远距离室内温度监控系统设计实现(附程序)

远距离室内温度监控系统设计实现摘要随着现代信息化技术的飞速发展和传统工业改造的逐步实现，能独立工作的温度检测系统已广泛应用于各种不同的领域。

温度检测在工农业生产、科研和在人们的生活中得到广泛的运用。

目前，温度传感器正从模拟式向数字集成式方向飞速发出，DS18B20便是其中优秀的代表。

本文介绍了一个基于数字温度传感器DS18B20的测温系统，并用LED数码管显示温度值，无线发送温度值。

达到远距离温度测量的实现。

主要采用的是温度传感器18B20，无线模块nRF24L01和单片机控制显示模块。

本文详细叙述18B20的的测量原理和内部结构，以及对18B20温度传感器程序的调试。

关键词：DS18B20、无线传输、单片机、温度测量目录第一章绪论1.1前言1.2选题的背景和意义第二章设计原理及方案2.1方案的论证2.2 DS18B20的内部结构2.3 DS18B20工作过程及时序第三章硬件电路的设计3.1 温度测量电路的设计3.2无线模块电路的构成第四章软件设计4.1 系统的主程序原理图4.2 DS18B20的测温原理第五章课程设计的体会与收获5.1体会和收获5.2展望和不足参考文献附录一protel图附录二源程序绪论1.1前言随着科技的不断发展，现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平。

在三大信息信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我国各领域已经引用的非常广泛，可以说是渗透到社会的每一个领域，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。

1.2选题的背景和意义本文将介绍智能集成温度传感器DS18B20的结构特征及控制方法，并对以此传感器，89S51单片机为控制器构成的数字温度控制装置的工作原理及程序设计作了详细的介绍。

其具有读数方便，方便控制，输出温度采用数字显示，主要用于对温度控制要求比较准确的场所，或科研实验室使用。

该设计控制器使用ATMEL公司的AT89S51单片机，测温传感器使用DALLAS公司DS18B20，用液晶来实现温度显示。

第二章设计原理及方案2.1方案的论证方案一：采用热敏电阻，热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的，也不能满足测量范围。

在温度测量系统中，也常采用单片温度传感器，比如AD590，LM35等。

但这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D 转换后才能送给计算机，这样就使测温系统的硬件结构较复杂。

另外，这种测温系统难以实现多点测温，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。

方案二：采用单总线数字温度传感器DS18B20测量温度，直接输出数字信号。

便于单片机处理及控制，节省硬件电路。

且该芯片的物理化学性很稳定，此元件线形性能好，在0—100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。

DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计DS18B20和微控制器AT89C51构成的温度装置，它直接输出温度的数字信号到微控制器。

每只DS18B20具有一个独有的不可修改的64位序列号，根据序列号可访问不同的器件。

这样一条总线上可挂接多个DS18B20传感器，实现多点温度测量，轻松的组建传感网络。

综上分析，我们选用第二种方案。

2.2 DS18B20的内部结构DALLAS半导体公司继DS1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。

与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式。

可以分别在93.75 ms和750 ms内完成9位和12位的数字量，并且从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电，而DS18B20是美国无需额外电源。

因而使用DS18B20可使系统结构更趋简单，可靠性更高。

他在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较DS1820有了很大的改进，给用户带来了更方便的使用和更令人满意的效果。

以下是DS18B20的特点：独特的单线接口方式：DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

在使用中不需要任何外围元件。

可用数据线供电，电压范围：+3.0~ +5.5 V。

测温范围：-55 - +125 ℃。

固有测温分辨率为0.5 ℃。

通过编程可实现9-12位的数字读数方式。

支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在惟一的三线上，实现多点测温另外，由于DS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。

系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。

操作协议为：初始化DS18B20（发复位脉冲）→发ROM功能命令→发存储器操作命令→处理数据2.3 DS18B20工作过程及时序DS18B20内部的低温度系数振荡器是一个振荡频率随温度变化很小的振荡器，为计数器1提供一频率稳定的计数脉冲。

高温度系数振荡器是一个振荡频率对温度很敏感的振荡器，为计数器2提供一个频率随温度变化的计数脉冲。

初始时，温度寄存器被预置成-55℃，每当计数器1从预置数开始减计数到0时，温度寄存器中寄存的温度值就增加1℃，这个过程重复进行，直到计数器2计数到0时便停止。

初始时，计数器1预置的是与-55℃相对应的一个预置值。

以后计数器1每一个循环的预置数都由斜率累加器提供。

为了补偿振荡器温度特性的非线性性，斜率累加器提供的预置数也随温度相应变化。

计数器1的预置数也就是在给定温度处使温度寄存器寄存值增加1℃计数器所需要的计数个数。

DS18B20内部的比较器以四舍五入的量化方式确定温度寄存器的最低有效位。

在计数器2停止计数后，比较器将计数器1中的计数剩余值转换为温度值后与0.25℃进行比较，若低于0.25℃，温度寄存器的最低位就置0；若高于0.25℃，最低位就置1；若高于0.75℃时，温度寄存器的最低位就进位然后置0。

这样，经过比较后所得的温度寄存器的值就是最终读取的温度值了，其最后位代表 0.5℃，四舍五入最大量化误差为±1/2LSB，即0.25℃。

温度寄存器中的温度值以9位数据格式表示，最高位为符号位，其余8位以二进制补码形式表示温度值。

测温结束时，这9位数据转存到暂存存储器的前两个字节中，符号位占用第一字节，8位温度数据占据第二字节。

DS18B20测量温度时使用特有的温度测量技术。

DS18B20内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号；同样的，高温度系数振荡器则将被测温度转换成频率信号。

当计数门打开时，DS18B20进行计数，计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。

芯片内部还有斜率累加器，可对频率的非线性度加以补偿。

测量结果存入温度寄存器中。

一般情况下的温度值应该为9位，但因符号位扩展成高8位，所以最后以16位补码形式读出。

DS18B20工作过程一般遵循以下协议：初始化——ROM操作命令——存储器操作命令——处理数据第三章硬件电路的设计3.1 温度测量电路的设计由于DS18B20是数字式温度传感器，里面已经包含了AD转换等电路，所以硬件设计简单，其连接图如下所示：3.2无线模块电路的构成由于是传感器的课程设计，其重点不在无线模块上，故采用了现成无线模块nRF24L01，其电路图如下3.3整体电路的设计第三节用单片机控制温度传感器采集显示温度值，所以需要自己设计52单片机最小系统，以及数码管等显示电路。

其具体电路图如下：图2.4.3单片机最小系统电路原理图图2.4.1数码管显示电路原理图第四章软件设计4.1系统的主程序原理图本说明书主要针对的是DS18B20温度传感器原理的概述，所以基于单片机的程序设计主要是为了验证DS18B20测温的可行性。

本程序主要由无线模块驱动、DS18B20驱动和温度值显示等程序构成。

其基本程序构成如下：4.2 DS18B20的测温原理DS18B20的测温原理上图所示，图中低温度系数晶振的振荡频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器1，高温度系数晶振随温度变化其震荡频率明显改变，所产生的信号作为减法计数器2的脉冲输入，图中还隐含着计数门，当计数门打开时，DS18B20就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲后进行计数，进而完成温度测量。

计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将-55 ℃所对应的基数分别置入减法计数器1和温度寄存器中，减法计数器1和温度寄存器被预置在-55 ℃所对应的一个基数值。

减法计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器1的预置值减到0时温度时寄存器的值将加1，减法计数器1的预置将重新被装入，减法计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

图中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数门仍未关闭就重复上述过程，直至温度寄存器值达到被测温度值，这就是DS18B20的测温原理第五章课程设计的体会与收获5.1体会和收获经过近一周的紧张忙碌，我们的课程设计也几近结束。

此次课程设计，我们实现了软件平台上的仿真，经过调试改进，实现了一些硬件功能。

理论联系实际，让我们在实践中去更好的理解和运用我们所学到的知识，获益匪浅。

在此设计期间，老师给了我们很大的帮助，衷心感谢我们的指导教师，老师在设计和调试的各个阶段给了我们很大的宝贵意见和悉心指导。

同时感谢我们的小组成员，大家发挥各自所长，分工协作，使我们的设计能够有条不紊，高效率的进行，团队合作给了我们设计很大的推动力。

在课设中我也学习到了团队的作用，只有不断的学习，不断的去思考，不断的去寻求答案，不断的去实践，你才会真的掌握一种技术。

感谢老师这几天的指导，感谢这几天和我一起完成课设的同学们。

我将会铭记这次宝贵的经验和这几天所有得到的快乐5.2展望和不足随着计算机软硬件技术的飞速发展，新产品与新技术日新月异，每一产品都面临着新的挑战。

同时，由于作者经验上的不足，技术水平有限，本文设计的智能压力传感系统也有其不足之处函待改进，主要体现在以下几个方面：（1）压力采样点的问题（2）人机交换的问题参考文献1. 谭浩强. C程序设计.清华大学出版社[M].20062.郭天祥.新概念51单片机C语言教程.入门、提高、开发[M].电子工业出版社.20093.付聪，付慧生，李益青. 基于nRF24L01的无线温度采集控制系统的设计[J].工矿自动化2010(1):73-754.于永.51单片机C语言常用模块与综合系统设计实例精讲[M].北京：电子工业出版社，20085..张越等.基于DS18B20温度传感器的数字温度计[J].微电子学，20076.唐文彦. 传感器.机械工业出版社[M].20077.李科杰.新编传感器技术手册[M].国防工业出版社.2002附录一protel图附录二源程序#include <reg52.h>#include <intrins.h>typedef unsigned char BYTE;#define uint unsigned intsbit DQ = P3^7;sbit HC138A = P2^2;sbit HC138B = P2^3;sbit HC138C = P2^4;BYTE cmp[]={0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80};unsigned char MLED[] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x40}; //0 1 2 3 4 5 6 7 8 9unsigned char MLED1[] = {0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef};BYTE number[2]={0x00, 0x00};BYTE SW,GW,XW;int FLAG;int i,j,tim;uint temp;void system_Ini(){TMOD|= 0x11;TH1 = 0xD8; //10TL1 = 0xF0;IE = 0x8A;TR1 = 1;}void delay(unsigned char i){while(--i);}void write_1820 ( BYTE cmd){for(i=0;i<8;i++){DQ=0;_nop_();DQ = cmd&0x01; delay(20);DQ=1;cmd >>= 1;delay(1);}}//DS18B20void reset_1820 (){DQ=1;_nop_();DQ=0;delay(250) ;DQ=1;delay(100) ;}BYTE read_1820(){BYTE dat=0;for(i=0;i<8;i++){DQ = 0;_nop_();dat >>= 1;DQ = 1;delay(1);if(DQ) {dat |= 0x80;}delay(10); }return (dat);}void display(uint temp){SW = temp/100;GW = temp%100/10; XW = temp%10;P0=MLED[SW];HC138A=1;HC138B=0;HC138C=0;for(i=0;i<5;i++)for(j=0;j<125;j++) ;P0=MLED1[GW];HC138A=0;HC138B=1;HC138C=0;for(i=0;i<5;i++)for(j=0;j<125;j++) ; P0=MLED[XW];HC138A=1;HC138B=1;HC138C=0;for(i=0;i<5;i++)for(j=0;j<125;j++) ; }uint gettem(){float tt;reset_1820();write_1820(0xcc);write_1820(0x44);reset_1820();write_1820(0xcc);write_1820(0xbe);number[1]=read_1820();number[0]=read_1820();temp=number[0];temp<<=8;temp|=number[1];tt = temp*0.0625;temp = tt*10+0.5;return temp;}void main(){//system_Ini() ;while(1){display(gettem());}}void T1zd(void) interrupt 3{TH1 = 0xD8; //10TL1 = 0xF0;tim++;}。