基于DS18B20的遠程溫度測量與監控系統的設計

孫式運，楊清志

（亳州職業技術學院，安徽 亳州 236800）

基于DS18B20的遠程溫度測量與監控系統的設計

孫式運，楊清志

（亳州職業技術學院，安徽 亳州 236800）

針對浴室、倉庫等需要遠程溫度測量與監控的場所，設計了一套基于溫度傳感器和單片機的遠程溫度測量與監控系統。相比于其他整套監控設備，系統設計結構簡單，體積較小，成本低，使用靈活，仿真和實際測試結果也證實了系統設計的可靠性。

DS18B20；nRF905；聲光報警；STC89C52

0 引言

溫度是環境監測最重要的參數之一，與人類的生活、生產密切相關。在浴室、倉庫等場合，由于其特殊性，必須對溫度進行實時監測和遠程傳輸以便及時調節。雖然市場上已有成套的溫度監測裝置，但成本較高，且安裝、布線麻煩使用不便，一般只用于對溫度調節要求較高的重要場合。在查閱相關技術資料，并經實驗仿真和對比測試后，我們設計了一套基于DS18B20溫度傳感器和STC89C52單片機的遠程溫度測量與無線監控報警系統。與成套監控設備相比，系統設計結構簡單，使用方便且成本較低。

1 系統結構

如圖1所示，系統由溫度傳感器DS18B20、單片機STC89C52、無線收發模塊nRF905、液晶顯示器LCD1602、聲光報警器及電源模塊等組成。工作時首先由溫度傳感器DS18B20收集溫度信息，經單片機STC89C52調制后通過無線收發模塊nRF905傳到接收終端的單片機，再將測量信息顯示，并與溫度設定值比較，當溫度異常時啟動聲光報警，從而實現溫度的遠程測量與無線監控報警[1]。

圖1 系統結構

2 硬件設計

2.1 溫度傳感器

本設計對溫度測量的準確性要求并不高，但必須結構簡單工作可靠。對比研究各種溫度傳感器技術指標后，系統設計采用美國美信公司子公司DALLAS公司的DS18B20數字溫度傳感器[2]。該傳感器量程-55℃～125℃，精度±0.5℃，滿足設計需求。DS18B20高度集成，使用時不需要任何外圍器件，測量結果直接以數字信號傳給CPU，從而簡化了系統設計，降低了設計成本，同時使得系統工作穩定可靠。另外，DS18B20還支持多點組網，預留了多點溫度監控等功能拓展。

圖2 DS18B20內部結構

DS18B20內部結構如圖2所示[3]，主要由光刻ROM、溫度傳感器、溫度觸發器、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，當溫度變化時，由低溫（高溫）觸發器觸發低溫（高溫）振蕩器，使內部計數器累加計數，以二進制補碼形式把數據送給寄存器，寄存器再通過緩存、存儲和控制器送給ROM。為了保證數據傳輸的正確性，傳輸數據要進行CRC校驗。由于ROM對每個溫度傳感器都有編號，因而多個溫度傳感器的傳輸信息同時傳輸，實現組網功能只需一根總線，簡化了硬件設計。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，必須以無線傳輸的方式把溫度信息傳送出去。本系統設計選用挪威Nordic公司的nRF905無線收發模塊[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，性能穩定成本較低，傳輸距離達數百米（與天線及障礙有關），非常適合系統設計，其與單片機的連接如圖4所示。

圖4 nRF905與單片機連接圖

2.3 單片機及其外圍電路

本系統設計并不需要進行復雜運算，但要保證系統工作可靠，并盡量簡化設計工作，降低設計成本。分析研究后，系統設計選用深圳晶宏STC89C52單片機。STC89C52是一款技術成熟性能穩定的8位低功耗單片機,與液晶顯示器、聲光報警電路等外圍器件連接如圖5所示[5]。

2.4 電源設計

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

圖5 單片機及外圍電路

圖6 3.3V電源模塊

圖7 5V電源模塊

3 系統程序

如圖8所示，單片機首先讀取參數設置（默認為最近一次通過鍵盤輸入的設定值）然后依次完成溫度測量、傳輸、報警等操作。為了節能以延長電池供電時間，在溫度正常的情況下顯示器休眠，可通過按鍵喚醒，聲光報警電路也處于關閉狀態，當檢測結果超出設定范圍時則啟動報警電路。如果報警信息未得到及時處理，則延時10秒返回繼續監測[6]。

圖8 溫濕測量與無線監控程序

4 結語

（1）本系統設計采用單片機和傳感器，沒有復雜的器件，節約了開發成本。同時采用無線傳輸也避免了特殊環境對布線等造成的不便，提高了工作可靠性，對只需實現溫度遠程傳輸且靈敏度要求不高的場合，如浴室等非常有實用價值。

（2）采用單片機進行系統控制，不僅可以調取監測數據進行專業分析，還可以通過編程，利用預留的外圍接口實現功能拓展[7]，方便后續開發。

［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設計［J］.綏化學院學報，2013，（2）：157-160.

［2］DS18B20 產品參數說明［Z］.https://para.maximintegrated.com/cn.

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

［4］nRF905 產品參數說明［Z］.http://www.nordicsemi.com.

［5］楊清志，張喜紅.基于STC89C52輸液監測報警系統的設計與實現［J］.廊坊師范學院學報（自然科學版），2015，（6）：54.

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

［7］劉艷.醫用電子體溫監測系統［D］.南京：南京理工大學，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