项目背景

最近有好几个哥们都通过公众号问我DS18B20测量温度的事情。有的是自己不懂单片机想测量家里水管的温度，有的是懂一点单片机在实验室采集温度数据，有的是纯粹的自学的想测量一下温度顺便弄一下课程设计。

文末有恰饭内容，车速较快注意安全。

考虑到我祖传的焊台好久没有通电了，就规划了这个项目。秉承勤俭节约的原则，项目使用了SOP8的51单片机，用掉一路串口，还有4个IO口正好可以接4路传感器。这里感谢一位叫小明的男人帮我分担优与愁，事实证明只有男人才懂男人。

本来做完硬件就准备撤了，奈何忍受不了一包烟的诱惑，男人嘛，总有突破点。顺手又整了一个上位机，可把我的肾给亏完了，连续肝几个晚上，哥们你看到了别忘了再来两包烟。

其实这种数据采集系统最核心的地方在于通信协议，一个合适的通信协议能避免后期80%以上的坑。这次设计的温度采集系统采用JSON字符串交换数据，一种人类和计算机都容易理解的字符串。固定3秒主动输出一次数据，嫌慢了你可以自己改源码。这样搞的好处是不用考虑太多的数据交互问题，安心做好数据处理就完事了。

关键是温度这数据吧，还真不是啥重要数据，采集几万个数据丢那么几百个都无所谓，所以不用考虑数据重传啥的各种特殊情况，丢就丢了呗。

四路温度转串口模块-DS18B20

1，开发前规划

四路温度转串口模块-DS18B20-开发前规划
关键字：DS18B20;51单片机;温度采集;串口模块;上位机
要求：制作一个能读取四路DS18B20温度数值的串口模块，并配套上位机。
项目	立创编号	型号	备注
单片机	C42240	STC15W204S-35I	SMT可贴；小封装；供电2.5V~5.5V
DS18B20	C376006	DS18B20	SMT可贴；供电2.5V~5.5V
线性稳压器	C324580	MST5330BTE	SMT可贴；输出3V；输入35V
供电接口	C442363	HX25003-4AWB	VCC,GND,TX,RX对外接口
传感器接口	C442362	HX25003-3AWB	三线制传感器接口
线缆	C385825	S108520015	4Pin线缆，供电接口用
线缆	C385824	S108520014	3Pin线缆，传感器接口用
确认电压	输入部分3.3V到5V；输出3V的TTL电平
板子结构	两侧对称布置4个传感器；中间布置供电接口；LED指示电源；一个镊子可短路的焊盘，用来恢复出厂设置。
功能设计	1，输入电压3.3V到5V； 2，使用默认12Bit分辨率，输出分辨率0.0625摄氏度，750ms转换一次。 3，TTL电平输出串口数据，固定波特率115200bps，固定3秒输出一帧数据，私有通信协议。 4，设计一个上位机，Excel记录历史数据，并实时显示曲线。
通信协议	输出JSON字符串。 {"T1":12.3,"T2":15.6,"T3":-26,"T4":23} T1~T4表示四路传感器温度。

2-模块化原理图

四路温度转串口模块-DS18B20-原理图

完整原理图：https://oshwhub.com/7a745fc8/si-lu-wen-du-zhuai-chuan-kou-mu-

配套工具-USB转TTL：https://oshwhub.com/7a745fc8/usb-zhuaittl-usb-jie-kou-shu-chu

原理图模块

说明

四路温度转串口模块-DS18B20

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1，LDO降压到3V给单片机和传感器供电。

2，设计了一个LED，用来指示电源状态。

3，左边是一个4PIN的接口，用来下载程序，传输JSON字符串。老姚的STC单片机是通过串口下程序的，简直不要太爽。

四路温度转串口模块-DS18B20

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1，8个引脚100%都利用了。两个是电源，两个是TTL通信，4个是普通IO口。

2，关键是嘉立创SMT可贴片，节约肾的支出。

3，右边是一个4PIN的端子，实际上没有焊，就是预留后期备用的。

四路温度转串口模块-DS18B20

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1，四路传感器接口电路，完全参考规格书来的。

2，不过接口是3PIN端子的形式，自己焊插件的时候别搞错正负极，否则传感器会烫手。

3，每个IO口挂载一个传感器，且独立供电。同时传感器的数据接口要通过电阻上拉到电源。

四路温度转串口模块-DS18B20

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1，这个图和本项目有关联，但是不属于本项目本身的设计范畴。

2，这是一个USB转TTL的参考方案。因为下载程序和接收数据都需要一个USB转TTL嘛。你可以参考着画一个板子，这个板子上所有器件都可以SMT的，自己回来焊插件就行了。

3，不想自己弄，也可以买个类似的。立创商城直接搜索下单就行，省事 C192392 。

3-绘制PCB

四路温度转串口模块-DS18B20-PCB

PCB图

说明

四路温度转串口模块-DS18B20

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1，为了蹭LCEDA的热度我也是煞费苦心，各种LOGO走起。

2，安利一波吧。 www.oshwhub.com 是一个非常优秀的硬件开源平台，现在已经有很多先进知识分子在里面贡献自己的创意，尤其是很多又帅又有文化的。

3，看布局，充分体现了对称美。走线啥的都无所谓，关键是得美。

四路温度转串口模块-DS18B20

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1，背面主要放一些关键信息的丝印。

2，传感器接口的丝印就在这里体现，有效防止焊插件的时候接反正负极。

3，看背面的丝印你就能猜出来，参加了开源平台的征集令，拿了几十块钱的优惠券。虽然小项目造了我大几百大洋，但是能回一点血就回一点吧。

4，况且，我看这个LOGO很漂亮啊。

4-打样焊接和调试

四路温度转串口模块-DS18B20-焊接调试

B站视频：

焊接/调试

说明

四路温度转串口模块-DS18B20

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1，这个界面是嘉立创SMT时的界面，通过DFM检查看的。这个预览效果就是实际打样回来的效果。此时如果发现出错比如方向反了等都是可以联系客服及时补救的。

2，小器件，不好焊的器件都让嘉立创SMT帮我给盘了，我收到货后只焊了几颗料而已。科技向善，一点都不假。

四路温度转串口模块-DS18B20

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1，这里展示一下打样的速度。3号下单开始制造PCB，9号晚上收到货。

2，这时在疫情器件的交付速度，刚刚的。

3，佩服深圳速度，感受到了全产业链的优势。

四路温度转串口模块-DS18B20

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1，从淘宝买的带不锈钢外壳的传感器，其实就是DS18B20加了一个外壳。

2，这样的好处是可以将探头安装到各种地方。淘宝逛一圈你会发现有N多安装方式可选。

3，图中的USB接头就是USB转TTL，原理图上面也分享了。自己买了一根4PIN的线，按照接线顺序焊了一下。TX和RX要交叉连接。

4，传感器：https://s.click.taobao.com/KXHOvmv

5，单片机程序

四路温度转串口模块-DS18B20-单片机程序

B站视频：

单片机代码

说明

四路温度转串口模块-DS18B20

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1，截图的时候手一抖，少了一行。仔细观察哈，你能发现的。

2，主程序能看出整个程序的框架。在主循环里一直跑着一个子程序。它负责定时调用其他子程序。

3，程序初始化时将需要定时调用的子程序添加到调度器中。子程序中不要使用太多软件延时。

4，朋友你猜这个程序多少秒发送一串数据出去？

四路温度转串口模块-DS18B20

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1，根据规格书的提示，操作IO口写了底层驱动时序。由于传感器的特殊性，这里使用了软件延时。

2，这里参考网友的代码，写了一个CRC计算的程序。CRC是一种常见的数据完整性校验方法，用来识别一帧数据在传输的过程中是否发生了突变。

3，发送端发送数据完毕后计算一个CRC结果给你看，你收到数据后也同样方法计算一遍CRC，理论上得出的结果应该一样的，否则这个数据你应该丢弃的。

4，整个驱动暴露了两个子程序给外部接口，一个是读取传感器数据的驱动，固定时间调用一次就行，但是要注意调用间隔大于750ms。每当有新数据过来就把数据缓存到RAM中。

5，另一个是计算缓存中的数据为浮点形式的温度。这样无论何时外部程序都能调用这个接口去读取目前最新的温度数据。

6，家里穷，没有一个冰箱，没办法测试零下的温度显示啥的是否正常。

四路温度转串口模块-DS18B20

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1，这是运行在51内核中的简单程序调度器代码。

2，单片机开了一个定时器，每1ms进入一次中断。

3，程序在主循环中持续检测中断标志位，判断数组中哪个程序该运行了。

4，通过这种简单的方式实现了任务的定时运行，但是还没有实现不同任务间的通信。

6，上位机

四路温度转串口模块-DS18B20-上位机
B站视频：
上位机	说明
（点击图片放大）	1，上位机接收JSON字符串。但是必须按照固定的格式发送数据，否则解析会出错。 2，一次要发送四个Key过来，包括T1,T2,T3,T4，值应该是浮点数或整型数据。 3，你可以用单片机发送其他数据，只要是浮点数就行，然后它就可以采集你的数据了。
（点击图片放大）	1，上位机是用Python写的，使用PYQT的框架搭人机交互界面。 2，零妖也不是高手，代码太烂没自信。放出读取CSV文件的源码供大家参考。