脅，因此如何實時準確地掌握和控制通信基站里設備的溫度狀況對基站安全運行具有重要的現實意義[1]。傳統的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感模塊，熱敏電阻成本低，但需要后續信號處理電路，且其可靠性相對較差，測量溫度精度差[2]，無法準確定位發生溫度異變的主要模塊，原因是在不同位置上布置的溫度傳感器之間關聯性較差，不能對溫度異變進行全面的檢測和分析，對通信基站的安全運行和及時排障帶來嚴重影響。為此，本論文在分析現有溫度檢測系統的基礎上，提出一種基于DS18B20溫度傳感器的關聯性模型溫度信號檢測系統，對通信基站溫度進行檢測時，通過把不同位置的溫度傳感器采集的溫度數據匯集在一起，利用關聯性模型對采集的溫度數據進行綜合分析[3-4]，進而準確定位發生溫度異變的模塊，自動控制散熱系統，從而消除安全隱患。

1 系統總體設計

1.1 系統架構設計

本溫度檢測系統包括對通信基站不同位置的溫度進行檢測、顯示、信息關聯、綜合分析、聲光報警、散熱控制。溫度檢測主要由DS18B20溫度傳感器實現，將溫度轉換成模擬信號，再利用A/D轉換電路轉變成數字信號傳送到AT89C51單片機，單片機對檢測數據進行處理后通過顯示屏顯示基站內各個部分的溫度數值，一旦某位置的溫度數值超過設定數值，則聲光報警電路發出警報信號，單片機通過控制散熱系統提高散熱效率，同時根據關聯性模型，在保證基站安全運行的基礎上，降低溫度異常模塊的功率，從而達到對通信基站溫度智能化檢測的目的。系統總體設計如圖1所示。

1.2 系統硬件設計

硬件部分包括：DS18B20溫度傳感器溫度檢測電路、數據關聯電路、聲光報警電路、繼電器控制散熱電路等。

圖1 系統總體設計圖Fig.1 System overall design

數據關聯電路中，主控電路的單片機采用STC89C52芯片，晶振設置 12 MHz，具有低功率和體積小的特點[5]。ADC0809是8位逐次逼近式A/D模數轉換器。它由單個+5 V電源供電，模擬輸入電壓范圍是0～+5 V，工作溫度范圍是-40～85℃[6]。CLK時鐘脈沖信號由STC89C52提供。數據關聯電路的硬件設計如圖2所示。圖中，主電路采用+5 V直流輸入，主控電路晶振在12 MHz時，系統性能為12 MIPS，內部的程序儲存器能夠儲存128K字節，數據存儲器能夠儲存4K字節，E2PEOM存儲器能夠儲存4K字節；控制電路的SPI接口與nRF24L01連接實現溫度傳感器DS18B20檢測的溫度異常信號的傳輸和處理，PWM口用來控制警報模塊。

圖2 數據關聯電路的硬件設計Fig.2 Associated circuit diagram for data association circuit module

聲光報警電路中，若基站內被測各個位置的溫度在設置數值以下工作，則聲光報警電路的指示燈為綠色閃爍狀態。單片機通過Q1接口輸出的方波控制三極管VT1的通斷實現對聲光報警電路進行控制。當檢測到的溫度數值超過設定數值時，程度把單片機Q3接口輸出值提高，此時三極管VT3導通，聲光報警器發出報警信息。聲光報警器電路圖如圖3所示。

圖3 聲光報警器模塊電路圖Fig.3 Circuit diagram for sound and light alarm module

2 軟件設計

2.1 主程序流程

溫度檢測系統的控制程序根據C語言進行編寫，在溫度檢測系統運行時，可以人工設定溫度報警值，控制程序利用不同位置布置的溫度傳感器的關聯系數判斷高溫傳輸的速度，從而定位出溫度異變模塊的位置，并且通過高溫傳輸速度和局部溫度，通過開啟不同位置的散熱風扇和制冷裝置來降低溫度。控制程序的工作流程如圖4所示。

圖4 軟件工作流程Fig.4 The work flow of software

2.2 溫度傳感器DS18B20關聯性程序實現

在通信基站內，溫度傳感器DS18B20檢測到的溫度在不同的位置有著不同的測量值，不同位置之間存在著關聯性聯系。設置溫度傳感器測量的數據之間的關聯性系數是λ，利用以下公式能夠描述各個模塊的關聯性系數：

上述式中，A，B表示兩組溫度傳感器測得的數值，P（A）表示變量A的數學期望，P（B）表示變量B的數學期望。當|λ|＜0.2時，說明兩個模塊的距離較遠，高溫并沒有傳輸到該模塊位置，只發出警報信號，不用采取加強散熱的措施；當0.2≤|λ|≤0.6時，說明高溫正在向不同模塊的位置進行傳輸，此時系統發出警報并增加散熱效率；當0.6≤|λ|≤0.9時，說明此時基站內各個位置的溫度已經很高了，應開啟最高級警報措施，通知工作人員立即加強降溫通風處理，對發生溫度異變模塊進行檢查，將隱患徹底排除。

溫度傳感器檢測到的信號經過ADC轉換，同時轉換后的12位數據，輸入為：

3 結束語

針對傳統溫度檢測系統的各個位置的溫度檢測值關聯性較差，不能對通信基站進行綜合定位檢測預警的缺陷，本文設計了一種基于DS18B20的關聯型溫度檢測系統，實現了對通信基站不同模塊部分溫度的檢測、顯示、信息關聯、綜合分析、聲光報警和散熱控制，能夠實時準確的對通信基站模塊溫度異變信號進行分析和處理，完成了智能化溫度檢測，從而減少了通信基站的安全隱患，提高了安全運行的系數。

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