基于DS18B20的关联型温度检测系统的设计与实现

通信基站设备密集，安全性要求高，而基站无法实现24小时人工看守，一般仅以空调、通风扇等措施保障站内温度正常，很少将温度检测定位到每部分设备模块，一旦设备模块因故障或其他原因出现温度异变而发生火灾事件将对附近居民生活和安全造成了巨大的影响和威胁，因此如何实时准确地掌握和控制通信基站里设备的温度状况对基站安全运行具有重要的现实意义。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感模块，热敏电阻成本低，但需要后续信号处理电路，且其可靠性相对较差，测量温度精度差，无法准确定位发生温度异变的主要模块，原因是在不同位置上布置的温度传感器之间关联性较差，不能对温度异变进行全面的检测和分析，对通信基站的安全运行和及时排障带来严重影响。为此，本论文在分析现有温度检测系统的基础上，提出一种基于DS18B20温度传感器的关联性模型温度信号检测系统，对通信基站温度进行检测时，通过把不同位置的温度传感器采集的温度数据汇集在一起，利用关联性模型对采集的温度数据进行综合分析，进而准确定位发生温度异变的模块，自动控制散热系统，从而消除安全隐患。

1 系统总体设计

1.1 系统架构设计

本温度检测系统包括对通信基站不同位置的温度进行检测、显示、信息关联、综合分析、声光报警、散热控制。温度检测主要由DS18B20温度传感器实现，将温度转换成模拟信号，再利用A/D转换电路转变成数字信号传送到AT89C51单片机，单片机对检测数据进行处理后通过显示屏显示基站内各个部分的温度数值，一旦某位置的温度数值超过设定数值，则声光报警电路发出警报信号，单片机通过控制散热系统提高散热效率，同时根据关联性模型，在保证基站安全运行的基础上，降低温度异常模块的功率，从而达到对通信基站温度智能化检测的目的。系统总体设计如图1所示。

 

 

1.2 系统硬件设计

硬件部分包括：DS18B20温度传感器温度检测电路、数据关联电路、声光报警电路、继电器控制散热电路等。

数据关联电路中，主控电路的单片机采用STC89C52芯片，晶振设置12 MHz，具有低功率和体积小的特点。ADC0809是8位逐次逼近式A/D模数转换器。它由单个+5 V电源供电，模拟输入电压范围是0～+5 V，工作温度范围是-40～85℃。CLK时钟脉冲信号由STC89C52提供。数据关联电路的硬件设计如图2所示。图中，主电路采用+5 V直流输入，主控电路晶振在12 MHz时，系统性能为12 MIPS，内部的程序储存器能够储存128K字节，数据存储器能够储存4K字节，E2PEOM存储器能够储存4K字节;控制电路的SPI接口与nRF24L01连接实现温度传感器DS18B20检测的温度异常信号的传输和处理，PWM口用来控制警报模块。

 

 

声光报警电路中，若基站内被测各个位置的温度在设置数值以下工作，则声光报警电路的指示灯为绿色闪烁状态。单片机通过Q1接口输出的方波控制三极管VT1的通断实现对声光报警电路进行控制。当检测到的温度数值超过设定数值时，程度把单片机Q3接口输出值提高，此时三极管VT 3导通，声光报警器发出报警信息。声光报警器电路图如图3所示。

 

 

2 软件设计

2.1 主程序流程

温度检测系统的控制程序根据C语言进行编写，在温度检测系统运行时，可以人工设定温度报警值，控制程序利用不同位置布置的温度传感器的关联系数判断高温传输的速度，从而定位出温度异变模块的位置，并且通过高温传输速度和局部温度，通过开启不同位置的散热风扇和制冷装置来降低温度。控制程序的工作流程如图4所示。

2.2 温度传感器DS18B20关联性程序实现

在通信基站内，温度传感器DS18B20检测到的温度在不同的位置有着不同的测量值，不同位置之间存在着关联性联系。设置温度传感器测量的数据之间的关联性系数是λ，利用以下公式能够描述各个模块的关联性系数：

 

 

上述式中，A，B表示两组温度传感器测得的数值，P(A)表示变量A的数学期望，P(B)表示变量B的数学期望。当|λ|<0.2时，说明两个模块的距离较远，高温并没有传输到该模块位置，只发出警报信号，不用采取加强散热的措施;当0.2≤|λ|≤0.6时，说明高温正在向不同模块的位置进行传输，此时系统发出警报并增加散热效率;当0.6≤|λ|≤ 0.9时，说明此时基站内各个位置的温度已经很高了，应开启最高级警报措施，通知工作人员立即加强降温通风处理，对发生温度异变模块进行检查，将隐患彻底排除。

温度传感器检测到的信号经过ADC转换，同时转换后的12位数据，输入为：

 

 

 

 

3 结束语

针对传统温度检测系统的各个位置的温度检测值关联性较差，不能对通信基站进行综合定位检测预警的缺陷，本文设计了一种基于DS18B20的关联型温度检测系统，实现了对通信基站不同模块部分温度的检测、显示、信息关联、综合分析、声光报警和散热控制，能够实时准确的对通信基站模块温度异变信号进行分析和处理，完成了智能化温度检测，从而减少了通信基站的安全隐患，提高了安全运行的系数。