基于单片机的温度采集和无线传输系统设计

Engineering工程

hinaCPlant

基于单片机的温度采集和无线传输系统设计

朱镇 

（大庆油田有限责任公司第二采油厂大庆地震台，黑龙江 大庆 163414）

摘要：单片机属于一种微控制器，在很多领域都有广泛的应用。根据地震前兆水温观测的实际工作需要，设计了一种基于单片机的温度采集与无线传输系统，系统控制内核为STC89C52，结合DS18B20单线数字温度传感器，对温度数据进行采集和传输，并通过LLED数码管实时显示。无线传输系统方面，选择ZigBee无线通讯模块，能够实现单片机和上位机PC端数据的有效传输。

关键词：单片机；温度采集；无线传输；系统设计

中图分类号：TP274.2;TP368.1   文献标识码：A   文章编号：1671-0711（2019）04（下）-0105-02

1 系统总体设计

在该系统中采用了模块化设计，除了单片机这一核心，还包括能对温度信息进行采集的温度传感器、能对数据进行传输的无线信号传输以及串口通信模块等。为保证数据采集的效果，在对温度传感器决心选择时采用DS18B20，将其直接连接到MCU单片机并口，系统控制核心选择STC89C52RC单片机，以附带的八段数码管显示单元把接收到的数据信息实时显示出来。单片机和ZigBee无线发射模块的连接主要依托串口转换电路，另一模块则连接PC端，为数据无线传输提供支撑。系统总体结构见图1。

境要求。单片机的工作电压在3.3~5.5V之间，与其他MCS—51单片机相比，该单片机的运行速度更快、性能更好、功耗更低，在配备4位8段共阴极数码管的情况下，能够对接收到的温度数据直接显示出来，而且显示出的数据精度较高。运用74HC573来实现系统的数据锁存功能，不仅保证了数据安全，还能够对系统中的温度数据进行持续更新，更能使单片机本身所具备的I/O控制端口得到充分的利用。2.2 温度传感器

温度传感器采集到的温度数据实际上是模拟量，要对其进行读取和显示，必须先将其转化成数字量，DS18B20所具备的模数转换功能可以实现对系统整体结构的简化。DS18B20是一种单线式、可编程的数字温度传感器，其体积较小，数据采集精度高，而且具备较强的抗干扰能力，能够将采集到的温度直接转化为数字信息，并经由数据端传输。DS18B20特殊的单线数据串行接口在保证数据传输安全性的同时也能够减少控制器端口，经由数据线引入相应的寄生电源就可以实现有效供电，因此在使用中十分方便。传感器能

图1 系统总体结构

够测量的温度范围在-55~125℃，封装后具备良好的适应能力，在狭小空间数字测温和控制中优势明显。

在DS18B20内部包含了温度传感器、64位光刻ROM、非挥发温度报警触发器以及TL配置寄存器。其中64为光刻ROM的排序依次为产品类型标号（8位）、传感器本身序列号（48位）以及前面数字的循环冗余校验码（8位），能够使所有的DS18B20具备自身独有的特征，确保一根总线上可以同时挂接多个DS18B20。存储器可以分为两种，一种是包

2 硬件设计2.1 单片机

选择STC公司的C89C52RC单片机，其本身具备8KB系统可编程Flash存储器以及512B的RAM，内置MAX810复位电路，配合3个16位定时器以及4个8位通用I/O控制端口，再加上可自由编程的全双工串口，能够适应多数工作环与可变地隙与轮距的外部需求达到一致就可以停止。如原有动力供应强度为A，经过变速箱调节后，系统再次进行要摇臂调节时，将按照每次摇臂增加1的标准，继续进行摇臂做功。3 结语

综上所述，可变地隙与轮距拖拉机底盘研究与设计分析是现代机械结构实践中优化的技术理论归纳，不仅明确了机械结构改造的理论方法，也大大提高了机械做功的速率。在此基础上，通过底盘整体设计原理、中间传动结构设计原理、左右桥设计原理、驱动桥连杆设计原理，着重

对左右边桥设计方案、齿轮设计方案、动力输出箱设计方案、以及变速箱设计方案进行探究，可为社会机械结构创新带来研究思路。

参考文献：

[1]李明生,叶进,谢斌.拖拉机液压底盘液控比例流量阀设计与试验[J].农业机械学报,2018,49(04):397-403.

[2]左振蛟. 可变地隙与轮距拖拉机底盘研究与设计[D].山东大学,2016.

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Research and Exploration 研究与探索·工艺与技术

含8B的存储器所构成的高速暂存器RAM；另一种则是可电擦除RAM，这种特殊的存储器可以进一步划分成温度触发器TH和TL以及相应的配置寄存器，基本上温度触发器TH和TL的构成均为单一EEPROM字节，在实际应用中可以根据具体情况来设置好温度的上限和下限值，并将设置好的数值写入到控制系统中，确保其能够实现有效的控制。在每次温度测量结束后，温度传感器DS18B20会对测量结果会进行整理，然后存储到相应的暂存器中，存储的数据可以被相关指令读取。

2.3 ZigBee模块

ZigBee无线传输模块具有功耗低、成本低、延时短、容量高等特点，能够实现低速率近距离自组网的无线通信，在自动化工业控制等领域有着广泛的应用。在该设计中采用主流ZigBee内核芯片CC2530，芯片中融入了IEEE802.15.4兼容无线收发器，能够实现对模拟无线模块的有效控制，而且能够在单片机和无线设备之间提供一个接口，能够发出指令、读取状态，也可以对无线设备时间的顺序进行自动确定，多样化的运行模式使芯片能够适应超低功耗的要求。为确保无线模块能够实现与上位机PC端以及单片机开发板之间的串口连接，将ZigBee无线传输内核与串流转换电路组合封装后，形成QAZ2231模块，可以实现点对点或点多点组网通信。3 接口及电路设计3.1 串口转换电路

为方便实现模块化应用，提升系统的适用性，在对该系统进行设计的过程中，应该确保单片机与CC2530芯片的连接采用电平转换电路，经由串口实现直接连接。转换芯片可以根据实际情况进行选择，这里推荐MAX232，利用该芯片中的第2路引脚接口，能够非常简单地完成与RS232串口、单片机乃至CC2530的有效连接，具体如图2所示。

图2 串口转换电路

3.2 单片机控制电路

系统利用DS18B20温度传感器模块实现对温度数据的采集，采集到的数据经由单线端口实现与单片机的连通。对系统核心控制单元的单片机而言，在实际运行中能够将自身接收到的由温度传感器传输的数据信息经由相应的数码管实时地展示出来，如果搭配74HC573数字锁存芯片，则能够对锁存的数据进行有效的传输，再结合PO端口提供的数据信息，能够切实保证系统的正常运作。4 软件设计

在系统上电后，初始化单片机以及温度传感器，检测数据端口，确认无误后可以经由相应的串口，将采集到的数据

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传输到无线模块，再同步发送至系统，于数码管中直接显示。对软件程序进行设计的过程中，应该严格遵循DS18B20的工作时序，如果需要进行读写操作，必须先进行复位并同步发送一条ROM指令，确认后才能发送RAM指令，以此来实现对DS18B20的预定操作，确保数据的准确采集。无线传输同样需要严格依照CC2530协议栈及控制逻辑的要求进行。此处对部分软件程序的设计进行简单展示：

//DS18B20 初始化操作Voidds_init()void{

Bit flag； //定义有效标志位变量 DQ=1；

Delay（1）； //等待5μs DQ=0； //拉低总线

Delay（100）； //延时超过480μs，总线中所有器件复位

DQ=1； //释放总线使其处于空闲状态

Delay（8）； //检测间隙，确保其处于15μs-60μs之间

flag=DQ； //状态标志读取，0表示复位成功，1表示复位失败

Delay（20）； //等待脉冲输入完毕：60μs-240μs

DQ=0； //释放总线}

//读取温度5 结语

在工业和生活领域，单片机微控制温度采集系统有着非常广泛的应用，基于地震前兆水温观测的实际工作需要，设计了基于单片机的温度采集和无线传输系统，系统本身结构和操作简单、维护方便、成本低廉，而且模块化的设计能够依照实际需求，进行数据采集通道的自由添加，具备较强的可扩展性，在水体温度、环境温度等检测和控制中，有着较强的实用性。

参考文献：

[1]晏宇.基于单片机的无线温度监控系统的设计与制作[D].南昌大学,2018. 

[2]赵野.温室大棚多点温度无线采集系统设计[J].农技服

务,2017,34(21):114. 

[3]何为,沈王姚,杨紫含,徐建.温度数据采集与无线传输系统设计[J].科技视界,2016,(27):258-259.