2024年6月2日发(作者：喻春岚)
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86
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科学技术创新2021.02
基于单片机的温度采集系统研究分析
刘星宇
（无锡职业技术学院，江苏无锡214121）
摘要：温度是最基本的环境参数之一
，
在日常生活和工农业生产中经常要对温度进行检测
。随着科学技术的
不断创新和发
智能化温
度采集技术被应用，展，各种形式的数字化
、
因此掌握温度控制系统的硬件组成和系统软件设计显得尤为重要
。传统的
温度采集模式主要通过热电偶
，
且其输出的数据信息量值为模拟信号
，
必须引入A/D转换装置才能将其转化为数字信号
，
从而在
一定程度上与微处理器连接，但生产成本较高，结构较为复杂。本文设计了基于单片机的温度采集系统，由DS18B20传感器直接
将前端位置处的温度数据信息转换成数字信号
，
发送到单片机进行实时采集
，
最后LCD1602显示模块将结果展示
。
关键词：温度；模拟信号
；
DS18B20传感器；温度采集系统
中图分类号：TP29文献标识码：A文章编号：2096-4390（2021）02-0086-02
1概述
科学技术的不断创新与发展，
各个行业对温度精准度和实时
性要求也在日益增长，对温度采集系统的效率提出了更高的要求。
但并非全部的测量场所均能够在一定程度上
，确保相关温度测量
一套能够
人员的人身安全，当采集场所受到外界严苛环境影响时
，
自动采集、处理和支持数据远程传输的温度采集装置具有一定的
价值。因此，设计基于单片机的温度采集系统，对于需要采集温度
数据的相关应用来说具有重要意义。本文基于单片机的温度采集
经单片
系统设计，以数字温度传感器DS18B20为采集系统的前端
，
将会在
LCD1602显示器上充分展示出对应的测量机操作处理后
，
结果，最终通过串行口与系统终端进行数据传输
。
2系统总体设计架构
对于温度采集系统的总体设计架构而言
，其内部的主控制装
置将设置为单片机AT89S52，温度传感器装置设置为DS18B20，在
此过程中通过LCD1602显示模块进行数据信息的展示
，且接入
RS232串口，将实现数据信号与系统终端的实时传输。
基于PC传输测温系统，其组成部分包括：单片机AT89S52、温
度传感器装置DS18B20、显示模块LCD1602、MAX232，硬件中单片
机I/O口的资源应用状况
：
P1端口作为LCD1602的数据输入关联
装置，将连接到LCD1602的DB端
。
P2.5端口
、
P2.6端口和P2.7端
口，三者将会分别连接到LCD1602的E端
，
RS端和RW端，主要
用于系统的总体控制模块
。
P3.0端口和P3.1端口，两者将分别与
MAX232中的T1INR10UT进行相互的关联，从而在一定程度上实
现不同数据信息的传输。P3.3端口与温度传感器DS18B20的DQ
端进行数字连接。温度采集系统的内部软件
，其主要功能是对
DS18B20进行读写控制，使其读取目前所需的温度量值信息，实现
对DS18B20的读写控制。
3系统硬件设计
分
3.1主控制系统电路设计
。
AT89S52是具有4组I/Q端口
，
（
别为P0，P1，P2，P3）的40引脚双列芯片
。
AT89S52单片机具有4
（
P0，组8位I/O端口P1，P2，P3），每个I/O端口都能根据自身需求，
将其设置为独立模式的数据信息输入或输出端
。
在AT89S52的主控制电路体系架构中，XTAL2和XTAL1与
外部晶体振荡器存在一定的连接模式，同时与微调电容直接相连。
在温度采集系统的内部芯片设置中，XTAL2是振荡器反相放大器
此时
XTAL2与与外部晶体振荡器存在一定的数据信息输入端口
，
其被设置为数据信息输出
的连接模式，同时与微调电容直接相连
，
端口
。
3.2温度采集电路设计。在温度采集功能电路设计中，
DS18B20可以作为系统内部的模拟温度传感器
、数据信号处理装
置，在进行数据信息传输的过程中与AT89S52通信，从而在设定的
区域范围内实现温度采集功能。本文设计的温度采集系统最大的
优势在于，通过单总线进行相应数据信息的传输，且仅应用I/O端
口的一端即可。
通过
DS18B20采集温度测量的实验对于温度采集电路而言
，
然
对象，并将获取的温度数据信息传递至AT89S52的P3.3端口
，
基本温度采集电路如图
1后将该数据信息作为系统的信号输入端
，
所示。为了使DS18B20能够执行精确的温度转换功能
，
I/O端口必
须确保转换周期内的电源供应
。
图1温度采集电路
DS18B20与AT89S52相结合，能够在一定条件下实现温度的
系统组成架构
采集功能。对于本文设计的温度采集系统装置而言
，
相对便捷，适用于恶劣环境下的现场温度测量，具有广泛的应用价
值。
3.3温度显示电路设计。在温度显示电路设计过程中，
目前最常用的是
8段式数LCD1602具有1~11万小时的半衰周期
。
其余的显示
字显示装置，包括十个管脚，每个段位对应一个管脚
，
管可以用来显示数据信息传输的公共终端
。因此，
8段式数字显示
日期、温度等相应量
装置在一定应用情况下，能够直接显示时间
、
值信息，其具有较强的直观性。通过对温度显示电路的基本尺寸类
型分析，LCD1602通常包括0.3、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8、2.3、3.0、4.0、
5.0等基本类型。对于单模管芯而言，其一般情况下不会超过1.0；对
（
2008，
学生，物联网（主要课程例如：单片机、
作者简介：刘星宇3-），男，江苏省淮安市淮安区，专科，无锡职业技术学院，web
。
设计、Java语言
、
python语言
，
SQLserver数据库等
）
2021.02科学技术创新
于双模管芯而言，其一般情况下设置的取值区间范围为1.2~1.5；对
于三模以上管芯而言，其一般情况下设置不会低于1.8。
4系统软件设计
4.1主机控制中心设计
。主机控制
DS18B20完成温度转换对
初始化；在温度采集系
应的数据协议是
：
ROM操作命令；内存控制。
必须对主机进行初
统的控住电路中，在对系统进行任何操作之前
，
最终等待相应的信号
始化处理，然后通过主机发送复位数据信息
，
回复。控制系统接收到数据信息的指令后，启动温度转换模式；当
转换
温度转换正在进行时，主机需要读取该时刻的总线状态信息
，
结束后将其设置为1。如果DS18B20由信号线进行系统电源供电
操作，则主机必须提供一个用于时间转换的上拉电平
。
为了有效的处理
DS18B20定时问题
，
4.2温度采集控制设计
。
可以对整个温度采集系统进行新的数据编程设计
，其主要采用
有效控制
DS18B20的复位和读写AT89S52芯片为重要组成部分
，
将获取的
能力，能够在一定程度上按时间顺序有效的读取温度值
，
数据信息存储于系统内部的存储装置中。DS18B20温度采集优势
在于系统精度高，分辨率强，抗干扰性能好。由于系统读取的数据
格式一般均为二进制数的补码，因此需要求得温度量值数据信息
需要对其进行
的原始代码。当显示屏展示对应的数据信息量值时
，
十进制转换，这样才能获取直观数据
。
4.3温度显示控制设计。在温度显示电路的程序设计过程中，
在其显示屏上读取相
将LCD1602作为温度采集系统的显示模块
，
应状态。当其处于空闲状态时，才能够根据实际情况传输实时量值
信息，否则将导致失败。在温度采集系统显示模块中，需
要清除
LCD1602显示屏上的数据内容，当数据读写操作时屏幕不会发生
任何移动，此时AC自动“+1”。在数据显示过程中，首先展示TEMP
样式的固定字符，然后显示测量的温度量值数据信息
。
当在进行数据信息实时传输的过程中，高8位中前5位是固
正数为
0，
因此程序将使
定形式，负数为1。最低的四位数表示小数
，
考
用TEMP>>4，选取最佳测量数据。在显示电路数据读取过程中，
如图
2所虑到显可读性和直观性等操作
，
LCD1602温度显示流程
，
示。
-
87
-
发送端
单片机程序代码完成后，需要对内部的温度采集代码
、
以便根据实际
的NRF24L01、接收端NRF24L01相应的问题检测
，
情况有效的完成单片机程序部分的设计
。通过有效的系统内容调
试，单片机程序能够正常工作
。在
试验温度时，需要将温度稳定在
26.5℃左右，通过万用表测得的温度为26℃，当用手紧紧握住温度
传感器时，显示管的温度会慢慢升高，
最终将会与人体温度相类
温度将会逐渐呈递减形式，
似。当温度传感器接近冰水混合物时
，
温度可精确达到0.1℃。在系统测试中，可知接收端和发射端均保持
收发距离和温度测试精
在低功耗状态，基本达到了设计初始目的，
如表
1所示
。
度也达到了设计要求，
表1实验测试数据
测试数据
发送端电流
接收端电流
收发端电压
发送端功率
接收端功率
收发距离
温度测试精度
值
2.6mA
9 mA
3.3V
8.58 Mw
29.7 mw
>10 m
0.5℃
图2LCD1602温度显示流程图
5系统调试与测试
在对基于单片机的温度采集系统进行调试与测试的过程中，
硬件链路设计完成后，需
为了保证所设计的系统具有较高的精度
，
错
要进行硬件调试。检查系统内部的硬件组成部分是否存在虚焊
、
需要在第一时间内采取有效应
焊等问题，一旦发现系统存在问题
，
对措施，该系统共完成3次修改。
论6结
随着社会经济的不断进步，温度采集系统已经被广大的人民
如农作物种植、食品
群众所应用。特别是对温度要求较高的领域
，
储藏、食品运输、各类企业仓库等场所
。传统模式下的温度测量形
式，其主要以热阻和热电偶为核心，但由上述传感器构成的温度测
量系统，在信号电路装换过程中需要引入A/D装置，这样才能与系
统端口相连接，从而在一定程度上增加生产成本
。本文通过温度传
完成了温度采集系统的开发。
感器等硬件和无线传输技术等软件
，
检测效果良好，
在温度测量方面，检测到无线传输信号的稳定性
，
能够通过测量、采集和监
其还充分展示了无线传感器的优良性能
，
测等方法进行温度信息的获取
。
参考文献
[1]张博.基于单片机的温度自动控制系统的开发与设计[J].自动化与
仪器仪表，2018（7）.
[2]黄俊梅，罗贤，支宇堃.基于单片机的模糊PID算法在索氏体化炉
温度控制系统中的应用[J].电子测量技术，2019（11）：133-136.
[3]Mellace，Giovanni，Pasquini，fyMore，
ObserveLess：MediationAnalysis：MediationAnalysisSynthetic
Control[J].DiscussionPapersofBusinessandEconomics，2019.
贾伟
.基于PIC16F877A单片机的储能电池箱温度[4]王琦，韩天兴
，
控制系统设计[J].自动化与仪表
，
2019（6）：25-28.
[5]DandanWu，JiwenKang，tionoftheRT-
LAMPandLAMPmethodsfordetectionofMycobacterium
32（4）.tuberculosis[J].JournalofClinicalLaboratoryAnalysis，2018，
[6]周驰.基于Atmega128单片机的机房空调温度控制系统设计[D].
南京
：
南京理工大学，2015.
[7]王青.基于PT100的温度测控系统的设计与仿真[J].计算机测量与
控制，2019（9）：47-50.
付斌
.基于单片机的大棚温湿度监测系统设计[J].国[8]李珍，夏经德
，
外电子测量技术，2018（7）.
2024年6月2日发(作者：喻春岚)
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科学技术创新2021.02
基于单片机的温度采集系统研究分析
刘星宇
（无锡职业技术学院，江苏无锡214121）
摘要：温度是最基本的环境参数之一
，
在日常生活和工农业生产中经常要对温度进行检测
。随着科学技术的
不断创新和发
智能化温
度采集技术被应用，展，各种形式的数字化
、
因此掌握温度控制系统的硬件组成和系统软件设计显得尤为重要
。传统的
温度采集模式主要通过热电偶
，
且其输出的数据信息量值为模拟信号
，
必须引入A/D转换装置才能将其转化为数字信号
，
从而在
一定程度上与微处理器连接，但生产成本较高，结构较为复杂。本文设计了基于单片机的温度采集系统，由DS18B20传感器直接
将前端位置处的温度数据信息转换成数字信号
，
发送到单片机进行实时采集
，
最后LCD1602显示模块将结果展示
。
关键词：温度；模拟信号
；
DS18B20传感器；温度采集系统
中图分类号：TP29文献标识码：A文章编号：2096-4390（2021）02-0086-02
1概述
科学技术的不断创新与发展，
各个行业对温度精准度和实时
性要求也在日益增长，对温度采集系统的效率提出了更高的要求。
但并非全部的测量场所均能够在一定程度上
，确保相关温度测量
一套能够
人员的人身安全，当采集场所受到外界严苛环境影响时
，
自动采集、处理和支持数据远程传输的温度采集装置具有一定的
价值。因此，设计基于单片机的温度采集系统，对于需要采集温度
数据的相关应用来说具有重要意义。本文基于单片机的温度采集
经单片
系统设计，以数字温度传感器DS18B20为采集系统的前端
，
将会在
LCD1602显示器上充分展示出对应的测量机操作处理后
，
结果，最终通过串行口与系统终端进行数据传输
。
2系统总体设计架构
对于温度采集系统的总体设计架构而言
，其内部的主控制装
置将设置为单片机AT89S52，温度传感器装置设置为DS18B20，在
此过程中通过LCD1602显示模块进行数据信息的展示
，且接入
RS232串口，将实现数据信号与系统终端的实时传输。
基于PC传输测温系统，其组成部分包括：单片机AT89S52、温
度传感器装置DS18B20、显示模块LCD1602、MAX232，硬件中单片
机I/O口的资源应用状况
：
P1端口作为LCD1602的数据输入关联
装置，将连接到LCD1602的DB端
。
P2.5端口
、
P2.6端口和P2.7端
口，三者将会分别连接到LCD1602的E端
，
RS端和RW端，主要
用于系统的总体控制模块
。
P3.0端口和P3.1端口，两者将分别与
MAX232中的T1INR10UT进行相互的关联，从而在一定程度上实
现不同数据信息的传输。P3.3端口与温度传感器DS18B20的DQ
端进行数字连接。温度采集系统的内部软件
，其主要功能是对
DS18B20进行读写控制，使其读取目前所需的温度量值信息，实现
对DS18B20的读写控制。
3系统硬件设计
分
3.1主控制系统电路设计
。
AT89S52是具有4组I/Q端口
，
（
别为P0，P1，P2，P3）的40引脚双列芯片
。
AT89S52单片机具有4
（
P0，组8位I/O端口P1，P2，P3），每个I/O端口都能根据自身需求，
将其设置为独立模式的数据信息输入或输出端
。
在AT89S52的主控制电路体系架构中，XTAL2和XTAL1与
外部晶体振荡器存在一定的连接模式，同时与微调电容直接相连。
在温度采集系统的内部芯片设置中，XTAL2是振荡器反相放大器
此时
XTAL2与与外部晶体振荡器存在一定的数据信息输入端口
，
其被设置为数据信息输出
的连接模式，同时与微调电容直接相连
，
端口
。
3.2温度采集电路设计。在温度采集功能电路设计中，
DS18B20可以作为系统内部的模拟温度传感器
、数据信号处理装
置，在进行数据信息传输的过程中与AT89S52通信，从而在设定的
区域范围内实现温度采集功能。本文设计的温度采集系统最大的
优势在于，通过单总线进行相应数据信息的传输，且仅应用I/O端
口的一端即可。
通过
DS18B20采集温度测量的实验对于温度采集电路而言
，
然
对象，并将获取的温度数据信息传递至AT89S52的P3.3端口
，
基本温度采集电路如图
1后将该数据信息作为系统的信号输入端
，
所示。为了使DS18B20能够执行精确的温度转换功能
，
I/O端口必
须确保转换周期内的电源供应
。
图1温度采集电路
DS18B20与AT89S52相结合，能够在一定条件下实现温度的
系统组成架构
采集功能。对于本文设计的温度采集系统装置而言
，
相对便捷，适用于恶劣环境下的现场温度测量，具有广泛的应用价
值。
3.3温度显示电路设计。在温度显示电路设计过程中，
目前最常用的是
8段式数LCD1602具有1~11万小时的半衰周期
。
其余的显示
字显示装置，包括十个管脚，每个段位对应一个管脚
，
管可以用来显示数据信息传输的公共终端
。因此，
8段式数字显示
日期、温度等相应量
装置在一定应用情况下，能够直接显示时间
、
值信息，其具有较强的直观性。通过对温度显示电路的基本尺寸类
型分析，LCD1602通常包括0.3、0.5、0.8、1.0、1.2、1.5、1.8、2.3、3.0、4.0、
5.0等基本类型。对于单模管芯而言，其一般情况下不会超过1.0；对
（
2008，
学生，物联网（主要课程例如：单片机、
作者简介：刘星宇3-），男，江苏省淮安市淮安区，专科，无锡职业技术学院，web
。
设计、Java语言
、
python语言
，
SQLserver数据库等
）
2021.02科学技术创新
于双模管芯而言，其一般情况下设置的取值区间范围为1.2~1.5；对
于三模以上管芯而言，其一般情况下设置不会低于1.8。
4系统软件设计
4.1主机控制中心设计
。主机控制
DS18B20完成温度转换对
初始化；在温度采集系
应的数据协议是
：
ROM操作命令；内存控制。
必须对主机进行初
统的控住电路中，在对系统进行任何操作之前
，
最终等待相应的信号
始化处理，然后通过主机发送复位数据信息
，
回复。控制系统接收到数据信息的指令后，启动温度转换模式；当
转换
温度转换正在进行时，主机需要读取该时刻的总线状态信息
，
结束后将其设置为1。如果DS18B20由信号线进行系统电源供电
操作，则主机必须提供一个用于时间转换的上拉电平
。
为了有效的处理
DS18B20定时问题
，
4.2温度采集控制设计
。
可以对整个温度采集系统进行新的数据编程设计
，其主要采用
有效控制
DS18B20的复位和读写AT89S52芯片为重要组成部分
，
将获取的
能力，能够在一定程度上按时间顺序有效的读取温度值
，
数据信息存储于系统内部的存储装置中。DS18B20温度采集优势
在于系统精度高，分辨率强，抗干扰性能好。由于系统读取的数据
格式一般均为二进制数的补码，因此需要求得温度量值数据信息
需要对其进行
的原始代码。当显示屏展示对应的数据信息量值时
，
十进制转换，这样才能获取直观数据
。
4.3温度显示控制设计。在温度显示电路的程序设计过程中，
在其显示屏上读取相
将LCD1602作为温度采集系统的显示模块
，
应状态。当其处于空闲状态时，才能够根据实际情况传输实时量值
信息，否则将导致失败。在温度采集系统显示模块中，需
要清除
LCD1602显示屏上的数据内容，当数据读写操作时屏幕不会发生
任何移动，此时AC自动“+1”。在数据显示过程中，首先展示TEMP
样式的固定字符，然后显示测量的温度量值数据信息
。
当在进行数据信息实时传输的过程中，高8位中前5位是固
正数为
0，
因此程序将使
定形式，负数为1。最低的四位数表示小数
，
考
用TEMP>>4，选取最佳测量数据。在显示电路数据读取过程中，
如图
2所虑到显可读性和直观性等操作
，
LCD1602温度显示流程
，
示。
-
87
-
发送端
单片机程序代码完成后，需要对内部的温度采集代码
、
以便根据实际
的NRF24L01、接收端NRF24L01相应的问题检测
，
情况有效的完成单片机程序部分的设计
。通过有效的系统内容调
试，单片机程序能够正常工作
。在
试验温度时，需要将温度稳定在
26.5℃左右，通过万用表测得的温度为26℃，当用手紧紧握住温度
传感器时，显示管的温度会慢慢升高，
最终将会与人体温度相类
温度将会逐渐呈递减形式，
似。当温度传感器接近冰水混合物时
，
温度可精确达到0.1℃。在系统测试中，可知接收端和发射端均保持
收发距离和温度测试精
在低功耗状态，基本达到了设计初始目的，
如表
1所示
。
度也达到了设计要求，
表1实验测试数据
测试数据
发送端电流
接收端电流
收发端电压
发送端功率
接收端功率
收发距离
温度测试精度
值
2.6mA
9 mA
3.3V
8.58 Mw
29.7 mw
>10 m
0.5℃
图2LCD1602温度显示流程图
5系统调试与测试
在对基于单片机的温度采集系统进行调试与测试的过程中，
硬件链路设计完成后，需
为了保证所设计的系统具有较高的精度
，
错
要进行硬件调试。检查系统内部的硬件组成部分是否存在虚焊
、
需要在第一时间内采取有效应
焊等问题，一旦发现系统存在问题
，
对措施，该系统共完成3次修改。
论6结
随着社会经济的不断进步，温度采集系统已经被广大的人民
如农作物种植、食品
群众所应用。特别是对温度要求较高的领域
，
储藏、食品运输、各类企业仓库等场所
。传统模式下的温度测量形
式，其主要以热阻和热电偶为核心，但由上述传感器构成的温度测
量系统，在信号电路装换过程中需要引入A/D装置，这样才能与系
统端口相连接，从而在一定程度上增加生产成本
。本文通过温度传
完成了温度采集系统的开发。
感器等硬件和无线传输技术等软件
，
检测效果良好，
在温度测量方面，检测到无线传输信号的稳定性
，
能够通过测量、采集和监
其还充分展示了无线传感器的优良性能
，
测等方法进行温度信息的获取
。
参考文献
[1]张博.基于单片机的温度自动控制系统的开发与设计[J].自动化与
仪器仪表，2018（7）.
[2]黄俊梅，罗贤，支宇堃.基于单片机的模糊PID算法在索氏体化炉
温度控制系统中的应用[J].电子测量技术，2019（11）：133-136.
[3]Mellace，Giovanni，Pasquini，fyMore，
ObserveLess：MediationAnalysis：MediationAnalysisSynthetic
Control[J].DiscussionPapersofBusinessandEconomics，2019.
贾伟
.基于PIC16F877A单片机的储能电池箱温度[4]王琦，韩天兴
，
控制系统设计[J].自动化与仪表
，
2019（6）：25-28.
[5]DandanWu，JiwenKang，tionoftheRT-
LAMPandLAMPmethodsfordetectionofMycobacterium
32（4）.tuberculosis[J].JournalofClinicalLaboratoryAnalysis，2018，
[6]周驰.基于Atmega128单片机的机房空调温度控制系统设计[D].
南京
：
南京理工大学，2015.
[7]王青.基于PT100的温度测控系统的设计与仿真[J].计算机测量与
控制，2019（9）：47-50.
付斌
.基于单片机的大棚温湿度监测系统设计[J].国[8]李珍，夏经德
，
外电子测量技术，2018（7）.