基于DS18B20的远程温度测量与监控系统的设计

孙式运，杨清志

（亳州职业技术学院，安徽 亳州 236800）

基于DS18B20的远程温度测量与监控系统的设计

孙式运，杨清志

（亳州职业技术学院，安徽 亳州 236800）

针对浴室、仓库等需要远程温度测量与监控的场所，设计了一套基于温度传感器和单片机的远程温度测量与监控系统。相比于其他整套监控设备，系统设计结构简单，体积较小，成本低，使用灵活，仿真和实际测试结果也证实了系统设计的可靠性。

DS18B20；nRF905；声光报警；STC89C52

0 引言

温度是环境监测最重要的参数之一，与人类的生活、生产密切相关。在浴室、仓库等场合，由于其特殊性，必须对温度进行实时监测和远程传输以便及时调节。虽然市场上已有成套的温度监测装置，但成本较高，且安装、布线麻烦使用不便，一般只用于对温度调节要求较高的重要场合。在查阅相关技术资料，并经实验仿真和对比测试后，我们设计了一套基于DS18B20温度传感器和STC89C52单片机的远程温度测量与无线监控报警系统。与成套监控设备相比，系统设计结构简单，使用方便且成本较低。

1 系统结构

如图1所示，系统由温度传感器DS18B20、单片机STC89C52、无线收发模块nRF905、液晶显示器LCD1602、声光报警器及电源模块等组成。工作时首先由温度传感器DS18B20收集温度信息，经单片机STC89C52调制后通过无线收发模块nRF905传到接收终端的单片机，再将测量信息显示，并与温度设定值比较，当温度异常时启动声光报警，从而实现温度的远程测量与无线监控报警[1]。

图1 系统结构

2 硬件设计

2.1 温度传感器

本设计对温度测量的准确性要求并不高，但必须结构简单工作可靠。对比研究各种温度传感器技术指标后，系统设计采用美国美信公司子公司DALLAS公司的DS18B20数字温度传感器[2]。该传感器量程-55℃～125℃，精度±0.5℃，满足设计需求。DS18B20高度集成，使用时不需要任何外围器件，测量结果直接以数字信号传给CPU，从而简化了系统设计，降低了设计成本，同时使得系统工作稳定可靠。另外，DS18B20还支持多点组网，预留了多点温度监控等功能拓展。

图2 DS18B20内部结构

DS18B20内部结构如图2所示[3]，主要由光刻ROM、温度传感器、温度触发器、配置寄存器等组成。其工作过程是：温度敏感元件读取温度变化信息，当温度变化时，由低温（高温）触发器触发低温（高温）振荡器，使内部计数器累加计数，以二进制补码形式把数据送给寄存器，寄存器再通过缓存、存储和控制器送给ROM。为了保证数据传输的正确性，传输数据要进行CRC校验。由于ROM对每个温度传感器都有编号，因而多个温度传感器的传输信息同时传输，实现组网功能只需一根总线，简化了硬件设计。温度传感器DS18B20与单片连接如图3。

图3 DS18B20电路

2.2 无线收发模块

温度探头处于浴室、密闭仓库等特殊场合，必须以无线传输的方式把温度信息传送出去。本系统设计选用挪威Nordic公司的nRF905无线收发模块[4]。该模块是工作在1.9～3.6V电压间的低功耗器件，适合电池供电，性能稳定成本较低，传输距离达数百米（与天线及障碍有关），非常适合系统设计，其与单片机的连接如图4所示。

图4 nRF905与单片机连接图

2.3 单片机及其外围电路

本系统设计并不需要进行复杂运算，但要保证系统工作可靠，并尽量简化设计工作，降低设计成本。分析研究后，系统设计选用深圳晶宏STC89C52单片机。STC89C52是一款技术成熟性能稳定的8位低功耗单片机,与液晶显示器、声光报警电路等外围器件连接如图5所示[5]。

2.4 电源设计

为了使用方便，系统采用电池供电，硬件设备也都选择了低功耗器件。其中，STC89C52单片机、1602液晶显示器及温度传感器DS18B20用5伏供电，nRF905无线收发模块、声光报警器及温度设定键盘用3.3伏供电，电路设计见图6及图7。

图5 单片机及外围电路

图6 3.3V电源模块

图7 5V电源模块

3 系统程序

如图8所示，单片机首先读取参数设置（默认为最近一次通过键盘输入的设定值）然后依次完成温度测量、传输、报警等操作。为了节能以延长电池供电时间，在温度正常的情况下显示器休眠，可通过按键唤醒，声光报警电路也处于关闭状态，当检测结果超出设定范围时则启动报警电路。如果报警信息未得到及时处理，则延时10秒返回继续监测[6]。

图8 温湿测量与无线监控程序

4 结语

（1）本系统设计采用单片机和传感器，没有复杂的器件，节约了开发成本。同时采用无线传输也避免了特殊环境对布线等造成的不便，提高了工作可靠性，对只需实现温度远程传输且灵敏度要求不高的场合，如浴室等非常有实用价值。

（2）采用单片机进行系统控制，不仅可以调取监测数据进行专业分析，还可以通过编程，利用预留的外围接口实现功能拓展[7]，方便后续开发。

［1］张全禹，孙培刚，李怀亮，等.基于nRF905无线模块的体温测量系统设计［J］.绥化学院学报，2013，（2）：157-160.

［2］DS18B20 产品参数说明［Z］.https://para.maximintegrated.com/cn.

［3］宋文旭，杨帆.自动检测技术（第4版）［M］.北京：高等教育出版社，2014:59-62.

［4］nRF905 产品参数说明［Z］.http://www.nordicsemi.com.

［5］杨清志，张喜红.基于STC89C52输液监测报警系统的设计与实现［J］.廊坊师范学院学报（自然科学版），2015，（6）：54.

［6］康泽，杨宏伟.一种便携式高精度数字体温计的设计［J］.中国科技信息，2014，（16）：184-185.

［7］刘艳.医用电子体温监测系统［D］.南京：南京理工大学，2012.

Design of Remote Temperature Measurement and Monitoring System Based on DS18B20

SUN Shi-yun,YANG Qing-zhi
(Bozhou Vocational and Technical College,Bozhou 236800,China)

A remote temperature measurement and monitoring system based on temperature sensor and MCU is designed for bathroom，warehouse and other places that need remote temperature measurement and monitoring.Compared with other sets of monitoring equipment，the system design is simple in structure，small in size，low in cost and flexible in use，the reliabilityofthe systemis verified bysimulation and actual test results.

DS18B20；nRF905；audible and visual alarm；STC89C52

TP277

A

1674-3229（2017）03-0045-03