基于51單片機溫度采集及無線發送

0 引言
隨著數字化腳步的加快，越來越多的數字化產品取代了原有的機械式儀表，從而大大提高了數據的準確率。然而，多數情況下，溫度的采集過程只在現場實時顯示，在增加了工作量的同時，也可能會造成很多不便，如進入危險區域。因此，將無線網絡應用在工業生產中，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，將工業生產中常用到的溫度進行數字化，并通過無線模塊將數據發送出去，在接收方利用無線接收設備接收實時的數據，從而大大降低勞動強度。

1 系統組成
系統由單片機、溫度傳感器、串口通信模塊和無線傳輸模塊等幾部分組成。測溫系統將測得的溫度通過單片機在數碼管上實時顯示，同時，通過串口通信部分和無線模塊將數據發送給上位機。系統結構如圖1所示。

該設計以Atmel公司生產的單片機AT89C51為核心，以數字溫度傳感器DS18B20作為溫度采集，以SRWF-1無線模塊作為無線數據傳輸，從而構成整體系統。
1．1 單片機系統
系統采用AT89C51作為核心控制，配備4位共陰極數碼管顯示電路。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個數據指針；3個16位定時器／計數器；兩級中斷優先等級；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要求。數碼顯示采用Ytt-410391K四位7段8線數碼管，作為溫度顯示部分，并用最末一位顯示小數。
1．2 數字溫度傳感器DS18B20
DS18B20是美國Dallas公司生產的一款可編程1-Wire數字溫度計。具有精度高，全數字化，連線少等諸多優點。其可直接將采集到的溫度轉換成數字信號，通過單條數據線串行發送出去，只要嚴格遵循規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、非揮發的溫度報警觸發器TH和TL、配置寄存器。

DS18B20 64位閃存ROM的開始8位是產品類型的編號，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，數據先寫入內部的高速暫存RAM，經校驗后在傳給E2PROM。RAM中的第5個字節為配置寄存器，用于確定溫度值的數字轉化分辨率。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為數據輸入／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內部的低溫度系數振蕩器能產生穩定的頻率信號f0，而高溫度系數振蕩器則將被測溫度轉化成頻率信號f。當計數器打開時，DS 18B20則對f0計數，計數器開通時間由高溫度系數振蕩器決定。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中，最低位LSB在前，最高位MSB為符號位。其數據格式如下：

其中，高位字節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，統一為1。高位字節MSB的低3位和低位字節LSB的高4位共同組成溫度值的整數部分，低位字節LSB的低4位為小數位，采用二進制補碼方式存儲溫度數據。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。