導語：如何才能寫好一篇溫度監(jiān)測系統(tǒng)，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：溫度；單片機；傳感器

引言

在國內(nèi)，原來的糧庫對糧食檢測主要采取對各糧庫糧食進行取樣、記錄、分析、匯總數(shù)據(jù)等辦法，通過人工來進行，不僅工作量大、效率低下、而且可靠性和實時性差?，F(xiàn)在測量糧食的各種參數(shù)己逐步被電子檢測設(shè)備所取代。小的儲糧設(shè)備一般采用小型測溫、測濕度儀器檢測糧溫和濕度以及通風，目前我國大中型儲糧設(shè)備己開始配備微機測溫測濕和檢系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計簡介

1.1 設(shè)計方案論證

該系統(tǒng)由模擬開關(guān)構(gòu)成的開關(guān)電路板置于倉上，遠處倉上的溫度信號需要跨倉傳輸。各種糧倉上信號線傳遞溫度信號，控制線選擇溫度點及其電源線連在一起，構(gòu)成一個龐大的樹狀網(wǎng)絡(luò)。在通常情況下，這種溫度方式可以正常工作，但是在儲糧倉多、各倉相距遠，特別是在電磁干擾較強的地方，該系統(tǒng)難以正常工作。為了克服由于儲糧倉系統(tǒng)龐大對于測量溫度精度和系統(tǒng)可靠性的影響，我們設(shè)計了單片機作為前沿機械進行溫度數(shù)據(jù)采集，用單片機與微機通信的方法送回溫度數(shù)據(jù)，構(gòu)成特別適用于大型糧倉中應(yīng)用的分布式微機測量溫度系統(tǒng)，并且能夠利用溫度傳感器送回的溫度數(shù)據(jù)進行糧位檢測。

1.2 系統(tǒng)框圖

圖1 糧倉溫度監(jiān)測系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

2.1 單片機

為了設(shè)計此系統(tǒng)，我們采用了89C51機作為控制芯片。它可以提供一個8位CPU ，4 KB的閃爍存儲器Flash ROM，256字節(jié)RAM ，4個8位并行I/0端口、2個16位定時器/計數(shù)器、1個可編程全雙工串行口、5個中斷源、片內(nèi)振蕩電路和時鐘電路，64KB總線擴展控制器。89C51制作工藝為HMOS，采用40管腳雙列直插DIP封裝。

2.2 溫度傳感器

對于糧倉所存儲的糧食來說，其所儲糧食的品質(zhì)與溫度密切相關(guān)。因而對于糧倉的溫度檢測很早就開始應(yīng)用了。最開始是采用玻璃溫度計，隨著電子測控技術(shù)的發(fā)展，使用對溫度敏感的元器件，如熱敏電阻來進行測量。由單線多點溫度傳感器（如DS1820）構(gòu)成的單線多點溫度測量系統(tǒng)，雖然引線很少，但傳輸距離（不超過20米）。AD 590是一種電壓輸入、電流輸出型集成溫敏傳感器，測溫范圍為-55℃―+150℃，輸出電流與絕對溫度成正比，因而不必考慮多路模擬開關(guān)引入的附加電阻造成的誤差。該系統(tǒng)選用若干個集成溫度傳感器AD590接成矩陣形式，構(gòu)成多點測溫系統(tǒng)。

2.3 多路模擬開關(guān)

常用的模擬開關(guān)有機電式和電子式兩類。機電式開關(guān)具有良好的通、斷性能，信號畸變小，但切換過渡時間較長。電子式開關(guān)切換時間很短，但通、斷性能不夠理想。切換模擬信號時，開關(guān)的非理想特性將引入誤差，并產(chǎn)生延時。CC4051是單八路模擬開關(guān)。它是由電平位移電路、帶禁止端INH的8選1譯碼器和由該譯碼器對各個輸出分別加以控制的8個CMOS雙向模擬開關(guān)組成。

AD590矩陣的行、列分別與兩個CC4051相連，通過三位行、列選擇數(shù)字碼（由單片微機89C51產(chǎn)生）就可使矩陣被測點中的任何一個傳感器接入測控電路。

2.4 模擬小信號放大電路

被測物理量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換得到的電信號的幅度往往很小，無法進行A/D轉(zhuǎn)換，因此，需對這些模擬電信號進行放大處理。一般都采用集成運放。

該系統(tǒng)選用斬波穩(wěn)零集成運放ICL7650構(gòu)成高增益、低漂移放大器，用于放大AD590的輸出信號。ICL7650內(nèi)部有一個震蕩為200Hz的振蕩器，在這個震蕩器的控制下運放分節(jié)拍工作。每個振蕩周期分兩個節(jié)拍，第一個拍將輸入失調(diào)采集并存于一個點容器中，第二節(jié)拍采樣和放大信號，并將此刻的失調(diào)相抵消，所以運放總的失調(diào)和溫度極小，性能極為優(yōu)越和穩(wěn)定。

2.5 A/D轉(zhuǎn)換器

從放大器輸出的信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，才能進入89C51單片機測控系統(tǒng)。目前，國內(nèi)外雙積分A/D轉(zhuǎn)換器集成電路芯片很多，大部分是用于數(shù)字測量儀器上。文章選擇常用的3.5位雙積分A/D轉(zhuǎn)換器MC14433，其精度高，抗干擾性能好。

2.6 鍵盤顯示接口

在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，同時需要使用鍵盤與顯示器接口時，為了節(jié)省I/0口線，常常把鍵盤和顯示電路做在一起，構(gòu)成實用的鍵盤、顯示電路。文章采用8155并行擴展口構(gòu)成鍵盤、顯示電路。

為了較少鍵盤與單片機接口時所占用的I/0線的數(shù)目，在鍵數(shù)較多時，通常都將鍵盤排列成行列矩陣形式。4個LED顯示器采用共陰極方式，段選碼由8155口提供，位控信號由PA口提供。鍵盤的列掃描輸出也由PA口提供，查詢行輸入由PCO～PC1提供。LED采用動態(tài)顯示軟件譯碼，鍵盤采用逐列掃描查詢工作方式。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

系統(tǒng)的各部分程序主要包括程序、A/D轉(zhuǎn)換程序、鍵盤掃描程序、打印程序、顯示程序等。（見圖2）

4 結(jié)束語

由于系統(tǒng)采用了全數(shù)字化的溫度、濕度傳感器，直接輸出的是表示溫度和濕度的數(shù)字信號，不存在由模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換的中間環(huán)節(jié)，所以該系統(tǒng)具有穩(wěn)定可靠、測量精度高、一致性好、無需任何調(diào)整、信號線長短不會影響其性能等優(yōu)點。實現(xiàn)糧食倉儲過程中的溫度控制。

參考文獻

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[2]何立民.MCS-51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計（第1版）[M].北京：，北京航空航天技術(shù)出版社，2002.

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關(guān)鍵詞： 多點溫度測量； AT89C51； DS18B20； LabVIEW； 溫度監(jiān)測

中圖分類號： TN31+.3?34； TP212.9 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2017）08?0183?04

Design of multi?channel temperature monitoring system based on LabVIEW

SUN Yigang1， HE Jin2， LI Qi2

（1. College of Aeronautical Engineering， Civil Aviation University of China， Tianjin 300300， China；

2. College of Electronic Information and Automation， Civil Aviation University of China， Tianjin 300300， China）

Abstract： To satisfy the demand of the multi?point temperature measurement， a multi?channel temperature monitoring system based on LabVIEW was designed. When the serial port of lower computer is closed， the multi?channel temperature monitoring system is an embedded one composed of the SCM AT89C51， temperature sensor DS18B20 and displayer LM041L. When the serial port is opened， the lower computer uploads the temperature data of each channel to the LabVIEW?based temperature monitoring system of the upper computer to achieve online monitoring of the multi?channel temperature at the PC side. The simulation experiment results show that the system design scheme is feasible， and can expediently and effectively monitor the multipoint temperature in real time.

Keywords： multi?point temperature measurement； AT89C51； DS18B20； LabVIEW； temperature monitoring

溫度在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)和科學研究中都是一個極其普遍又非常重要的物理量，許多設(shè)備運行、工農(nóng)生產(chǎn)和科學實驗都必須保證在一定的溫度條件下進行，因此需要對溫度進行監(jiān)測的齪鮮分廣泛[1]。傳統(tǒng)的測溫儀器功能比較單一，大多只能測量某一點的溫度值[2]，可視性不好，不能長久保存溫度數(shù)據(jù)以進行后續(xù)統(tǒng)計和分析。為滿足現(xiàn)代工業(yè)多點溫度監(jiān)測的需求，設(shè)計了一種基于LabVIEW的多通道溫度監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在-55～99 ℃范圍內(nèi)6通道的溫度實時監(jiān)測，具有多點溫度同步采集、顯示、報警、繪圖及數(shù)據(jù)保存等功能，可用于智能樓宇、溫室大棚、汽車空調(diào)、倉庫儲存等場合[3]。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文設(shè)計的基于LabVIEW的多通道溫度監(jiān)測系統(tǒng)由下位機多通道溫度采集系統(tǒng)和上位機LabVIEW溫度監(jiān)測系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

下位機采用AT89C51單片機為主控芯片，將6路DS18B20溫度傳感器測量的數(shù)據(jù)處理后，計算出各通道的實際溫度值，并按要求在LM041L液晶屏上同步顯示。當串口開關(guān)處于開啟狀態(tài)時，若檢測到上位機要求發(fā)送溫度數(shù)據(jù)的請求，下位機立即依次將6通道溫度數(shù)據(jù)的高位和低位通過串口發(fā)送至上位機。LabVIEW溫度監(jiān)測系統(tǒng)隨即讀取串口緩沖區(qū)的內(nèi)容，經(jīng)過數(shù)據(jù)提取、處理、計算等操作，解析各通道的實際溫度后，首先在監(jiān)測系統(tǒng)前面板上實時顯示，然后將得到的溫度數(shù)據(jù)與各通道設(shè)置的的溫度上下限值進行比較，若當前溫度超過設(shè)定的溫度下限或者上限，則對應(yīng)的藍色或紅色溫度超限報警燈點亮。最后，系統(tǒng)將各通道溫度數(shù)據(jù)送入波形圖表，繪制六通道溫度變化曲線，并將所有采集的溫度數(shù)據(jù)寫入TXT文檔保存。系統(tǒng)整體程序流程圖如圖2所示。

2 多通道溫度采集系統(tǒng)設(shè)計

多通道溫度采集系統(tǒng)主要包括溫度測量模塊、溫度顯示模塊以及串口通信模塊等部分。

2.1 溫度測量模塊

溫度測量模塊采用6個數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測溫元件，組成溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)。DS18B20具有精度高、體積小、抗干擾能力強等優(yōu)點，其測溫范圍為-55～125 ℃，在-10～85 ℃范圍內(nèi)測溫精度[4]達

±0.5 ℃。因為每一個DS18B20溫度傳感器內(nèi)部都配有一個惟一的64位ROM編號，因此可將多個DS18B20掛在同一根總線上，實現(xiàn)多點分布式溫度測量。經(jīng)DS18B20序列號讀取程序測得，本設(shè)計仿真時所用六路DS18B20溫度傳感器的ROM編號如表1所示。

由于DS18B20一線式結(jié)構(gòu)的特點，它與微處理器之間只能采用串行數(shù)據(jù)傳輸。因此，在對DS18B20進行讀寫編程時，除了匹配每通道溫度傳感器的序列號，確保操作正確指向?qū)?yīng)傳感器，還必須嚴格地保證讀寫的時序，否則將無法讀取測溫結(jié)果。本系統(tǒng)中DS18B20溫度測量模塊程序流程圖如圖3所示。

2.2 溫度顯示模塊

溫度顯示模塊選用的是LM041L字符型LCD液晶顯示器，該模塊由64個字符點陣組成。LM041L的工作原理及使用方法與常用的LCD1602顯示器類似，但需要注意的是，LM041L為4行×16列顯示，每行顯示的字符個數(shù)與LCD1602一致，但顯示的行數(shù)是LCD1602的2倍。液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志位為低電平，表示不忙，否則該指令失效。要顯示字符時，首先需要輸入顯示字符的地址，因為LM041L寫入顯示地址時要求最高位D7恒為高電平1，所以實際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是：地址碼+80H。表2是LM041L的內(nèi)部顯示地址碼。

多通道溫度采集系統(tǒng)運行時，LM041L第1行第5列（地址碼為0x84）開始顯示標題字符――6通道溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)英文首字母縮寫“6CH TDCS”；第2～4行的第1列（地址碼分別為0x40，0x10，0x50）分別開始顯示第1～3通道的溫度數(shù)據(jù)；第2～4行的第10列（地址碼分別為0x49，0x19，0x59）開始顯示第4～6通道的溫度數(shù)據(jù)，具體顯示格式參見圖4。

2.3 串口通信模塊

AT89C51單片機設(shè)有串口通信端口，只需一個專用芯片MAX232進行電平轉(zhuǎn)換即可方便地實現(xiàn)下位機與上位機的串口通信[5?6]。當上位機通過LabVIEW溫度監(jiān)測程序向串口發(fā)送請求溫度數(shù)據(jù)字符串AA時，下位機檢測到中斷請求，立即將發(fā)送標志置1，然后依次發(fā)送溫度數(shù)據(jù)的高位和低位；發(fā)送完畢后，自動清除中斷標志并返回，等待下次發(fā)送的請求指令。串口通信模塊具體程序流程圖如圖5所示。

3 LabVIEW溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

LabVIEW是美國NI公司開發(fā)的一款功能強大的圖形化編程語言軟件，在測試測量、儀器控制、教學仿真等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用[7]。LabVIEW作為虛擬儀器軟件開發(fā)工具，在數(shù)據(jù)采集和人機交互方面有著十分明顯的優(yōu)勢[8?10]。利用LabVIEW自帶的VISA驅(qū)動函數(shù)，能夠方面地實現(xiàn)與下位機的串口通信；而且其前面板豐富美觀的控件，很適合設(shè)計界面友好、操作簡單的上位機監(jiān)控系統(tǒng)界面。因此，本設(shè)計采用LabVIEW開發(fā)平臺編寫上位機溫度監(jiān)測系統(tǒng)程序，主要包括溫度數(shù)據(jù)的提取與計算、溫度超限報警、溫度變化曲線與數(shù)據(jù)保存等部分。

3.1 溫度數(shù)據(jù)的提取與計算

LabVIEW溫度監(jiān)測程序運行時，首先配置串口參數(shù)，使之與下位機保持一致，然后通過VISA寫入函數(shù)向單片機發(fā)送請求字符串AA，下位機檢測到發(fā)送請求后隨即通過串口發(fā)送程序向上位機依次發(fā)送六通道溫度數(shù)據(jù)的高8位和低8位。當開始采集按鈕打開時，VISA讀取函數(shù)立刻讀取串口緩沖區(qū)的所有內(nèi)容，并通過字符串至字節(jié)數(shù)字轉(zhuǎn)換函數(shù)將所有串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組，然后由索引數(shù)組提取各通道溫度數(shù)據(jù)的高位和低位，送至溫度計算子VI計算實際溫度值。

溫度計算子VI首先將溫度數(shù)據(jù)高位和低位拼接，然后進行溫度符號判斷：當最高位為1時，說明溫度為負，4位十六進制的溫度數(shù)據(jù)取補碼并乘以0.062 5再取反得到負的溫度值；若最高位為0，表示溫度為正，則將拼接的溫度數(shù)據(jù)直接乘以0.062 5得到正的溫度值。

3.2 溫度超限報警

為了更好地實現(xiàn)實時監(jiān)測功能，系統(tǒng)加入了超限報警機制。各通道溫度數(shù)據(jù)經(jīng)提取和計算得到最終實際溫度值后，與各通道設(shè)定的溫度上限值和下限值分別進行比較。當某通道當前溫度超過設(shè)定的溫度上限時，對應(yīng)通道的紅色高溫報警指示燈亮起；當某通道當前溫度低于設(shè)定的溫度下限時，該通道對應(yīng)的藍色低溫報警指示燈點亮。各通道溫度上下限值設(shè)置界面如圖6所示。

3.3 溫度變化曲線與數(shù)據(jù)保存

LabVIEW溫度監(jiān)測系統(tǒng)主要功能之一就是繪制各通道的的溫度變化曲線，使觀測者能夠方便地對每一時刻各通道溫度值進行比較的同時，還可以對各通道的溫度變化情況一目了然。LabVIEW溫度監(jiān)測系統(tǒng)除了可以實時監(jiān)測各通道溫度變化情況以外，還可以將每一時刻的所有溫度數(shù)據(jù)同步寫入TXT文檔保存，方便進行后續(xù)的統(tǒng)計和分析。溫度數(shù)據(jù)以當前日期命名保存在程序當前所在路徑，其存儲格式為：第1列為數(shù)據(jù)采集序號，第2列為當前時間，第3～8列依次為第1～6通道的溫度值，各列相隔一個制表符（具體格式見圖7）。溫度數(shù)據(jù)保存部分的程序框圖如圖8所示。

4 系統(tǒng)仿真實驗

完成下位機多通道溫度采集系統(tǒng)與上位機LabVIEW溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計后，用虛擬串口軟件Virtual Serial Port Drive虛擬出一對相連的串口COM2和COM3，代替連接單片機與PC機的串口線。配置好串口參數(shù)及各通道溫度上下限值后，設(shè)置采樣周期為1 000 ms。依次運行下位機和上位機系統(tǒng)，打開串口開關(guān)，按下數(shù)據(jù)采集按鈕，多通道溫度采集系統(tǒng)和LabVIEW溫度監(jiān)測系統(tǒng)程序運行結(jié)果分別如圖4和圖7所示，保存的部分溫度數(shù)據(jù)如圖9所示。

分析仿真實驗結(jié)果可知，系統(tǒng)運行整體符合設(shè)計預期。下位機能同時采集各通道實際溫度并按格式要求正確顯示；上位機監(jiān)測界面中各通道溫度數(shù)值、溫度變化曲線、超限報警指示、數(shù)據(jù)采集量、開始與運行時間均準確無誤；保存的溫度數(shù)據(jù)與設(shè)置的采樣周期及設(shè)計的格式要求均相符。

5 結(jié) 語

本文設(shè)計的基于LabVIEW的多通道溫度監(jiān)測系統(tǒng)能夠方便有效地測量6點的溫度數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)在PC端的實時監(jiān)測。當下位機串口關(guān)閉時，即是一個嵌入式多通道溫度采集系統(tǒng)；串口打開時，便可與上位機通信，實現(xiàn)在PC機上的多通道溫度實時監(jiān)測。系統(tǒng)下位機結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉，上位機監(jiān)測界面清晰直觀、一目了然，很好地滿足了多點溫度監(jiān)測的目的，具有較強的實用性。

參考文獻

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篇3

[關(guān)鍵詞] 溫度監(jiān)測 RS-485 TC35模塊 電路設(shè)計 應(yīng)用

溫度監(jiān)測在現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中無處不在，如油箱溫度監(jiān)測、糧倉溫度監(jiān)測、汽車自動化系統(tǒng)等。溫度變化反映系統(tǒng)運行狀態(tài)，根據(jù)溫度變化，我們可以提前采取相應(yīng)措施，防止危害的發(fā)生。

一、整體系統(tǒng)設(shè)計

如圖1所示，系統(tǒng)由三部分組成。上位機負責數(shù)據(jù)接收和顯示；下位機由數(shù)據(jù)集中器和采集終端兩部分組成，其中數(shù)據(jù)集中器負責溫度數(shù)據(jù)的集中和轉(zhuǎn)發(fā);采集終端主要由傳感器及數(shù)據(jù)發(fā)送模塊組成，負責現(xiàn)場溫度的定時采集和顯示，并按命令將數(shù)據(jù)傳送給集中器。

本系統(tǒng)下位機（也就是數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)管理）之間采用RS-485通訊，而上位機與下位機之間通過GSM無線技術(shù)進行通訊。上位機接收到下位機傳來的數(shù)據(jù)后，先對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，然后放入數(shù)據(jù)庫。利用管理軟件，可以對數(shù)據(jù)進行各種處理。本設(shè)計主要完成數(shù)據(jù)集中器的設(shè)計和開發(fā),通過GSM無線通訊直接和上位機進行通信，再用單片機把收集到的數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)信號進行管理、集中或按照上位機的要求傳輸給上位機。還要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集終端的一個485的一對多通訊，一個系統(tǒng)管理它的多個站點的相應(yīng)系統(tǒng)，使上下位機的溫度信息實現(xiàn)時時傳遞。

二、主控制器的設(shè)計

主控制器選用ATMEL公司的單片機ATMEGA8。ATMEGA8是一種高性能、低功耗的8位AVR微處理器，AVR采用了哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨立的數(shù)據(jù)和程序總線，程序存儲器里的指令通過一級流水線運行，ATMEGA8具有8K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，512字EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個通用I/O口線，32個通用工作寄存器，3個具有比較模式的靈活的定時器或計數(shù)器，片內(nèi)或外中斷，可變成串行USART，面向字節(jié)的兩線串行借口，10位6路ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口，以及5種可以通過軟件進行選擇的省電模式。

ATmega8的主要性能特點如下 ：

1.高性能、低功耗的8bAVR微控制器，先進的RISC精簡指令集結(jié)構(gòu),130條功能強大的指令，大多數(shù)為單周期指令，32個8b的通用工作寄存器，工作在16MHz時具有16MIPS的性能 。

2.片內(nèi)集成了較大容量的非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器8kB的Flash程序存儲器，可擦寫次數(shù)大于10000次;512B的ERROM，擦寫次數(shù)至少100000次;支持可在線編程(ISP)和可應(yīng)用自編程(IAP); 可編程的程序加密位。

三、數(shù)據(jù)通訊電路的設(shè)計

TC35模塊電路設(shè)計。上行數(shù)據(jù)傳輸通道的電路設(shè)計主要是TC35電路的設(shè)計。從數(shù)據(jù)集中器原理圖中可以看到，TC35部分電路主要包括TC35模塊本身，SIM卡電路，以及TC35同處理器的接口。TC35同處理器的接口包括TC35啟動控制和串口通訊。由于TC35的串行口容許的高電平為2.6V，因此，不能直接將TC35的串行口同處理器的IO口相連接，必須進行電平匹配。本系統(tǒng)設(shè)計了如圖2所示的電平匹配電路。

四、系統(tǒng)效益跟市場前景分析

早期的監(jiān)控系統(tǒng)，采用大型儀表集中對各個重要設(shè)備的狀態(tài)進行監(jiān)視，并通過操作盤來進行集中式操作。而本系統(tǒng)是以監(jiān)測控制PC機為主體，加上檢測裝置、執(zhí)行機構(gòu)與被監(jiān)測控制的對象(生產(chǎn)過程)共同構(gòu)成的整體。系統(tǒng)采用先進的無線數(shù)字信號傳輸技術(shù)和RS-485總線技術(shù)，使系統(tǒng)具有如下特點和優(yōu)勢：

1.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更為簡潔、清晰，給系統(tǒng)的使用和維護人員帶來了極大的方便。

2.無線數(shù)字傳輸具有傳輸數(shù)據(jù)可靠、無需布線等優(yōu)點，使系統(tǒng)更加可靠經(jīng)濟。

3.可以大量減少人工，只需在監(jiān)測中心設(shè)1到2名監(jiān)測人員，減少了大量人工費用。

溫度監(jiān)測系統(tǒng)可廣泛用于煙草、倉儲、糧食等行業(yè)。僅對煙草系統(tǒng)而言，一個年利稅30億元的中等卷煙廠，年煙葉發(fā)酵總價值20億元左右，按行業(yè)標準3%的煙葉耗損量，發(fā)酵霉爛煙葉占總耗損量的30%計算，一年可避免經(jīng)濟損失1800萬元，全國100個卷煙廠，若50%的廠家使用該系統(tǒng)，一年可為國家節(jié)約10余億元。加之在其他行業(yè)的推廣應(yīng)用，項目的應(yīng)用前景十分廣闊，社會經(jīng)濟效益極為顯著。

參考文獻：

[1]李朝青:PC機及單片機數(shù)據(jù)通信技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學出社，2000:34-58

[2]程家兵:基于GSM的無線通訊技術(shù)[J].信息化建設(shè),2002,12（2）:39-42

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關(guān)鍵詞：高壓設(shè)備；無線無源；溫度監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號： TM855 文獻標志碼 A

第一章 高壓設(shè)備建立無線無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)的必要性分析

變電站維持日常運行最為基本的就是高壓設(shè)備，而高壓設(shè)備在運行過程中會因為環(huán)境的不斷惡化、線頭接口處磨損過度或者開關(guān)觸點出現(xiàn)松動等情況導致出現(xiàn)故障，從而引發(fā)設(shè)備發(fā)熱，而高壓設(shè)備因為是特殊設(shè)備，不能夠認為進行監(jiān)測，所以就必須建立無線無緣溫度監(jiān)測系統(tǒng)對高壓設(shè)備進行實時監(jiān)測，以便在出現(xiàn)發(fā)熱的時候及時發(fā)現(xiàn)進行解決，避免因為設(shè)備過熱導致運行障礙，甚至火災。

在實際的運行過程中，變電站的高壓設(shè)備比較容易發(fā)生局部溫度上升而導致設(shè)備運行異常故障，這類故障必須及時發(fā)現(xiàn)，否則會出現(xiàn)惡化，設(shè)備也會因為溫度太高而作廢，那樣就會產(chǎn)生不必要的損失。造成高壓設(shè)備出現(xiàn)過熱最為主要有三個方面：第一是高壓設(shè)備的部分觸點承受的最大電流過大，有的高達4000A，那么在正常運行的時候會因為時間過長導致溫度過高，最終導致全部設(shè)備出現(xiàn)故障。第二是高壓設(shè)備在進行長期的運行過程中，設(shè)備的開關(guān)觸點會因為電阻過大而產(chǎn)生過熱，造成內(nèi)部熱循環(huán)，最終導致內(nèi)部溫度過高，設(shè)備運行發(fā)生故障。第三是高壓設(shè)備在高壓柜中會存在裸漏高壓，并且高壓設(shè)備中內(nèi)部空間過小，會產(chǎn)生各種故障，這也是導致高壓設(shè)備溫度過高最為關(guān)鍵的原因之一。

第二章 高壓設(shè)備無線無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)分析

2.1系統(tǒng)總體建設(shè)分析

基于無線無源的高壓設(shè)備溫度監(jiān)測系統(tǒng)主要是由智能溫度監(jiān)測系統(tǒng)以及警報系統(tǒng)構(gòu)成，智能溫度監(jiān)測系統(tǒng)是通過傳感器進行溫度實時監(jiān)測，在進行傳感器的安裝前期會對在設(shè)置一個標準值，假若內(nèi)部溫度高于標準值就會觸發(fā)警報系統(tǒng)，假若內(nèi)部溫度沒有高于標準值，那么警報系統(tǒng)還是處于休眠狀態(tài)。

鑒于高壓設(shè)備是有很多零部件所組成的，所以在進行智能溫度監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)的時候，就必須對高壓設(shè)備中容易產(chǎn)生溫度過高的幾個點進行了解，比如高壓設(shè)備的觸點、接口母線或者電路電阻等零部件，在對故障點進行明確之后就可以將設(shè)置到標準值的傳感器安裝在各個部分。在傳感器安裝完畢之后，就需要通過對高壓設(shè)備無源無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)進行最低值的設(shè)置，只要高壓設(shè)備內(nèi)部溫度超過了這個設(shè)置的最低值，那么高壓設(shè)備無源無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)就會發(fā)生警報，在系統(tǒng)中并沒有專門安裝警報系統(tǒng)。

通過對高壓設(shè)備進行傳感器監(jiān)測模塊以及警報系統(tǒng)的建設(shè)，可以對高壓設(shè)備過熱進行很好的控制，在一定程度上可以節(jié)約部分人力資源，對于高壓設(shè)備的溫度監(jiān)測成本也是一種降低。

2.2系統(tǒng)軟硬件建設(shè)分析

高壓設(shè)備無線無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)在運行的過程中使用的主要硬件是SAW傳感器、無線傳輸（天線）以及溫度采集器。

SAW傳感器是一種溫度傳感器，會因為外界溫度的變化而導致表面固有諧振頻率的變化，從而對溫度實行測量。這種傳感器最為核心的部分就是表面波諧振器，在高壓設(shè)備的材料基片中央位置放置一個交叉換能器，在其兩側(cè)配置兩組周期性組成的多種條件反射器，這樣的設(shè)計會使得交叉換能器既可以作為輸出模塊，還可以在有電磁波進入的時候作為接收模塊。通過合理選擇叉指換能器幾何尺寸、基片晶體材料及切向，可以使溫度系數(shù)的高階項近似為零，實現(xiàn)固有諧振頻率與溫度的近似線性關(guān)系，只要獲得固有諧振頻率就可確定其溫度。當有入射波進入設(shè)備內(nèi)部的時候，在入射波消失之后就會產(chǎn)生一種逐漸衰減的震蕩信號，從而進行溫度檢測，所以SAW傳感器可以作為高壓設(shè)備的無線無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)中的監(jiān)測器件。

無線傳輸部分是利用天線來進行傳輸?shù)?，天線可以看成是一種溫度變換器，將高壓設(shè)備內(nèi)部溫度進行傳輸，將其和前文所述的溫度傳感器進行連接，就可以使高壓設(shè)備內(nèi)部溫度通過天線傳輸?shù)綔囟葌鞲衅?，一旦溫度過高就會觸發(fā)后面的警報結(jié)構(gòu)，使之發(fā)出警報聲。但是這種傳輸方式也存在一定的不足，天線自身在進行溫度傳輸?shù)臅r候會消耗部分熱能，會導致溫度傳感器最終接受的溫度和高壓設(shè)備內(nèi)部溫度存在部分誤差。

溫度采集器在高壓設(shè)備無線無緣溫度監(jiān)測系統(tǒng)中主要是負責接受來自溫度傳感器發(fā)出的溫度數(shù)據(jù)，并且通過對應(yīng)的科技手段將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)綔囟缺O(jiān)測中心，這樣就可以使得工作人員隨時隨地的對高壓設(shè)備內(nèi)部溫度進行精確掌握，對于高壓設(shè)備溫度平衡也可以進行很好的調(diào)節(jié)。

編程開發(fā)工具是利用QT平臺來進行程序的編寫的，在進行程序編寫的時候不需要重新編寫源代碼，只需要對應(yīng)用程序進行一次性開發(fā)，就可以實現(xiàn)高壓設(shè)備無源無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)其功能，QT通過其強大的強大的控制功能，對空間資源進行比較方便的控制。

第三章 系統(tǒng)測試

在高壓設(shè)備無線無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)完成之后，可以構(gòu)建出一個模擬的高壓設(shè)備運行機構(gòu)，然后將設(shè)計的監(jiān)測系統(tǒng)進行安裝，認為的將高壓設(shè)備中的易出現(xiàn)問題的故障點進行溫度調(diào)整，然后通過顯示屏觀察高壓設(shè)備內(nèi)部各種溫度所對應(yīng)的固有頻率，然后對臨界溫度進行監(jiān)測，將臨界溫度設(shè)置在SAW傳感器中，以便日后進行實地監(jiān)測。通過系統(tǒng)測試還可以對建立的無線無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)進行檢查，對其中的設(shè)計不足之處進行完善。

結(jié)論

高壓設(shè)備因為其使用環(huán)境的特殊性，容易因為運行時間過長，導致內(nèi)部接點出現(xiàn)各種故障，所以必須針對這種現(xiàn)象進行溫度監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，而且因為高壓設(shè)備內(nèi)部電壓較高，所以監(jiān)測系統(tǒng)必須滿足無線無源，這樣才能保證最終監(jiān)測結(jié)果的精確性。本文所建立的無線無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)由于技術(shù)的問題，肯定還是存在不足，所以各種性能還有待進一步完善。鑒于本人學識有限，在本文的撰寫過程中存在一些不足之處，望各位同仁能夠及時指出，以便日后及時做出修正。

參考文獻

[1]駱巖. 高壓設(shè)備無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)[J]. 科技創(chuàng)業(yè)家，2014，09：216.

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關(guān)鍵詞：STC89C52 可程控溫度監(jiān)測 DS18B20 串行通信

1、引言

溫度監(jiān)測系統(tǒng)是典型的控制系統(tǒng),溫度在工業(yè)生產(chǎn)中有著比較重要的作用,比如加熱爐、反應(yīng)滬等,對溫度精度都有非常高的標準。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,對于溫度監(jiān)測系統(tǒng)已開始向智能化、自動化方向發(fā)展。隨著半導體技術(shù)的進步,溫度傳感器的發(fā)展相當迅速,傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測器其可靠性能差、精度低;現(xiàn)代的溫度傳感器朝著智能化、數(shù)字化、高精度、多功能、總線標準化、高可靠性等方向發(fā)展。因此,為了達到溫度檢測智能化、可程控、測試溫度精度高等要求,本文設(shè)計了一種測溫范圍大、精度高、性能好的可程控智能化溫度監(jiān)測系統(tǒng)。

2、系統(tǒng)總體方案設(shè)計

該系統(tǒng)設(shè)計分為溫度采集部分、數(shù)據(jù)通信部分、上位機管理中心三大部分。在溫度采集模塊中,由STC89C52單片機作為微處理器來實現(xiàn)溫度監(jiān)測系統(tǒng)的核心設(shè)計,利用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20實時采集溫度,由按鍵電路設(shè)定預警值,LED數(shù)碼管可以顯示溫度實時值及預警值。在數(shù)據(jù)通信模塊中,通過串口將溫度采集模塊中采集的數(shù)據(jù)與PC機上位機管理中心進行通信。在上位機管理中心,主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、實時顯示、動態(tài)曲線趨勢圖、存儲、管理、導出報表及自動打印等操作。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、測試精度高、性價比高,廣泛應(yīng)用于測溫系統(tǒng)領(lǐng)域中。

3、系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)硬件設(shè)計主要包含三個模塊:溫度采集模塊、串口通信模塊、時鐘模塊。

3.1 溫度采集模塊

溫度采集模塊的核心器件是數(shù)字化溫度傳感器DS18B20,它是一種單總路線芯片,它的三個引腳分別接電源、STC89C52的WR引腳和地線。通過第二個引腳與單片機的WR引腳相連,進行時序控制來啟動溫度轉(zhuǎn)換和設(shè)置溫度預警值,讀出溫度轉(zhuǎn)換值等功能,溫度轉(zhuǎn)換后的精確值通過EPROM存入單片機,然后通過串口傳輸?shù)缴衔粰C管理中心進行顯示、存儲和管理。

3.2 串口通信模塊

串口通信模塊采用MAX232串口總線標準,是比較常用的串行通信標準,本設(shè)計中用來實現(xiàn)溫度采集模塊與PC機上位機管理中心進行數(shù)據(jù)通信。MAX232協(xié)議以-5V～-15V表示邏輯1;以+5V～15V 表示邏輯0。它支持5、6、7、8和9位數(shù)據(jù)位,1位或2位停止位的串行數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu);由硬件支持的奇偶校驗位發(fā)生和校驗;數(shù)據(jù)溢出檢測;幀錯誤檢測;包括錯誤起始位的檢測的噪聲濾波器和數(shù)字低通濾波器;三個完全獨立的中斷,TX發(fā)送完成、TX 發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器空、TX接收完成;支持多機通信模式;支持倍速異步通信模式。

3.3 時鐘模塊

在設(shè)計中選擇11.0592M的晶振,它能夠準確地劃分成時鐘頻率,與UART常見的波特率相關(guān),特別是較高的波特率(19600,19200)。

4、系統(tǒng)軟件設(shè)計

在對溫度采集模塊進行底層軟件設(shè)計時,采用KeilC開發(fā)環(huán)境進行開發(fā)設(shè)計,它提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具,全Windows界面,代碼編碼效率比較高。在對上位機界面進行開發(fā)時采用VB編程語言,它擁有圖形用戶界面（GUI）和快速應(yīng)用程序開發(fā)（RAD）系統(tǒng),可以輕易地使用DAO、RDO、ADO連接數(shù)據(jù)庫,創(chuàng)建ActiveX控件,并能快速地建立應(yīng)用程序。

4.1 底層程序設(shè)計

底層程序設(shè)計主要介紹主程序流程圖和溫度采集程序設(shè)計流程圖,在主程序中,先進行初始化,聲明子函數(shù)、全局變量,打開設(shè)定相關(guān)中斷,設(shè)置波特率,再進行溫度采集子程序,并進行實時顯示、存儲和上傳到PC機。在溫度采集程序中,嚴格按照DS18B20訪問協(xié)議步驟進行實現(xiàn),先進行初始化,定義子程序變量,調(diào)用復位子程序,復位DS18B20準備采集溫度。然后調(diào)用寫字節(jié)子程序,執(zhí)行ROM操作命令,將其跳過。然后再次調(diào)用寫字節(jié)子程序,執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換,這里需要一個延時,等待程序轉(zhuǎn)換完成后,便可將采集到的溫度值的各位對應(yīng)的數(shù)據(jù)寫入存放實時溫度的數(shù)組num1。接下來再次初始化、執(zhí)行ROM操作命令,然后執(zhí)行存儲器操作命令,將溫度值讀出并計算,從而得到實時溫度值的每一位數(shù)值。

4.2 通信程序設(shè)計

上位機使用MSComm控件與下位機通信,程序中使用該控件的OnComm事件,使整個子程序循環(huán)執(zhí)行,不斷接收下位機傳上來的數(shù)據(jù)。在通信程序設(shè)計中,先進行初始化,設(shè)置通信端口、波特率等參數(shù),建立通信協(xié)議,然后接收數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換。當收到的數(shù)據(jù)為接收標志位時,則清空數(shù)據(jù),等待接收數(shù)據(jù),然后返回接收轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),接收完四個字節(jié)的數(shù)據(jù)后,將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)值型,然后還要再次返回接收數(shù)據(jù),不斷循環(huán),以保證顯示溫度為當前的溫度值。

4.3 上位機程序設(shè)計

上位機程序設(shè)計采用VB編程語言進行開發(fā),實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)顯示、動態(tài)趨勢圖顯示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)管理、導出報表、自動打印、用戶管理及密碼修改等功能。

5、結(jié)語

本文分別介紹了基于STC89C52的可程控溫度監(jiān)測系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。系統(tǒng)能夠遠程對溫度進行檢測,并能夠?qū)囟冗M行有效控制,通過設(shè)置不同預警值,可實現(xiàn)系統(tǒng)自動報警功能。上位機管理中心軟件設(shè)計給溫度采集、管理、存儲提供了極大地方便,并很好地保證了用戶信息的安全性。通過實踐證明,該系統(tǒng)可靠性高、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、性價比高等優(yōu)點,能夠廣泛應(yīng)用于溫度測量領(lǐng)域。

參考文獻

[1]DALLAS Semiconductor. DS18B20 Data Sheet[Z].2002:1-26.

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關(guān)鍵詞：風機；Multisim；LabVIEW；AT89C52

中圖分類號：TP2文獻標識碼：Adoi: 10.3969/j.issn.1003-6970.2011.03.032

Temperature Monitoring System for Ventilator based on Multisim and LabVlEW

WANG Kai1, GU Lin-zhu2 , CHEN Li3

(CUMT, information and electrical engineering institute, Xu Zhou 221116, China)

【Abstract】 This paper introduces a temperature monitoring system for ventilator based on Multisim and LabVlEW. The temperature sensor uses the Pt100. In Multisim, we establish the mathematical module of Pt100 and design signal regulate circuit. The system uses AT89C52 as hardware design core, which control signal collection and PC communication. PC using LabVIEW, realizes temperature curve display, alarm, data storage and other functions. The system has high precision and can also be applied to other industrial temperature field.

【Key words】Ventilator; Multisim; LabVIEW; AT89C52

0引言

礦井通風是煤礦的一項重要任務(wù)，一方面向井下輸送新鮮空氣，供人呼吸；另一方面稀釋有毒氣體和礦塵并排出礦井。目前，我國絕大多數(shù)煤礦都采用通風機進行通風。由于通風機的長期工作，通風系統(tǒng)溫度逐漸升高，超出極限溫度，將燒毀風機和電機甚至引起安全事故，直接關(guān)系到通風系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性。

熱電阻測溫是工業(yè)溫度測量中常用的一種方法，其主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。本文采用Pt100作為6路溫度傳感器，測量范圍0～150℃，分別采集一號風機的前軸后軸和電機的鐵芯溫度，二號風機的前軸后軸和電機的鐵芯溫度。利用Multisim對Pt100進行數(shù)學建模，設(shè)計信號調(diào)理電路并進行仿真分析，當測量點的溫度超過設(shè)定值，進行聲光報警，上位機采用LabVIEW作為可視化界面，顯示溫度變化曲線，及各個采集點的溫度狀態(tài)，對通風系統(tǒng)中的風機和電機進行溫度實時

監(jiān)測。

1系統(tǒng)設(shè)計

本溫度監(jiān)測系統(tǒng)下位機以AT89C52為核心，主要組成部分包括信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換、顯示電路及聲光報警。AT89C52通過串口與PC機通信，在LabVIEW平臺下，對數(shù)據(jù)進行顯示和存儲。

1.1Pt100模型

熱電阻Pt100的測溫范圍-200～850℃，電阻與溫度的關(guān)系為在-200～0℃

Rt=R0[1+At+Bt2+C(t-100)t3] (1)

在0～850℃

Rt=R0[1+At+Bt2] (2)

其中R0=100（當t=0℃時）

A=3.940×10-3/℃

B=-5.84×10-7/℃2

C=-4.22×10-12/℃4

由于本系統(tǒng)設(shè)計的測溫范圍為0~150℃，所以

Rt=100+0.3940t-5.84×10-5t2 (3)

在Multisim中，根據(jù)溫度和電阻的關(guān)系式，建立如圖1所示Pt100的數(shù)學模型。V1代表式(3)中的溫度t，Polynomial Source函數(shù)模塊用來實現(xiàn)式(3)，其輸出為電壓。由熱電阻的原理知，電阻值隨溫度變化而變化，因此再加一個比例系數(shù)為1的Voltage Controlled Resistor模塊，使其輸出為電阻值。

圖1Pt100數(shù)學模型

Fig.1 Pt100 mathematical model

1.2信號處理電路

Pt100作為溫度傳感器最典型的電路是采用不平衡電橋法，但由于是單臂電橋，存在一定的非線性，為了避免電橋引入非線性，所以采用放大電路測溫[1]。且由Pt100的溫度特性可知，電阻與溫度函數(shù)含有二次項Bt2，因此隨溫度升高，Pt100非線性越嚴重。在測量電路中U5組成的反相比例放大器為電路引入負反饋，Rw2來調(diào)節(jié)負反饋的程度，從而改善輸出電壓與溫度的非線性關(guān)系。U3為放大電路模塊。U1、D1和R1構(gòu)成的穩(wěn)壓電路為后面的電路提供10V的基準電壓，穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的輸出端經(jīng)電壓跟隨器來穩(wěn)定輸出電壓。信號調(diào)理電路如圖2所示，

圖2中，Rw1用于放大電路調(diào)零。設(shè)置V1為0，Rw1用任意一個電阻替換，然后對該電阻進行Parameter Sweep分析，觀察阻值變化時，輸出電壓什么時候等于或接近于零。經(jīng)分析，阻值在93kΩ 時，輸出電壓接近于零，所以調(diào)節(jié)Rw1阻值為93kΩ。

圖2信號調(diào)理電路

Fig.2 signal regulate circuit

Rw3用于調(diào)節(jié)放大倍數(shù)，使其輸出電壓在0～5V之間，同樣原理設(shè)置V1為150，對Rw3進行Parameter Sweep分析，當Rw2為80kΩ時，輸出電壓4.998961V，滿足要求。

最后，通過Sweep Analysis對整個電路進行仿真，電阻值從0～150變化，得到0～5V的輸出電壓，如圖3所示為輸出電壓與輸入電阻的關(guān)系。

圖3輸出電壓與輸入電阻關(guān)系

Fig.3 relationship between output voltage and input resistance

1.3AD轉(zhuǎn)換電路

AD轉(zhuǎn)換選擇了∑-類型的AD7711，具有低速高精度的特點，適合溫度測量慢變化的場合[2]。因需要采集6路溫度信號，使用8路模擬開關(guān)CD4051，其選通開關(guān)控制信號（A、B、C和INH）和AD7711的控制信號來自單片機?？紤]到AD7711自帶的AD參考電壓精度不高，選用了AD公司專用的參考源芯片AD421，其輸出電壓接到AD7711的REFIN（+）端。AD轉(zhuǎn)換電路如圖4所示。

圖4AD轉(zhuǎn)換電路

Fig.4 AD conversion circuit

1.4溫度顯示電路

本系統(tǒng)采用5位LED動態(tài)顯示電路，最高位顯示采集通道，后四位顯示對應(yīng)通道的溫度值，將所有段選信號并聯(lián)在一起，由7位I/O口控制，位選信號由5個三極管驅(qū)動，然后由5位I/0口控制。

1.5聲光報警電路

當某一路溫度值超出設(shè)定的最大值，將發(fā)生聲光報警，及時提醒工作人員。只有通過下位機按鍵或上位機按鈕才能消除聲光報警。具體哪一測量點出現(xiàn)溫度過高，由上位機顯示。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計包括單片機軟件設(shè)計和LabVIEW程序設(shè)計。軟件采用模塊化設(shè)計和調(diào)試。

2.1單片機軟件設(shè)計

單片機選擇AT89C52，采用C語言編程。單片機軟件框圖如圖5所示，上位機通過串口通信向測量前端發(fā)送開始采樣命令，啟動測量前端進行溫度測量，獲得AD量化后的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成溫度。處理后的用戶數(shù)據(jù)被命令消息處理模塊組裝成消息，傳入通信模塊進行數(shù)據(jù)傳輸，命令消息處理模塊還負責將對接收到得用戶命令進行處理，產(chǎn)生相應(yīng)的消息回應(yīng)或設(shè)置前端的控制變量。初始化模塊進行上電后初始化。

圖5單片機軟件設(shè)計框圖

Fig.5 SCM software design diagram

2.2LabVIEW軟件設(shè)計

由于數(shù)據(jù)采集卡價格昂貴，在一些小的系統(tǒng)中，常常選用單片機作為下位機，通過RS232串口與PC機之間實時通信[3]。本設(shè)計通過LabVIEW提供的串口子VI將采集到的數(shù)據(jù)傳送到PC機，在LabVIEW環(huán)境下實現(xiàn)對按鍵、數(shù)碼顯示的數(shù)據(jù)進行處理、分析、存儲和顯示的系統(tǒng)，風機溫度檢測系統(tǒng)LabVIEW前面板如圖6所示。

圖6LabVIEW前面板

Fig.6 the LabVIEW front panel

3結(jié)論

本文采用Multisim設(shè)計傳感器的信號調(diào)理電路，單片機AT9C52作為下位機，功能簡單可靠，降低硬件成本。上位機采用LabVIEW，人機界面友好，編程簡單，實現(xiàn)了對風機溫度的監(jiān)測。

參考文獻

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關(guān)鍵詞：Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)；變壓器；溫度監(jiān)測系統(tǒng)

作者簡介：邱騰飛（1978-），男，廣州增城人，廣州供電局有限公司變電管理一所，電力工程師。（廣東?廣州?511300）彭偉（1984-），男，

湖南永州人，永州職業(yè)技術(shù)學院，講師。（湖南?永州?425000）

中圖分類號：TM93?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）24-0134-02在對變電站運行設(shè)備的監(jiān)測中，溫度是一個重要的指標。[1-2]過高的溫度會導致電氣設(shè)備發(fā)熱故障，甚至事故的發(fā)生。[3-4]

目前10kVA 以下的變壓器大多為無人值守配電變壓器，通常每年只做定期檢測一次，不能實現(xiàn)實時運行監(jiān)測，這樣難免會出現(xiàn)誤判、遺漏等情況，由此常常造成變壓器存在故障不能及時排除而導致設(shè)備損壞和停電事故頻繁發(fā)生。[5-7]針對配電變壓器監(jiān)測量多、面廣和實時性的要求，提出了一種維護成本低、性價比高的變壓器溫度監(jiān)測系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)工作原理

基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的變壓器溫度監(jiān)測系統(tǒng)，是通過安裝于變壓器各個部分的Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳感器將變壓器各個部分的溫度值通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)匯總至無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集中器，再通過串口將匯總的溫度數(shù)據(jù)包反饋至監(jiān)測中心。

在監(jiān)測中心中，首先對實時數(shù)據(jù)進行顯示和存儲，再對數(shù)據(jù)中的異常進行告警處理，以實現(xiàn)系統(tǒng)對變壓器的故障現(xiàn)象、異常情況、故障地點等的及時發(fā)現(xiàn)，最后實現(xiàn)數(shù)據(jù)的Web訪問，一旦變壓器出現(xiàn)異常，即以第一時間通知變電站工作人員，及時排除故障，以防止故障升級。

基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的變壓器溫度監(jiān)測系統(tǒng)的工作過程如下圖1所示。

具體地，無線溫度傳感器從變壓器采集溫度數(shù)據(jù)，之后通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線溫度數(shù)據(jù)集中器；監(jiān)控中心與無線溫度數(shù)據(jù)集中器之間通過串口、基于Modbus通訊協(xié)議進行通訊，監(jiān)控中心首先發(fā)出詢問，詢問被無線溫度數(shù)據(jù)集中器收到后應(yīng)答，即傳輸溫度數(shù)據(jù)；監(jiān)控中心中，首先由數(shù)據(jù)庫存儲收到的溫度數(shù)據(jù)，告警處理程序通過檢索最新的數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)進行告警處理，一旦發(fā)現(xiàn)異常即進行告警，同時將告警信息也進行存儲入庫處理；遠程WEB終端通過網(wǎng)絡(luò)可以從遠方訪問本變電站獲得本變電站中變壓器各部分的溫度數(shù)據(jù)。

二、通訊協(xié)議

1.Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議

變壓器溫度監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的，該無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是一種基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網(wǎng)協(xié)議。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。

無線通訊網(wǎng)包含了無線通訊協(xié)議與數(shù)據(jù)傳輸。無線通訊網(wǎng)絡(luò)采用基于IEEE 802.15的ZigBee協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。它使用的2.4GHz免費波段能夠以低成本構(gòu)建無線通訊網(wǎng)，[8-9]并有著較強的抗干擾能力。網(wǎng)絡(luò)喚醒能夠讓傳感器在非工作狀態(tài)下進行休眠，延長傳感器的使用壽命。

簡而言之，ZigBee就是一種便宜的、低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。變電站中，由于溫度的測量不需要周期太短，而且由于變壓器的各個部分都需要大量傳感器測量溫度值，對于傳感器本身的價格有一定要求?；谝陨咸攸c，Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)正滿足了變壓器溫度測量的要求。

2.Modbus通訊協(xié)議

Modbus 協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其他設(shè)備之間可以通信。它已經(jīng)成為一個通用工業(yè)標準。當在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時，此協(xié)議決定了每個控制器需要知道它們的設(shè)備地址，識別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動。如果需要回應(yīng)，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。

MODBUS 協(xié)議定義了一個與基礎(chǔ)通信層無關(guān)的簡單協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）。特定總線或網(wǎng)絡(luò)上的MODBUS 協(xié)議映射能夠在應(yīng)用數(shù)據(jù)單元（ADU）上引入一些附加域。[10]

本系統(tǒng)中，無線溫度數(shù)據(jù)集中器與工控機進行通訊，硬件上采用RS485串口總線，波特率為2400 bps。軟件上，通訊分為下行通訊和上行通訊：下行通訊，即工控機向無線數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)集中器請求信號；上行通訊，即無線數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)集中器向工控機發(fā)出應(yīng)答信號。兩種通訊基于Modbus協(xié)議的數(shù)據(jù)具體分別為：

下行通訊：地址域2位，填寫三個數(shù)據(jù)集中器地址，分別為01，02，03；功能碼2位，為專門識別代碼，為03；數(shù)據(jù)位8位，其中填寫寄存器個數(shù)；差錯校檢4位，按照modbus協(xié)議規(guī)約進行校檢。以三號采集器的下行通訊為例，modbus通訊碼為“0303000000244548”。

上行通訊：地址域2位，填寫三個數(shù)據(jù)集中器地址，分別為01，02，03；功能碼2位，為專門識別代碼，為03；數(shù)據(jù)位“下行寄存器個數(shù)”的十六進制表示+4*“下行寄存器個數(shù)”位，數(shù)據(jù)的順序由無線溫度傳感器上所給定的序號確定；差錯校檢4+2位，按照modbus協(xié)議規(guī)約進行校檢，最后綴以“FF”。以三號采集器的下行通訊為例，modbus通訊碼為“030324XXXX…XXXX”+校驗碼+“FF”。

篇8

【關(guān)健詞】無線傳感器網(wǎng)絡(luò)；單片機射頻收發(fā)器；自組織VB編程軟件；串口通信

1.引言

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器節(jié)點通過無線通信技術(shù)自組織構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，被認為是將對21世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。根據(jù)小型化、實時監(jiān)測和低功耗等要求，系統(tǒng)給出了一種以極低功耗MSP430F135單片機為核心，以DSl8B20數(shù)字溫度傳感器為測溫傳感器單元和以nRF24L01無線收發(fā)射頻芯片為傳輸單元等，所組成的無線極低功耗溫度測量節(jié)點的設(shè)計。同時根據(jù)自組織協(xié)議，設(shè)計了一個多測溫節(jié)點和一個主節(jié)點的無線測溫網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。本文將從極低功耗設(shè)計和無線通訊網(wǎng)絡(luò)組織兩個方面來分析。

2.極低功耗測溫節(jié)點的設(shè)計

傳統(tǒng)的溫度數(shù)據(jù)的測量多通過導線或總線方式傳輸?shù)絻x器內(nèi)部，再做相應(yīng)的處理。在實際工程中往往測溫點和溫度處理點的距離比較遠，需要較長的導線將測量信號傳到溫度處理處理點，這樣大大的增加了布線成本等。在一些要求有防爆性能的場合和無法布線的地方測量溫度等數(shù)據(jù)就存在極大的問題。無線溫度傳感器正好在這些方面解決了這些問題。

2.1 極低功耗測溫節(jié)點組成

極低功耗溫度測量節(jié)點的整體組成，如圖1所示。

2.2 極低功耗設(shè)計

低功耗設(shè)計是嵌人式系統(tǒng)的普遍要求，通過無線射頻通訊方案解決了溫度數(shù)據(jù)的無線采集，但是整個系統(tǒng)的功耗直接影響著傳感器的工作壽命。無線溫度傳感器是—個手持設(shè)備，只能使用電池作為電源，因此對所采用微控制器和部件的低功耗特性要求比較高。

2.2.1 MSP430F135與低功耗[1]

MSP430F135和通信模塊在不同時鐘下運行，由于處理器的功耗與工作頻率成正比，工作在低頻方式下將大大降低處理器的功耗。MSP430F135功耗可以通過開關(guān)狀態(tài)寄存器的控制位來控制，正常工作時電流為160uA，備用時為0.1uA，為傳感器的極低功耗要求提供有力的條件。MSP430F135在初始化完成后，處于LPM3工作模式，僅當有外部中斷發(fā)生時喚醒進入終端服務(wù)程序，完成后重新進入低功耗模式，照此循環(huán)往復，可以最大的實現(xiàn)低功耗。

2.2.2 nRF24L01與低功耗

nRF24L01具有接收、發(fā)射、掉電、等待4種工作模式，只有當監(jiān)測和接收頻率相同的載波的時候并且地址匹配的情況下才進入接收模式，當傳感器采集到數(shù)據(jù)需要發(fā)送的時候才喚醒nRF24L01進入發(fā)射模式，其他情況nRF24L01進入掉電模式nRF24L01被禁止，電流消耗將最小，典型值為2.5uA，模式之間的切換將大大提高系統(tǒng)的工作時間。

2.3 硬件電路設(shè)計

2.3.1 MSP430F135組成的控制電路設(shè)計[2]

極低功耗測溫節(jié)點的微處理單元采用的是MSP430F135單片機，該單片機的特點如下：

MSP430系列單片機電源電壓采用1.8-3.6V低電壓，系統(tǒng)有一種活動模式(AM)和5種低功耗模式(LPM0-LPM4)；采用目前流行的精簡指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，具有強大的處理能力；結(jié)合TI的高性能模擬技術(shù)，集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)；大量使用FLASH型器件，具有方便高效的開發(fā)調(diào)試環(huán)境．器件片內(nèi)有JTAG調(diào)試接口，還有可電擦寫的FLASH型存儲器，通過JTAG接口下載程序到FLASH內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息，供設(shè)計者調(diào)試使用。

MSP430F135單片機采用1.8-3.6 V低電壓供電，RAM數(shù)據(jù)保持方式下耗電僅0.1uA，活動模式耗電250uA/MIPS，傳統(tǒng)的MCS51單片機約為10～20 mA／MIPS，其輸入端口的漏電流最大為50 nA，遠低于其他系列單片機(1～10mA)，加上它本身具有5種低功耗模式(LPM0～LPM4)，其應(yīng)用系統(tǒng)可以做到用l枚電池使用10年。

MSP430F135單片機的這些特征，非常適合應(yīng)用在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。硬件連接圖如圖2所示。

2.3.2 射頻電路設(shè)計

2.3.3 數(shù)字溫度傳感器DSl8B20接口電路設(shè)計[4][5]

DSl8B20是美國DALLAS公司推出的單總線數(shù)字測溫芯片BJ。溫度測量范圍為-55℃～-125℃。出廠時為默認12位轉(zhuǎn)換精度，溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)化時間是750ms；DSl8B20工作在9位、10位、1l位和12位模式時的溫度分辨力依次為0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃；它具有獨特的單線接口方式，將非電模擬量溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸出僅需占用l位I/0端口，能夠直接讀取被測物體的溫度，提高了抗干擾能力和測量精度。設(shè)計中，傳感器DSl8B20輸出腳I/O直接與MSP430F135單片機的P12相連，外加上拉電阻，傳感器采用外部電源供電。接口電路如圖4所示。

3.無線通訊網(wǎng)絡(luò)[3]

3.1 節(jié)點設(shè)計

傳感器節(jié)點和主站節(jié)點主要由MSP430F135單片機和射頻收發(fā)器nRF24L01組成，主站節(jié)點與PC機通過RS232接口或USB接口相連，利用PC機作為數(shù)據(jù)處理中心。如下圖5所示。

3.2 網(wǎng)絡(luò)組成

該無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由一個主站節(jié)點和若干個無線溫度傳感器節(jié)點構(gòu)成，文中以10個溫度傳感器節(jié)點為例。傳感器節(jié)點負責中轉(zhuǎn)其他節(jié)點數(shù)據(jù)包和采集、處理、壓縮數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)包發(fā)送出去?；竟?jié)點負責發(fā)出控制命令和接收各個傳感器節(jié)點發(fā)回的數(shù)據(jù)，并通過RS232接口或USB接口把數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機。PC機對各個數(shù)據(jù)進行綜合分析處理。網(wǎng)絡(luò)組成如圖6所示。

其中，0表示主站節(jié)點，1-9表示隨機分布的9個無線溫度傳感器節(jié)點。0-9分別是主站節(jié)點和各個從站溫度傳感器節(jié)點的編號。

3.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議

3.3.1 無線傳感器節(jié)點程序流程

考慮到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)目多的原因，傳感器節(jié)點采用同一套程序，其流程如圖7所示。

3.3.2 無線傳感器節(jié)點發(fā)到主站的數(shù)據(jù)包格式

在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸中，數(shù)據(jù)必須有統(tǒng)一的格式。數(shù)據(jù)包的格式如下：

由于地址和數(shù)據(jù)屬性長度的關(guān)系，在該網(wǎng)絡(luò)中最多含有包括基站節(jié)點在內(nèi)的32個節(jié)點，每個數(shù)據(jù)包最多包括15個字節(jié)的有效數(shù)據(jù)，最多被中轉(zhuǎn)16次。當數(shù)據(jù)包被中轉(zhuǎn)的次數(shù)為16。而且仍沒到達最終地址時，該數(shù)據(jù)包會被自動丟棄。

3.4 MSP430F135與PC機的串行通信

3.4.1 MSP430F135串口通信軟件

4.實驗分析

下面給出了在某實驗中獲得的一些實驗數(shù)據(jù)。如表1所示。

采用無線溫度傳感器測量的結(jié)果與使用實際的高精度溫度計測量的溫度值基本吻合，滿足實際工程和實際生活的要求。

5.結(jié)束語

無線溫度傳感器以低廉的價格、高的可靠性以及無需布線等特點使得在實際工程和日常生活中具有很好的發(fā)展前景。極低功耗設(shè)計解決了能耗問題在實際工程中的瓶頸，極低功耗無線溫度傳感器克服了傳統(tǒng)有線測量方式的不足，以及無線傳輸帶來的功耗過高的不利，具有重要的實際意義和應(yīng)用前景。無線射頻傳感器通訊技術(shù)不單只應(yīng)用于溫度的測量，還可以應(yīng)用到其他物理量的測量上來，比如：壓力、濕度、液位、有害氣體等許多物理量。

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關(guān)鍵詞：嵌入式網(wǎng)絡(luò) ARM S3C2410 Linux 遠程監(jiān)測

0 引言

隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，人們越來越青睞開發(fā)以應(yīng)用為中心的嵌入式系統(tǒng)。更為重要的是，網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的一大趨勢，人們可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)自動地、實時地、方便地獲取需要的嵌入式系統(tǒng)信息。本設(shè)計基于某一糧倉進行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的需求實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，要求通過局域網(wǎng)或Internet獲取糧倉的溫度、濕度及其他信息。溫度等信息的測量有相應(yīng)的軟件和硬件模塊，有接口和網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)連接。考慮網(wǎng)絡(luò)功能的嵌入式系統(tǒng)具有以下特點[1]：①監(jiān)測設(shè)備一方面是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，另一方面具有轉(zhuǎn)換信號、采樣及TCP/IP通信等功能，并且該監(jiān)測設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、成本低、易實現(xiàn)的優(yōu)點；②客戶端無需任何額外程序，通過Web瀏覽器就能對設(shè)備進行監(jiān)測；③采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標準，系統(tǒng)組網(wǎng)容易，傳輸數(shù)據(jù)量大、傳輸速率快。根據(jù)要求，本文提出基于S3C2410和Linux嵌入式系統(tǒng)Web服務(wù)器的實現(xiàn)方案。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計 通過專用的嵌入式網(wǎng)關(guān)連接或者專用的Web服務(wù)器實現(xiàn)嵌入式設(shè)備Web服務(wù)，本文借助嵌入式系統(tǒng)自身實現(xiàn)Web服務(wù)器的功能。通過相應(yīng)的處理，將前端傳感設(shè)備采集的現(xiàn)場信號轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號，同時確保該網(wǎng)絡(luò)信號符合TCP/IP協(xié)議，采用微處理器S3C2410與Linux進行結(jié)合，在一定程度上構(gòu)建嵌入式Web服務(wù)系統(tǒng)。通常情況下，核心控制器S3C2410、時鐘、復位、電源電路模塊、RS232接口電路、以太網(wǎng)接口電路、存儲器模塊，以及JTAG接口電路等共同組成硬件電路。通過任一個局域網(wǎng)或Internet終端，用戶就能對該監(jiān)測數(shù)據(jù)進行訪問，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示：

選用ARM9芯片S3C2410作為系統(tǒng)主控制器，該微處理器的特點是性價比高、功耗低。系統(tǒng)帶有UARTO和UART1兩個串行接口，其中UARTI復用支持RS485和RS422接口；存儲器包括SDRAM和FLASH，該系統(tǒng)一方面配置了一片Intel strata flash，一片Atmel的AT49LVl614A，

2MB NOR flash，兩片32MB的三星SDRAM，另一方面配置了SD卡座和SMC卡座[2]。

1.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計[3][4][5] 嵌入式Linux操作系統(tǒng)的移植和嵌入式Web服務(wù)器移植系統(tǒng)軟件設(shè)計的重點。

對于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的移植來說，主要涉及Boot Loader、內(nèi)核，以及根文件系統(tǒng)的移植。Boot Loader作為嵌入式系統(tǒng)的引導程序，這是一段代碼，該代碼在處理器加電復位后首先執(zhí)行，初始化系統(tǒng)硬件，同時設(shè)置相應(yīng)的堆棧指針，然后跳轉(zhuǎn)到操作系統(tǒng)內(nèi)核的入口，并且將系統(tǒng)控制權(quán)轉(zhuǎn)交給操作系統(tǒng)。在Linux操作系統(tǒng)中，內(nèi)核作為核心，是一種系統(tǒng)軟件，對硬件資源進行管理，同時控制運行程序、改善人機界面，以及為應(yīng)用軟件提供支持。它對嵌入式系統(tǒng)進行管理是通過處理器管理、存儲器管理、文件管理、設(shè)備管理來實現(xiàn)的。根文件系統(tǒng)包含系統(tǒng)使用的軟件和庫，以及為用戶提供支持架構(gòu)和用戶使用的應(yīng)用軟件，并作為存儲數(shù)據(jù)讀/寫結(jié)果的區(qū)域，是Linux系統(tǒng)的重要組成部分。

嵌入式Web服務(wù)器移植主要包括httpd、thttpd和boa三種。本系統(tǒng)選擇boa Web Server，它能夠支持CGI，比較適合于嵌入式系統(tǒng)。Common Gateway Interface（通用網(wǎng)關(guān)接口，CGI）提供web服務(wù)器一個執(zhí)行外部程序的通道，瀏覽器和服務(wù)器之間借助這種服務(wù)端技術(shù)進而具有交互性，可以利用任何程序設(shè)計語言編寫CGI程序?？蛻舳苏埱笸ㄟ^boa進行接收，同時boa對其進行請求分析、請求響應(yīng)，以及向客戶端返回請求等。下載boa Web服務(wù)器的源代碼boa-0.94.14rc21.tar.bz2、安裝并編譯boa源代碼，實現(xiàn)嵌入式Web服務(wù)器移植。

之后，配置Web服務(wù)器、制作cramfs文件系統(tǒng)、將VIVI、內(nèi)核和文件系統(tǒng)的映像文件燒錄到系統(tǒng)存儲器中，完成嵌入式Linux系統(tǒng)的移植。

完成嵌入式Linux系統(tǒng)的移植之后，將設(shè)計的遠程糧倉溫濕度應(yīng)用程序在Linux嵌入式系統(tǒng)中運行，即可以實現(xiàn)課題要求的遠程糧倉溫濕度監(jiān)測功能。

2 其它設(shè)計

2.1 溫度傳感器 溫度傳感器采用單線數(shù)字溫度傳感器DSl8B20。DS18B20是DALLAS半導體公司生產(chǎn)的新一代適配微處理器的單線智能溫度傳感器，是世界上第一片支持“one-Wire”總線接口的溫度傳感器，從DSl8B20讀出信息或向DSl8B20寫入信息僅需要一根口線（單線接口）。在其內(nèi)部使用了在板（ON-BOARD）專利技術(shù)，全部傳感元件及轉(zhuǎn)換電路集成在形如一只三極管的集成電路內(nèi)。測溫范圍較廣，為-55～+125℃，固有測溫分辨率為0.5℃。溫度變換功率來源于數(shù)據(jù)總線，總線本身即可以向所接的DSl8820供電，而無需額外電源。在對傳感器數(shù)據(jù)采集的軟件編程中，采用單線總線協(xié)議。通過單線總線訪問DSl8B20的協(xié)議包括：初始化DSl8B20、ROM操作命令、存儲器操作命令和讀數(shù)據(jù)/處理數(shù)據(jù)等。

DSl8B20集溫度測量、A/D轉(zhuǎn)換于一體，可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)9～12位的數(shù)字值讀數(shù)方式，具有體積小、接口方便、傳輸距離遠等特點。注意，DSl8820與微處理器連接時應(yīng)加入一個阻值為5.1kΩ的上拉電阻。

2.2 網(wǎng)絡(luò)接口 S3C2410 CPU本身并沒有網(wǎng)絡(luò)接口，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口通過使用CS8900A 10M網(wǎng)絡(luò)模塊進行擴展，該模塊網(wǎng)卡芯片是美國CIRRUS LOGIC公司生產(chǎn)的16位以太網(wǎng)控制器，其特點是性能優(yōu)良、低功耗，以及價格低廉等，在一定程度上符合Ethernet II與IEEE802.3（10

Base5，10Base2，10BaseT）標準。該芯片使用靈活，并且能夠根據(jù)需要進而動態(tài)地調(diào)整物理層接口、數(shù)據(jù)傳輸模式和工作模式等，通過設(shè)置內(nèi)部寄存器進而與不同的應(yīng)用環(huán)境相適應(yīng)。CS8900A的工作原理：發(fā)送時，收到主機送來的數(shù)據(jù)報后，對網(wǎng)絡(luò)線路進行偵聽。如果線路忙，就等到線路空閑為止；否則，立即發(fā)送該數(shù)據(jù)幀。發(fā)送過程中，首先，它添加包括先導字段和幀開始標志的以太網(wǎng)幀頭，然后，生成CRC校驗碼，最后，將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到以太網(wǎng)上。接收時，它將從以太網(wǎng)收到的數(shù)據(jù)幀在經(jīng)過解碼、去掉幀頭和地址檢驗等步驟后緩存在片內(nèi)。CS8900A接口如圖2所示。

3 結(jié)束語

本文提出了一種基于ARM和嵌入式Linux操作系統(tǒng)的嵌入式遠程糧倉溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，通過對相應(yīng)的軟硬件設(shè)計和嵌入式Linux操作系統(tǒng)的移植進行研究。嵌入式遠程監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點是：成本低、具有可移植性、安裝方便、使用簡單等優(yōu)點，在一定程度上便于后期維護和升級。嵌入式遠程監(jiān)測系統(tǒng)中嵌入式Web Server的應(yīng)用，為嵌入式遠程監(jiān)測提供了更大的優(yōu)勢。

參考文獻：

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基金項目：

篇10

關(guān)鍵詞： SHT15； 24LC512； MSP430F2232； 溫濕度檢測

中圖分類號：TP312 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2015）05-41-03

Abstract： Design a digital temperature and humidity tester， which can be used for measuring and recording the daily environment temperature and humidity. The system takes MSP430F2232 as the core， uses monolithic full calibration digital temperature and relative humidity sensor SHT15 to detect temperature and humidity， and uses electrically erasable read-only memory 24LC512 as the storage element. The system can measure and record temperature and humidity， and can also record the corresponding date and time. The temperature， humidity and the variation curve can be displayed on the LCD. The software developed with VC language for receiving temperature and humidity can send the data to PC machine for analysis and contrast. The system also has set aside a expansion port， easy to update and upgrade.

Key words： SHT15； 24LC512； MSP430F2232； temperature and humidity detection

0 引言

在現(xiàn)代工業(yè)環(huán)境中，溫度和濕度影響到工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中電氣設(shè)備的使用壽命，在農(nóng)業(yè)環(huán)境中溫濕度影響到農(nóng)作物的正常生產(chǎn)，而在人居環(huán)境中，溫濕度影響到人們身體的健康。因此，設(shè)計一款溫濕度檢測系統(tǒng)實時檢測環(huán)境的溫濕度，控制抽濕機和溫控設(shè)備有效的進行工作，保護工業(yè)環(huán)境中的電氣設(shè)備、農(nóng)業(yè)環(huán)境中的農(nóng)作物以及人們的身體健康，具有一定的現(xiàn)實意義。本課題設(shè)計的溫濕度記錄儀不但可以檢測溫濕度信號，還能記錄其變化趨勢，可以輸出溫濕度的日均值和小時均值。具有更準確地數(shù)據(jù)記錄、更方便的數(shù)據(jù)存儲、更便捷的數(shù)據(jù)分析等功能。

1 系統(tǒng)介紹及硬件電路

1.1 系統(tǒng)介紹

為了提高檢測的準確性和數(shù)據(jù)的有效性，本設(shè)計溫濕度傳感器選用I2C總線接口的單片全校準數(shù)字式傳感器SHT15[1]，數(shù)據(jù)記錄選用電擦寫式只讀存儲器24LC512，為了提高環(huán)境監(jiān)測的穩(wěn)定性和精密性，系統(tǒng)還選用了低功耗單片機MPS430F2252作為中央處理單元[2]。系統(tǒng)通過溫濕度傳感探頭檢測溫濕度數(shù)據(jù)后，送至中央處理單元，處理結(jié)果實時地通過液晶屏顯示出來，并通過24LC512數(shù)據(jù)記錄單元存儲下來，還可通過鍵盤設(shè)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄間隔和報警范圍。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 溫濕度檢測電路設(shè)計

系統(tǒng)選擇濕度和溫度的集成傳感器SHT15，該傳感器將溫濕度傳感器、信號放大調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、串行數(shù)字通信接口電路、數(shù)字校準等功能模塊集成在一塊微形芯片上，不需要元件，可直接輸出經(jīng)過標定的相對濕度和溫度的數(shù)字信號。濕度測量范圍0～100%RH ，溫度測量范圍-40℃～123.8℃。工作電壓在 2.4V～5.5V范圍，測量狀態(tài)下功耗約3mW。

⑴ 電路設(shè)計

溫濕度傳感器SHT15通過串行時鐘（SCK）輸入接口和串行數(shù)據(jù)（DATA）輸出接口與單片機相連。DATA三態(tài)門用于數(shù)據(jù)的讀取。電源引腳（VDD，GND）之間需增加一個100nF的電容，主要目的是去耦濾波。為保證在時鐘下降沿數(shù)據(jù)的有效性，DATA 需要保持在高電平，因此需要在DATA數(shù)據(jù)接口上接一個10k的上拉電阻。具體電路見圖2所示。SHT15通過后，要等待11ms以越過“休眠”狀態(tài)[3-4]。

⑵ 溫濕度傳感器SHT15的使用

DATA在SCK時鐘下降沿之后改變狀態(tài)，并僅在 SCK 時鐘上升沿有效。數(shù)據(jù)傳輸期間，在SCK時鐘高電平時，DATA必須保持穩(wěn)定。為避免信號沖突，單片機應(yīng)驅(qū)動DATA在低電平。需要一個外部的上拉電阻（例如：10kΩ）將信號提拉至高電平（參見圖2）。

單片機一組測量命令（‘00000101’表示相對濕度RH，‘00000011’表示溫度T）后，控制器要等待測量結(jié)束。這個過程大約需要320ms，14bit 測量。確切的時間隨內(nèi)部晶振速度，可能有-30%的變化。SHT15 通過下拉DATA 至低電平并進入空閑模式，表示測量的結(jié)束。控制器再次觸發(fā)SCK 時鐘前，必須等待這個“數(shù)據(jù)備妥”信號來讀出數(shù)據(jù)。檢測數(shù)據(jù)可以先存儲，這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)，在需要時再讀出數(shù)據(jù)[5]。

1.3 數(shù)據(jù)記錄單元電路設(shè)計

為方便數(shù)據(jù)的記錄及查詢，設(shè)計中采用24lc512作為存儲單元。該芯片由美國微芯科技公司生產(chǎn)的電擦寫式只讀存儲器容量范圍為512K，最大頻率為400kHz。支持I2C串行接口，以x8位存儲器塊進行組合。允許工作電壓2.5-5.5V，待機電流和工作電流分別為1μA和1mA，具有頁寫入能力。功能性地址線允許連接到同一條總線上的器件數(shù)目最多可達8個，具體電路如圖3所示，本設(shè)計中使用了4個24lc512。

A0、A1和A2引腳用于多器件工作，當這些輸入引腳上的電平與從器件地址中的相應(yīng)位作比較，如果比較結(jié)果為真，則該器件被選中。串行數(shù)據(jù)引腳SDA為雙向引腳，用于把地址和數(shù)據(jù)輸入/輸出器件。該引腳為內(nèi)部漏極開路。因此，SDA總線要求在該引腳與VCC之間接入10k的上拉電阻。對于正常的數(shù)據(jù)傳輸，只允許在SCL為低電平期間改變SDA電平。而 SDA電平在SCL高電平期間若發(fā)生變化，表明起始和停止條件產(chǎn)生。時鐘SCL引腳用于數(shù)據(jù)傳輸同步。寫保護（WP）引腳必須連接到VSS或者VCC。如果連接到VSS，能寫操作。如果連接到VCC，則禁止寫操作，但讀操作不受影響。具體電路見圖3。

1.4 電源電路

為實現(xiàn)記錄儀的小巧便于攜帶，系統(tǒng)采用鋰電池供電。BL8503是一款正電壓輸出，低功耗低壓差的三端線性穩(wěn)壓器，在輸入輸出電壓差低至400mV時都可提供250mA（Vin=4.0V、Vout=3.0V時）的負載電流。BL8503極低的靜態(tài)功耗（Iq=1.5uA）可極大的提高電池使用時間。電路如圖4所示，輸入端外接11uF鉭電容作為旁路電容，保證電路的穩(wěn)定性，在輸入端接1uF鉭電容作電源濾波電容。具體電路見圖4所示。

應(yīng)用電路簡單，只需輸入輸出兩個電容和負載即可工作。芯片內(nèi)部包括電壓基準源電路，過流保護，誤差放大器，功率管及其驅(qū)動電路等模塊組成。其中過流保護能夠在應(yīng)用電路的負載電流大于250mA時，保證芯片和系統(tǒng)的安全。BL8503的參考電壓電路提供穩(wěn)定的參考電平，由于采用內(nèi)部的修正技術(shù)，保證輸出電壓精度達到±2%，同時由于參考電壓經(jīng)過精心的溫度補償設(shè)計考慮，使得芯片的輸出電壓的溫度漂移系數(shù)小于100ppm/℃。

1.5 主控中心電路設(shè)計

本設(shè)計選擇MSP430F2232芯片作為核心芯片， 該芯片是一款超低功率混合信號微控制器，此微控制權(quán)具有兩個內(nèi)置 16 位定時器、一個通用串行通信接口，具有集成基準和數(shù)據(jù)傳輸控制器。S0～S10，COM0～COM3用于LCD顯示，P3.1，P3.2 用于數(shù)據(jù)存儲，P6.4，P6.5 用于溫濕度測量。TXD，RXD分別作為輸入端、USB串口電路。JTAG端口為在線編程接口。具體電路如圖5所示。

2 軟件設(shè)計

本設(shè)計軟件編程主要分為以下幾部分：溫濕度傳感器SHT15測量程序、數(shù)據(jù)存儲芯片24lc512讀寫程序、液晶顯示程序、按鍵程序以及按鍵控制程序等。程序采用VC語言編寫，下面給出與上述硬件電路配套的部分C51應(yīng)用程序[5]。

⑴ 溫濕度采集部分代碼

char s measure（uchar*p value，uchar*p checksum，uchar mode）

{ unsigned error=0；

uint i；

stransstart（）； //transmission start

switch（mode）； //send command to sensor

{ case TEMP ：error+=s write byte（MEASURE TEMP）；break；

case HUMI ：error+=s write byte（MEASURE HUMI）；

break； default ：break；

}

for（i=0； i

{ delay（1）；

if（DAT==0） break；

} //wait until sensor has finished the measurement

*（p value）=s read byte（ACK）；//read the first byte（MSB）

*（p value+1）=s read byte（ACK）；//read the second byte（LSB）

*p checksum=s read byte（noACK）；//read checksum

return error；

}

⑵ 存儲器部分代碼

Write_NByte（&RXBuffer[7]，RXBuffer[6]，（RXBuffer[3]*2-0x14））；

//-0x14為了不跨頁

if（DataAddr==Userdata1）

{ Bvale.Byte8[1]=RXBuffer[7]；

Bvale.Byte8[0]=RXBuffer[8]；

if（（Bvale.Byte165000））

{ Bvale.Byte16=3950； }

writeOK=1；

}

else if（（DataAddr>=0x02c0） && （DataAddr

//Writing the system time

{ TimeInit_8563（&RXBuffer[7]）；

DispTime（0）；

writeOK=1；

}

else if（DataAddr==0x02c6） //writ RAM

{ DataAddr+=（RXBuffer[6]-1）；

for（i=0； i

{* （uchar *）DataAddr=RXBuffer[7+i]；

//From the high bytes starting assignment

DataAddr --；

}

writeOK=1；

}

3 結(jié)束語

溫濕度傳感器SHT15集溫度傳感器和濕度傳感器于一體，因此，采用SHT15進行溫濕度實時監(jiān)測的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接口簡單等優(yōu)點。該芯片在溫濕度監(jiān)測、自動控制等領(lǐng)域均已得到廣泛應(yīng)用，在現(xiàn)代化溫室控制系統(tǒng)中具有廣闊的發(fā)展前景。另外24lc512芯片內(nèi)部集成存儲容量大，性能穩(wěn)定便于操作。本文設(shè)計的便攜式數(shù)顯溫濕度檢測記錄儀體積小，重量輕，性能穩(wěn)定可靠，且便于攜帶；與傳統(tǒng)的模擬式溫濕度計相比具有明顯的優(yōu)勢，即數(shù)字式顯示，方便讀出數(shù)值；保存溫度濕度值，通過輸出變化曲線，可以掌握環(huán)境溫濕度的變化趨勢，從而可以做出相對性的措施進行環(huán)境的改良。系統(tǒng)電路簡單，留有擴展接口，便于系統(tǒng)的升級和改良[4-6]。

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