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基于单片机的矿井下实时温度测量及无线数据传输【摘要】由于在矿井下对环境温度要求较高，因此要求实时测量井下温度，本文提出了一种基于STC系列51单片机构成的实时温度监测系统，简要论述了系统的硬件组成和软件设计。
监测系统通过单片机控制温度传感器LM75A对矿井采掘工作面进行实时的温度采集、处理，再通过无线数据传输模块PTR2000进行远程无线数据传输给上位机。
【关键词】单片机；温度测量系统；无线数据传输；LM75A；PTR20000 引言矿井进行开采需要对井下各项指标进行实时监测，如温度、压力、瓦斯浓度等，因此需要安装安全监测系统。
其中温度是众多重要指标之一，矿井规定矿井采掘工作面温度不得超过26摄氏度，温度超过时，需要缩短工作人员工作时间，其温度超过30摄氏度时，必须停止作业，并采取降温措施，因此井下环境温度实时的测量就显得尤为重要。
而目前较多使用的测温方法是采用传统的模拟温度传感器采集井下个工作面及巷道温度信号，然后转换为电信号经过信号调理模块再送入AD数模转换模块，转换为数字信号送入处理器中进行处理。
这种传统的方法使用了较多的模拟器件，采用的模拟传感器和模拟器件如运放等模块都存在温度漂移、零点漂移、抗干扰能力差、需要经常校准的缺点。
本文正是在上述前提下介绍了一种基于STC系列51单片机技术和数字技术的矿用实时温度监测系统的设计思路。
1 系统组成及原理介绍根据温度监测系统的要求，我们采用STC系列51单片机即可实现整个系统的功能。
系统利用单片机完成对LM75A温度传感器的控制从而进行温度的测量；并在数码管上显示，加入按键，完成功能的选择；系统加入声光报警装置，当温度超过设定范围，即声光报警，提醒工作人员；最后在利用无线收发模块PTR2000对数据进行无线远程传输，利用单片机和PC机的串行通信完成人机交互控制，整体系统框图如图1所示。
图1 实时温度监测系统框图图中可以看到，使用C语言对单片机进行编程控制LM75A，LM75A采用I2C总线接口，需要控制I2C总线方式控制LM75A，当超过设定温度，单片机控制声光报警器报警，声光报警器实质就是蜂鸣器和LED灯，并通过数码管实时的显示当前温度，并将采集的温度等数据通过无线发送模块发送给远端的PC 机，进行远端控制。
单片机远程监测系统中的传感器数据采集与处理随着物联网技术的快速发展，单片机远程监测系统在各个领域中的应用越来越广泛。
传感器数据的采集和处理是构建这种系统的关键部分，它为系统提供了实时、准确的环境和物体信息。
下面将详细介绍单片机远程监测系统中传感器数据采集和处理的流程和方法。
一、传感器数据的采集1. 传感器的选择与布置在单片机远程监测系统中，需要根据具体的监测需求选择合适的传感器类型，如温度传感器、湿度传感器、气体传感器等。
同时，根据具体的监测区域和要监测的对象选择传感器的布置位置，以确保能够准确地获取监测数据。
2. 传感器数据的采集电路设计传感器数据的采集需要使用适当的电路设计来进行信号转换和放大。
通常，需要使用模拟信号处理器、模数转换器和放大器等电路组件，将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，并将其放大到适当的范围。
3. 数据采集程序的编写通过单片机控制器对传感器数据的采集进行编程。
需要根据具体的传感器类型和单片机型号选择合适的编程语言和开发环境，编写相应的数据采集程序。
在编程过程中，需要注意对数据进行校验和滤波，以提高数据的准确性和稳定性。
4. 采集周期的设置采集周期是指每隔一定时间采集一次传感器数据的时间间隔。
在设置采集周期时，需要根据具体的监测需求和传感器特性进行合理的选择。
较短的采集周期可以提供更实时的数据，但也会增加系统的负担和功耗。
二、传感器数据的处理1. 数据存储与传输采集到的数据需要进行存储和传输，以供远程监测和分析使用。
在存储方面，可以选择使用外部存储器、SD卡或者云存储等方式进行数据的持久化。
在传输方面，可以通过无线通信模块或者网络模块将数据发送到远程服务器或者云平台。
2. 数据处理算法的设计对于传感器数据的处理，可以根据监测需求设计相应的算法。
例如，对于温度传感器数据，可以进行温度补偿和异常检测等处理。
对于湿度传感器数据，可以进行湿度校正和露点计算。
对于气体传感器数据，可以进行气体浓度计算和环境质量评估等处理。
单⽚机学习（⼗⼆）1-Wire通信协议和DS18B20温度传感器⽬录⼀、DS18B201. DS18B20简介DS18B20是⼀种常见的数字温度传感器，其控制命令和数据都是以数字信号的⽅式输⼊输出，相⽐较于模拟温度传感器，具有功能强⼤、硬件简单、易扩展、抗⼲扰性强等特点测温范围：-55°C 到 +125°C通信接⼝：1-Wire（单总线）其它特征：可形成总线结构、内置温度报警功能、可寄⽣供电2. 电路原理图其中1和3号引脚分别连接GND和VCC，⽽⼆号引脚则⽤于使⽤1-Wire（单总线）接⼝进⾏通信。
即：3. 内部结构内部完整结构框图64-BIT ROM：作为器件地址，⽤于总线通信的寻址SCRATCHPAD（暂存器）：⽤于总线的数据交互EEPROM：⽤于保存温度触发阈值和配置参数其中配置寄存器可以配置温度变化的精度值。
存储器结构当我们希望修改EEPROM中存储的内容时，我们需要先将数据写⼊到暂存器中，然后再发送⼀条指令使从机将暂存器中的数据写⼊到EEPROM中。
⼆、单总线（1-Wire BUS）由于DS18B20使⽤的通信接⼝是1-Wire，因此我们需要学习1-Wire相关的通信协议，这样才能使单⽚机和它进⾏通信。
1. 单总线简介单总线（1-Wire BUS）是由Dallas公司开发的⼀种通⽤数据总线⼀根通信线：DQ异步、半双⼯单总线只需要⼀根通信线即可实现数据的双向传输，当采⽤寄⽣供电时，还可以省去设备的VDD线路，此时，供电加通信只需要DQ和GND两根线2. 电路规范设备的DQ均要配置成开漏输出模式DQ添加⼀个上拉电阻，阻值⼀般为4.7KΩ左右若此总线的从机采取寄⽣供电，则主机还应配⼀个强上拉输出电路3. 单总线的时序结构①初始化：主机将总线拉低⾄少480us然后释放总线，等待15~60us存在的从机拉低总线60~240us以响应主机最后从机将释放总线对应的信号时序图：②发送⼀位：主机将总线拉低60~120us，然后释放总线，表⽰发送0；主机将总线拉低1~15us，然后释放总线，表⽰发送1。
C51单片机利用ESP8266配置WIFI，发送温度数据的源码使用DS18B20，ESP8266，实现WIFI传输温度，底层部分代码。
其中WIFI是作为服务器，上位机作为客户端。
单片机源程序如下：/***********************程序名：wifi_3.c功能：单片机与手机通信，实现温度信息的传输编程人： baxlumen************************/#include "reg52.h"#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define ulong unsigned longtypedef unsigned int u16;typedef unsigned char u8;sbit DSPORT=P3^7;sbit moto=P1^1;sbit CLK = P3^6; //时钟sbit DIN = P3^4; //输入sbit CS = P3^5; //片选#define LCD1602_DATAPINS P0sbit LCD1602_E=P2^7;sbit LCD1602_RW=P2^5;sbit LCD1602_RS=P2^6;u16 sun; //光照int temp;int sdata; //温度int xiaoshu1;int xiaoshu2;float tp;uchar DisplayData[]={0,0,0,0,0,0,0,0};/*****************定义程序中所需要的延时********************/void Delay1ms(uint y){uint x;for( ; y>0; y--){for(x=110; x>0; x--);}}void delay(u16 i){while(i--);}void delay1ms(){unsigned char i;for(i=124;i>0;i--); //延时124*8+10=1002us}/************************************************************** ****************** 函数名 : Lcd1602_Delay1ms* 函数功能 : 延时函数，延时1ms* 输入 : c* 输出 : 无* 说名 : 该函数是在12MHZ晶振下，12分频单片机的延时。
引言：无线测温系统是一种基于单片机技术的智能温度监测系统。
它通过无线传输技术，能够远程监测和采集温度数据，具有高精度、实时性和便捷性等优点。
本文将详细介绍基于单片机的无线测温系统的设计。
概述：无线测温系统是近年来发展迅速的一种温度监测技术，它可以广泛应用于各种需要进行温度监测的场合，如工业生产、农业种植、建筑监测等。
基于单片机的无线测温系统充分利用了单片机的高集成度、低功耗和强大的数据处理能力，能够实现对温度的高精度监测和数据传输。
本文将从硬件设计、软件设计、通信模块选择、温度传感器选择和功耗优化五个方面详细介绍基于单片机的无线测温系统的设计。
正文内容：1.硬件设计1.1单片机选择1.2电源设计1.3温度传感器接口设计1.4数据存储设计1.5外部设备接口设计2.软件设计2.1系统架构设计2.2温度数据采集算法设计2.3数据处理算法设计2.4数据传输协议设计2.5用户界面设计3.通信模块选择3.1无线通信技术概述3.2通信距离和速率需求分析3.3无线通信模块选择准则3.4常用无线通信模块介绍3.5通信模块选择与集成4.温度传感器选择4.1温度传感器分类4.2温度传感器选型准则4.3常用温度传感器介绍4.4温度传感器接口设计4.5温度传感器校准方法5.功耗优化5.1功耗分析与需求5.2系统功耗优化策略5.3硬件设计功耗优化5.4软件设计功耗优化5.5基于睡眠模式的功耗优化总结：基于单片机的无线测温系统的设计主要涉及硬件设计、软件设计、通信模块选择、温度传感器选择和功耗优化等方面。
通过合理的硬件设计和通信模块选择，能够实现高精度的温度监测和远程数据传输。
同时，通过优化软件设计和功耗管理，能够降低系统的功耗，延长系统的使用寿命。
基于单片机的无线测温系统的设计在智能化温度监测领域具有广阔的应用前景。
基于单片机的多点无线温度监控系统1. 引言1.1 背景介绍单片机是一种可以完成特定功能的微型计算机芯片，广泛应用于各种智能设备中。
随着物联网技术的不断发展，人们对于无线监控系统的需求也越来越大。
在很多场合中，需要对环境温度进行监控，以确保设备的正常运行和人员的安全。
传统的有线温度监控系统存在布线复杂、安装维护困难等问题，因此基于单片机的无线温度监控系统应运而生。
基于单片机的多点无线温度监控系统可以实现对多个监测点的温度数据实时监控和远程传输，极大地方便了用户对于温度的监测和管理。
通过该系统，用户可以随时随地通过手机或电脑等终端设备查看各监测点的温度情况，及时发现异常情况并进行处理。
这对于工业生产、医疗保健、农业种植等领域都具有重要的意义。
本研究旨在设计并实现一种基于单片机的多点无线温度监控系统，为用户提供便捷、高效的温度监测解决方案。
通过对系统架构设计、硬件设计、软件设计、无线通信协议等方面的研究，探讨系统在温度监控领域的应用前景和发展趋势。
【字数:239】1.2 研究意义温度监控在各种领域中都具有重要意义，例如工业生产、医疗保健、环境监测等。
随着科技的不断发展，人们对温度监控系统的要求也越来越高，希望能够实现实时、精准的温度监测。
基于单片机的多点无线温度监控系统的研究具有重要的实用价值和研究意义。
这种系统可以实现多点温度监测，可以同时监测多个位置的温度数据，实现对整个区域的全面监控。
这对于一些需要对多个点位进行监测的场景非常重要，能够提高监测的效率和准确性。
无线通信技术的应用使得温度数据的传输更加方便快捷。
不再需要通过有线连接来传输数据，可以实现远距离传输温度数据，大大提高了系统的灵活性和便利性。
通过研究基于单片机的多点无线温度监控系统，可以促进单片机技术与无线通信技术的结合，推动传感器网络技术的发展，为实现智能化、自动化的监控系统奠定技术基础。
这对于提高生产效率、降低能耗、改善生活质量等方面都具有重要意义。
基于单片机的多点无线温度监控系统1. 引言1.1 研究背景在现代社会，温度监控系统在各个领域中发挥着重要作用，例如工业生产、环境监测、医疗保健等。
随着科技的不断发展，基于单片机的多点无线温度监控系统逐渐成为一种趋势。
研究背景部分将深入探讨这一领域的发展现状，以及存在的问题和挑战。
目前，传统的有线温度监控系统存在布线复杂、安装维护困难等问题，限制了其在一些特定场景下的应用。
而无线温度监控系统以其布线简便、实时监测等优势逐渐被广泛应用。
目前市面上的产品多数存在监测范围有限、数据传输不稳定等问题，迫切需要一种更为稳定、可靠的无线温度监控系统。
本文将基于单片机技术设计一种多点无线温度监控系统，旨在解决现有系统存在的问题，提高监测范围和数据传输稳定性。
通过对单片机、温度传感器、通信模块等关键部件的选择和设计，构建一套高性能的无线温度监控系统，为相关领域的应用提供更好的技术支持和解决方案。
1.2 研究意义无线温度监控系统的研究意义在于提高温度监控的效率和精度，实现对多个点位的远程管理和监控。
通过使用单片机技术，可以实现对多个温度传感器的同时监测和数据传输，使监控过程更加智能化和便捷化。
这对于各种需要严格控制温度的场合如实验室、制造业、医疗行业等具有重要意义。
无线温度监控系统的研究也有助于推动物联网技术的发展，为智能家居、智能城市等领域打下基础。
通过建立稳定、高效的多点无线温度监控系统，不仅可以提高生产效率，降低能耗，提升产品质量，还可以有效预防事故发生，保障人员安全。
研究基于单片机的多点无线温度监控系统具有重要的现实意义和应用前景。
1.3 研究目的本文旨在设计并实现基于单片机的多点无线温度监控系统，通过对温度传感器采集的数据进行处理和传输，实现对多个监测点的实时监控。
具体目的包括：1. 提高温度监控系统的便捷性和灵活性，使监控人员可以随时随地实时获取监测点的温度数据，为及时处理异常情况提供有力支持；2. 降低监控系统的成本，利用单片机和无线通信模块取代传统的有线连接方式，减少线缆布线成本和维护成本；3. 提升监控系统的稳定性和可靠性，通过精心选型与设计，以及合理的系统实现过程，确保系统能够持续稳定地运行，并提供准确可靠的数据；4. 探索未来监控系统的发展方向，从实际应用情况出发，进一步优化系统性能，并为未来无线温度监控系统的研究和应用奠定基础。
单片机测温计工作原理
单片机测温计的工作原理如下：
1. 温度检测：使用数字温度传感器检测当前环境的温度。
由于数字信号可以直接送入单片机，因此传感器检测到的温度值会通过数据线传输到单片机中。
2. 数据处理：单片机接收到温度数据后，进行相应的处理。
根据预设的阈值，单片机可以对接收到的温度数据进行比较，当实际温度低于或高于设定值时，会触发相应的动作。
3. 显示与报警：单片机将处理后的温度数据发送到显示器（如液晶、数码管、LED矩阵等），以数字形式显示温度。
同时，如果实际温度低于或高于设定值，单片机还会触发报警功能。
以上内容仅供参考，建议查阅相关资料文献，或者咨询专业技术人员，以获取更全面准确的信息。
基于单片机控制的WIFI无线传输模块设计随着物联网和智能家居的发展，无线传输模块的需求越来越大，尤其是具备WIFI功能的无线传输模块。
本文将介绍一种基于单片机控制的WIFI无线传输模块的设计。
首先，我们需要选择一个适合的单片机作为控制核心。
常见的选择有Arduino、Raspberry Pi等。
这里我们选择Arduino作为控制核心，因为它具备易上手、低功耗等特点。
接下来，我们需要选择一个适合的WIFI模块。
常见的选择有ESP8266、ESP32等。
这里我们选择ESP8266作为WIFI模块，因为它具备低功耗、价格便宜等特点。
在硬件设计方面，我们需要将单片机与WIFI模块进行连接。
首先，将单片机的RX引脚连接到WIFI模块的TX引脚，将单片机的TX引脚连接到WIFI模块的RX引脚。
接下来，将单片机的VCC引脚连接到WIFI模块的VCC引脚，将单片机的GND引脚连接到WIFI模块的GND引脚。
在软件设计方面，我们需要编写程序将单片机与WIFI模块进行通信。
首先，我们需要初始化单片机和WIFI模块的串口通信参数，如波特率、数据位、停止位等。
然后，我们可以使用单片机的串口发送AT指令给WIFI模块，实现无线传输功能。
常用的AT指令有连接WIFI网络、断开WIFI网络、发送数据等。
由于字数限制的原因，无法详细展开所有的设计细节。
但是希望通过以上的描述，能够给读者提供一个初步的了解和思路，方便进一步深入学习和实践。
总之，基于单片机控制的WIFI无线传输模块的设计是一个相对较复杂的工程，需要综合考虑硬件设计和软件编程等多方面因素。
然而，一旦成功设计和实现，它将具备广泛的应用前景，可以用于物联网、智能家居、智能农业等领域，为人们的生活带来更多的便利和舒适。
通信与测控系统课程设计报告一、课程设计目的及要求①通过一个具体的项目实例，熟悉项目开发的流程，学习与通信相关的测控系统开发，包括基本知识、技术、技巧②锻炼硬件编程能力（C51），积累编程经验，形成代码风格，理解软件层次结构③常用外围器件（接口）的操作、驱动一、实习主要任务①采集远端温度信息，无线收集，上位机显示信息②硬件配置：51系统板、DS18B20、无线数传模块IA4421、数码管③编程、调试，完成作品二、硬件电路的原理框图图一、AT89S51、数码管硬件原理图图二、IA4421硬件原理图图三、DS18B20硬件原理图最终实现的功能：三、软件设计及原理1、读主程序流程图主程序代码：#include<reg52.h>#include<IA4421.h>#include<absacc.h>#include<intrins.h>#include<math.h>#include<xianshi.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charunsigned char m;unsigned char n;void zhuanhuan();void delay_led(uint z){uint x,y;for(x=z;x>0;x--)for(y=110;y>0;y--);}uint aa;uchar wei_1,wei_2,wei_3,v,wei_4,wei_5,wei_6;uint shuju;//得到的温度值uchar temp[2]={0,0}; //存放DS18B20的温度寄存器值uint value = 0;sbit DQ=P3^3; //数据线void ReadSerialNumber(void);uchar sn1,sn2,sn3,sn4,sn5,sn6,sn7,sn8; //存放DS18B20的64位序列号void ow_reset(void);void tmstart (void);void ReadSerialNumber(void);void Read_Temperature(void);void write_byte(char);uint read_byte(void);void delay_18B20(uint);//void baojing();/*******主函数**********/void main(){ m=0;//init_led();//初始化子程序tmstart ();delay_18B20(50); /*等待转换结束*/while(1){ m++;Read_Temperature();delay_18B20(50);tmstart();delay_18B20(50); /*等待转换结束*/zhuanhuan();ia4421();n=wei_4;wei_4<<=4;txdata[4]=wei_5|wei_4;if(m==50){m=0;UART_Init();P1=0xfc;txdata[0]=0x2d;txdata[1]=0xd4;txdata[2]=0xfa;txdata[3]=0x01;ia442xinit();spirevtwobyte();spisendcommand(0x8288);txregframe();}P2=0xff;P0=table[n];P2_4=0;delay1s();P2_4=1;P0=table[wei_5];P2_5=0;delay1s();P2_5=1;P0=~0x80;P2_6=0;delay1s();P2_6=1;P0=~0x39;P2_7=0;delay1s();P2_7=1;}}/******转换************/void zhuanhuan(){aa=shuju;wei_1=aa/100000;wei_2=aa/10000%10;wei_3=aa/1000%100%10;wei_4=aa/100%1000%100%10;wei_5=aa/10%10000%1000%100%10;wei_6=aa/1%100000%10000%1000%100%10;}/******延时函数*********///========18b20程序=================*/void delay_18B20(uint seconds) //延时{for(;seconds>0;seconds--);}/******************************************18b20程序******************************************///===============复位===========void ow_reset(void){uchar presence;DQ = 0; //pull DQ line lowdelay_18B20(44); //至少480微秒，leave it low for 501usDQ = 1; // allow line to return high?delay_18B20(3); // wait for presence18b20 36uspresence = DQ; // get presence signal // 0= DS18B20 ready, 1= busy//if(!presence)P1_0=0;delay_18B20(12); // wait for end of timeslot}//=========从总线上读取一个字节========uint read_byte(void){uchar i;for (i=8;i>0;i--){value>>=1;DQ = 0; // pull DQ low to start timeslot_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();DQ = 1; // then return highif(DQ){value|=0x80;}delay_18B20(4); // wait for rest of timeslotreturn(value);}//===========向18B20写一个字节=================void write_byte(char val){uchar i,j;for (i=8; i>0; i--) // writes byte, one bit at a time{DQ = 0; // pull DQ low to start timeslotj++; /*延时4us*/DQ = val&0x01;delay_18B20(8); // hold value for remainder of timeslotDQ = 1;j++;val>>=1;}}//============读取温度============void Read_Temperature(void){int k,i;int temple; /*存放读取的温度值将其除以16即为得到的值*/ ow_reset();k++; //延时4uswrite_byte(0xCC); //Sk_nop_();ip ROMk++; //延时4uswrite_byte(0xBE); // read registerk++;k++; //延时8ustemp[0]=read_byte(); //读取低字节temp[1]=read_byte(); //读取高字节//if(!(temp[0]&0x80)) /*当低位寄存器第八位为0时*/// {}i=temp[1];i<<=8; /*把b放到高八位上去*/i|=temp[0]; /*将a放到底八位上去*/i&=0x07ff;if( (temp[1]&0x08)){temple=~i+1; //如果为负温则去除其补码// FWD=0; /*表示温度为负数*/}{temple=i;// FWD=1; /*表示温度为正数*/}//temple=temp[1]*0x100+temp[0];shuju=temple*10/16;}//以下是读取器件序列号的子程序，需要读取序列时可在程序中调用；//调用时确保总线中只有一只器件，若有多个器件时则读取出来的号码无效；//将读取出来的序列号填到前面的数组中即可使用；//平时可以将此子程序删除以节约空间。
//////////////////////////读取器件序列号子程序////////////////////////////void ReadSerialNumber(void){ow_reset(); //复位delay_18B20(1); //延时write_byte(0x33); //发送读序列号子程序sn1=read_byte(); //读取第一个序列号，应为16H；sn2=read_byte(); //读取第二个序列号，应为10H;sn3=read_byte(); //sn4=read_byte(); //sn5=read_byte(); //sn6=read_byte(); //sn7=read_byte(); //sn8=read_byte();}//=======初始化============void tmstart (void){ow_reset(); //复位delay_18B20(1); //延时// ReadSerialNumber();write_byte(0xCC); //跳过序列号命令,对所有器件有效write_byte(0x44); //发转换命令44H,}//========报警===========///*void baojing(){if(aa>=250)FM=0;else FM=1;}2、温度传感器DS18B20功能简介：美国DALLAS半导体公司的数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。
一线总线独特而且经济的特点，使用户可轻松地组建传感器网络，为测量系统的构建引入全新概念。
现在，新一代的DS18B20体积更小、更经济、更灵活。
DS18B20测量温度范围为55℃～+125℃。
在10℃～+85℃范围内，精度为0.5℃。
现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。
工作原理：DS18B20采用串行单总线，单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制都由这根线完成。
