温度监测系统十篇

温度监测系统篇1

系统由硬件电路和软件编程两部分组成，其中，硬件电路包括温湿度传感器SHT11、单片机STC89C52RC和PC机;软件编程主要是应用LabVIEW2011进行用户操作界面和数据显示界面的设计。系统结构框图如图1所示。单片机控制温湿度传感器进行温湿度的采集，单片机采集到的温湿度数据由串口通信方式发送到PC机，安装有LabVIEW2011的PC机通过编写好的程序实现对采集温湿度的实时显示、趋势图绘制、数据存储和超限报警等基本操作，构成一个基于LabVIEW2011和单片机的温湿度监测系统。、

2系统硬件设计

系统硬件设计主要是温湿度传感器、单片机和PC机的功能应用设计。其中，温湿度传感器和单片机构成系统前向通道，进行温湿度数据的采集;PC机应安装有LabVIEW2011软件，用于数据的处理和分析程序的编写。2．1硬件选型系统硬件选型主要是进行前向通道的芯片选型。其中，温湿度传感器采用瑞士Sensirion公司生产的SHT11，SHT11是一款高度集成的温湿度一体传感器芯片。SHT11温度测量范围为－40℃～+123．8℃，分辨率为0．01℃，测量精度为±0．4℃;相对湿度测量范围为0～100%RH，分辨率为0．03%RH，最高精度为±3%RH。此外，SHT11还具有体积小、低功耗、响应时间短、抗干扰能力强、适配各种单片机等优点，是一款性价比极高的温湿度传感器。图2SHT11与单片机的连接电路图3USB转串口电路单片机选用宏晶科技公司推出的STC89C52RC，STC89系列单片机，它具有功耗超低、加密性强、抗干扰能力强等特点。其系统可编程，指令代码完全兼容传统8051单片机。2．2硬件电路设计系统前向通道由温湿度传感器和单片机最小系统构成，进行温湿度数据的采集和传送，是系统硬件设计的核心电路。SHT11与单片机的连接电路如图2所示。为减少开发成本，应用串行总线实现计算机和单片机之间的数据通信，从而取代昂贵的数据采集卡。目前，带有串口的计算机越来越少，如部分一体机、笔记本电脑都很少带有这种老式接口。但是，每台计算机都有USB接口，系统硬件设计采用一种USB转串口电路，进行PC机的USB接口和通用串口之间的转换，实现计算机和单片机之间的通信［7］，USB转串口电路图如图3所示。

3系统软件设计

系统软件设计包括前向通道硬件的C语言程序的编写和用于数据分析处理的LabVIEW程序设计，软件设计是整个系统开发的核心内容。3．1前向通道程序设计前向通道C语言程序设计主要是进行单片机烧录程序的编写，即应用单片机控制SHT11进行实时温湿度的获取并将所采集温湿度值进行相应处理后采用串口通信的方式发送至PC机。对SHT11操作的程序流程图如图4所示。3．2LabVIEW程序设计安装有LabVIEW2011软件的PC机从USB口读取前向通道发送的温湿度数据，应用LabVIEW2011进行显示界面和的用户操作界面的设计。LabVIEW程序设计主要包括串口通信设置、温湿度实时显示及存储、温湿度趋势图绘制和超限报警等功能设计。LabVIEW通过虚拟仪器软件架构(VirtualInstrumentSoftwareArchitecture，简称VISA)与系统硬件电路进行串口通信，通过VISA可对USB、串口、GPIO、PXI、VXI、CAN和以太网等进行配置、编程和调试，应用VISA软件包前应进行VISA配置串口设置［8］。采用扫描字符串函数从接受数据中提取温度和湿度值。应用LabVIEW设计系统的程序框图如图5所示，表1所示为VISA配置串口默认参数设置。

4实验结果及分析

连接前向通道和PC机，计算机识别端口后，打开系统LabVIEW程序，进入LabVIEW用户操作界面。配置好正确的COM口，按表1进行串口通信参数设置;选择数据存储路径;设置超限报警上下限。给单片机烧录程序文件、前向通道电路供电，硬件电路正常工作;点击LabVIEW程序前面板的运行按钮，系统运行正常。实验结果如图6所示。实验结果表明:系统实现了温湿度的实时监测，并以曲线的形式绘制温度、湿度趋势图，数据接收窗口清晰显示当前采样时间下的温湿度值;调节报警范围进行人为超限报警，相应的超限报警灯将由绿色变成黄色后闪烁点亮且报警器发出“嘟”、“嘟”的提示音;点击前面板的左上角“暂停”按钮，按钮颜色由黑色变成红色，系统暂停运行，再次点击该按钮系统恢复运行，点击显示界面“退出系统”即可退出整个系统。设定路径下历史数据存储如图7所示。通过实验结果及分析可知，本系统实现了温湿度的实时监测功能。

5结束语

温度监测系统篇2

[关键词]单片机 数字式温度传感器 铁电存储器 单总线

[中图分类号]TP[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)02-0060-03

引言

环境温度的监测和控制是许多试验的必要条件,传统的温度监测系统多采用前端温度采集电路和后端上位机数据处理的方式,比如利用单片机对传感器输出信号进行采集,将采集到的数据送往PC机进行处理和实时显示[1]。然而这种方式由于持续的温度数据传输占用了大量的总线资源,受到PC机性能的影响,同时PC终端的不可移动性和安全性则无法满足无人值守或远程的实验。

针对这个问题,本文提出了一种具有数据存储功能的多通道温度监测系统。系统设置了数据存储功能,可以将检测到得数据存储在本地存储器中,实验完成后再和上位机联接将数据读出,也可以进行实时的数据传输而并不受到上位机的影响。这样就提高了系统的灵活性,并拓宽了其使用范围。

1 温度监测系统的构成

温度监测系统有前端多路温度采集电路和上位机数据库管理软件两部分构成。前端多路温度采集电路由温度采集模块和数据存储模块组成,如图1组成。电路由单片机C8051F410为控制核心,实现温度数据的实时采集、存储、阈值判断及报警、数据传输等功能。传感器输出的数据经电路调理后进入单片机进行处理,并存储在数据存储模块中,同时在单片机内

设置阈值并进行判断实现超限报警,如果与上位机联机时,单片机通过联线实现数据的传输控制。

2 温度采集模块设计

传统的温度传感器输出的都是模拟量,信号处理电路结构复杂,并且在实验中,往往需要同时监测多个不同点的温度变化,这会导致整个系统规模庞大而降低系统的稳定性。本系统选用美国Dallas公司出品的单总线数字式温度传感器DS18B20作为温度检测器件。DS18B20内部集成了温度信号调理和模数转换电路,可直接输出温度的数字信号,大大简化了应用电路的设计。并且数据接口采用 “1-wire”专利技术,可以在一条单总线上可以挂接多个传感器,节省了微处理器的端口资源和电路,非常适合多点组网测温。

DS18B20的检测温度范围为-55～+125℃;可以通过编程选择9-12位数据格式,选择9位时温度分辨率为0.35℃,转换时间小于100ms。每个DS18B20内部有一个64bit的标识码固化在ROM中,并且每个DS18B20的标识码都是唯一的,使用标识码,可对指定的DS18B20进行操作。

本系统由8个传感器组成测温网络。进行温度采集时,控制软件利用SKIP ROM命令,同时激活所有在线温度传感器,进行一次温度转换。转换完成后,利用MATCH ROM命令和唯一的标识码逐一读取相应的传感器温度值,直至将所有传感器的温度值都读取完,再进行下一次温度转换。

3 数据存储模块设计

根据测温系统的工作特性要求,系统采用非易失存储器,同时满足数据读写的方便,在复杂的环境中有一定的抗干扰能力,能多次重复使用等要求。系统采用具有SPI的铁电存储器FM25L512作为系统的数据存储芯片。这是一款512Kb的非易失性存储器,串行接口时钟频率可达20MHz,且数据以总线速度进行写操作,无写入延时,操作较EEPROM和FLASH存储器更为简便。此外,器件真正提供了无限次的写入次数,供电范围3.0V~3.6V,可以在-40℃~+85℃范围内工作。

将存储器的存储空间划分为若干独立的小块,分开存放各个采样通道的数据。其中,开始的256字节空间用来记录本次测试的一些条件参数,如采样起始时间,采样频率等。每个温度采集通道可以获得最大8160字节的数据存储空间。若采样频率为每分钟一次,则最多能存储68小时的温度测试数据,可以满足一般的存储测试测试要求。

4 系统控制流程设计

多通道温度监测系统的控制主要涉及系统的初始化,温度数据的采集、存储,温度超限报警、与上位机通信等功能,由一片低功耗混合信号单片机C8051F410实现。系统控制电路主要包括电压转换电路、单片机最小系统、传感器接口、上位机通信接口等部分组成,电路如图2所示。

单片机通过软件控制系统工作过程。完成一次温度采集后,单片机先将采集到的温度数据与预设的温度报警上限进行比较,若测得的温度值大于预设值,则利用蜂鸣器发声警报。比较结束后,根据所选的工作模式将温度数据通过UART接口发给PC机由相应的PC机程序进行处理和显示,或按通道存入相应的存储空间。测试完成后由PC机命令将数据读出,利用相应PC机程序进行处理和分析。

5 系统验证实验

利用本系统对高低温交变湿热试验箱的温度进行测量。将8个传感器分别布设在试验箱内的不同位置,当试验箱开始工作时开始测温,存储器记录试验箱的工作时间及相应的温度。实验结束后,将温度监测系统的记录数据和试验箱显示数据进行比对,从而检验系统的实际效果。

试验中,试验箱的起始温度为25℃,以10℃为单位升温,到预设值后保持一段时间再次进行升温,当温度达到55℃时结束。温度监测系统设定的采样频率为1次/秒,测试时间为15分钟。

实验时高低温试验箱温度记录如表1。

温度监测系统采集并存储的是DS18B20的12位数字化的温度信息,其中前面5位是符号位,如果测得的温度大于0,这5位为0,只要将测到的数值乘以0.0625即可得到实际温度;如果温度小于0,这5位为1,测得的数据需要取反加1再乘以0.0625即可得到实际温度。将读出的数据转换成温度值后作图得试验箱内部温度随时间变化的曲线(图3)。

比较试验箱显示温度以及系统所测数据值可以发现,系统所测数据较好地表现了试验箱内温度随时间变化的规律,所得数据与试验箱显示温度有0.8℃左右的误差,产生误差的原因可能有试验箱自身的温度显示误差,温度传感器自身精度及滞后效应等。

6 结语

本文设计一种多通道温度监测系统,利用数字式温度传感器DS18B20的“1-wire”接口技术组成传感器网络,采用单片机控制,并在此基础上增加了数据存储模块。与传统的实时温度监测系统相比,本系统实现了对温度环境的存储测试,可以在脱离上位机的情况下独立运行,特别适合远程和无人值守实验的环境温度监测。通过实验验证,系统能够很好地实现对温度环境的存储测试,工作稳定可靠。同时,该系统具有一定的可扩展性,如增加传感器的数目或替换更大容量的存储器,可以使系统实现更复杂的实验环境下,更长时间温度监测,具有一定的应用前景。

[参考文献]

[1] 罗文广,兰红莉,陆子杰.基于单总线的多点温度测量技术[J].传感器技术,2002,21(3).

[2] 罗来邦,王述琪.小型多通道数据采集与回放测量系统[J].探测与控制学报,2005,27(1):38-40.

[3] 李群芳,肖看.单片机原理、接口及应用――嵌入式系统技术基础[M].北京:清华大学出版社,2005,3.

温度监测系统篇3

Abstract： In order to meet the demand of low power consumption in home temperature and humidity monitoring， a wireless monitoring system based on nRF24L01 is proposed， and the hardware and software design of the system is completed. The system uses STM32F103 processor and AM2301 temperature and humidity sensor to form a wireless monitoring system with low power consumption. The practical application shows that the system has the characteristics of accurate data acquisition and can meet the design requirements.

P键词：家居；STM32F103；AM2301；无线监测系统

Key words： household；STM32F103；AM2301；Wireless monitoring system

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）06-0088-03

0 引言

在智能家居物联网系统中温湿度是一个重要的系统参数。我们可以根据系统测量的参数打开或关闭空调、加湿器等，调整家居的舒适度。传统有线测量系统成本高、布线复杂、系统扩展性能差，因此提出并设计了一种基于nRF24L01的无线温湿度监测系统。该系统能够完成对其准确检测。

1 系统整体设计

系统以基于STM32F103处理器为核心，在不同节点的 nRF24L01组网后，可实现家居温湿度数据无线传输；使用 AM2301 温湿度传感器完成环境节点数据采集；使用ILI9325液晶显示屏实时显示各监测节点的信息。该监测系统整体设计如图1所示。

2 系统硬件设计

该温湿度监测系统为一对多的无线数据采集系统，由多个从机将本地的采集的数据经nRF24L01无线射频模块发送到主机上，一个主机经nRF24L01无线射频模块收集多通道中的终端节点的温湿度数据，自组实现一对多的无线传感器监测系统，以实现对家居温湿度的实时监测和报警。

2.1 处理器主控模块

采用STM32F103RCT6[1]处理器为主控模块，该处理器为ARM Cortex-M3，外设包括3个12位ADC、12通道DMA控制器、11个定时器，工作频率可达72MHz，具有USB、I2C、SPI、CAN和USART等接口。芯片工作电压范围2.0V-3.6V，支持睡眠模式、停机模式和待机模式三种低功耗模式。该模块在整个电路中负责对数据采集信号进行发送与接收。

2.2 nRF24L01无线模块

NORDIC公司的nRF24L01芯片[2]，采用FSK调制方式，芯片内部集成该公司的Enhanced Short Burst协议。可以达到2Mb/s的通信速度，能实现1对6的通信，内置2.4GHz天线，SPI接口可以和处理器机I/O口进行直接相连。内部集成的RF协议相关的信号处理部分，能够自动检测，自动重发功能和重发丢失的数据包，便于嵌入式应用。nRF24L01无线射频模块的电路图如图2所示。

通过对nRF241L0寄存器配置，可将模块设置为接收、发射、掉电和空闲四种工作模式，如表1所示。

2.3 温湿度采集模块

温湿度传感器（AM2301）[3]采用单总线的连接方式直接与MCU相连接，完成家居温度与湿度的采集。温湿度采集电路如图3所示，AM2301的Data端口与单片机建立同步通信，以单总线的数据格式输出40位数据，16位湿度数据、16位温度数据，8位校验和。

3 系统软件设计

系统上电，所有硬件初始化启动完成后，下位机STM32处理器发送温湿度数据采集起始信号，等待AM2301响应，STM32读取40位数据后并校验，正确的数据通过无线网络传送到上位机[4]。系统通过无线网络完成家居温湿度数据的读取。系统发送端流程如图4所示，系统接收端程序流程图如图5所示。

4 实验应用

该系统用于家居室内测试，采集三个节点的温湿度数据，发送给上位机并显示节点数据。在进行测试时，系统初始化后，完成数据采集设置和通信配置后，上位机接收下位机发回的数据；并将结果进行显示，室内采样点温湿度数据如表2所示。通过实际应用测试，该测试系统测试结果准确、稳定可靠。

5 结论

本文家居无线温湿度监控，与传统的控制方式比较，不受空间的限制，布置多个无线节点可方便组网，满足现代家居温湿度控制的需求。该系统在家居环境控制应用中，检测准确、运行良好，功耗低，模块性能稳定，人机界面好，具有广阔的应用前期。

参考文献：

[1]意法半导体.STM32F103数据手册[R].北京：意法半导体，2007.

[2]nRF24L01+ Single Chip 2.4GHz Transceiver Product Specification v1.0[R].Nordic Semiconductor，2008.

温度监测系统篇4

【关键词】牵引变电所；电连接线夹；温度；在线监测

【Abstract】Put forward a kind of wireless sensor network technology， Internet network communication technology， computer technology， the on-line monitoring system of electric traction substation based on the temperature， real-time monitoring of key parts of the temperature， the data collected from the data concentrator， central processing unit are analyzed， in order to confirm the temperature abnormal spot， has an important role in the prevention of early warning of traction substation electrical burn accident.

【Key words】Traction substation； Electric connection grip； Temperature； Online monitoring

0 引言

牵引变电所一次设备一般采用户外布置，长期承受大电流过负荷冲击的同时，还有经受刮风、下雨、严寒、酷暑等恶劣条件的考验，牵引变电所设备技术状态时常发生变化，导致故障发生。据统计，京沪线、胶济线、胶济客专牵引变电所主变压器二次接线端子、T型线夹、穿墙套管线夹、隔离开关电连接线夹、接触网上网点线夹、电联结线夹、隔离开关电连接线夹等处的电气烧伤故障占总故障数的39%。

牵引变电设备电气烧伤故障的原因虽然很多，但不论是什么原因，故障发生前，都存在温度升高的现象。如果能及时发现导线或零部件的温度异常升高，立即采取措施，就可能避免故障的发生，降低故障发生的概率，从而提高接触网运行的安全可靠性。

对设备线夹的温度升高，设备维护单位一般采用人工巡视的方法，通过激光测温仪或望远镜观察测温片的变化来判断温度的变化，存在人员误判和不及时的现象。本文结合牵引变电所的运营实际，提出一种基于无线传感器网络技术、Internet网络通信技术、计算机技术的牵引变电所温度在线监测系统，可有效对设备关键部位（牵引变电所主导电回路等）温度变化进行全天候实时在线监测，对电气烧伤起到预警作用，对保障牵引变电所安全运行有重要意义。

1 工作原理

采用无线温度传感器（即无线温度采集单元），传感器被直接安装在高压带电体被测接点上，准确地跟踪发热接点的温度变化，当温度变化时立即利用短距离无线通信手段向外发送温度信息。

数据集中器负责接收无线温度传感器发送的温度数据，一台数据集中器可以接收和管理几十甚至几百个传感器发送数据，数据集中器与传感器之间的距离可达数百米。经简单处理和缓存后，数据集中器借助专用以太网络或移动通信网络，以MODBUS或TCP/IP通信方式，把监测温度数据集中上传到监控中心。

监控中心接收各个监测点的现场数据，通过分析处理，保存到数据库中，同时显示在计算机屏幕上，并且根据温度变化情况提示告警，超限时系统可在铁路牵引变电所电气接线图上以语音、图形等形式发出报警信息，便于精准查找故障和指导检修。

2 系统组成

该系统由无线温度采集单元、数据集中器和中心数据处理单元三大部分组成。

（1）无线温度采集单元

①感温元件：负责感知被监测点的工作温度，把温度信号转换为电信号。感温元件选用监测温度范围达-40℃～+200℃的Pt100铂电阻。使用时，感温元件直接安装在发热接点上，以便快速、准确感应监测点的温度变化。

②单片机控制电路：负责采集感温元件输出的温度信号，当温度发生变化时，立即控制无线通信模块对外发送数据。为了降低功耗，控制电路一般工作于低功耗模式，能够定时自动唤醒进行工作。

③无线通信模块：负责对外发送数据，发送数据包括采集到的温度、电池电压、感温元件是否故障等信息。在无遮挡情况下，无线通信距离在500m以上。

④高能电池：无线温度采集单元使用大容量锂电池供电，经过精心设计，一节1/2AA的1200mAh电池能够满足3～5年工作需要。

（2）数据集中器

①采集单元通信模块：利用采集单元通信模块，一个数据集中器可以收集多个无线温度采集单元发送的数据，本系统设计1个数据集中器最多可管理100个温度采集单元。温度采集单元与数据集中器之间的无线通信距离可达500米以上。也就是说1个数据集中器能够接收以其为中心、半径500米范围内100个监测点的温度数据。

②远程通信模块：远程通信模块负责把收集到的监测数据从现场传输到遥远的监控中心。该系统的数据集中器采用GPRS DTU作为其远程通信模块。

③MCU控制处理模块：MCU控制处理模块是数据集中器的核心，负责整个集中器的控制管理，采集数据的集中存储、循环显示，以及工作参数的配置修改等。

④电源模块：电源模块为数据集中器的其它模块提供连续稳定的电源供应。考虑到后期该系统可推广到供电线上网点、站场等处的电气连接点，此时数据集中器一般安装在野外，一般就近不容易获得AC220V供电，考虑到数据集中器总体功耗较低，比较适合采用太阳能方式供电。

（3）中心处理单元

①通信服务器：通信服务器每天24小时不间断工作，负责与所有监控现场的数据集中器进行通信，采集其存储数据，并存入数据库服务器。

②数据库服务器：采用Oracle/SQL Server数据库管理系统对上传到监控中心的采集数据进行集中保存管理。

③WEB服务器：提供完善的信息与共享功能，利用WEB Browser/Server方式动态生成IE浏览界面，方便用户监控系统运行情况，查询、回放历史记录数据。

④测温工作站：测温工作站专为监控值班人员设置，利用图形界面方式，直观显示各测温点的最新温度数据，当有监测点的温度超过设定门限时触发报警，以语音形式提示值班人员进行必要处理。

3 安装

（1）无线温度采集单元

无线温度采集单元安装在牵引变电所设备的关键连接点，包括各种接线端子、T型线夹、上网点电连接线夹、隔离开关线夹等容易老化、松动发热部位。

（2）数据集中器

数据集中器固定在隔离开关附近的水泥柱上，机箱下部离地面距离不小于2.5米，太阳能电池板固定在水泥柱向南方一侧，电池板底边距离地面不少于2.5米。

（3）中心数据处理单元

配置相应的软硬件，并把温度信息通过工作站显示在监控中心。

4 报警温度值的设定

对于输电导线的发热报警值，《交流高压电器在长期工作时的发热》（GB763―90）和《高压直流架空送电线路技术导则》（DL436―91）要求钢芯铝绞线的最高工作允许温度为+70℃。

又据《电力金具通用技术条件》（GB2314―85）中的规则，在正常负荷运行情况下，高压交、直流线路金具发热温度应与输电线路的导线温度相同或比它小。

牵引变电所主要采用钢芯铝绞线，因此依据上述规范要求，将牵引变电所温度在线监测系统的报警温度值设为+70℃。

5 设备缺陷判断方法

设备缺陷的判断方法采用绝对温度判断法和相对温度判断法相结合的方法。

（1）绝对温度判断法

取被测量对象（接头、金具）的温度为T，则70℃≤T

（2）相对温度判断法

取被测量对象（接头、金具）的温度为T1，被测对象附近环境温度为参考温度T2，两者之间温差T= T1-T2，则20℃≤T

6 应用效果

2012年8月29日14：25分，监控中心报：北园牵引变电所1#变压器二次接线端子处检测温度超过环境温度20℃，后经检修车间要点检查造成温度升高的原因为螺栓松动。

7 结束语

经过两年的现场运行考验，牵引变电所温度在线监测系统运行稳定、测量温度数据准确，系统功能完善，经现场应用，能够满足牵引变电所设备故障多发部位温度实时监测、故障报警等需求。

然而由于系统研发基本上是从零开始做起，可供借鉴的经验很少，尚需进一步跟踪现场的监测数据，优化温度报警阈值。

【参考文献】

温度监测系统篇5

关键词：数据融合； DSl8B20；风机；监测；算术平均值

     随着煤炭产业的发展及其开采的深度延伸，矿井里瓦斯涌出量不断上升，加之环境温度变化反差大，增加了井下隔爆风机温度监测的难度，而由风机温度升高引发的爆炸事故频繁，因而对煤矿井下通风隔爆电机的监测系统的研究变得尤为紧迫和重要。为此，我们在对煤矿井下隔爆风机及其工作环境进行了深入地调研和仔细地分析后发现：目前井下隔爆通风电机温度监测的难点主要集中在观测点难以确定、测量方法单一，测量过程出现不确定性以及准确性低等。针对这些问题，我们选择了电机温度变化显著的部位及其工作环境温度变化明显的不同空间位置为观测点，对电机进行内外环境温度同时独立采集，然后采用数据融合算法，在时间域上求得一组融合值，再进行优化处理，寻找出其温度与时间的动态规律性，并对其进行温度监控，便可提高温度监测的准确性和稳定性。第一作者的姓名、性别、出生年、民族、职称、学位、研究方向、联系电话请在稿件首页页脚注明。     1.数据融合简介

数据融合技术即采用计算机技术对按时序获得的若干观测信息，在一定准则下加以自动分析、综合，以完成所需的决策和评计任务而进行的信息处理过程。按其融合方法分为基于统计理论融合、基于信息论融合和基于认识模型融合等。

数据融合在现代传测控技术中应用，主要利用多个传感器资源，通过对这些传感器及其观测信息的合理支配和使用，把多个传感器在空间或时间上的冗余或互补的信息依据某种准则进行组合，以获得被测对象一致性解释或描述。可见，数据融合的硬件基础是多传感器系统，加工对象是源信息，核心是协调优化与综合处理。其基本目标就是通过数据的组合推导出更多的信息，最佳的协同作用结果，提高传感器系统的有效性和被控系统的稳定性。

    2．温度监测系统

    2.1控制方案的确定

由于采用等准确度的传感器进行温度测量，其测量结果具有正态分布的特点，所以温度检测元件我们选用了具有等准确度的DSl8B20，在风机的三相定子绕组的每相埋设两个传感器以及风机的两端轴承处各埋设一个，共用8个传感器；同时在隔爆风机的工作环境，即采煤工作面的不同空间位置选了8个观测点，各埋设了一个传感器，便获取16路独立的温度数据，再将16路数据通过数据总线送入主机PLC的CPU进行数据融合处理，获得真实值，再进行系统结构优化，参数的修正等，并通过RS-845联机通信，实现对井下隔爆风机温度的智能化在线监控，原理图如图2-1所示。

          

                 　图2-1温度检测与控制原理结构图

 

    2.2 温度采集电路的设计

由于数字温度传感器（DSl8820）能够独立完成信号调理或线性化，且测量温度范围为[-55,+125] 0C，能够满足矿井温度范围变化大的要求，并可通过数据总线直接与主机PLC相连，节省设计时间，因此本系统的检测元件采用DSl8820，采集电路如图2-2所示。

            

                                图2-2  十六路Sl8820与PLC的总线接线图

     2.3 温度数据融合算法规则

     为了避免传统的单一的算术平均值算法的不足，本系统对采集数据采用数据融合算法，即将由16路传感器测得值送入PLC的CPU中，通过分布图法剔除疏失误差后得出一致性测量数据，然后按传感器所在空间位置不相邻的准则将其分成两组，先求出两组数据的算术平均值，再进行分批估计算法，估计出温度真实值的融合值T，从而消除测量过程不确定性，获得采煤工作面的温度测量真实值，具体步骤如下：

     设被测温度真值为T0， H为测量温度方程系数矩阵，V为误差向量，则测量温度方程可表示为：T=HT0+V

    

         式(2-1)及(2-2)中的i，j分别是第一、二组中传感器的编号，则对应的标准误差分别是：

      

     根据分批估计理论，分批估计后得温度的融合值的标准误差是：

    

     (2-8)公式说明:若实际测量数据误差越大,即分得的两组数据误差越大，则公式 (2-8)对改善误差的效果越明显；反之，其相对于求算术平均值的优越性也就不显着了，所以此测温方法适合于温度反差变化大的环境场所。

    3.实验验证

    3．1数据采集

为了使实验设计能够充分满足数据融合法规的要求，我们把淮南矿业集团的新庄孜煤矿井下3#采煤工段的隔爆风机为研究对象，在风机的内外变化温度明显处选择了16个测视点，各埋设一个DSl8B20，同时进行独立的温度测量，共获得16路数据，温度采集电路如上图2-2所示。通过显示器（LCD）获得不同时刻的真实值，即融合值，∈ [8 、12.5、15、 16.6、18、19.7 、20、 21.5、 22、23、24.6、 25、26] 0C，对应的融合时间t∈[1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14]h,对应的关系图如3-1所示.

                   

                  

此图表明:采用数据融合技术计算的测量结果较接近于线性测量,可把温度的非线性测量转换为线性测量,大大降低了测量控制的难度.

   3.2 数据处理

   采用先进的应用软件,如MATALAB对通过多次反复数据融合值进行线性拟合,并进行反复调试、优化,得到最佳的温度监测动态关系式为:

       y=at+b       (3-1)

这里的a,b对于某一测控对象是确定的值,但当测量对象发生变化时,其值需要通过实验进行修正. 我们在新庄孜矿1#采煤区求得实验拟合函数式为:

     y=1.133t+11.4813     (3-2)

t为实际温度动态跟踪的数据融合值，对应的温度监测波形如3-2所示.此图表明: 采用多传感器数据融合的动态模型计算温度值,用此值拟合出温度检测系统的函数, 再反控被测对象,提高了控制的准确性和稳定性.

    4.总结

    理论分析和实践检验表明： 该系统与传统的温度监测系统相比，实时性较强，计算量较小，适用于数字化温度采集系统。特别是被控对象在环境温度恶劣的条件下作业，如煤矿井下隔爆风机，采用多路传感器融合技术实现温度在线测量，便可获得可靠的实时性的测量数据，不仅可以消除测量过程中的不确定性，而且能够提高测量结果的准确性和可靠性，值得进一步推广与研究。

参考文献:

[1]韩芳,朱玉琴.煤矿风机智能化监控系统[J].煤矿机械,2009,30(2):142-143.

[2]郑晓东，朱玉琴等.一种防爆对旋式风机智能器动器[J].煤矿机电.2009,2(1):89-91.

[3] 隋明发.电机实时温度测量技术的研究[D].沈阳理工大学 硕士学位论文，2008.1.

温度监测系统篇6

【关键词】Cortex-M3；1-Wire；温度监测；DS28EA00；多点；STM32

1.引言

具EPA统计，2006年数据中心的能源消耗占整个美国电力消耗的1.5%（610亿kWh）?。令人吃惊的是，IT设备本身的消耗只占该项电力消耗的一半；电源和致冷设备的能耗占用了另一半。传统的制冷设备缺乏智能化的热管理功能，很多冗余的冷却区域会浪费大量的能源。测量多点的温度分布，从中区分出需要降温的位置，结合适当的温度数据处理，是解决问题的关键。

使用Maxim公司的1-Wire技术，系统可以将所有的支持1-Wire技术的温度传感器通过单条连线传输，在简化了连线的同时，降低了成本。通过链路模式和传感器内光刻的64bit ROM，可以定位每个传感器的物理位置。

本文选用了ST（意法半导体）公司高性价比ARM Cortex-M3芯片STM32F103RBT6作为硬件平台，结合Maxim公司DS28EA00这款带顺序检测的1-Wire数字温度计，设计了一种多点温度监测系统，具有低成本，高性能，连线简单的特点。

2.STM32简介

Cortex-M3是首款基于ARMv7-M体系结构的32位标准处理器，具有低功耗、少门数、短中断延迟、低调试成本等众多优点。它是专门为在微控制系统、汽车车身系统、工业控制系统和无线网络等对功耗和成本敏感的嵌入式应用领域实现高系统性能而设计的，它大大简化了编程的复杂性，集高性能、低功耗、低成本于一体[1]。

Cortex-M3是一个32位处理器内核。内部的数据路径是32位的，寄存器是32位的，存储器接口也是32位的。Cortex-M3采用了哈佛结构，拥有独立的指令总线和数据总线，可以让取指与数据访问并行不悖。这样一来数据访问不再占用指令总线，从而提升了性能，其简化视图如下[2]：

ST（意法半导体）公司的STM32无论是在市场占有率，还是技术支持方面，都远超其他对手[3]，拥有价格低廉，外设丰富，实行控制性好，功耗控制完善等特点，本设计选用的型号为STM32F103RBT6，具有128KB的闪存，20KB的SRAM，2个12位AD，2个SPI，1个16位高级定时器，3个普通的16位定时器，3个串口，1个USB口，1个CAN口，51个通用I/O口，价格仅为3.85美元。

3.DS28AE00特点

Maxim公司的DS28EA00数字温度计具有9位（0.5℃）至12位（1/16℃）分辨率，8引脚μSOP封装，工作范围-40℃到+85℃，其特点有：

（1）用户可以编程来设置非易失的高、低温报警门限；

（2）每个DS28EA00都有一个出厂前设置好的唯一的64位序列号；

（3）支持标准和高速1-Wire模式；

（4）支持链路顺序检测，可利用PIO引脚检测器件在测温网络中的具体物理位置；

（5）支持寄生供电模式，可以省去外部电源，这种模式下，芯片VDD管脚必须接地；

（6）报警搜索命令能够快速确定温度超出设定范围的器件。

使用链路方式串接时，PIOA的作用为DONE，PIOB的作用为EN，第一个DS28EA00的PIOB引脚接地，最后一个DS28EA00的PIOA引脚悬空或者接地，典型工作电路如图2所示[4]。

4.系统设计

多点温度监测系统主要由DS28EA00测温网络、STM32F103RBT6处理平台、PC上位机三部分组成，如图3所示。DS28EA00测温网络内部由诺干个DS28EA00使用链路模式连接，通过1-Wire总线接入STM32F103RBT6，进行逻辑转换，数据处理后过STM32F103RBT6自带的RS232串口及USB接口与上位机交换数据。上位机采用NI公司的Labview进行RS232或者USB口通信协议的实现，并处理采样回来的温度数据，发出警报或者安全提示。

设计具体硬件的时候需要注意，建立可靠的l—Wire总线网络必须提供正确的时序和适当的输出电压摆率。单片机发送信号的时序不正确会导致与温度传感器DS28EA00器件之间的通信间断或完全失败[5]。

5.软件设计

温度的读数单位为℃，采用16位符号扩展的2的补码格式，报警寄存器的数值为8位2进制数，温度转换结果会自动与之进行比较，以确定是否发生报警状态，如果等于或者超过门限，会产生报警。上电顺序检测后，即可记录下温度监测网络中每一个数字温度计的ROM，顺序检测的功能流程图如图4所示。

STM32F103这款Cortex-M3芯片拥有很多外设接口，可利用其中的USB口或者串口将读出的测温网络温度信息反馈到上位机中。自带的USB从控制器符合USB通信连接规范，和PC主机之间通过共享一个专用的数据缓冲区来完成。按照规范实现令牌分组的检测，数据发送、接受的处理，握手的处理等。整个传输格式由硬件完成，其中包括CRC的生成和校验。

在PC机或工控机上，抛弃传统的Windows DDK开发驱动，再使用VC编写DLL（动态链接库）的方法[6]，使用NI公司的LabView图形编程工具调用NI-VISA库访问USB接口或者串口，可很方便的读取测温网络数据。NI VISA是美国国家仪器NI公司开发的一种用来与各种仪器总线进行通信的高级应用编程接口。VISA总线I/O软件是一个综合软件包，不受平台、总线和环境的限制，可用来对USB、GPIB、串口、VXI、PXI和以太网系统进行配置、编程和调试。

6.结论

基于Cortem-M3硬件平台的多点温度测试系统充分利用了Cortem-M3的高性价比，接口资源丰富的特点，结合Maxim公司数字温度计的1-Wire总线技术，使得系统具备集成度高，走线少，拓扑简单，开发周期短等特点，可广泛应用在各种需要热管理技术的场合。

参考文献

[1]李宁.基于MDK的STM32处理器开发应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[2]Joseph Yiu.ARM Cortex-M3权威指南[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

[3]刘军.例说STM32[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[4]1-Wire Digital Thermometer with Sequence Detect and PIO.Maxim，2009.

[5]杜军.基于1-Wire总线技术的远程多点温度采集系统解决方案[J].自动化技术与应用，2010（2）：79-81，85.

温度监测系统篇7

关键词：遥测装备 馈源 温湿度 监测系统

中图分类号： TN927 文献标识码：A 文章编号1672-3791（2016）04（c）-0000-00

馈源是遥测装备的核心器件，主要用于遥测信号的接收和上行安控信号的发射。天线座内部包含有旋变、滑环、电机及各限位开关等部件也是该装备必要的组成部分。

馈源及天线座长期暴露在室外，在使用中多次出现漏水、渗水发现不及时造成馈源及天线座内部器件的损坏。目前，馈源的密封检测只能通过定期打开馈源来解决。反复拆卸馈源又对馈源的寿命造成影响，而且该方法也不能及时准确的对渗漏问题进行及时检查，很多情况是馈源或天线座出现故障后才进行拆卸检查。

遥测装备温湿度监测系统主要用来实时检测馈源及天线座的温湿度环境，做到对渗水、漏水及部件过热进行实时监测，以避免故障的发生。

1 温湿度监测系统设计分析

1.1 总体方案设计

温湿度检测控制系统主要由两个部位组成，其中一个是温湿度传感器检测部分，另外一个是由1602液晶和单片机组成的部分，主要是控制和显示的作用。其具体工作方案设计是，先由温湿度检测系统中的湿度检测电路将实际情况的湿度状况由数据形式传送到单片机组成部位，然后单片机经过由湿度检测系统传过的数据进行处理，再将处理后的数据传送至1602液晶显示器。另外，整体上使用持续稳固的5v电压给每个部位提供电力。

1.2 系统组成部分

本系统主要是由4部分组成，包括HS1101湿度检测模块、DS18B20温度检测模块、1602液晶显示模块、单片机，其中主控电路的是单片机。

2 温湿度监测系统设计分析

2.1 单片机主控电路设计概述

单片机主控电路原理图如下所示：

单片机主控电路模块通过将其他各个模块的接口连接起来，另外，内部还含有复位电路和振落电路，能确保设备实际操作过程中的准确性，提高系统实际操作中的灵活性。单片机也是整个操作系统的控制中心，将各个模块接口连接起来，可以充分发挥各个模块的功效，指挥各模块完成电路实际操作中所需要的步骤与功能。通过对每个有着独特功能的模块协调操控，实现对整个设备设计的统一管理，不仅能降低设备系统设计时的复杂性，还能增强对设备系统的操作效率，改善单片机设备使用状况。

2.2 HS1101湿度检测模块和DS18B20温度检测模块工作原理概述

HS1101湿度检测传感器的工作原理是通过运用多谐振荡作为电路中心设备，将实际测得湿度转化为指数，利用多谐振荡操作部位，进行数据处理与数据传输。改善湿度检测传感器工作效率，增强湿度检测传感器使用质量。

DS18B20温度检测传感器工作原理主要通过内部存储资源实现，所以我们要先了解18B20的内部存储器资源。18B20存储器资源分为ROM 只读存储器，最后8位指的在是在56以上位的CRC码（冗余校验）。用户不用更改在出产时设置的数据。DS18B20一共有64位ROM。 其中RAM 数据暂存器，主要用于数据存取和内部的计算。如果遇到有些特殊情况数据丢失，我们可以根据字节推断原始数据，字节中的7、8、9为数字，是内部温度转换、计算的暂存单元，同时也是为了让用户能得到更高的温度分辨率结果而进行设计的。最后第9个字节是为前8个字节的CRC码。EEPROM 是属于非易失性记忆体，被用来存档那些需要永久保存的数据信息，除了简单的储存数据外，还有校对数据是否科学合理，在数据值较大或者较小时起到自动温度报警作用。此外，DS18B20一共有3位EEPROM，而且在RAM中都存在镜像，用户操作起来也很方便。

3 系统软件设计

3.1 软件设计流程

对于温湿度监控系统，软件部分主要是包括用于温度采集的子程序、还有用于湿度采集的子程序、AD转换的子程序、液晶显示模式管理的子程序、AT24C02存储子程序以及主程序内按键模式选择程序。首先进行系统初始化，主要是给主要函数赋初值及液晶初始化等。然后在while循环中调用各个子程序，实现温湿度监控的各个功能。

3.2 软件设计分析概述

首先第一步主程序进行键盘扫描，单片机显示其所测的实际温度，然后单片机进行对温度传送的数据处理，将处理后的数据传输至液晶显示器中，利用液晶显示器将所测温度湿度显示出来。同时，还可以根据调控程序，直接利用单片机对所测温度值进行运算，然后将值送往液晶显示出来。

4 结论

本系统能够实现温湿度的实时采集、显示、报警、控制及存储采集功能，温度测量范围为0℃～100℃，测量分辨率为0.01℃，湿度测量范围为20%～90%RH，测量精度≤5%RH.有效解决了遥测馈源及天线座漏水、渗水等现实问题。

参考文献

[1]王景景.单片机原理及应用 [M].北京：机械工业出版社.2010.03

[2]张元良，王建军.智能仪表开发技术[M].北京：机械工业出版社.2009.10

[3]蔡明生.电子设计[M].北京：高等教育出版社.2004.

温度监测系统篇8

关键词： 光纤传感器； 拉曼散射； 电力电缆； 载流量/温度

中图分类号： TP 212文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2013.01.015

引言 随着经济社会的发展，对电的需求量越来越大，水电、火电、可再生发电系统、城市变电的大规模建立，电缆输电任务随之加大，如何来保证电缆的安全正常有效的运营，保障电缆资产价值，成为一种迫切需要解决的问题。电缆运行不安全因素主要为电缆在运行时电缆发热，导致电缆温度过高致使电缆发生火灾。光纤传感技术是伴随着光导纤维和光纤通信技术发展而另辟新径的一种崭新的传感技术。光纤传感具有抗电磁干扰、灵敏度高、安全可靠、耐腐蚀、可进行分布式测量、便于组网等诸多优点。目前国内外研究机构用光纤传感监测技术对电力电缆在线测温及载流量[1]的安全监测的研发和应用大多还处于初期研究阶段，应用也基本停留在对个别设备和某个部件的监测上。比如Micron Optics公司推出的光纤点式测温系统实现对风力发电机组的温度检测。基于拉曼分布式光纤温度传感技术的分布式光纤载流量/温度安全监测系统，不仅具有普通光纤传感器的优点，而且还具有对光纤沿线各点的载流量/温度的分布式传感能力。利用这种特点可以连续实时测量光纤沿线几十公里内各点的温度。定位精度≤1 m，测温精度可达1 ℃，非常适用于高压电力电缆的载流量/温度传感监测的应用场合。1系统工作原理分布式光纤载流量/温度安全监测系统由拉曼分布式光纤测温传感器、感温光缆、载流量软件以及电流记录仪组成。拉曼分布式光纤测温传感器[24]能对电力电缆全线温度进行周期性实时在线监测，对极易出现故障的电缆接头进行重点监测。该项技术利用光纤作为传感器，将光纤直接敷设在被测物体表面，在一定条件下被测物体各个位置的温度信号会以光波的形式回传到光纤端部，最终被提取并显示出来。这种技术只需一根或几根光纤就可以监测长达数十公里的线型设备或点式设备。光纤的拉曼散射与温度有着密切的关系。依据光时域反射测定法[5]，将短促的激光脉冲按精确的时间间隔注入光纤之中。在同一根光纤中，散射光的强度随时间呈现出指数衰减。如果知道光在光纤中的传播速度，就能计算出距离。从该指数衰减的偏差就能得出温度。光纤既是该信号的生成器，又是该信号的渠道。反射光被分流到传感器中来加以解码。在光纤测温系统连接的监控屏上能同时显示距离和温度数据。利用此技术把光纤与被测高压电缆采用接触方式安装，测出高压电缆表面温度，根据表面温度，电缆结构，辐射环境等因素，精确计算出电缆的线芯温度，通过线芯温度计算出通过线芯的载流量，并给出电缆对应分区的最高温度，电缆的运行温度和电缆的负荷水平，对温度异常点进行报警。光学仪器第35卷

第1期杨斌，等：分布式光纤载流量/温度安全监测系统的研究

温度监测系统篇9

关键词 无线传感器网络；温湿度；GSM通信；监测

中图分类号TP227文献标识码Adoi:10.3969/j.issn.1003-6970.2011.01.013

A temperature and humidity acquisition monitoring system based on wireless sensor networks

WANG Jie1TANG Shou-feng2

1(School OF Information And Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, XuZhou 221008)

2(School OF Information And Electrical Engineering, China University of Mining and Technology, XuZhou 221008)

【Abstract 】 Temperature and humidity are closely related with the daily production and life, and in many circumstances we need to collect and monitor the temperature and humidity. Traditional wired temperature and humidity monitoring system has a certain restrictions on the monitored environment and distance of data transmission .This paper trys to design a wireless temperature and humidity monitoring system, based on the theory of wireless sensor networks.This system can achieve real-time temperature and humidity testing, and can send temperature and humidity information to end-users to realize the dynamic monitoring of the terminal monitoring interface through the wireless transceiver and GSM communications.End users can also send control information through wireless transceiver and GSM communication to control the temperature and humidity.To a certain extent,this system can achieve automatic control and overcome the distance problem,having a broad application prospect.

【Key words】wireless sensor networks;temperature and humidity;GSM communications;acquisition and monitoring

0 引 言

温湿度是与日常生产生活关系度很大的参量，很多情况下要对温湿度进行采集监测，对于温湿度的采集监测有多种方法。随着需要的变化，传统的有线采集在采集环境对象和数据的传输距离上已经满足不了要求。本文结合无线传感器网络和GSM通信等技术研究设计一种无线温湿度采集监测系统，包括方案的选择和确定、前端的信息采集模块的硬件软件设计、系统中节点的软件设计简介和终端监测界面的设计。系统能实现温湿度的实时无线采集和监测，满足树形、环形和星形节点拓扑结构。由于系统采用无线收发和GSM通信等技术，并具有反馈系统，不仅克服了环境对象和数据传输距离的问题，还在一定程度上实现了自动控制。

1 整个系统组成框图

整个温湿度采集监测系统设计构架如图1所示，它主要由前端温湿度采集模块（采集节点）、KM-NODE 433 节点模块、GSM通信模块和监测模块组成[1]，433节点A是中继节点（可以不用），B是GSM模块上的SINK节点。

图1 整个系统组成框图

Fig.1 block diagram of the whole system

2 系统工作原理

系统工作时，各前端采集节点先采集各自区域的温湿度信息，经单片机简单处理后通过无线发送给GSM模块上的Sink节点（在距离较远时要将采集节点采集的信息先传给中继节点，中继节点通过接力方式将信息发送给SINK节点），Sink节点将按要求将接收的温湿度信息进行综合处理，并判断在设定时间内所有采集节点的数据信息是否全部获得到，如果是则通过GSM模块用AT命令[2]将收集到的最新数据发送给终端用户，如果在等待时间内没有收集到所有采集节点的数据，则延时一定时间后将已收集的采集节点信息发送给终端，终端用户通过设计的接口和软件读取并查看采集节点的数据信息。终端用户也可以向GSM模块发送控制命令，SINK节点上通过红灯的亮灭反映控制信息。

3 系统各模块设计

3.1温湿度采集模设计

温湿度采集电路原理框图如图2所示，主要由传感器、单片机和供电电源组成。传感器选用瑞士的温湿度集成数字传感器SHT15，它具有体积小、使用方便灵活、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优点[3]。单片机选用MSP430F2132，它是一个低功耗、高性能单片机。采集模块实际是KM-433 NODE节点的扩展模块，它同时具有无线收发送数据的功能，可以发送采集的数据。

图2 温湿度采集电路原理框图

Fig.2 block diagram of temperature and humidity data acquisition circuit

3.2 KM-NODE433 节点模块简介

KM-NODE 433 节点模块的组成如图3所示，主要由微控制单元和无线收发单元构成。处理器选用的是MSP430F2132，无线收发芯片选用的是CC1100，模块体积很小，无线传输频段为433MHZ，在空旷的条件下传输距离在80米左右，采用3.3v供电，具有低功耗优点[4]。

图3 KM-NODE 433 节点模块的组成

Fig.3 the composition of the node module of km-node 433

3.3 GSM通信模块设计

GSM通信模块主要由SIM900A 芯片、网络信号灯、串口接口、SIM卡电路、Sink节点（汇聚集点）和供电电路组成[5]。组成框图如图4所示。

图4 GSM通信模块组成

Fig.4 the composition of GSM communication module

GSM通信模块主要是用短信方式来发送信息数据，将系统与移动通信相连接，可以实现数据不限距离的传输，在很大程度上解决了传输距离的问题。Sink节点主要是对个采集节点发送来的数据进行综合处理，一般计算量比中继节点和采集节点大[6]。GSM模块向终端发送温湿度数据信息是通过AT命令来实现。

3.4 监测模块

为了不同用户监测的需要，系统的监测系统有两种：一种是手持式监测界面，如图5所示，即在具有要求系统的手机系统中嵌入专门的监测软件来实现信息的接收和监测；另一种是终端计算机监测界面，如图6所示，串口进行通信[7]，终端用户可以在计算机上查看和监测观测点的参数信息。手持式监测效果和计算机监测界面如图4-4所示。手持终端的监测程序是结合数据库知识用JAVA编写的，终端计算机监测界面用VB设计，两者都可以实现数据信息的监测并通过图形显示各个监测区域的监测信息。

图5 手持式监测界面

Fig.5 hand-held monitoring interface

图6 计算机监测界面

Fig.6 Computer monitoring interface

4 系统的仿真测试

4.1仿真测试所需设备

所需设备、仪器和材料如下：

前端温湿度采集模块；KM-NODE 433 节点模块；GSM通信模块；串口连接线；装有专门编写设计的VB温湿度监测界面的PC机一台；手持式监测终端一个；各模块的供电电源。

4.2仿真测试的过程的示意图

1.手持终端式监测的仿真的实物过程的示意图如图7所示

图7 仿真的实物过程的示意图

Fig.7 schematic diagram of the physical process simulation

因为数据信号在传输过程存在一定的衰减，因此在距离比较远的情况下，为了传输信息的准确性，应该加中继节点，以接力的形式（如图5-1）实现数据的有效传输[5]。接力节点只对数据进行透明传输，不进行处理数据，功耗比较低。系统中数据传输格式为7e+数据长度+数据（7e是字头）。

2．计算机终端监测仿真的显示界面如图8所示

图8 计算机监测终端仿真显示界面

Fig.8 display screen of Computer monitoring terminal emulation

4.3仿真测试结果

系统基本上实现了设计提出的各种功能，在单节点和多节点情况下触摸传感器后监测界面上的温湿度曲线会发生相应的变化，同时显示各监测点的实时数据信息，并可以调用数据库察看历史信息，终端用户发送的控制信息能通过相应的单片机引脚状态来反映。

5 结 论

由于本文中系统是基于无线传感器网络，并结合了无线收发和GSM通信技术，系统能解决环境对象和数据传输距离等问题，并能在一定程度上实现自动控制。系统能实现多节点温湿度的实时无线采集和监测，满足树形、环形和星形节点拓扑结构，在工农业等方面具有广阔的应用前景。系统还具有较强的移植性，只要更换采集节点中的传感器和sink节点中的相应算法就能对其他参量采集监测。目前该系统在园林温湿度监测、大棚温湿度监测上已经得到了应用，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1] 曹红苹,蒋云良,缪强.室内无线传感器网络及其应用[J].2006(9): 209-210

[2] AT命令使用手册[M] 南京:徐大江,2009

[3] SHT1X/7X使用手册[M] 深圳: 深圳市世炬科技有限公司,2008

[4] KM NODE-433 节点使用说明[M]南京:吴健,2009

[5] SIM900A硬件设计手册[M] 上海:李刚,2010

[6] 林元乖.ZigBee 无线传感器网络及应用[J].科技信息,2009 (25):399

[7] 李肇庆，韩涛.串型端口技术[M].北京:国防工业出版社 ，2004.1

温度监测系统篇10

关键词：Zigbee无线网络；变压器；温度监测系统

作者简介：邱腾飞（1978-），男，广州增城人，广州供电局有限公司变电管理一所，电力工程师。（广东?广州?511300）彭伟（1984-），男，

湖南永州人，永州职业技术学院，讲师。（湖南?永州?425000）

中图分类号：TM93?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）24-0134-02在对变电站运行设备的监测中，温度是一个重要的指标。[1-2]过高的温度会导致电气设备发热故障，甚至事故的发生。[3-4]

目前10kVA 以下的变压器大多为无人值守配电变压器，通常每年只做定期检测一次，不能实现实时运行监测，这样难免会出现误判、遗漏等情况，由此常常造成变压器存在故障不能及时排除而导致设备损坏和停电事故频繁发生。[5-7]针对配电变压器监测量多、面广和实时性的要求，提出了一种维护成本低、性价比高的变压器温度监测系统。

一、系统工作原理

基于Zigbee无线网络的变压器温度监测系统，是通过安装于变压器各个部分的Zigbee无线网络传感器将变压器各个部分的温度值通过Zigbee无线网络汇总至无线网络数据集中器，再通过串口将汇总的温度数据包反馈至监测中心。

在监测中心中，首先对实时数据进行显示和存储，再对数据中的异常进行告警处理，以实现系统对变压器的故障现象、异常情况、故障地点等的及时发现，最后实现数据的Web访问，一旦变压器出现异常，即以第一时间通知变电站工作人员，及时排除故障，以防止故障升级。

基于Zigbee无线网络的变压器温度监测系统的工作过程如下图1所示。

具体地，无线温度传感器从变压器采集温度数据，之后通过Zigbee无线网络将温度数据传输到无线温度数据集中器；监控中心与无线温度数据集中器之间通过串口、基于Modbus通讯协议进行通讯，监控中心首先发出询问，询问被无线温度数据集中器收到后应答，即传输温度数据；监控中心中，首先由数据库存储收到的温度数据，告警处理程序通过检索最新的数据库中数据进行告警处理，一旦发现异常即进行告警，同时将告警信息也进行存储入库处理；远程WEB终端通过网络可以从远方访问本变电站获得本变电站中变压器各部分的温度数据。

二、通讯协议

1.Zigbee无线网络通讯协议

变压器温度监测系统的数据采集是基于Zigbee无线网络协议的，该无线网络协议是一种基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

无线通讯网包含了无线通讯协议与数据传输。无线通讯网络采用基于IEEE 802.15的ZigBee协议进行网络构建。它使用的2.4GHz免费波段能够以低成本构建无线通讯网，[8-9]并有着较强的抗干扰能力。网络唤醒能够让传感器在非工作状态下进行休眠，延长传感器的使用寿命。

简而言之，ZigBee就是一种便宜的、低功耗的近距离无线组网通讯技术。变电站中，由于温度的测量不需要周期太短，而且由于变压器的各个部分都需要大量传感器测量温度值，对于传感器本身的价格有一定要求。基于以上特点，Zigbee无线网络正满足了变压器温度测量的要求。

2.Modbus通讯协议

Modbus 协议是应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络和其他设备之间可以通信。它已经成为一个通用工业标准。当在一Modbus网络上通信时，此协议决定了每个控制器需要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用Modbus协议发出。

MODBUS 协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（PDU）。特定总线或网络上的MODBUS 协议映射能够在应用数据单元（ADU）上引入一些附加域。[10]

本系统中，无线温度数据集中器与工控机进行通讯，硬件上采用RS485串口总线，波特率为2400 bps。软件上，通讯分为下行通讯和上行通讯：下行通讯，即工控机向无线数据数据集中器请求信号；上行通讯，即无线数据数据集中器向工控机发出应答信号。两种通讯基于Modbus协议的数据具体分别为：

下行通讯：地址域2位，填写三个数据集中器地址，分别为01，02，03；功能码2位，为专门识别代码，为03；数据位8位，其中填写寄存器个数；差错校检4位，按照modbus协议规约进行校检。以三号采集器的下行通讯为例，modbus通讯码为“0303000000244548”。

上行通讯：地址域2位，填写三个数据集中器地址，分别为01，02，03；功能码2位，为专门识别代码，为03；数据位“下行寄存器个数”的十六进制表示+4*“下行寄存器个数”位，数据的顺序由无线温度传感器上所给定的序号确定；差错校检4+2位，按照modbus协议规约进行校检，最后缀以“FF”。以三号采集器的下行通讯为例，modbus通讯码为“030324XXXX…XXXX”+校验码+“FF”。