温度监测系统范文
时间：2023-03-23 16:08:21
导语：如何才能写好一篇温度监测系统，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公文云整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
关键词：温度；单片机；传感器
引言
在国内，原来的粮库对粮食检测主要采取对各粮库粮食进行取样、记录、分析、汇总数据等办法，通过人工来进行，不仅工作量大、效率低下、而且可靠性和实时性差。现在测量粮食的各种参数己逐步被电子检测设备所取代。小的储粮设备一般采用小型测温、测湿度仪器检测粮温和湿度以及通风，目前我国大中型储粮设备己开始配备微机测温测湿和检系统。
1 系统设计简介
1.1 设计方案论证
该系统由模拟开关构成的开关电路板置于仓上，远处仓上的温度信号需要跨仓传输。各种粮仓上信号线传递温度信号，控制线选择温度点及其电源线连在一起，构成一个庞大的树状网络。在通常情况下，这种温度方式可以正常工作，但是在储粮仓多、各仓相距远，特别是在电磁干扰较强的地方，该系统难以正常工作。为了克服由于储粮仓系统庞大对于测量温度精度和系统可靠性的影响，我们设计了单片机作为前沿机械进行温度数据采集，用单片机与微机通信的方法送回温度数据，构成特别适用于大型粮仓中应用的分布式微机测量温度系统，并且能够利用温度传感器送回的温度数据进行粮位检测。
1.2 系统框图
图1 粮仓温度监测系统框图
2 系统的硬件设计
2.1 单片机
为了设计此系统，我们采用了89C51机作为控制芯片。它可以提供一个8位CPU ，4 KB的闪烁存储器Flash ROM，256字节RAM ，4个8位并行I/0端口、2个16位定时器/计数器、1个可编程全双工串行口、5个中断源、片内振荡电路和时钟电路，64KB总线扩展控制器。89C51制作工艺为HMOS，采用40管脚双列直插DIP封装。
2.2 温度传感器
对于粮仓所存储的粮食来说，其所储粮食的品质与温度密切相关。因而对于粮仓的温度检测很早就开始应用了。最开始是采用玻璃温度计，随着电子测控技术的发展，使用对温度敏感的元器件，如热敏电阻来进行测量。由单线多点温度传感器（如DS1820）构成的单线多点温度测量系统，虽然引线很少，但传输距离（不超过20米）。AD 590是一种电压输入、电流输出型集成温敏传感器，测温范围为-55℃―+150℃，输出电流与绝对温度成正比，因而不必考虑多路模拟开关引入的附加电阻造成的误差。该系统选用若干个集成温度传感器AD590接成矩阵形式，构成多点测温系统。
2.3 多路模拟开关
常用的模拟开关有机电式和电子式两类。机电式开关具有良好的通、断性能，信号畸变小，但切换过渡时间较长。电子式开关切换时间很短，但通、断性能不够理想。切换模拟信号时，开关的非理想特性将引入误差，并产生延时。CC4051是单八路模拟开关。它是由电平位移电路、带禁止端INH的8选1译码器和由该译码器对各个输出分别加以控制的8个CMOS双向模拟开关组成。
AD590矩阵的行、列分别与两个CC4051相连，通过三位行、列选择数字码（由单片微机89C51产生）就可使矩阵被测点中的任何一个传感器接入测控电路。
2.4 模拟小信号放大电路
被测物理量经传感器转换得到的电信号的幅度往往很小，无法进行A/D转换，因此，需对这些模拟电信号进行放大处理。一般都采用集成运放。
该系统选用斩波稳零集成运放ICL7650构成高增益、低漂移放大器，用于放大AD590的输出信号。ICL7650内部有一个震荡为200Hz的振荡器，在这个震荡器的控制下运放分节拍工作。每个振荡周期分两个节拍，第一个拍将输入失调采集并存于一个点容器中，第二节拍采样和放大信号，并将此刻的失调相抵消，所以运放总的失调和温度极小，性能极为优越和稳定。
2.5 A/D转换器
从放大器输出的信号经过A/D转换器，转换成数字信号，才能进入89C51单片机测控系统。目前，国内外双积分A/D转换器集成电路芯片很多，大部分是用于数字测量仪器上。文章选择常用的3.5位双积分A/D转换器MC14433，其精度高，抗干扰性能好。
2.6 键盘显示接口
在单片机应用系统中，同时需要使用键盘与显示器接口时，为了节省I/0口线，常常把键盘和显示电路做在一起，构成实用的键盘、显示电路。文章采用8155并行扩展口构成键盘、显示电路。
为了较少键盘与单片机接口时所占用的I/0线的数目，在键数较多时，通常都将键盘排列成行列矩阵形式。4个LED显示器采用共阴极方式，段选码由8155口提供，位控信号由PA口提供。键盘的列扫描输出也由PA口提供，查询行输入由PCO～PC1提供。LED采用动态显示软件译码，键盘采用逐列扫描查询工作方式。
3 系统的软件设计
系统的各部分程序主要包括程序、A/D转换程序、键盘扫描程序、打印程序、显示程序等。（见图2）
4 结束语
由于系统采用了全数字化的温度、湿度传感器，直接输出的是表示温度和湿度的数字信号，不存在由模拟量到数字量转换的中间环节，所以该系统具有稳定可靠、测量精度高、一致性好、无需任何调整、信号线长短不会影响其性能等优点。实现粮食仓储过程中的温度控制。
参考文献
[1]李朝青.单片机原理及接口技术网[M].北京：北京航天航空人学出版社，2005：38-47.
[2]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计（第1版）[M].北京：，北京航空航天技术出版社，2002.
篇2
关键词： 多点温度测量； AT89C51； DS18B20； LabVIEW； 温度监测
中图分类号： TN31+.3?34； TP212.9 文献标识码： A 文章编号： 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
温度在日常生活、工业生产和科学研究中都是一个极其普遍又非常重要的物理量，许多设备运行、工农生产和科学实验都必须保证在一定的温度条件下进行，因此需要对温度进行监测的龊鲜分广泛[1]。传统的测温仪器功能比较单一，大多只能测量某一点的温度值[2]，可视性不好，不能长久保存温度数据以进行后续统计和分析。为满足现代工业多点温度监测的需求，设计了一种基于LabVIEW的多通道温度监测系统，能够实现在-55～99 ℃范围内6通道的温度实时监测，具有多点温度同步采集、显示、报警、绘图及数据保存等功能，可用于智能楼宇、温室大棚、汽车空调、仓库储存等场合[3]。
1 系统总体结构设计
本文设计的基于LabVIEW的多通道温度监测系统由下位机多通道温度采集系统和上位机LabVIEW温度监测系统两部分构成。系统整体结构框图如图1所示。
下位机采用AT89C51单片机为主控芯片，将6路DS18B20温度传感器测量的数据处理后，计算出各通道的实际温度值，并按要求在LM041L液晶屏上同步显示。当串口开关处于开启状态时，若检测到上位机要求发送温度数据的请求，下位机立即依次将6通道温度数据的高位和低位通过串口发送至上位机。LabVIEW温度监测系统随即读取串口缓冲区的内容，经过数据提取、处理、计算等操作，解析各通道的实际温度后，首先在监测系统前面板上实时显示，然后将得到的温度数据与各通道设置的的温度上下限值进行比较，若当前温度超过设定的温度下限或者上限，则对应的蓝色或红色温度超限报警灯点亮。最后，系统将各通道温度数据送入波形图表，绘制六通道温度变化曲线，并将所有采集的温度数据写入TXT文档保存。系统整体程序流程图如图2所示。
2 多通道温度采集系统设计
多通道温度采集系统主要包括温度测量模块、温度显示模块以及串口通信模块等部分。
2.1 温度测量模块
温度测量模块采用6个数字温度传感器DS18B20作为测温元件，组成温度传感器网络。DS18B20具有精度高、体积小、抗干扰能力强等优点，其测温范围为-55～125 ℃，在-10～85 ℃范围内测温精度[4]达
±0.5 ℃。因为每一个DS18B20温度传感器内部都配有一个惟一的64位ROM编号，因此可将多个DS18B20挂在同一根总线上，实现多点分布式温度测量。经DS18B20序列号读取程序测得，本设计仿真时所用六路DS18B20温度传感器的ROM编号如表1所示。
由于DS18B20一线式结构的特点，它与微处理器之间只能采用串行数据传输。因此，在对DS18B20进行读写编程时，除了匹配每通道温度传感器的序列号，确保操作正确指向对应传感器，还必须严格地保证读写的时序，否则将无法读取测温结果。本系统中DS18B20温度测量模块程序流程图如图3所示。
2.2 温度显示模块
温度显示模块选用的是LM041L字符型LCD液晶显示器，该模块由64个字符点阵组成。LM041L的工作原理及使用方法与常用的LCD1602显示器类似，但需要注意的是，LM041L为4行×16列显示，每行显示的字符个数与LCD1602一致，但显示的行数是LCD1602的2倍。液晶显示模块是一个慢显示器件，所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志位为低电平，表示不忙，否则该指令失效。要显示字符时，首先需要输入显示字符的地址，因为LM041L写入显示地址时要求最高位D7恒为高电平1，所以实际写入的数据应该是：地址码+80H。表2是LM041L的内部显示地址码。
多通道温度采集系统运行时，LM041L第1行第5列（地址码为0x84）开始显示标题字符――6通道温度数据采集系统英文首字母缩写“6CH TDCS”；第2～4行的第1列（地址码分别为0x40，0x10，0x50）分别开始显示第1～3通道的温度数据；第2～4行的第10列（地址码分别为0x49，0x19，0x59）开始显示第4～6通道的温度数据，具体显示格式参见图4。
2.3 串口通信模块
AT89C51单片机设有串口通信端口，只需一个专用芯片MAX232进行电平转换即可方便地实现下位机与上位机的串口通信[5?6]。当上位机通过LabVIEW温度监测程序向串口发送请求温度数据字符串AA时，下位机检测到中断请求，立即将发送标志置1，然后依次发送温度数据的高位和低位；发送完毕后，自动清除中断标志并返回，等待下次发送的请求指令。串口通信模块具体程序流程图如图5所示。
3 LabVIEW温度监测系统设计
LabVIEW是美国NI公司开发的一款功能强大的图形化编程语言软件，在测试测量、仪器控制、教学仿真等领域获得了广泛应用[7]。LabVIEW作为虚拟仪器软件开发工具，在数据采集和人机交互方面有着十分明显的优势[8?10]。利用LabVIEW自带的VISA驱动函数，能够方面地实现与下位机的串口通信；而且其前面板丰富美观的控件，很适合设计界面友好、操作简单的上位机监控系统界面。因此，本设计采用LabVIEW开发平台编写上位机温度监测系统程序，主要包括温度数据的提取与计算、温度超限报警、温度变化曲线与数据保存等部分。
3.1 温度数据的提取与计算
LabVIEW温度监测程序运行时，首先配置串口参数，使之与下位机保持一致，然后通过VISA写入函数向单片机发送请求字符串AA，下位机检测到发送请求后随即通过串口发送程序向上位机依次发送六通道温度数据的高8位和低8位。当开始采集按钮打开时，VISA读取函数立刻读取串口缓冲区的所有内容，并通过字符串至字节数字转换函数将所有串口数据转换为字节数组，然后由索引数组提取各通道温度数据的高位和低位，送至温度计算子VI计算实际温度值。
温度计算子VI首先将温度数据高位和低位拼接，然后进行温度符号判断：当最高位为1时，说明温度为负，4位十六进制的温度数据取补码并乘以0.062 5再取反得到负的温度值；若最高位为0，表示温度为正，则将拼接的温度数据直接乘以0.062 5得到正的温度值。
3.2 温度超限报警
为了更好地实现实时监测功能，系统加入了超限报警机制。各通道温度数据经提取和计算得到最终实际温度值后，与各通道设定的温度上限值和下限值分别进行比较。当某通道当前温度超过设定的温度上限时，对应通道的红色高温报警指示灯亮起；当某通道当前温度低于设定的温度下限时，该通道对应的蓝色低温报警指示灯点亮。各通道温度上下限值设置界面如图6所示。
3.3 温度变化曲线与数据保存
LabVIEW温度监测系统主要功能之一就是绘制各通道的的温度变化曲线，使观测者能够方便地对每一时刻各通道温度值进行比较的同时，还可以对各通道的温度变化情况一目了然。LabVIEW温度监测系统除了可以实时监测各通道温度变化情况以外，还可以将每一时刻的所有温度数据同步写入TXT文档保存，方便进行后续的统计和分析。温度数据以当前日期命名保存在程序当前所在路径，其存储格式为：第1列为数据采集序号，第2列为当前时间，第3～8列依次为第1～6通道的温度值，各列相隔一个制表符（具体格式见图7）。温度数据保存部分的程序框图如图8所示。
4 系统仿真实验
完成下位机多通道温度采集系统与上位机LabVIEW温度监测系统的设计后，用虚拟串口软件Virtual Serial Port Drive虚拟出一对相连的串口COM2和COM3，代替连接单片机与PC机的串口线。配置好串口参数及各通道温度上下限值后，设置采样周期为1 000 ms。依次运行下位机和上位机系统，打开串口开关，按下数据采集按钮，多通道温度采集系统和LabVIEW温度监测系统程序运行结果分别如图4和图7所示，保存的部分温度数据如图9所示。
分析仿真实验结果可知，系统运行整体符合设计预期。下位机能同时采集各通道实际温度并按格式要求正确显示；上位机监测界面中各通道温度数值、温度变化曲线、超限报警指示、数据采集量、开始与运行时间均准确无误；保存的温度数据与设置的采样周期及设计的格式要求均相符。
5 结 语
本文设计的基于LabVIEW的多通道温度监测系统能够方便有效地测量6点的温度数据，并实现在PC端的实时监测。当下位机串口关闭时，即是一个嵌入式多通道温度采集系统；串口打开时，便可与上位机通信，实现在PC机上的多通道温度实时监测。系统下位机结构简单、成本低廉，上位机监测界面清晰直观、一目了然，很好地满足了多点温度监测的目的，具有较强的实用性。
参考文献
[1] 薛清华.高精度多通道温度测量技术研究[D].武汉：华中科技大学，2007.
[2] 付立华，张晓玫，潘龙飞.基于LabVIEW的多通道温度实时监测系统[J].仪表技术，2012（12）：38?40.
[3] 汤锴杰，栗灿，王迪，等.基于DS18B20的数字式温度采集报警系统设计[J].传感器与微系统，2014，33（3）：99?102.
[4] 张拓.无线多点温度采集系统的设计[D].武汉：武汉理工大学，2009.
[5] 任志华，李永红.基于DS18B20的多路温度检测系统设计[J].电子测试，2012（7）：39?42.
[6] 潘方.RS 232串口通信在PC机与单片机通信中的应用[J].现代电子技术，2012，35（13）：69?71.
[7] 李菲，江世明.基于LabVIEW的温度测量系统设计[J].现代电子技术，2014，37（6）：114?116.
[8] 杨高科.LabVIEW虚拟仪器项目开发与管理[M].北京：机械工业出版社，2012.
篇3
[关键词] 温度监测 RS-485 TC35模块 电路设计 应用
温度监测在现代生产和生活中无处不在，如油箱温度监测、粮仓温度监测、汽车自动化系统等。温度变化反映系统运行状态，根据温度变化，我们可以提前采取相应措施，防止危害的发生。
一、整体系统设计
如图1所示，系统由三部分组成。上位机负责数据接收和显示；下位机由数据集中器和采集终端两部分组成，其中数据集中器负责温度数据的集中和转发;采集终端主要由传感器及数据发送模块组成，负责现场温度的定时采集和显示，并按命令将数据传送给集中器。
本系统下位机（也就是数据采集与数据管理）之间采用RS-485通讯，而上位机与下位机之间通过GSM无线技术进行通讯。上位机接收到下位机传来的数据后，先对数据进行数据转换，然后放入数据库。利用管理软件，可以对数据进行各种处理。本设计主要完成数据集中器的设计和开发,通过GSM无线通讯直接和上位机进行通信，再用单片机把收集到的数据采集终端的数据信号进行管理、集中或按照上位机的要求传输给上位机。还要实现对数据采集终端的一个485的一对多通讯，一个系统管理它的多个站点的相应系统，使上下位机的温度信息实现时时传递。
二、主控制器的设计
主控制器选用ATMEL公司的单片机ATMEGA8。ATMEGA8是一种高性能、低功耗的8位AVR微处理器，AVR采用了哈佛结构，具有独立的数据和程序总线，程序存储器里的指令通过一级流水线运行，ATMEGA8具有8K字节的系统内可编程Flash，512字EEPROM，1K字节SRAM，32个通用I/O口线，32个通用工作寄存器，3个具有比较模式的灵活的定时器或计数器，片内或外中断，可变成串行USART，面向字节的两线串行借口，10位6路ADC，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI串行端口，以及5种可以通过软件进行选择的省电模式。
ATmega8的主要性能特点如下 ：
1.高性能、低功耗的8bAVR微控制器，先进的RISC精简指令集结构,130条功能强大的指令，大多数为单周期指令，32个8b的通用工作寄存器，工作在16MHz时具有16MIPS的性能 。
2.片内集成了较大容量的非易失性程序和数据存储器8kB的Flash程序存储器，可擦写次数大于10000次;512B的ERROM，擦写次数至少100000次;支持可在线编程(ISP)和可应用自编程(IAP); 可编程的程序加密位。
三、数据通讯电路的设计
TC35模块电路设计。上行数据传输通道的电路设计主要是TC35电路的设计。从数据集中器原理图中可以看到，TC35部分电路主要包括TC35模块本身，SIM卡电路，以及TC35同处理器的接口。TC35同处理器的接口包括TC35启动控制和串口通讯。由于TC35的串行口容许的高电平为2.6V，因此，不能直接将TC35的串行口同处理器的IO口相连接，必须进行电平匹配。本系统设计了如图2所示的电平匹配电路。
四、系统效益跟市场前景分析
早期的监控系统，采用大型仪表集中对各个重要设备的状态进行监视，并通过操作盘来进行集中式操作。而本系统是以监测控制PC机为主体，加上检测装置、执行机构与被监测控制的对象(生产过程)共同构成的整体。系统采用先进的无线数字信号传输技术和RS-485总线技术，使系统具有如下特点和优势：
1.系统的结构更为简洁、清晰，给系统的使用和维护人员带来了极大的方便。
2.无线数字传输具有传输数据可靠、无需布线等优点，使系统更加可靠经济。
3.可以大量减少人工，只需在监测中心设1到2名监测人员，减少了大量人工费用。
温度监测系统可广泛用于烟草、仓储、粮食等行业。仅对烟草系统而言，一个年利税30亿元的中等卷烟厂，年烟叶发酵总价值20亿元左右，按行业标准3%的烟叶耗损量，发酵霉烂烟叶占总耗损量的30%计算，一年可避免经济损失1800万元，全国100个卷烟厂，若50%的厂家使用该系统，一年可为国家节约10余亿元。加之在其他行业的推广应用，项目的应用前景十分广阔，社会经济效益极为显著。
参考文献：
[1]李朝青:PC机及单片机数据通信技术[M].北京:北京航空航天大学出社，2000:34-58
[2]程家兵:基于GSM的无线通讯技术[J].信息化建设,2002,12（2）:39-42
篇4
关键词：高压设备；无线无源；温度监测系统
中图分类号： TM855 文献标志码 A
第一章 高压设备建立无线无源温度监测系统的必要性分析
变电站维持日常运行最为基本的就是高压设备，而高压设备在运行过程中会因为环境的不断恶化、线头接口处磨损过度或者开关触点出现松动等情况导致出现故障，从而引发设备发热，而高压设备因为是特殊设备，不能够认为进行监测，所以就必须建立无线无缘温度监测系统对高压设备进行实时监测，以便在出现发热的时候及时发现进行解决，避免因为设备过热导致运行障碍，甚至火灾。
在实际的运行过程中，变电站的高压设备比较容易发生局部温度上升而导致设备运行异常故障，这类故障必须及时发现，否则会出现恶化，设备也会因为温度太高而作废，那样就会产生不必要的损失。造成高压设备出现过热最为主要有三个方面：第一是高压设备的部分触点承受的最大电流过大，有的高达4000A，那么在正常运行的时候会因为时间过长导致温度过高，最终导致全部设备出现故障。第二是高压设备在进行长期的运行过程中，设备的开关触点会因为电阻过大而产生过热，造成内部热循环，最终导致内部温度过高，设备运行发生故障。第三是高压设备在高压柜中会存在裸漏高压，并且高压设备中内部空间过小，会产生各种故障，这也是导致高压设备温度过高最为关键的原因之一。
第二章 高压设备无线无源温度监测系统的建设分析
2.1系统总体建设分析
基于无线无源的高压设备温度监测系统主要是由智能温度监测系统以及警报系统构成，智能温度监测系统是通过传感器进行温度实时监测，在进行传感器的安装前期会对在设置一个标准值，假若内部温度高于标准值就会触发警报系统，假若内部温度没有高于标准值，那么警报系统还是处于休眠状态。
鉴于高压设备是有很多零部件所组成的，所以在进行智能温度监测系统的建设的时候，就必须对高压设备中容易产生温度过高的几个点进行了解，比如高压设备的触点、接口母线或者电路电阻等零部件，在对故障点进行明确之后就可以将设置到标准值的传感器安装在各个部分。在传感器安装完毕之后，就需要通过对高压设备无源无线温度监测系统进行最低值的设置，只要高压设备内部温度超过了这个设置的最低值，那么高压设备无源无线温度监测系统就会发生警报，在系统中并没有专门安装警报系统。
通过对高压设备进行传感器监测模块以及警报系统的建设，可以对高压设备过热进行很好的控制，在一定程度上可以节约部分人力资源，对于高压设备的温度监测成本也是一种降低。
2.2系统软硬件建设分析
高压设备无线无源温度监测系统在运行的过程中使用的主要硬件是SAW传感器、无线传输（天线）以及温度采集器。
SAW传感器是一种温度传感器，会因为外界温度的变化而导致表面固有谐振频率的变化，从而对温度实行测量。这种传感器最为核心的部分就是表面波谐振器，在高压设备的材料基片中央位置放置一个交叉换能器，在其两侧配置两组周期性组成的多种条件反射器，这样的设计会使得交叉换能器既可以作为输出模块，还可以在有电磁波进入的时候作为接收模块。通过合理选择叉指换能器几何尺寸、基片晶体材料及切向，可以使温度系数的高阶项近似为零，实现固有谐振频率与温度的近似线性关系，只要获得固有谐振频率就可确定其温度。当有入射波进入设备内部的时候，在入射波消失之后就会产生一种逐渐衰减的震荡信号，从而进行温度检测，所以SAW传感器可以作为高压设备的无线无源温度监测系统中的监测器件。
无线传输部分是利用天线来进行传输的，天线可以看成是一种温度变换器，将高压设备内部温度进行传输，将其和前文所述的温度传感器进行连接，就可以使高压设备内部温度通过天线传输到温度传感器，一旦温度过高就会触发后面的警报结构，使之发出警报声。但是这种传输方式也存在一定的不足，天线自身在进行温度传输的时候会消耗部分热能，会导致温度传感器最终接受的温度和高压设备内部温度存在部分误差。
温度采集器在高压设备无线无缘温度监测系统中主要是负责接受来自温度传感器发出的温度数据，并且通过对应的科技手段将这些数据传输到温度监测中心，这样就可以使得工作人员随时随地的对高压设备内部温度进行精确掌握，对于高压设备温度平衡也可以进行很好的调节。
编程开发工具是利用QT平台来进行程序的编写的，在进行程序编写的时候不需要重新编写源代码，只需要对应用程序进行一次性开发，就可以实现高压设备无源无线温度监测系统实现其功能，QT通过其强大的强大的控制功能，对空间资源进行比较方便的控制。
第三章 系统测试
在高压设备无线无源温度监测系统建设完成之后，可以构建出一个模拟的高压设备运行机构，然后将设计的监测系统进行安装，认为的将高压设备中的易出现问题的故障点进行温度调整，然后通过显示屏观察高压设备内部各种温度所对应的固有频率，然后对临界温度进行监测，将临界温度设置在SAW传感器中，以便日后进行实地监测。通过系统测试还可以对建立的无线无源温度监测系统进行检查，对其中的设计不足之处进行完善。
结论
高压设备因为其使用环境的特殊性，容易因为运行时间过长，导致内部接点出现各种故障，所以必须针对这种现象进行温度监测系统的建设，而且因为高压设备内部电压较高，所以监测系统必须满足无线无源，这样才能保证最终监测结果的精确性。本文所建立的无线无源温度监测系统由于技术的问题，肯定还是存在不足，所以各种性能还有待进一步完善。鉴于本人学识有限，在本文的撰写过程中存在一些不足之处，望各位同仁能够及时指出，以便日后及时做出修正。
参考文献
[1]骆岩. 高压设备无线温度监测系统的建设[J]. 科技创业家，2014，09：216.
篇5
关键词：STC89C52 可程控温度监测 DS18B20 串行通信
1、引言
温度监测系统是典型的控制系统,温度在工业生产中有着比较重要的作用,比如加热炉、反应沪等,对温度精度都有非常高的标准。随着计算机技术的发展,对于温度监测系统已开始向智能化、自动化方向发展。随着半导体技术的进步,温度传感器的发展相当迅速,传统的温度监测器其可靠性能差、精度低;现代的温度传感器朝着智能化、数字化、高精度、多功能、总线标准化、高可靠性等方向发展。因此,为了达到温度检测智能化、可程控、测试温度精度高等要求,本文设计了一种测温范围大、精度高、性能好的可程控智能化温度监测系统。
2、系统总体方案设计
该系统设计分为温度采集部分、数据通信部分、上位机管理中心三大部分。在温度采集模块中,由STC89C52单片机作为微处理器来实现温度监测系统的核心设计,利用数字化温度传感器DS18B20实时采集温度,由按键电路设定预警值,LED数码管可以显示温度实时值及预警值。在数据通信模块中,通过串口将温度采集模块中采集的数据与PC机上位机管理中心进行通信。在上位机管理中心,主要实现数据的采集、实时显示、动态曲线趋势图、存储、管理、导出报表及自动打印等操作。整个系统结构简单、可靠性高、测试精度高、性价比高,广泛应用于测温系统领域中。
3、系统硬件设计
系统硬件设计主要包含三个模块:温度采集模块、串口通信模块、时钟模块。
3.1 温度采集模块
温度采集模块的核心器件是数字化温度传感器DS18B20,它是一种单总路线芯片,它的三个引脚分别接电源、STC89C52的WR引脚和地线。通过第二个引脚与单片机的WR引脚相连,进行时序控制来启动温度转换和设置温度预警值,读出温度转换值等功能,温度转换后的精确值通过EPROM存入单片机,然后通过串口传输到上位机管理中心进行显示、存储和管理。
3.2 串口通信模块
串口通信模块采用MAX232串口总线标准,是比较常用的串行通信标准,本设计中用来实现温度采集模块与PC机上位机管理中心进行数据通信。MAX232协议以-5V～-15V表示逻辑1;以+5V～15V 表示逻辑0。它支持5、6、7、8和9位数据位,1位或2位停止位的串行数据帧结构;由硬件支持的奇偶校验位发生和校验;数据溢出检测;帧错误检测;包括错误起始位的检测的噪声滤波器和数字低通滤波器;三个完全独立的中断,TX发送完成、TX 发送数据寄存器空、TX接收完成;支持多机通信模式;支持倍速异步通信模式。
3.3 时钟模块
在设计中选择11.0592M的晶振,它能够准确地划分成时钟频率,与UART常见的波特率相关,特别是较高的波特率(19600,19200)。
4、系统软件设计
在对温度采集模块进行底层软件设计时,采用KeilC开发环境进行开发设计,它提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows界面,代码编码效率比较高。在对上位机界面进行开发时采用VB编程语言,它拥有图形用户界面（GUI）和快速应用程序开发（RAD）系统,可以轻易地使用DAO、RDO、ADO连接数据库,创建ActiveX控件,并能快速地建立应用程序。
4.1 底层程序设计
底层程序设计主要介绍主程序流程图和温度采集程序设计流程图,在主程序中,先进行初始化,声明子函数、全局变量,打开设定相关中断,设置波特率,再进行温度采集子程序,并进行实时显示、存储和上传到PC机。在温度采集程序中,严格按照DS18B20访问协议步骤进行实现,先进行初始化,定义子程序变量,调用复位子程序,复位DS18B20准备采集温度。然后调用写字节子程序,执行ROM操作命令,将其跳过。然后再次调用写字节子程序,执行温度转换,这里需要一个延时,等待程序转换完成后,便可将采集到的温度值的各位对应的数据写入存放实时温度的数组num1。接下来再次初始化、执行ROM操作命令,然后执行存储器操作命令,将温度值读出并计算,从而得到实时温度值的每一位数值。
4.2 通信程序设计
上位机使用MSComm控件与下位机通信,程序中使用该控件的OnComm事件,使整个子程序循环执行,不断接收下位机传上来的数据。在通信程序设计中,先进行初始化,设置通信端口、波特率等参数,建立通信协议,然后接收数据并转换。当收到的数据为接收标志位时,则清空数据,等待接收数据,然后返回接收转换数据,接收完四个字节的数据后,将数据转换成数值型,然后还要再次返回接收数据,不断循环,以保证显示温度为当前的温度值。
4.3 上位机程序设计
上位机程序设计采用VB编程语言进行开发,实现监测数据的采集、数据显示、动态趋势图显示、数据存储、数据管理、导出报表、自动打印、用户管理及密码修改等功能。
5、结语
本文分别介绍了基于STC89C52的可程控温度监测系统的软硬件设计。系统能够远程对温度进行检测,并能够对温度进行有效控制,通过设置不同预警值,可实现系统自动报警功能。上位机管理中心软件设计给温度采集、管理、存储提供了极大地方便,并很好地保证了用户信息的安全性。通过实践证明,该系统可靠性高、数据传输稳定、性价比高等优点,能够广泛应用于温度测量领域。
参考文献
[1]DALLAS Semiconductor. DS18B20 Data Sheet[Z].2002:1-26.
篇6
关键词：风机；Multisim；LabVIEW；AT89C52
中图分类号：TP2文献标识码：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
矿井通风是煤矿的一项重要任务，一方面向井下输送新鲜空气，供人呼吸；另一方面稀释有毒气体和矿尘并排出矿井。目前，我国绝大多数煤矿都采用通风机进行通风。由于通风机的长期工作，通风系统温度逐渐升高，超出极限温度，将烧毁风机和电机甚至引起安全事故，直接关系到通风系统运行的安全性和经济性。
热电阻测温是工业温度测量中常用的一种方法，其主要特点是测量精度高，性能稳定。本文采用Pt100作为6路温度传感器，测量范围0～150℃，分别采集一号风机的前轴后轴和电机的铁芯温度，二号风机的前轴后轴和电机的铁芯温度。利用Multisim对Pt100进行数学建模，设计信号调理电路并进行仿真分析，当测量点的温度超过设定值，进行声光报警，上位机采用LabVIEW作为可视化界面，显示温度变化曲线，及各个采集点的温度状态，对通风系统中的风机和电机进行温度实时
监测。
1系统设计
本温度监测系统下位机以AT89C52为核心，主要组成部分包括信号调理电路、A/D转换、显示电路及声光报警。AT89C52通过串口与PC机通信，在LabVIEW平台下，对数据进行显示和存储。
1.1Pt100模型
热电阻Pt100的测温范围-200～850℃，电阻与温度的关系为在-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（当t=0℃时）
A=3.940×10-3/℃
B=-5.84×10-7/℃2
C=-4.22×10-12/℃4
由于本系统设计的测温范围为0~150℃，所以
Rt=100+0.3940t-5.84×10-5t2 (3)
在Multisim中，根据温度和电阻的关系式，建立如图1所示Pt100的数学模型。V1代表式(3)中的温度t，Polynomial Source函数模块用来实现式(3)，其输出为电压。由热电阻的原理知，电阻值随温度变化而变化，因此再加一个比例系数为1的Voltage Controlled Resistor模块，使其输出为电阻值。
图1Pt100数学模型
Fig.1 Pt100 mathematical model
1.2信号处理电路
Pt100作为温度传感器最典型的电路是采用不平衡电桥法，但由于是单臂电桥，存在一定的非线性，为了避免电桥引入非线性，所以采用放大电路测温[1]。且由Pt100的温度特性可知，电阻与温度函数含有二次项Bt2，因此随温度升高，Pt100非线性越严重。在测量电路中U5组成的反相比例放大器为电路引入负反馈，Rw2来调节负反馈的程度，从而改善输出电压与温度的非线性关系。U3为放大电路模块。U1、D1和R1构成的稳压电路为后面的电路提供10V的基准电压，稳压二极管稳压电路的输出端经电压跟随器来稳定输出电压。信号调理电路如图2所示，
图2中，Rw1用于放大电路调零。设置V1为0，Rw1用任意一个电阻替换，然后对该电阻进行Parameter Sweep分析，观察阻值变化时，输出电压什么时候等于或接近于零。经分析，阻值在93kΩ 时，输出电压接近于零，所以调节Rw1阻值为93kΩ。
图2信号调理电路
Fig.2 signal regulate circuit
Rw3用于调节放大倍数，使其输出电压在0～5V之间，同样原理设置V1为150，对Rw3进行Parameter Sweep分析，当Rw2为80kΩ时，输出电压4.998961V，满足要求。
最后，通过Sweep Analysis对整个电路进行仿真，电阻值从0～150变化，得到0～5V的输出电压，如图3所示为输出电压与输入电阻的关系。
图3输出电压与输入电阻关系
Fig.3 relationship between output voltage and input resistance
1.3AD转换电路
AD转换选择了∑-类型的AD7711，具有低速高精度的特点，适合温度测量慢变化的场合[2]。因需要采集6路温度信号，使用8路模拟开关CD4051，其选通开关控制信号（A、B、C和INH）和AD7711的控制信号来自单片机。考虑到AD7711自带的AD参考电压精度不高，选用了AD公司专用的参考源芯片AD421，其输出电压接到AD7711的REFIN（+）端。AD转换电路如图4所示。
图4AD转换电路
Fig.4 AD conversion circuit
1.4温度显示电路
本系统采用5位LED动态显示电路，最高位显示采集通道，后四位显示对应通道的温度值，将所有段选信号并联在一起，由7位I/O口控制，位选信号由5个三极管驱动，然后由5位I/0口控制。
1.5声光报警电路
当某一路温度值超出设定的最大值，将发生声光报警，及时提醒工作人员。只有通过下位机按键或上位机按钮才能消除声光报警。具体哪一测量点出现温度过高，由上位机显示。
2系统软件设计
软件设计包括单片机软件设计和LabVIEW程序设计。软件采用模块化设计和调试。
2.1单片机软件设计
单片机选择AT89C52，采用C语言编程。单片机软件框图如图5所示，上位机通过串口通信向测量前端发送开始采样命令，启动测量前端进行温度测量，获得AD量化后的数据，将这些数据传给数据处理模块。数据处理模块将接收到的数据转化成温度。处理后的用户数据被命令消息处理模块组装成消息，传入通信模块进行数据传输，命令消息处理模块还负责将对接收到得用户命令进行处理，产生相应的消息回应或设置前端的控制变量。初始化模块进行上电后初始化。
图5单片机软件设计框图
Fig.5 SCM software design diagram
2.2LabVIEW软件设计
由于数据采集卡价格昂贵，在一些小的系统中，常常选用单片机作为下位机，通过RS232串口与PC机之间实时通信[3]。本设计通过LabVIEW提供的串口子VI将采集到的数据传送到PC机，在LabVIEW环境下实现对按键、数码显示的数据进行处理、分析、存储和显示的系统，风机温度检测系统LabVIEW前面板如图6所示。
图6LabVIEW前面板
Fig.6 the LabVIEW front panel
3结论
本文采用Multisim设计传感器的信号调理电路，单片机AT9C52作为下位机，功能简单可靠，降低硬件成本。上位机采用LabVIEW，人机界面友好，编程简单，实现了对风机温度的监测。
参考文献
[1] 尚玉沛，石林锁，张振仁.最小二乘法在高精度温度测量中的应用.2000(1)：47-48.
[2] 常敏，王涵，范江波等.51单片机应用程序开发与实践[M].北京：电子工业出版社，2009.3：279.
[3] 王晓坤，魏思东，李哲煜等.基于LabVIEW的PC机与单片机串行通信研究[J].科技资讯.2010(7)：6,8.
[4] 周润景，郝晓霞.传感器与监测技术[M].北京：电子工业出版社，2009.
[5] 张重雄.虚拟仪器技术[M].北京：电子工业出版社，2007.8.
篇7
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”。
篇8
【关健词】无线传感器网络；单片机射频收发器；自组织VB编程软件；串口通信
1.引言
无线传感器网络是由大量传感器节点通过无线通信技术自组织构成的网络，具有十分广阔的应用前景，被认为是将对21世纪产生巨大影响力的技术之一。根据小型化、实时监测和低功耗等要求，系统给出了一种以极低功耗MSP430F135单片机为核心，以DSl8B20数字温度传感器为测温传感器单元和以nRF24L01无线收发射频芯片为传输单元等，所组成的无线极低功耗温度测量节点的设计。同时根据自组织协议，设计了一个多测温节点和一个主节点的无线测温网络监控系统。本文将从极低功耗设计和无线通讯网络组织两个方面来分析。
2.极低功耗测温节点的设计
传统的温度数据的测量多通过导线或总线方式传输到仪器内部，再做相应的处理。在实际工程中往往测温点和温度处理点的距离比较远，需要较长的导线将测量信号传到温度处理处理点，这样大大的增加了布线成本等。在一些要求有防爆性能的场合和无法布线的地方测量温度等数据就存在极大的问题。无线温度传感器正好在这些方面解决了这些问题。
2.1 极低功耗测温节点组成
极低功耗温度测量节点的整体组成，如图1所示。
2.2 极低功耗设计
低功耗设计是嵌人式系统的普遍要求，通过无线射频通讯方案解决了温度数据的无线采集，但是整个系统的功耗直接影响着传感器的工作寿命。无线温度传感器是—个手持设备，只能使用电池作为电源，因此对所采用微控制器和部件的低功耗特性要求比较高。
2.2.1 MSP430F135与低功耗[1]
MSP430F135和通信模块在不同时钟下运行，由于处理器的功耗与工作频率成正比，工作在低频方式下将大大降低处理器的功耗。MSP430F135功耗可以通过开关状态寄存器的控制位来控制，正常工作时电流为160uA，备用时为0.1uA，为传感器的极低功耗要求提供有力的条件。MSP430F135在初始化完成后，处于LPM3工作模式，仅当有外部中断发生时唤醒进入终端服务程序，完成后重新进入低功耗模式，照此循环往复，可以最大的实现低功耗。
2.2.2 nRF24L01与低功耗
nRF24L01具有接收、发射、掉电、等待4种工作模式，只有当监测和接收频率相同的载波的时候并且地址匹配的情况下才进入接收模式，当传感器采集到数据需要发送的时候才唤醒nRF24L01进入发射模式，其他情况nRF24L01进入掉电模式nRF24L01被禁止，电流消耗将最小，典型值为2.5uA，模式之间的切换将大大提高系统的工作时间。
2.3 硬件电路设计
2.3.1 MSP430F135组成的控制电路设计[2]
极低功耗测温节点的微处理单元采用的是MSP430F135单片机，该单片机的特点如下：
MSP430系列单片机电源电压采用1.8-3.6V低电压，系统有一种活动模式(AM)和5种低功耗模式(LPM0-LPM4)；采用目前流行的精简指令集(RISC)结构，具有强大的处理能力；结合TI的高性能模拟技术，集成了较丰富的片内外设；大量使用FLASH型器件，具有方便高效的开发调试环境．器件片内有JTAG调试接口，还有可电擦写的FLASH型存储器，通过JTAG接口下载程序到FLASH内，再在器件内通过软件控制程序的运行，由JTAG接口读取片内信息，供设计者调试使用。
MSP430F135单片机采用1.8-3.6 V低电压供电，RAM数据保持方式下耗电仅0.1uA，活动模式耗电250uA/MIPS，传统的MCS51单片机约为10～20 mA／MIPS，其输入端口的漏电流最大为50 nA，远低于其他系列单片机(1～10mA)，加上它本身具有5种低功耗模式(LPM0～LPM4)，其应用系统可以做到用l枚电池使用10年。
MSP430F135单片机的这些特征，非常适合应用在无线传感器网络中。硬件连接图如图2所示。
2.3.2 射频电路设计
2.3.3 数字温度传感器DSl8B20接口电路设计[4][5]
DSl8B20是美国DALLAS公司推出的单总线数字测温芯片BJ。温度测量范围为-55℃～-125℃。出厂时为默认12位转换精度，温度数字量转化时间是750ms；DSl8B20工作在9位、10位、1l位和12位模式时的温度分辨力依次为0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃；它具有独特的单线接口方式，将非电模拟量温度值转换为数字信号，输出仅需占用l位I/0端口，能够直接读取被测物体的温度，提高了抗干扰能力和测量精度。设计中，传感器DSl8B20输出脚I/O直接与MSP430F135单片机的P12相连，外加上拉电阻，传感器采用外部电源供电。接口电路如图4所示。
3.无线通讯网络[3]
3.1 节点设计
传感器节点和主站节点主要由MSP430F135单片机和射频收发器nRF24L01组成，主站节点与PC机通过RS232接口或USB接口相连，利用PC机作为数据处理中心。如下图5所示。
3.2 网络组成
该无线传感器网络由一个主站节点和若干个无线温度传感器节点构成，文中以10个温度传感器节点为例。传感器节点负责中转其他节点数据包和采集、处理、压缩数据，并将数据包发送出去。基站节点负责发出控制命令和接收各个传感器节点发回的数据，并通过RS232接口或USB接口把数据发送给PC机。PC机对各个数据进行综合分析处理。网络组成如图6所示。
其中，0表示主站节点，1-9表示随机分布的9个无线温度传感器节点。0-9分别是主站节点和各个从站温度传感器节点的编号。
3.3 无线传感器网络通讯协议
3.3.1 无线传感器节点程序流程
考虑到无线传感器网络中节点数目多的原因，传感器节点采用同一套程序，其流程如图7所示。
3.3.2 无线传感器节点发到主站的数据包格式
在无线传感器网络的数据传输中，数据必须有统一的格式。数据包的格式如下：
由于地址和数据属性长度的关系，在该网络中最多含有包括基站节点在内的32个节点，每个数据包最多包括15个字节的有效数据，最多被中转16次。当数据包被中转的次数为16。而且仍没到达最终地址时，该数据包会被自动丢弃。
3.4 MSP430F135与PC机的串行通信
3.4.1 MSP430F135串口通信软件
4.实验分析
下面给出了在某实验中获得的一些实验数据。如表1所示。
采用无线温度传感器测量的结果与使用实际的高精度温度计测量的温度值基本吻合，满足实际工程和实际生活的要求。
5.结束语
无线温度传感器以低廉的价格、高的可靠性以及无需布线等特点使得在实际工程和日常生活中具有很好的发展前景。极低功耗设计解决了能耗问题在实际工程中的瓶颈，极低功耗无线温度传感器克服了传统有线测量方式的不足，以及无线传输带来的功耗过高的不利，具有重要的实际意义和应用前景。无线射频传感器通讯技术不单只应用于温度的测量，还可以应用到其他物理量的测量上来，比如：压力、湿度、液位、有害气体等许多物理量。
参考文献
[1]沈建华,杨艳琴,翟骁曙.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004.
[2]李自珍,郭宝安.MSP430系统应用结构设计与选型[J],单片机与嵌入式系统应用,2007(7):11-13.
[3]李志字,史浩山.无线传感器网络微型节点的实现[J].电子产品世界,2005(11):115-ll7.
[4]吕志刚,王鹏,范晓光.基于MSP430单片机的多功能、高精度数据采集系统[J].电子技术应用,2007(7):70-72.
[5]邹应全.基于无线的高压输变电的温度测龟系统设计[J].现代电子技术,2008(13):125-127,131.
[6]BU M,LIN J.A study of blood sugar meter embedded in mobile phone[C].IEEE International ConferenceofControl and Automation,2007:995-998.
篇9
关键词：嵌入式网络 ARM S3C2410 Linux 远程监测
0 引言
随着嵌入式技术的不断发展，人们越来越青睐开发以应用为中心的嵌入式系统。更为重要的是，网络化已经成为嵌入式系统发展的一大趋势，人们可以通过Internet网络自动地、实时地、方便地获取需要的嵌入式系统信息。本设计基于某一粮仓进行网络监测的需求实现嵌入式系统开发，要求通过局域网或Internet获取粮仓的温度、湿度及其他信息。温度等信息的测量有相应的软件和硬件模块，有接口和网络功能实现连接。考虑网络功能的嵌入式系统具有以下特点[1]：①监测设备一方面是网络服务器，另一方面具有转换信号、采样及TCP/IP通信等功能，并且该监测设备具有结构简单、安装方便、成本低、易实现的优点；②客户端无需任何额外程序，通过Web浏览器就能对设备进行监测；③采用TCP/IP网络协议标准，系统组网容易，传输数据量大、传输速率快。根据要求，本文提出基于S3C2410和Linux嵌入式系统Web服务器的实现方案。
1 系统结构设计
1.1 系统硬件设计 通过专用的嵌入式网关连接或者专用的Web服务器实现嵌入式设备Web服务，本文借助嵌入式系统自身实现Web服务器的功能。通过相应的处理，将前端传感设备采集的现场信号转换为网络信号，同时确保该网络信号符合TCP/IP协议，采用微处理器S3C2410与Linux进行结合，在一定程度上构建嵌入式Web服务系统。通常情况下，核心控制器S3C2410、时钟、复位、电源电路模块、RS232接口电路、以太网接口电路、存储器模块，以及JTAG接口电路等共同组成硬件电路。通过任一个局域网或Internet终端，用户就能对该监测数据进行访问，系统硬件结构如图1所示：
选用ARM9芯片S3C2410作为系统主控制器，该微处理器的特点是性价比高、功耗低。系统带有UARTO和UART1两个串行接口，其中UARTI复用支持RS485和RS422接口；存储器包括SDRAM和FLASH，该系统一方面配置了一片Intel strata flash，一片Atmel的AT49LVl614A，
2MB NOR flash，两片32MB的三星SDRAM，另一方面配置了SD卡座和SMC卡座[2]。
1.2 系统软件设计[3][4][5] 嵌入式Linux操作系统的移植和嵌入式Web服务器移植系统软件设计的重点。
对于嵌入式Linux操作系统的移植来说，主要涉及Boot Loader、内核，以及根文件系统的移植。Boot Loader作为嵌入式系统的引导程序，这是一段代码，该代码在处理器加电复位后首先执行，初始化系统硬件，同时设置相应的堆栈指针，然后跳转到操作系统内核的入口，并且将系统控制权转交给操作系统。在Linux操作系统中，内核作为核心，是一种系统软件，对硬件资源进行管理，同时控制运行程序、改善人机界面，以及为应用软件提供支持。它对嵌入式系统进行管理是通过处理器管理、存储器管理、文件管理、设备管理来实现的。根文件系统包含系统使用的软件和库，以及为用户提供支持架构和用户使用的应用软件，并作为存储数据读/写结果的区域，是Linux系统的重要组成部分。
嵌入式Web服务器移植主要包括httpd、thttpd和boa三种。本系统选择boa Web Server，它能够支持CGI，比较适合于嵌入式系统。Common Gateway Interface（通用网关接口，CGI）提供web服务器一个执行外部程序的通道，浏览器和服务器之间借助这种服务端技术进而具有交互性，可以利用任何程序设计语言编写CGI程序。客户端请求通过boa进行接收，同时boa对其进行请求分析、请求响应，以及向客户端返回请求等。下载boa Web服务器的源代码boa-0.94.14rc21.tar.bz2、安装并编译boa源代码，实现嵌入式Web服务器移植。
之后，配置Web服务器、制作cramfs文件系统、将VIVI、内核和文件系统的映像文件烧录到系统存储器中，完成嵌入式Linux系统的移植。
完成嵌入式Linux系统的移植之后，将设计的远程粮仓温湿度应用程序在Linux嵌入式系统中运行，即可以实现课题要求的远程粮仓温湿度监测功能。
2 其它设计
2.1 温度传感器 温度传感器采用单线数字温度传感器DSl8B20。DS18B20是DALLAS半导体公司生产的新一代适配微处理器的单线智能温度传感器，是世界上第一片支持“one-Wire”总线接口的温度传感器，从DSl8B20读出信息或向DSl8B20写入信息仅需要一根口线（单线接口）。在其内部使用了在板（ON-BOARD）专利技术，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。测温范围较广，为-55～+125℃，固有测温分辨率为0.5℃。温度变换功率来源于数据总线，总线本身即可以向所接的DSl8820供电，而无需额外电源。在对传感器数据采集的软件编程中，采用单线总线协议。通过单线总线访问DSl8B20的协议包括：初始化DSl8B20、ROM操作命令、存储器操作命令和读数据/处理数据等。
DSl8B20集温度测量、A/D转换于一体，可根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数方式，具有体积小、接口方便、传输距离远等特点。注意，DSl8820与微处理器连接时应加入一个阻值为5.1kΩ的上拉电阻。
2.2 网络接口 S3C2410 CPU本身并没有网络接口，系统网络接口通过使用CS8900A 10M网络模块进行扩展，该模块网卡芯片是美国CIRRUS LOGIC公司生产的16位以太网控制器，其特点是性能优良、低功耗，以及价格低廉等，在一定程度上符合Ethernet II与IEEE802.3（10
Base5，10Base2，10BaseT）标准。该芯片使用灵活，并且能够根据需要进而动态地调整物理层接口、数据传输模式和工作模式等，通过设置内部寄存器进而与不同的应用环境相适应。CS8900A的工作原理：发送时，收到主机送来的数据报后，对网络线路进行侦听。如果线路忙，就等到线路空闲为止；否则，立即发送该数据帧。发送过程中，首先，它添加包括先导字段和帧开始标志的以太网帧头，然后，生成CRC校验码，最后，将数据帧发送到以太网上。接收时，它将从以太网收到的数据帧在经过解码、去掉帧头和地址检验等步骤后缓存在片内。CS8900A接口如图2所示。
3 结束语
本文提出了一种基于ARM和嵌入式Linux操作系统的嵌入式远程粮仓温湿度监测系统，通过对相应的软硬件设计和嵌入式Linux操作系统的移植进行研究。嵌入式远程监测系统的优点是：成本低、具有可移植性、安装方便、使用简单等优点，在一定程度上便于后期维护和升级。嵌入式远程监测系统中嵌入式Web Server的应用，为嵌入式远程监测提供了更大的优势。
参考文献：
[1]于明，范书瑞，曾祥烨.ARM9嵌入式系统设计与开发教程[M].北京：电子工业出版社，2006.
[2]SAMSUNGPRODUCTOVERVIEW关于S3C2410X技术手册[Z].
[3]田泽.ARM9嵌入式Linux开发实验与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.
[4]周立功.ARM嵌入式系统软件开发实例[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.
[5]杜春留.ARM体系结构与编程[M].北京：清华大学出版社，2003.
基金项目：
篇10
关键词： SHT15； 24LC512； MSP430F2232； 温湿度检测
中图分类号：TP312 文献标志码：A 文章编号：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
在现代工业环境中，温度和湿度影响到工业生产环境中电气设备的使用寿命，在农业环境中温湿度影响到农作物的正常生产，而在人居环境中，温湿度影响到人们身体的健康。因此，设计一款温湿度检测系统实时检测环境的温湿度，控制抽湿机和温控设备有效的进行工作，保护工业环境中的电气设备、农业环境中的农作物以及人们的身体健康，具有一定的现实意义。本课题设计的温湿度记录仪不但可以检测温湿度信号，还能记录其变化趋势，可以输出温湿度的日均值和小时均值。具有更准确地数据记录、更方便的数据存储、更便捷的数据分析等功能。
1 系统介绍及硬件电路
1.1 系统介绍
为了提高检测的准确性和数据的有效性，本设计温湿度传感器选用I2C总线接口的单片全校准数字式传感器SHT15[1]，数据记录选用电擦写式只读存储器24LC512，为了提高环境监测的稳定性和精密性，系统还选用了低功耗单片机MPS430F2252作为中央处理单元[2]。系统通过温湿度传感探头检测温湿度数据后，送至中央处理单元，处理结果实时地通过液晶屏显示出来，并通过24LC512数据记录单元存储下来，还可通过键盘设定相应的数据记录间隔和报警范围。具体结构如图1所示。
1.2 温湿度检测电路设计
系统选择湿度和温度的集成传感器SHT15，该传感器将温湿度传感器、信号放大调理、A/D转换、串行数字通信接口电路、数字校准等功能模块集成在一块微形芯片上，不需要元件，可直接输出经过标定的相对湿度和温度的数字信号。湿度测量范围0～100%RH ，温度测量范围-40℃～123.8℃。工作电压在 2.4V～5.5V范围，测量状态下功耗约3mW。
⑴ 电路设计
温湿度传感器SHT15通过串行时钟（SCK）输入接口和串行数据（DATA）输出接口与单片机相连。DATA三态门用于数据的读取。电源引脚（VDD，GND）之间需增加一个100nF的电容，主要目的是去耦滤波。为保证在时钟下降沿数据的有效性，DATA 需要保持在高电平，因此需要在DATA数据接口上接一个10k的上拉电阻。具体电路见图2所示。SHT15通过后，要等待11ms以越过“休眠”状态[3-4]。
⑵ 温湿度传感器SHT15的使用
DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态，并仅在 SCK 时钟上升沿有效。数据传输期间，在SCK时钟高电平时，DATA必须保持稳定。为避免信号冲突，单片机应驱动DATA在低电平。需要一个外部的上拉电阻（例如：10kΩ）将信号提拉至高电平（参见图2）。
单片机一组测量命令（‘00000101’表示相对湿度RH，‘00000011’表示温度T）后，控制器要等待测量结束。这个过程大约需要320ms，14bit 测量。确切的时间随内部晶振速度，可能有-30%的变化。SHT15 通过下拉DATA 至低电平并进入空闲模式，表示测量的结束。控制器再次触发SCK 时钟前，必须等待这个“数据备妥”信号来读出数据。检测数据可以先存储，这样控制器可以继续执行其他任务，在需要时再读出数据[5]。
1.3 数据记录单元电路设计
为方便数据的记录及查询，设计中采用24lc512作为存储单元。该芯片由美国微芯科技公司生产的电擦写式只读存储器容量范围为512K，最大频率为400kHz。支持I2C串行接口，以x8位存储器块进行组合。允许工作电压2.5-5.5V，待机电流和工作电流分别为1μA和1mA，具有页写入能力。功能性地址线允许连接到同一条总线上的器件数目最多可达8个，具体电路如图3所示，本设计中使用了4个24lc512。
A0、A1和A2引脚用于多器件工作，当这些输入引脚上的电平与从器件地址中的相应位作比较，如果比较结果为真，则该器件被选中。串行数据引脚SDA为双向引脚，用于把地址和数据输入/输出器件。该引脚为内部漏极开路。因此，SDA总线要求在该引脚与VCC之间接入10k的上拉电阻。对于正常的数据传输，只允许在SCL为低电平期间改变SDA电平。而 SDA电平在SCL高电平期间若发生变化，表明起始和停止条件产生。时钟SCL引脚用于数据传输同步。写保护（WP）引脚必须连接到VSS或者VCC。如果连接到VSS，能写操作。如果连接到VCC，则禁止写操作，但读操作不受影响。具体电路见图3。
1.4 电源电路
为实现记录仪的小巧便于携带，系统采用锂电池供电。BL8503是一款正电压输出，低功耗低压差的三端线性稳压器，在输入输出电压差低至400mV时都可提供250mA（Vin=4.0V、Vout=3.0V时）的负载电流。BL8503极低的静态功耗（Iq=1.5uA）可极大的提高电池使用时间。电路如图4所示，输入端外接11uF钽电容作为旁路电容，保证电路的稳定性，在输入端接1uF钽电容作电源滤波电容。具体电路见图4所示。
应用电路简单，只需输入输出两个电容和负载即可工作。芯片内部包括电压基准源电路，过流保护，误差放大器，功率管及其驱动电路等模块组成。其中过流保护能够在应用电路的负载电流大于250mA时，保证芯片和系统的安全。BL8503的参考电压电路提供稳定的参考电平，由于采用内部的修正技术，保证输出电压精度达到±2%，同时由于参考电压经过精心的温度补偿设计考虑，使得芯片的输出电压的温度漂移系数小于100ppm/℃。
1.5 主控中心电路设计
本设计选择MSP430F2232芯片作为核心芯片， 该芯片是一款超低功率混合信号微控制器，此微控制权具有两个内置 16 位定时器、一个通用串行通信接口，具有集成基准和数据传输控制器。S0～S10，COM0～COM3用于LCD显示，P3.1，P3.2 用于数据存储，P6.4，P6.5 用于温湿度测量。TXD，RXD分别作为输入端、USB串口电路。JTAG端口为在线编程接口。具体电路如图5所示。
2 软件设计
本设计软件编程主要分为以下几部分：温湿度传感器SHT15测量程序、数据存储芯片24lc512读写程序、液晶显示程序、按键程序以及按键控制程序等。程序采用VC语言编写，下面给出与上述硬件电路配套的部分C51应用程序[5]。
⑴ 温湿度采集部分代码
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 存储器部分代码
Write_NByte（&RXBuffer[7]，RXBuffer[6]，（RXBuffer[3]*2-0x14））；
//-0x14为了不跨页
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 结束语
温湿度传感器SHT15集温度传感器和湿度传感器于一体，因此，采用SHT15进行温湿度实时监测的系统具有精度高、成本低、体积小、接口简单等优点。该芯片在温湿度监测、自动控制等领域均已得到广泛应用，在现代化温室控制系统中具有广阔的发展前景。另外24lc512芯片内部集成存储容量大，性能稳定便于操作。本文设计的便携式数显温湿度检测记录仪体积小，重量轻，性能稳定可靠，且便于携带；与传统的模拟式温湿度计相比具有明显的优势，即数字式显示，方便读出数值；保存温度湿度值，通过输出变化曲线，可以掌握环境温湿度的变化趋势，从而可以做出相对性的措施进行环境的改良。系统电路简单，留有扩展接口，便于系统的升级和改良[4-6]。
参考文献：
[1] 张瑾，周彬，朱文艺. 基于SHT10单片机技术的温室监测系统[J].电子测量技术，2013.36（10）：136-138
[2] 孙继平.煤矿安全生产监控与通信技术[J].煤炭学报，2010.35（11）：1925-1929
[3] 孙环，滕召胜.基于SHT10单片集成传感器温湿度检测模块设计[J].国外电子测量技术，2009.41（13）：107-109
[4] 颜丽娜，王顺忠，张铁民.基于DHT11温湿度测控系统的设计[J].海南师范大学学报（自然科学版），2013.24（4）：128-130
