基于51單片機(jī)溫度采集及無線發(fā)送

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(jī)械式儀表，從而大大提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(jìn)入危險區(qū)域。因此，將無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(qiáng)度。
本設(shè)計基于以上兩點，將工業(yè)生產(chǎn)中常用到的溫度進(jìn)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(shè)備接收實時的數(shù)據(jù)，從而大大降低勞動強(qiáng)度。

1 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由單片機(jī)、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(jī)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(jī)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該設(shè)計以Atmel公司生產(chǎn)的單片機(jī)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(gòu)成整體系統(tǒng)。
1．1 單片機(jī)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(nèi)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(zhuǎn)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(yán)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(dá)到溫度采集目的。
1．2．1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外部管腳
數(shù)字式溫度傳感器DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shè)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(shè)定報警上下限值。DS18B20內(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)化分辨率。工作時按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)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(yuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)化成頻率信號f。當(dāng)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(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性給予補(bǔ)償。其測量的結(jié)果將暫存在溫度寄存器中，可使單片機(jī)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(jìn)行量化，默認(rèn)分辨率為12 b，對應(yīng)的溫度最小增量分別為0．5℃，0．25℃，0．125℃和0．062 5℃。當(dāng)主機(jī)向DS18B20發(fā)出溫度轉(zhuǎn)化命令后，開始溫度轉(zhuǎn)換，檢測的溫度結(jié)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(dāng)溫度為正時，該5位為0，溫度為負(fù)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(jìn)制補(bǔ)碼方式存儲溫度數(shù)據(jù)。例如，當(dāng)溫度為+125℃時，輸出溫度為07D0h；當(dāng)溫度為+85℃時，輸出溫度為0550h；當(dāng)溫度為+25．062 5℃時，輸出溫度為0191h；當(dāng)溫度為-10．125℃時，輸出溫度為FF5Eh；當(dāng)溫度為-55℃時，輸出溫度為FC90h。