基于DS18B20的關(guān)聯(lián)型溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

李瑋瑤，王小輝

（平頂山學(xué)院 河南 平頂山 467000）

通信基站設(shè)備密集，安全性要求高，而基站無法實現(xiàn)24小時人工看守，一般僅以空調(diào)、通風(fēng)扇等措施保障站內(nèi)溫度正常，很少將溫度檢測定位到每部分設(shè)備模塊，一旦設(shè)備模塊因故障或其他原因出現(xiàn)溫度異變而發(fā)生火災(zāi)事件將對附近居民生活和安全造成了巨大的影響和威脅，因此如何實時準(zhǔn)確地掌握和控制通信基站里設(shè)備的溫度狀況對基站安全運行具有重要的現(xiàn)實意義[1]。傳統(tǒng)的溫度檢測以熱敏電阻為溫度敏感模塊，熱敏電阻成本低，但需要后續(xù)信號處理電路，且其可靠性相對較差，測量溫度精度差[2]，無法準(zhǔn)確定位發(fā)生溫度異變的主要模塊，原因是在不同位置上布置的溫度傳感器之間關(guān)聯(lián)性較差，不能對溫度異變進(jìn)行全面的檢測和分析，對通信基站的安全運行和及時排障帶來嚴(yán)重影響。為此，本論文在分析現(xiàn)有溫度檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出一種基于DS18B20溫度傳感器的關(guān)聯(lián)性模型溫度信號檢測系統(tǒng)，對通信基站溫度進(jìn)行檢測時，通過把不同位置的溫度傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)匯集在一起，利用關(guān)聯(lián)性模型對采集的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析[3-4]，進(jìn)而準(zhǔn)確定位發(fā)生溫度異變的模塊，自動控制散熱系統(tǒng)，從而消除安全隱患。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

本溫度檢測系統(tǒng)包括對通信基站不同位置的溫度進(jìn)行檢測、顯示、信息關(guān)聯(lián)、綜合分析、聲光報警、散熱控制。溫度檢測主要由DS18B20溫度傳感器實現(xiàn)，將溫度轉(zhuǎn)換成模擬信號，再利用A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號傳送到AT89C51單片機，單片機對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后通過顯示屏顯示基站內(nèi)各個部分的溫度數(shù)值，一旦某位置的溫度數(shù)值超過設(shè)定數(shù)值，則聲光報警電路發(fā)出警報信號，單片機通過控制散熱系統(tǒng)提高散熱效率，同時根據(jù)關(guān)聯(lián)性模型，在保證基站安全運行的基礎(chǔ)上，降低溫度異常模塊的功率，從而達(dá)到對通信基站溫度智能化檢測的目的。系統(tǒng)總體設(shè)計如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

硬件部分包括：DS18B20溫度傳感器溫度檢測電路、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)電路、聲光報警電路、繼電器控制散熱電路等。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計圖Fig.1 System overall design

數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)電路中，主控電路的單片機采用STC89C52芯片，晶振設(shè)置 12 MHz，具有低功率和體積小的特點[5]。ADC0809是8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它由單個+5 V電源供電，模擬輸入電壓范圍是0～+5 V，工作溫度范圍是-40～85℃[6]。CLK時鐘脈沖信號由STC89C52提供。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)電路的硬件設(shè)計如圖2所示。圖中，主電路采用+5 V直流輸入，主控電路晶振在12 MHz時，系統(tǒng)性能為12 MIPS，內(nèi)部的程序儲存器能夠儲存128K字節(jié)，數(shù)據(jù)存儲器能夠儲存4K字節(jié)，E2PEOM存儲器能夠儲存4K字節(jié)；控制電路的SPI接口與nRF24L01連接實現(xiàn)溫度傳感器DS18B20檢測的溫度異常信號的傳輸和處理，PWM口用來控制警報模塊。

圖2 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)電路的硬件設(shè)計Fig.2 Associated circuit diagram for data association circuit module

聲光報警電路中，若基站內(nèi)被測各個位置的溫度在設(shè)置數(shù)值以下工作，則聲光報警電路的指示燈為綠色閃爍狀態(tài)。單片機通過Q1接口輸出的方波控制三極管VT1的通斷實現(xiàn)對聲光報警電路進(jìn)行控制。當(dāng)檢測到的溫度數(shù)值超過設(shè)定數(shù)值時，程度把單片機Q3接口輸出值提高，此時三極管VT3導(dǎo)通，聲光報警器發(fā)出報警信息。聲光報警器電路圖如圖3所示。

圖3 聲光報警器模塊電路圖Fig.3 Circuit diagram for sound and light alarm module

2 軟件設(shè)計

2.1 主程序流程

溫度檢測系統(tǒng)的控制程序根據(jù)C語言進(jìn)行編寫，在溫度檢測系統(tǒng)運行時，可以人工設(shè)定溫度報警值，控制程序利用不同位置布置的溫度傳感器的關(guān)聯(lián)系數(shù)判斷高溫傳輸?shù)乃俣龋瑥亩ㄎ怀鰷囟犬愖兡K的位置，并且通過高溫傳輸速度和局部溫度，通過開啟不同位置的散熱風(fēng)扇和制冷裝置來降低溫度?？刂瞥绦虻墓ぷ髁鞒倘鐖D4所示。

圖4 軟件工作流程Fig.4 The work flow of software

2.2 溫度傳感器DS18B20關(guān)聯(lián)性程序?qū)崿F(xiàn)

在通信基站內(nèi)，溫度傳感器DS18B20檢測到的溫度在不同的位置有著不同的測量值，不同位置之間存在著關(guān)聯(lián)性聯(lián)系。設(shè)置溫度傳感器測量的數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性系數(shù)是λ，利用以下公式能夠描述各個模塊的關(guān)聯(lián)性系數(shù)：

上述式中，A，B表示兩組溫度傳感器測得的數(shù)值，P（A）表示變量A的數(shù)學(xué)期望，P（B）表示變量B的數(shù)學(xué)期望。當(dāng)|λ|＜0.2時，說明兩個模塊的距離較遠(yuǎn)，高溫并沒有傳輸?shù)皆撃K位置，只發(fā)出警報信號，不用采取加強散熱的措施；當(dāng)0.2≤|λ|≤0.6時，說明高溫正在向不同模塊的位置進(jìn)行傳輸，此時系統(tǒng)發(fā)出警報并增加散熱效率；當(dāng)0.6≤|λ|≤0.9時，說明此時基站內(nèi)各個位置的溫度已經(jīng)很高了，應(yīng)開啟最高級警報措施，通知工作人員立即加強降溫通風(fēng)處理，對發(fā)生溫度異變模塊進(jìn)行檢查，將隱患徹底排除。

溫度傳感器檢測到的信號經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換，同時轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)據(jù)，輸入為：

3 結(jié)束語

針對傳統(tǒng)溫度檢測系統(tǒng)的各個位置的溫度檢測值關(guān)聯(lián)性較差，不能對通信基站進(jìn)行綜合定位檢測預(yù)警的缺陷，本文設(shè)計了一種基于DS18B20的關(guān)聯(lián)型溫度檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對通信基站不同模塊部分溫度的檢測、顯示、信息關(guān)聯(lián)、綜合分析、聲光報警和散熱控制，能夠?qū)崟r準(zhǔn)確的對通信基站模塊溫度異變信號進(jìn)行分析和處理，完成了智能化溫度檢測，從而減少了通信基站的安全隱患，提高了安全運行的系數(shù)。

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