摘要：為了遠程監(jiān)控實時溫度數(shù)據(jù),，利用溫度傳感器DS18B20的特點,，與AT89C51單片機構成實時溫度檢測系統(tǒng)，并通過LED數(shù)碼管顯示,。利用無線傳輸模塊SRWF-1的特點,，與單片機構成數(shù)據(jù)傳輸部分，將所測量的溫度無線傳輸發(fā)送給上位機,。給出了DS18B20,，SRWF-1分別和AT89-C51所構成系統(tǒng)的應用電路和部分程序。通過無線模塊的引入,，能較好地實現(xiàn)遠程溫度檢測系統(tǒng),。
關鍵詞：8051單片機；DS18B20,；溫度采集,；SRWF-1無線模塊
0 引言
隨著數(shù)字化腳步的加快，越來越多的數(shù)字化產(chǎn)品取代了原有的機械式儀表,，從而大大提高了數(shù)據(jù)的準確率,。然而，多數(shù)情況下,，溫度的采集過程只在現(xiàn)場實時顯示,，在增加了工作量的同時，也可能會造成很多不便,，如進入危險區(qū)域,。因此，將無線網(wǎng)絡應用在工業(yè)生產(chǎn)中,，不僅能大大提高工作效率,，同時也在一定程度上降低了勞動強度。
本設計基于以上兩點,，將工業(yè)生產(chǎn)中常用到的溫度進行數(shù)字化,，并通過無線模塊將數(shù)據(jù)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),，從而大大降低勞動強度,。
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(chǎn)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。其性能完全能夠滿足系統(tǒng)要求,。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(chǎn)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(chǎn)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,，數(shù)據(jù)先寫入內部的高速暫存RAM,，經(jīng)校驗后在傳給E2PROM。RAM中的第5個字節(jié)為配置寄存器,，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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品,，該產(chǎn)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(10 mW)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,，可得到實際誤碼率為10-5～10-6；傳輸距離遠,，在視距下,，可靠傳輸距離大于300 m；支持多信道,，多速率,，可根據(jù)需要擴展到16／32信道；雙串口,，三種接口方式,；智能數(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)；低功耗,，接收電流小于20 mA,，發(fā)射電流小于40 mA，休眠時電流僅為20μA,；高可靠性,，體積小，重量輕,；兩種接口收發(fā)等待時間,，既能用于高速設備(如DSP系統(tǒng))也可適用低速系統(tǒng)(如51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：
(1)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(wǎng)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,。
(2)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
(3)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,。
(4)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
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,。