基于單片機和DS18B20的溫度采集和分析系統

傳統的溫度檢測大多以熱敏電阻為溫度傳感器，但熱敏電阻的可靠性較差、測量溫度準確率低，且還必須經專門的接口電路轉換為數字信號后才能由單片機進行處理。不僅如此，大部分溫度系統都缺少對溫度的采樣存儲，無法對溫度進一步分析。本文介紹了一套以個人電腦及80C51單片機為核心，使用DS18B20溫度傳感器進行溫度采樣，數據庫進行溫度存儲，Matlab進行溫度分析的系統。該系統可對其所處環境的溫度進行實時監控，同時進行溫度的采樣、存儲和分析，實現對特定環境下溫度的了解。

1 系統總體組成

系統硬件部分主要用于溫度的測量和存儲。PC端則用于測溫事件的建立與存儲、測量參數的設置、溫度數據的存儲及溫度數據的分析。整體而言，系統核心部分分為溫度監測模塊、溫度存儲模塊和溫度分析模塊3部分。

溫度監測模塊用于溫度的監測及采樣，首先利用PC端程序進行測溫事件的建立及采樣開始時間(時分秒)、采樣結束時間(時分秒)、采樣間隔(秒)和傳輸方式8個采樣相關參數的設置，傳輸方式包括直接傳輸和間接傳輸，對應溫度的永久存儲和臨時存儲，相關參數通過串口傳給單片機。然后利用80C51單片機和DS18B20溫度傳感器來獲取當前溫度，并按要求對溫度進行采樣，同時利用其他器件將溫度及當前時間顯示到LED屏上。

溫度存儲模塊分為臨時存儲模塊和永久存儲模塊，臨時存儲模塊用于將所測量的溫度數據通過I2C總線臨時存儲于AT24C02芯片中，永久存儲模塊則將AT24C02芯片中的數據或當前測量的溫度數據通過串行口傳給PC端，然后PC端程序將其存儲于SQL Server數據庫中。

溫度分析模塊利用Matlab對所獲數據進行處理。通過將數據庫中的數據導入Excel表，然后調用Matlab的m文件讀取Excel表中的數據，并對其分析，完成數據處理。

系統的總體設計如圖1所示。

2 系統硬件設計

系統硬件原理如圖2所示，硬件電路圖如圖3所示。整個系統通過STC89C52RC單片機進行控制，8051系列單片機為1980年Intel公司推出的MCS-51系列8為高檔單片機微機，而該型號單片機為8051內核芯片，內含Flash E2PROM存儲器，內部程序存儲空間的大小為4 kB，內部RAM為512 Byte，價格較低，能較好地滿足系統要求。DS18B20溫度傳感器通過單總線與單片機P1.7連接，單總線數字溫度傳感器將地址線、數據線、控制線合為1根信號線，硬件開銷小，為保證系統穩定性，將DS18B20的VCC端與外部電源相連。1602液晶為5 V電壓驅動，可顯示兩行，每行16個字符，內置含128個字符的ASCII字符集字庫，可滿足系統信息輸出的要求，1602占用單片機的P0及P2.3、P2.4、P2.5。AT24C02為E2PROM存儲器，使用了快速、高效、精準的I2C接口設計技術與單片機進行通信，時鐘線與單片機P2.0相連，信號線與P2.1相連。DS1302為時間芯片，能自動產生年、月、日、時、分、秒等時間信息，可實現系統溫度與測量時間的對應傳輸，并方便系統控制。MAX232為RS232/TTL電平轉換芯片，實現下位機與PC端上位機的串口通信，其與單片機的RXD(P3.0)和TxD(P3.1)相連。

3 系統軟件設計

3.1 單片機程序設計

圖3為程序的程序總體設計圖，application為整個單片機程序的全局變量，用以區分系統核心部分和應用部分，當按下與P3.2相連的按鍵時，觸發外部中斷0，application自加1。

系統核心部分又分為空閑模式和工作模式。系統處于空閑模式時，讀取DS1302的時間信息和DS18B20的溫度信息，在液晶顯示屏上顯示當前的日期、時間和溫度，同時利用按鍵可校準日期和時間;處于工作模式時，硬件電路與PC端配合工作，完成溫度的采樣、存儲和傳輸。

應用部分，單片機通過串口獲得溫度閾值和函數式，利用下文將敘述的公式完成相應功能。另外，單片機進行溫度采樣的時間由定時器0進行精確控制。定時器1用于波特率的產生。當PC端傳遞數據給單片機時，將導致串口中斷，參數數據傳送至單片機的SBUF寄存器，然后再將數據存儲于char型二維數組Parameter中，因為所需傳輸的參數數據共有8個，且每個參數的位數均為2位，故包括‘