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

篇1

關(guān)鍵詞：溫度；單片機(jī)；傳感器

引言

在國(guó)內(nèi)，原來(lái)的糧庫(kù)對(duì)糧食檢測(cè)主要采取對(duì)各糧庫(kù)糧食進(jìn)行取樣、記錄、分析、匯總數(shù)據(jù)等辦法，通過(guò)人工來(lái)進(jìn)行，不僅工作量大、效率低下、而且可靠性和實(shí)時(shí)性差。現(xiàn)在測(cè)量糧食的各種參數(shù)己逐步被電子檢測(cè)設(shè)備所取代。小的儲(chǔ)糧設(shè)備一般采用小型測(cè)溫、測(cè)濕度儀器檢測(cè)糧溫和濕度以及通風(fēng)，目前我國(guó)大中型儲(chǔ)糧設(shè)備己開(kāi)始配備微機(jī)測(cè)溫測(cè)濕和檢系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

1.1 設(shè)計(jì)方案論證

該系統(tǒng)由模擬開(kāi)關(guān)構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電路板置于倉(cāng)上，遠(yuǎn)處倉(cāng)上的溫度信號(hào)需要跨倉(cāng)傳輸。各種糧倉(cāng)上信號(hào)線(xiàn)傳遞溫度信號(hào)，控制線(xiàn)選擇溫度點(diǎn)及其電源線(xiàn)連在一起，構(gòu)成一個(gè)龐大的樹(shù)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(chǔ)糧倉(cāng)多、各倉(cāng)相距遠(yuǎn)，特別是在電磁干擾較強(qiáng)的地方，該系統(tǒng)難以正常工作。為了克服由于儲(chǔ)糧倉(cāng)系統(tǒng)龐大對(duì)于測(cè)量溫度精度和系統(tǒng)可靠性的影響，我們?cè)O(shè)計(jì)了單片機(jī)作為前沿機(jī)械進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集，用單片機(jī)與微機(jī)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(cāng)中應(yīng)用的分布式微機(jī)測(cè)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(jìn)行糧位檢測(cè)。

1.2 系統(tǒng)框圖

圖1 糧倉(cāng)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框圖

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)

為了設(shè)計(jì)此系統(tǒng)，我們采用了89C51機(jī)作為控制芯片。它可以提供一個(gè)8位CPU ，4 KB的閃爍存儲(chǔ)器Flash ROM，256字節(jié)RAM ，4個(gè)8位并行I/0端口、2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、1個(gè)可編程全雙工串行口、5個(gè)中斷源、片內(nèi)振蕩電路和時(shí)鐘電路，64KB總線(xiàn)擴(kuò)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(duì)于糧倉(cāng)所存儲(chǔ)的糧食來(lái)說(shuō)，其所儲(chǔ)糧食的品質(zhì)與溫度密切相關(guān)。因而對(duì)于糧倉(cāng)的溫度檢測(cè)很早就開(kāi)始應(yīng)用了。最開(kāi)始是采用玻璃溫度計(jì)，隨著電子測(cè)控技術(shù)的發(fā)展，使用對(duì)溫度敏感的元器件，如熱敏電阻來(lái)進(jìn)行測(cè)量。由單線(xiàn)多點(diǎn)溫度傳感器（如DS1820）構(gòu)成的單線(xiàn)多點(diǎn)溫度測(cè)量系統(tǒng)，雖然引線(xiàn)很少，但傳輸距離（不超過(guò)20米）。AD 590是一種電壓輸入、電流輸出型集成溫敏傳感器，測(cè)溫范圍為-55℃―+150℃，輸出電流與絕對(duì)溫度成正比，因而不必考慮多路模擬開(kāi)關(guān)引入的附加電阻造成的誤差。該系統(tǒng)選用若干個(gè)集成溫度傳感器AD590接成矩陣形式，構(gòu)成多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)。

2.3 多路模擬開(kāi)關(guān)

常用的模擬開(kāi)關(guān)有機(jī)電式和電子式兩類(lèi)。機(jī)電式開(kāi)關(guān)具有良好的通、斷性能，信號(hào)畸變小，但切換過(guò)渡時(shí)間較長(zhǎng)。電子式開(kāi)關(guān)切換時(shí)間很短，但通、斷性能不夠理想。切換模擬信號(hào)時(shí)，開(kāi)關(guān)的非理想特性將引入誤差，并產(chǎn)生延時(shí)。CC4051是單八路模擬開(kāi)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(duì)各個(gè)輸出分別加以控制的8個(gè)CMOS雙向模擬開(kāi)關(guān)組成。

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

2.4 模擬小信號(hào)放大電路

被測(cè)物理量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)的幅度往往很小，無(wú)法進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，因此，需對(duì)這些模擬電信號(hào)進(jìn)行放大處理。一般都采用集成運(yùn)放。

該系統(tǒng)選用斬波穩(wěn)零集成運(yùn)放ICL7650構(gòu)成高增益、低漂移放大器，用于放大AD590的輸出信號(hào)。ICL7650內(nèi)部有一個(gè)震蕩為200Hz的振蕩器，在這個(gè)震蕩器的控制下運(yùn)放分節(jié)拍工作。每個(gè)振蕩周期分兩個(gè)節(jié)拍，第一個(gè)拍將輸入失調(diào)采集并存于一個(gè)點(diǎn)容器中，第二節(jié)拍采樣和放大信號(hào)，并將此刻的失調(diào)相抵消，所以運(yùn)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(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，才能進(jìn)入89C51單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。目前，國(guó)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(cè)量?jī)x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(pán)顯示接口

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

為了較少鍵盤(pán)與單片機(jī)接口時(shí)所占用的I/0線(xiàn)的數(shù)目，在鍵數(shù)較多時(shí)，通常都將鍵盤(pán)排列成行列矩陣形式。4個(gè)LED顯示器采用共陰極方式，段選碼由8155口提供，位控信號(hào)由PA口提供。鍵盤(pán)的列掃描輸出也由PA口提供，查詢(xún)行輸入由PCO～PC1提供。LED采用動(dòng)態(tài)顯示軟件譯碼，鍵盤(pán)采用逐列掃描查詢(xún)工作方式。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

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

4 結(jié)束語(yǔ)

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(hào)，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(cè)量精度高、一致性好、無(wú)需任何調(diào)整、信號(hào)線(xiàn)長(zhǎng)短不會(huì)影響其性能等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)糧食倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程中的溫度控制。

參考文獻(xiàn)

[1]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)網(wǎng)[M].北京：北京航天航空人學(xué)出版社，2005：38-47.

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

篇2

關(guān)鍵詞： 多點(diǎn)溫度測(cè)量； AT89C51； DS18B20； LabVIEW； 溫度監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN31+.3?34； TP212.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 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(xué)研究中都是一個(gè)極其普遍又非常重要的物理量，許多設(shè)備運(yùn)行、工農(nóng)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)都必須保證在一定的溫度條件下進(jìn)行，因此需要對(duì)溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的齪鮮分廣泛[1]。傳統(tǒng)的測(cè)溫儀器功能比較單一，大多只能測(cè)量某一點(diǎn)的溫度值[2]，可視性不好，不能長(zhǎng)久保存溫度數(shù)據(jù)以進(jìn)行后續(xù)統(tǒng)計(jì)和分析。為滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)的需求，設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的多通道溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在-55～99 ℃范圍內(nèi)6通道的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有多點(diǎn)溫度同步采集、顯示、報(bào)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(chē)空調(diào)、倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存等場(chǎng)合[3]。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的基于LabVIEW的多通道溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由下位機(jī)多通道溫度采集系統(tǒng)和上位機(jī)LabVIEW溫度監(jiān)測(cè)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(jī)采用AT89C51單片機(jī)為主控芯片，將6路DS18B20溫度傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)處理后，計(jì)算出各通道的實(shí)際溫度值，并按要求在LM041L液晶屏上同步顯示。當(dāng)串口開(kāi)關(guān)處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，若檢測(cè)到上位機(jī)要求發(fā)送溫度數(shù)據(jù)的請(qǐng)求，下位機(jī)立即依次將6通道溫度數(shù)據(jù)的高位和低位通過(guò)串口發(fā)送至上位機(jī)。LabVIEW溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)隨即讀取串口緩沖區(qū)的內(nèi)容，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)提取、處理、計(jì)算等操作，解析各通道的實(shí)際溫度后，首先在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前面板上實(shí)時(shí)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(jìn)行比較，若當(dāng)前溫度超過(guò)設(shè)定的溫度下限或者上限，則對(duì)應(yīng)的藍(lán)色或紅色溫度超限報(bào)警燈點(diǎn)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(xiàn)，并將所有采集的溫度數(shù)據(jù)寫(xiě)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(jì)

多通道溫度采集系統(tǒng)主要包括溫度測(cè)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(cè)量模塊

溫度測(cè)量模塊采用6個(gè)數(shù)字溫度傳感器DS18B20作為測(cè)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，其測(cè)溫范圍為-55～125 ℃，在-10～85 ℃范圍內(nèi)測(cè)溫精度[4]達(dá)

±0.5 ℃。因?yàn)槊恳粋€(gè)DS18B20溫度傳感器內(nèi)部都配有一個(gè)惟一的64位ROM編號(hào)，因此可將多個(gè)DS18B20掛在同一根總線(xiàn)上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)分布式溫度測(cè)量。經(jīng)DS18B20序列號(hào)讀取程序測(cè)得，本設(shè)計(jì)仿真時(shí)所用六路DS18B20溫度傳感器的ROM編號(hào)如表1所示。

由于DS18B20一線(xiàn)式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，它與微處理器之間只能采用串行數(shù)據(jù)傳輸。因此，在對(duì)DS18B20進(jìn)行讀寫(xiě)編程時(shí)，除了匹配每通道溫度傳感器的序列號(hào)，確保操作正確指向?qū)?yīng)傳感器，還必須嚴(yán)格地保證讀寫(xiě)的時(shí)序，否則將無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。本系統(tǒng)中DS18B20溫度測(cè)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(gè)字符點(diǎn)陣組成。LM041L的工作原理及使用方法與常用的LCD1602顯示器類(lèi)似，但需要注意的是，LM041L為4行×16列顯示，每行顯示的字符個(gè)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(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志位為低電平，表示不忙，否則該指令失效。要顯示字符時(shí)，首先需要輸入顯示字符的地址，因?yàn)長(zhǎng)M041L寫(xiě)入顯示地址時(shí)要求最高位D7恒為高電平1，所以實(shí)際寫(xiě)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(yùn)行時(shí)，LM041L第1行第5列（地址碼為0x84）開(kāi)始顯示標(biāo)題字符――6通道溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)英文首字母縮寫(xiě)“6CH TDCS”；第2～4行的第1列（地址碼分別為0x40，0x10，0x50）分別開(kāi)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(kāi)始顯示第4～6通道的溫度數(shù)據(jù)，具體顯示格式參見(jiàn)圖4。

2.3 串口通信模塊

AT89C51單片機(jī)設(shè)有串口通信端口，只需一個(gè)專(zhuān)用芯片MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換即可方便地實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)的串口通信[5?6]。當(dāng)上位機(jī)通過(guò)LabVIEW溫度監(jiān)測(cè)程序向串口發(fā)送請(qǐng)求溫度數(shù)據(jù)字符串AA時(shí)，下位機(jī)檢測(cè)到中斷請(qǐng)求，立即將發(fā)送標(biāo)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(dòng)清除中斷標(biāo)志并返回，等待下次發(fā)送的請(qǐng)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(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

LabVIEW是美國(guó)NI公司開(kāi)發(fā)的一款功能強(qiáng)大的圖形化編程語(yǔ)言軟件，在測(cè)試測(cè)量、儀器控制、教學(xué)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(kāi)發(fā)工具，在數(shù)據(jù)采集和人機(jī)交互方面有著十分明顯的優(yōu)勢(shì)[8?10]。利用LabVIEW自帶的VISA驅(qū)動(dòng)函數(shù)，能夠方面地實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)的串口通信；而且其前面板豐富美觀的控件，很適合設(shè)計(jì)界面友好、操作簡(jiǎn)單的上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)界面。因此，本設(shè)計(jì)采用LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)編寫(xiě)上位機(jī)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)程序，主要包括溫度數(shù)據(jù)的提取與計(jì)算、溫度超限報(bào)警、溫度變化曲線(xiàn)與數(shù)據(jù)保存等部分。

3.1 溫度數(shù)據(jù)的提取與計(jì)算

LabVIEW溫度監(jiān)測(cè)程序運(yùn)行時(shí)，首先配置串口參數(shù)，使之與下位機(jī)保持一致，然后通過(guò)VISA寫(xiě)入函數(shù)向單片機(jī)發(fā)送請(qǐng)求字符串AA，下位機(jī)檢測(cè)到發(fā)送請(qǐng)求后隨即通過(guò)串口發(fā)送程序向上位機(jī)依次發(fā)送六通道溫度數(shù)據(jù)的高8位和低8位。當(dāng)開(kāi)始采集按鈕打開(kāi)時(shí)，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(guò)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(jì)算子VI計(jì)算實(shí)際溫度值。

溫度計(jì)算子VI首先將溫度數(shù)據(jù)高位和低位拼接，然后進(jìn)行溫度符號(hào)判斷：當(dāng)最高位為1時(shí)，說(shuō)明溫度為負(fù)，4位十六進(jìn)制的溫度數(shù)據(jù)取補(bǔ)碼并乘以0.062 5再取反得到負(fù)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(bào)警

為了更好地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，系統(tǒng)加入了超限報(bào)警機(jī)制。各通道溫度數(shù)據(jù)經(jīng)提取和計(jì)算得到最終實(shí)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(jìn)行比較。當(dāng)某通道當(dāng)前溫度超過(guò)設(shè)定的溫度上限時(shí)，對(duì)應(yīng)通道的紅色高溫報(bào)警指示燈亮起；當(dāng)某通道當(dāng)前溫度低于設(shè)定的溫度下限時(shí)，該通道對(duì)應(yīng)的藍(lán)色低溫報(bào)警指示燈點(diǎn)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(xiàn)與數(shù)據(jù)保存

LabVIEW溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要功能之一就是繪制各通道的的溫度變化曲線(xiàn)，使觀測(cè)者能夠方便地對(duì)每一時(shí)刻各通道溫度值進(jìn)行比較的同時(shí)，還可以對(duì)各通道的溫度變化情況一目了然。LabVIEW溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)除了可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各通道溫度變化情況以外，還可以將每一時(shí)刻的所有溫度數(shù)據(jù)同步寫(xiě)入TXT文檔保存，方便進(jìn)行后續(xù)的統(tǒng)計(jì)和分析。溫度數(shù)據(jù)以當(dāng)前日期命名保存在程序當(dāng)前所在路徑，其存儲(chǔ)格式為：第1列為數(shù)據(jù)采集序號(hào)，第2列為當(dāng)前時(shí)間，第3～8列依次為第1～6通道的溫度值，各列相隔一個(gè)制表符（具體格式見(jiàn)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(shí)驗(yàn)

完成下位機(jī)多通道溫度采集系統(tǒng)與上位機(jī)LabVIEW溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后，用虛擬串口軟件Virtual Serial Port Drive虛擬出一對(duì)相連的串口COM2和COM3，代替連接單片機(jī)與PC機(jī)的串口線(xiàn)。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(yùn)行下位機(jī)和上位機(jī)系統(tǒng)，打開(kāi)串口開(kāi)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(cè)系統(tǒng)程序運(yùn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，系統(tǒng)運(yùn)行整體符合設(shè)計(jì)預(yù)期。下位機(jī)能同時(shí)采集各通道實(shí)際溫度并按格式要求正確顯示；上位機(jī)監(jiān)測(cè)界面中各通道溫度數(shù)值、溫度變化曲線(xiàn)、超限報(bào)警指示、數(shù)據(jù)采集量、開(kāi)始與運(yùn)行時(shí)間均準(zhǔn)確無(wú)誤；保存的溫度數(shù)據(jù)與設(shè)置的采樣周期及設(shè)計(jì)的格式要求均相符。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于LabVIEW的多通道溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠方便有效地測(cè)量6點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)在PC端的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)下位機(jī)串口關(guān)閉時(shí)，即是一個(gè)嵌入式多通道溫度采集系統(tǒng)；串口打開(kāi)時(shí)，便可與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)在PC機(jī)上的多通道溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)下位機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，上位機(jī)監(jiān)測(cè)界面清晰直觀、一目了然，很好地滿(mǎn)足了多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)的目的，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

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

溫度監(jiān)測(cè)在現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中無(wú)處不在，如油箱溫度監(jiān)測(cè)、糧倉(cāng)溫度監(jiān)測(cè)、汽車(chē)自動(dòng)化系統(tǒng)等。溫度變化反映系統(tǒng)運(yùn)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(jì)

如圖1所示，系統(tǒng)由三部分組成。上位機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收和顯示；下位機(jī)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(fù)責(zé)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(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)溫度的定時(shí)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(jī)（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(jī)與下位機(jī)之間通過(guò)GSM無(wú)線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行通訊。上位機(jī)接收到下位機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)后，先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，然后放入數(shù)據(jù)庫(kù)。利用管理軟件，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理。本設(shè)計(jì)主要完成數(shù)據(jù)集中器的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā),通過(guò)GSM無(wú)線(xiàn)通訊直接和上位機(jī)進(jìn)行通信，再用單片機(jī)把收集到的數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行管理、集中或按照上位機(jī)的要求傳輸給上位機(jī)。還要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集終端的一個(gè)485的一對(duì)多通訊，一個(gè)系統(tǒng)管理它的多個(gè)站點(diǎn)的相應(yīng)系統(tǒng)，使上下位機(jī)的溫度信息實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)傳遞。

二、主控制器的設(shè)計(jì)

主控制器選用ATMEL公司的單片機(jī)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(dú)立的數(shù)據(jù)和程序總線(xiàn)，程序存儲(chǔ)器里的指令通過(guò)一級(jí)流水線(xiàn)運(yùn)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(gè)通用I/O口線(xiàn)，32個(gè)通用工作寄存器，3個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器或計(jì)數(shù)器，片內(nèi)或外中斷，可變成串行USART，面向字節(jié)的兩線(xiàn)串行借口，10位6路ADC，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，一個(gè)SPI串行端口，以及5種可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。

ATmega8的主要性能特點(diǎn)如下 ：

1.高性能、低功耗的8bAVR微控制器，先進(jìn)的RISC精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu),130條功能強(qiáng)大的指令，大多數(shù)為單周期指令，32個(gè)8b的通用工作寄存器，工作在16MHz時(shí)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(chǔ)器8kB的Flash程序存儲(chǔ)器，可擦寫(xiě)次數(shù)大于10000次;512B的ERROM，擦寫(xiě)次數(shù)至少100000次;支持可在線(xiàn)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(jì)

TC35模塊電路設(shè)計(jì)。上行數(shù)據(jù)傳輸通道的電路設(shè)計(jì)主要是TC35電路的設(shè)計(jì)。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(dòng)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(jìn)行電平匹配。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了如圖2所示的電平匹配電路。

四、系統(tǒng)效益跟市場(chǎng)前景分析

早期的監(jiān)控系統(tǒng)，采用大型儀表集中對(duì)各個(gè)重要設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并通過(guò)操作盤(pán)來(lái)進(jìn)行集中式操作。而本系統(tǒng)是以監(jiān)測(cè)控制PC機(jī)為主體，加上檢測(cè)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被監(jiān)測(cè)控制的對(duì)象(生產(chǎn)過(guò)程)共同構(gòu)成的整體。系統(tǒng)采用先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)數(shù)字信號(hào)傳輸技術(shù)和RS-485總線(xiàn)技術(shù)，使系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)：

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

2.無(wú)線(xiàn)數(shù)字傳輸具有傳輸數(shù)據(jù)可靠、無(wú)需布線(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)更加可靠經(jīng)濟(jì)。

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

溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可廣泛用于煙草、倉(cāng)儲(chǔ)、糧食等行業(yè)。僅對(duì)煙草系統(tǒng)而言，一個(gè)年利稅30億元的中等卷煙廠，年煙葉發(fā)酵總價(jià)值20億元左右，按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3%的煙葉耗損量，發(fā)酵霉?fàn)€煙葉占總耗損量的30%計(jì)算，一年可避免經(jīng)濟(jì)損失1800萬(wàn)元，全國(guó)100個(gè)卷煙廠，若50%的廠家使用該系統(tǒng)，一年可為國(guó)家節(jié)約10余億元。加之在其他行業(yè)的推廣應(yīng)用，項(xiàng)目的應(yīng)用前景十分廣闊，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益極為顯著。

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關(guān)鍵詞：高壓設(shè)備；無(wú)線(xiàn)無(wú)源；溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)： TM855 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

第一章 高壓設(shè)備建立無(wú)線(xiàn)無(wú)源溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性分析

變電站維持日常運(yùn)行最為基本的就是高壓設(shè)備，而高壓設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的不斷惡化、線(xiàn)頭接口處磨損過(guò)度或者開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)出現(xiàn)松動(dòng)等情況導(dǎo)致出現(xiàn)故障，從而引發(fā)設(shè)備發(fā)熱，而高壓設(shè)備因?yàn)槭翘厥庠O(shè)備，不能夠認(rèn)為進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所以就必須建立無(wú)線(xiàn)無(wú)緣溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)高壓設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便在出現(xiàn)發(fā)熱的時(shí)候及時(shí)發(fā)現(xiàn)進(jìn)行解決，避免因?yàn)樵O(shè)備過(guò)熱導(dǎo)致運(yùn)行障礙，甚至火災(zāi)。

在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)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(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行異常故障，這類(lèi)故障必須及時(shí)發(fā)現(xiàn)，否則會(huì)出現(xiàn)惡化，設(shè)備也會(huì)因?yàn)闇囟忍叨鲝U，那樣就會(huì)產(chǎn)生不必要的損失。造成高壓設(shè)備出現(xiàn)過(guò)熱最為主要有三個(gè)方面：第一是高壓設(shè)備的部分觸點(diǎn)承受的最大電流過(guò)大，有的高達(dá)4000A，那么在正常運(yùn)行的時(shí)候會(huì)因?yàn)闀r(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致溫度過(guò)高，最終導(dǎo)致全部設(shè)備出現(xiàn)故障。第二是高壓設(shè)備在進(jìn)行長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中，設(shè)備的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)會(huì)因?yàn)殡娮柽^(guò)大而產(chǎn)生過(guò)熱，造成內(nèi)部熱循環(huán)，最終導(dǎo)致內(nèi)部溫度過(guò)高，設(shè)備運(yùn)行發(fā)生故障。第三是高壓設(shè)備在高壓柜中會(huì)存在裸漏高壓，并且高壓設(shè)備中內(nèi)部空間過(guò)小，會(huì)產(chǎn)生各種故障，這也是導(dǎo)致高壓設(shè)備溫度過(guò)高最為關(guān)鍵的原因之一。

第二章 高壓設(shè)備無(wú)線(xiàn)無(wú)源溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)分析

2.1系統(tǒng)總體建設(shè)分析

基于無(wú)線(xiàn)無(wú)源的高壓設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是由智能溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及警報(bào)系統(tǒng)構(gòu)成，智能溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過(guò)傳感器進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在進(jìn)行傳感器的安裝前期會(huì)對(duì)在設(shè)置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，假若內(nèi)部溫度高于標(biāo)準(zhǔn)值就會(huì)觸發(fā)警報(bào)系統(tǒng)，假若內(nèi)部溫度沒(méi)有高于標(biāo)準(zhǔn)值，那么警報(bào)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(jìn)行智能溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)的時(shí)候，就必須對(duì)高壓設(shè)備中容易產(chǎn)生溫度過(guò)高的幾個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了解，比如高壓設(shè)備的觸點(diǎn)、接口母線(xiàn)或者電路電阻等零部件，在對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行明確之后就可以將設(shè)置到標(biāo)準(zhǔn)值的傳感器安裝在各個(gè)部分。在傳感器安裝完畢之后，就需要通過(guò)對(duì)高壓設(shè)備無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行最低值的設(shè)置，只要高壓設(shè)備內(nèi)部溫度超過(guò)了這個(gè)設(shè)置的最低值，那么高壓設(shè)備無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生警報(bào)，在系統(tǒng)中并沒(méi)有專(zhuān)門(mén)安裝警報(bào)系統(tǒng)。

通過(guò)對(duì)高壓設(shè)備進(jìn)行傳感器監(jiān)測(cè)模塊以及警報(bào)系統(tǒng)的建設(shè)，可以對(duì)高壓設(shè)備過(guò)熱進(jìn)行很好的控制，在一定程度上可以節(jié)約部分人力資源，對(duì)于高壓設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)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(wú)線(xiàn)無(wú)源溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中使用的主要硬件是SAW傳感器、無(wú)線(xiàn)傳輸（天線(xiàn)）以及溫度采集器。

SAW傳感器是一種溫度傳感器，會(huì)因?yàn)橥饨鐪囟鹊淖兓鴮?dǎo)致表面固有諧振頻率的變化，從而對(duì)溫度實(shí)行測(cè)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(gè)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(jì)會(huì)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(jìn)入的時(shí)候作為接收模塊。通過(guò)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(xiàng)近似為零，實(shí)現(xiàn)固有諧振頻率與溫度的近似線(xiàn)性關(guān)系，只要獲得固有諧振頻率就可確定其溫度。當(dāng)有入射波進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部的時(shí)候，在入射波消失之后就會(huì)產(chǎn)生一種逐漸衰減的震蕩信號(hào)，從而進(jìn)行溫度檢測(cè)，所以SAW傳感器可以作為高壓設(shè)備的無(wú)線(xiàn)無(wú)源溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)器件。

無(wú)線(xiàn)傳輸部分是利用天線(xiàn)來(lái)進(jìn)行傳輸?shù)?，天線(xiàn)可以看成是一種溫度變換器，將高壓設(shè)備內(nèi)部溫度進(jìn)行傳輸，將其和前文所述的溫度傳感器進(jìn)行連接，就可以使高壓設(shè)備內(nèi)部溫度通過(guò)天線(xiàn)傳輸?shù)綔囟葌鞲衅?，一旦溫度過(guò)高就會(huì)觸發(fā)后面的警報(bào)結(jié)構(gòu)，使之發(fā)出警報(bào)聲。但是這種傳輸方式也存在一定的不足，天線(xiàn)自身在進(jìn)行溫度傳輸?shù)臅r(shí)候會(huì)消耗部分熱能，會(huì)導(dǎo)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(wú)線(xiàn)無(wú)緣溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中主要是負(fù)責(zé)接受來(lái)自溫度傳感器發(fā)出的溫度數(shù)據(jù)，并且通過(guò)對(duì)應(yīng)的科技手段將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)綔囟缺O(jiān)測(cè)中心，這樣就可以使得工作人員隨時(shí)隨地的對(duì)高壓設(shè)備內(nèi)部溫度進(jìn)行精確掌握，對(duì)于高壓設(shè)備溫度平衡也可以進(jìn)行很好的調(diào)節(jié)。

編程開(kāi)發(fā)工具是利用QT平臺(tái)來(lái)進(jìn)行程序的編寫(xiě)的，在進(jìn)行程序編寫(xiě)的時(shí)候不需要重新編寫(xiě)源代碼，只需要對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行一次性開(kāi)發(fā)，就可以實(shí)現(xiàn)高壓設(shè)備無(wú)源無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其功能，QT通過(guò)其強(qiáng)大的強(qiáng)大的控制功能，對(duì)空間資源進(jìn)行比較方便的控制。

第三章 系統(tǒng)測(cè)試

在高壓設(shè)備無(wú)線(xiàn)無(wú)源溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)完成之后，可以構(gòu)建出一個(gè)模擬的高壓設(shè)備運(yùn)行機(jī)構(gòu)，然后將設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行安裝，認(rèn)為的將高壓設(shè)備中的易出現(xiàn)問(wèn)題的故障點(diǎn)進(jìn)行溫度調(diào)整，然后通過(guò)顯示屏觀察高壓設(shè)備內(nèi)部各種溫度所對(duì)應(yīng)的固有頻率，然后對(duì)臨界溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將臨界溫度設(shè)置在SAW傳感器中，以便日后進(jìn)行實(shí)地監(jiān)測(cè)。通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試還可以對(duì)建立的無(wú)線(xiàn)無(wú)源溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，對(duì)其中的設(shè)計(jì)不足之處進(jìn)行完善。

結(jié)論

高壓設(shè)備因?yàn)槠涫褂铆h(huán)境的特殊性，容易因?yàn)檫\(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致內(nèi)部接點(diǎn)出現(xiàn)各種故障，所以必須針對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，而且因?yàn)楦邏涸O(shè)備內(nèi)部電壓較高，所以監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須滿(mǎn)足無(wú)線(xiàn)無(wú)源，這樣才能保證最終監(jiān)測(cè)結(jié)果的精確性。本文所建立的無(wú)線(xiàn)無(wú)源溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由于技術(shù)的問(wèn)題，肯定還是存在不足，所以各種性能還有待進(jìn)一步完善。鑒于本人學(xué)識(shí)有限，在本文的撰寫(xiě)過(guò)程中存在一些不足之處，望各位同仁能夠及時(shí)指出，以便日后及時(shí)做出修正。

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

1、引言

溫度監(jiān)測(cè)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(duì)溫度精度都有非常高的標(biāo)準(zhǔn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,對(duì)于溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已開(kāi)始向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步,溫度傳感器的發(fā)展相當(dāng)迅速,傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測(cè)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(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性等方向發(fā)展。因此,為了達(dá)到溫度檢測(cè)智能化、可程控、測(cè)試溫度精度高等要求,本文設(shè)計(jì)了一種測(cè)溫范圍大、精度高、性能好的可程控智能化溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為溫度采集部分、數(shù)據(jù)通信部分、上位機(jī)管理中心三大部分。在溫度采集模塊中,由STC89C52單片機(jī)作為微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心設(shè)計(jì),利用數(shù)字化溫度傳感器DS18B20實(shí)時(shí)采集溫度,由按鍵電路設(shè)定預(yù)警值,LED數(shù)碼管可以顯示溫度實(shí)時(shí)值及預(yù)警值。在數(shù)據(jù)通信模塊中,通過(guò)串口將溫度采集模塊中采集的數(shù)據(jù)與PC機(jī)上位機(jī)管理中心進(jìn)行通信。在上位機(jī)管理中心,主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、實(shí)時(shí)顯示、動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)趨勢(shì)圖、存儲(chǔ)、管理、導(dǎo)出報(bào)表及自動(dòng)打印等操作。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、測(cè)試精度高、性?xún)r(jià)比高,廣泛應(yīng)用于測(cè)溫系統(tǒng)領(lǐng)域中。

3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包含三個(gè)模塊:溫度采集模塊、串口通信模塊、時(shí)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(xiàn)芯片,它的三個(gè)引腳分別接電源、STC89C52的WR引腳和地線(xiàn)。通過(guò)第二個(gè)引腳與單片機(jī)的WR引腳相連,進(jìn)行時(shí)序控制來(lái)啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換和設(shè)置溫度預(yù)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(guò)EPROM存入單片機(jī),然后通過(guò)串口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)管理中心進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)和管理。

3.2 串口通信模塊

串口通信模塊采用MAX232串口總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn),是比較常用的串行通信標(biāo)準(zhǔn),本設(shè)計(jì)中用來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度采集模塊與PC機(jī)上位機(jī)管理中心進(jìn)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(yàn)位發(fā)生和校驗(yàn);數(shù)據(jù)溢出檢測(cè);幀錯(cuò)誤檢測(cè);包括錯(cuò)誤起始位的檢測(cè)的噪聲濾波器和數(shù)字低通濾波器;三個(gè)完全獨(dú)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(jī)通信模式;支持倍速異步通信模式。

3.3 時(shí)鐘模塊

在設(shè)計(jì)中選擇11.0592M的晶振,它能夠準(zhǔn)確地劃分成時(shí)鐘頻率,與UART常見(jiàn)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(jì)

在對(duì)溫度采集模塊進(jìn)行底層軟件設(shè)計(jì)時(shí),采用KeilC開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì),它提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具,全Windows界面,代碼編碼效率比較高。在對(duì)上位機(jī)界面進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)采用VB編程語(yǔ)言,它擁有圖形用戶(hù)界面（GUI）和快速應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)（RAD）系統(tǒng),可以輕易地使用DAO、RDO、ADO連接數(shù)據(jù)庫(kù),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(jì)

底層程序設(shè)計(jì)主要介紹主程序流程圖和溫度采集程序設(shè)計(jì)流程圖,在主程序中,先進(jìn)行初始化,聲明子函數(shù)、全局變量,打開(kāi)設(shè)定相關(guān)中斷,設(shè)置波特率,再進(jìn)行溫度采集子程序,并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)和上傳到PC機(jī)。在溫度采集程序中,嚴(yán)格按照DS18B20訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議步驟進(jìn)行實(shí)現(xiàn),先進(jìn)行初始化,定義子程序變量,調(diào)用復(fù)位子程序,復(fù)位DS18B20準(zhǔn)備采集溫度。然后調(diào)用寫(xiě)字節(jié)子程序,執(zhí)行ROM操作命令,將其跳過(guò)。然后再次調(diào)用寫(xiě)字節(jié)子程序,執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換,這里需要一個(gè)延時(shí),等待程序轉(zhuǎn)換完成后,便可將采集到的溫度值的各位對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入存放實(shí)時(shí)溫度的數(shù)組num1。接下來(lái)再次初始化、執(zhí)行ROM操作命令,然后執(zhí)行存儲(chǔ)器操作命令,將溫度值讀出并計(jì)算,從而得到實(shí)時(shí)溫度值的每一位數(shù)值。

4.2 通信程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)使用MSComm控件與下位機(jī)通信,程序中使用該控件的OnComm事件,使整個(gè)子程序循環(huán)執(zhí)行,不斷接收下位機(jī)傳上來(lái)的數(shù)據(jù)。在通信程序設(shè)計(jì)中,先進(jìn)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(dāng)收到的數(shù)據(jù)為接收標(biāo)志位時(shí),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(gè)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(dāng)前的溫度值。

4.3 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)程序設(shè)計(jì)采用VB編程語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)顯示、動(dòng)態(tài)趨勢(shì)圖顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理、導(dǎo)出報(bào)表、自動(dòng)打印、用戶(hù)管理及密碼修改等功能。

5、結(jié)語(yǔ)

本文分別介紹了基于STC89C52的可程控溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè),并能夠?qū)囟冗M(jìn)行有效控制,通過(guò)設(shè)置不同預(yù)警值,可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警功能。上位機(jī)管理中心軟件設(shè)計(jì)給溫度采集、管理、存儲(chǔ)提供了極大地方便,并很好地保證了用戶(hù)信息的安全性。通過(guò)實(shí)踐證明,該系統(tǒng)可靠性高、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn),能夠廣泛應(yīng)用于溫度測(cè)量領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

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

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關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)；Multisim；LabVIEW；AT89C52

中圖分類(lèi)號(hào)：TP2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(fēng)是煤礦的一項(xiàng)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(guó)絕大多數(shù)煤礦都采用通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)。由于通風(fēng)機(jī)的長(zhǎng)期工作，通風(fēng)系統(tǒng)溫度逐漸升高，超出極限溫度，將燒毀風(fēng)機(jī)和電機(jī)甚至引起安全事故，直接關(guān)系到通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

熱電阻測(cè)溫是工業(yè)溫度測(cè)量中常用的一種方法，其主要特點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定。本文采用Pt100作為6路溫度傳感器，測(cè)量范圍0～150℃，分別采集一號(hào)風(fēng)機(jī)的前軸后軸和電機(jī)的鐵芯溫度，二號(hào)風(fēng)機(jī)的前軸后軸和電機(jī)的鐵芯溫度。利用Multisim對(duì)Pt100進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路并進(jìn)行仿真分析，當(dāng)測(cè)量點(diǎn)的溫度超過(guò)設(shè)定值，進(jìn)行聲光報(bào)警，上位機(jī)采用LabVIEW作為可視化界面，顯示溫度變化曲線(xiàn)，及各個(gè)采集點(diǎn)的溫度狀態(tài)，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)和電機(jī)進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)

監(jiān)測(cè)。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)下位機(jī)以AT89C52為核心，主要組成部分包括信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換、顯示電路及聲光報(bào)警。AT89C52通過(guò)串口與PC機(jī)通信，在LabVIEW平臺(tái)下，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。

1.1Pt100模型

熱電阻Pt100的測(cè)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(dāng)t=0℃時(shí)）

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(jì)的測(cè)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(xué)模型。V1代表式(3)中的溫度t，Polynomial Source函數(shù)模塊用來(lái)實(shí)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(gè)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(xué)模型

Fig.1 Pt100 mathematical model

1.2信號(hào)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(xiàn)性，為了避免電橋引入非線(xiàn)性，所以采用放大電路測(cè)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(xiàng)Bt2，因此隨溫度升高，Pt100非線(xiàn)性越嚴(yán)重。在測(cè)量電路中U5組成的反相比例放大器為電路引入負(fù)反饋，Rw2來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)反饋的程度，從而改善輸出電壓與溫度的非線(xiàn)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(zhǔn)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(lái)穩(wěn)定輸出電壓。信號(hào)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(gè)電阻替換，然后對(duì)該電阻進(jìn)行Parameter Sweep分析，觀察阻值變化時(shí)，輸出電壓什么時(shí)候等于或接近于零。經(jīng)分析，阻值在93kΩ 時(shí)，輸出電壓接近于零，所以調(diào)節(jié)Rw1阻值為93kΩ。

圖2信號(hào)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(duì)Rw3進(jìn)行Parameter Sweep分析，當(dāng)Rw2為80kΩ時(shí)，輸出電壓4.998961V，滿(mǎn)足要求。

最后，通過(guò)Sweep Analysis對(duì)整個(gè)電路進(jìn)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(lèi)型的AD7711，具有低速高精度的特點(diǎn)，適合溫度測(cè)量慢變化的場(chǎng)合[2]。因需要采集6路溫度信號(hào)，使用8路模擬開(kāi)關(guān)CD4051，其選通開(kāi)關(guān)控制信號(hào)（A、B、C和INH）和AD7711的控制信號(hào)來(lái)自單片機(jī)?？紤]到AD7711自帶的AD參考電壓精度不高，選用了AD公司專(zhuān)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(dòng)態(tài)顯示電路，最高位顯示采集通道，后四位顯示對(duì)應(yīng)通道的溫度值，將所有段選信號(hào)并聯(lián)在一起，由7位I/O口控制，位選信號(hào)由5個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)，然后由5位I/0口控制。

1.5聲光報(bào)警電路

當(dāng)某一路溫度值超出設(shè)定的最大值，將發(fā)生聲光報(bào)警，及時(shí)提醒工作人員。只有通過(guò)下位機(jī)按鍵或上位機(jī)按鈕才能消除聲光報(bào)警。具體哪一測(cè)量點(diǎn)出現(xiàn)溫度過(guò)高，由上位機(jī)顯示。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)和LabVIEW程序設(shè)計(jì)。軟件采用模塊化設(shè)計(jì)和調(diào)試。

2.1單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)選擇AT89C52，采用C語(yǔ)言編程。單片機(jī)軟件框圖如圖5所示，上位機(jī)通過(guò)串口通信向測(cè)量前端發(fā)送開(kāi)始采樣命令，啟動(dòng)測(cè)量前端進(jìn)行溫度測(cè)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(hù)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，命令消息處理模塊還負(fù)責(zé)將對(duì)接收到得用戶(hù)命令進(jìn)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(jìn)行上電后初始化。

圖5單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)框圖

Fig.5 SCM software design diagram

2.2LabVIEW軟件設(shè)計(jì)

由于數(shù)據(jù)采集卡價(jià)格昂貴，在一些小的系統(tǒng)中，常常選用單片機(jī)作為下位機(jī)，通過(guò)RS232串口與PC機(jī)之間實(shí)時(shí)通信[3]。本設(shè)計(jì)通過(guò)LabVIEW提供的串口子VI將采集到的數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)，在LabVIEW環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵、數(shù)碼顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、存儲(chǔ)和顯示的系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)溫度檢測(cè)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(jì)傳感器的信號(hào)調(diào)理電路，單片機(jī)AT9C52作為下位機(jī)，功能簡(jiǎn)單可靠，降低硬件成本。上位機(jī)采用LabVIEW，人機(jī)界面友好，編程簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)機(jī)溫度的監(jiān)測(cè)。

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篇7

關(guān)鍵詞：Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)；變壓器；溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

作者簡(jiǎn)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(xué)院，講師。（湖南?永州?425000）

中圖分類(lèi)號(hào)：TM93?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）24-0134-02在對(duì)變電站運(yùn)行設(shè)備的監(jiān)測(cè)中，溫度是一個(gè)重要的指標(biāo)。[1-2]過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)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(wú)人值守配電變壓器，通常每年只做定期檢測(cè)一次，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)測(cè)，這樣難免會(huì)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(shí)排除而導(dǎo)致設(shè)備損壞和停電事故頻繁發(fā)生。[5-7]針對(duì)配電變壓器監(jiān)測(cè)量多、面廣和實(shí)時(shí)性的要求，提出了一種維護(hù)成本低、性?xún)r(jià)比高的變壓器溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)工作原理

基于Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的變壓器溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是通過(guò)安裝于變壓器各個(gè)部分的Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳感器將變壓器各個(gè)部分的溫度值通過(guò)Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)匯總至無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集中器，再通過(guò)串口將匯總的溫度數(shù)據(jù)包反饋至監(jiān)測(cè)中心。

在監(jiān)測(cè)中心中，首先對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)，再對(duì)數(shù)據(jù)中的異常進(jìn)行告警處理，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)變壓器的故障現(xiàn)象、異常情況、故障地點(diǎn)等的及時(shí)發(fā)現(xiàn)，最后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的Web訪(fǎng)問(wèn)，一旦變壓器出現(xiàn)異常，即以第一時(shí)間通知變電站工作人員，及時(shí)排除故障，以防止故障升級(jí)。

基于Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的變壓器溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作過(guò)程如下圖1所示。

具體地，無(wú)線(xiàn)溫度傳感器從變壓器采集溫度數(shù)據(jù)，之后通過(guò)Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o(wú)線(xiàn)溫度數(shù)據(jù)集中器；監(jiān)控中心與無(wú)線(xiàn)溫度數(shù)據(jù)集中器之間通過(guò)串口、基于Modbus通訊協(xié)議進(jìn)行通訊，監(jiān)控中心首先發(fā)出詢(xún)問(wèn)，詢(xún)問(wèn)被無(wú)線(xiàn)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(kù)存儲(chǔ)收到的溫度數(shù)據(jù)，告警處理程序通過(guò)檢索最新的數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行告警處理，一旦發(fā)現(xiàn)異常即進(jìn)行告警，同時(shí)將告警信息也進(jìn)行存儲(chǔ)入庫(kù)處理；遠(yuǎn)程WEB終端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以從遠(yuǎn)方訪(fǎng)問(wèn)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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議

變壓器溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是基于Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的，該無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是一種基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)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(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。

無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)包含了無(wú)線(xiàn)通訊協(xié)議與數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)采用基于IEEE 802.15的ZigBee協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。它使用的2.4GHz免費(fèi)波段能夠以低成本構(gòu)建無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)，[8-9]并有著較強(qiáng)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(jìn)行休眠，延長(zhǎng)傳感器的使用壽命。

簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種便宜的、低功耗的近距離無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)通訊技術(shù)。變電站中，由于溫度的測(cè)量不需要周期太短，而且由于變壓器的各個(gè)部分都需要大量傳感器測(cè)量溫度值，對(duì)于傳感器本身的價(jià)格有一定要求?；谝陨咸攸c(diǎn)，Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)正滿(mǎn)足了變壓器溫度測(cè)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(yǔ)言。通過(guò)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(gè)通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)在一Modbus網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此協(xié)議決定了每個(gè)控制器需要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。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(gè)與基礎(chǔ)通信層無(wú)關(guān)的簡(jiǎn)單協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）。特定總線(xiàn)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(wú)線(xiàn)溫度數(shù)據(jù)集中器與工控機(jī)進(jìn)行通訊，硬件上采用RS485串口總線(xiàn)，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(jī)向無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)集中器請(qǐng)求信號(hào)；上行通訊，即無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)集中器向工控機(jī)發(fā)出應(yīng)答信號(hào)。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(xiě)三個(gè)數(shù)據(jù)集中器地址，分別為01，02，03；功能碼2位，為專(zhuān)門(mén)識(shí)別代碼，為03；數(shù)據(jù)位8位，其中填寫(xiě)寄存器個(gè)數(shù)；差錯(cuò)校檢4位，按照modbus協(xié)議規(guī)約進(jìn)行校檢。以三號(hào)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(xiě)三個(gè)數(shù)據(jù)集中器地址，分別為01，02，03；功能碼2位，為專(zhuān)門(mén)識(shí)別代碼，為03；數(shù)據(jù)位“下行寄存器個(gè)數(shù)”的十六進(jìn)制表示+4*“下行寄存器個(gè)數(shù)”位，數(shù)據(jù)的順序由無(wú)線(xiàn)溫度傳感器上所給定的序號(hào)確定；差錯(cuò)校檢4+2位，按照modbus協(xié)議規(guī)約進(jìn)行校檢，最后綴以“FF”。以三號(hào)采集器的下行通訊為例，modbus通訊碼為“030324XXXX…XXXX”+校驗(yàn)碼+“FF”。

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【關(guān)健詞】無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)；單片機(jī)射頻收發(fā)器；自組織VB編程軟件；串口通信

1.引言

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線(xiàn)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(rèn)為是將對(duì)21世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。根據(jù)小型化、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和低功耗等要求，系統(tǒng)給出了一種以極低功耗MSP430F135單片機(jī)為核心，以DSl8B20數(shù)字溫度傳感器為測(cè)溫傳感器單元和以nRF24L01無(wú)線(xiàn)收發(fā)射頻芯片為傳輸單元等，所組成的無(wú)線(xiàn)極低功耗溫度測(cè)量節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。同時(shí)根據(jù)自組織協(xié)議，設(shè)計(jì)了一個(gè)多測(cè)溫節(jié)點(diǎn)和一個(gè)主節(jié)點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。本文將從極低功耗設(shè)計(jì)和無(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)組織兩個(gè)方面來(lái)分析。

2.極低功耗測(cè)溫節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的溫度數(shù)據(jù)的測(cè)量多通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)或總線(xiàn)方式傳輸?shù)絻x器內(nèi)部，再做相應(yīng)的處理。在實(shí)際工程中往往測(cè)溫點(diǎn)和溫度處理點(diǎn)的距離比較遠(yuǎn)，需要較長(zhǎng)的導(dǎo)線(xiàn)將測(cè)量信號(hào)傳到溫度處理處理點(diǎn)，這樣大大的增加了布線(xiàn)成本等。在一些要求有防爆性能的場(chǎng)合和無(wú)法布線(xiàn)的地方測(cè)量溫度等數(shù)據(jù)就存在極大的問(wèn)題。無(wú)線(xiàn)溫度傳感器正好在這些方面解決了這些問(wèn)題。

2.1 極低功耗測(cè)溫節(jié)點(diǎn)組成

極低功耗溫度測(cè)量節(jié)點(diǎn)的整體組成，如圖1所示。

2.2 極低功耗設(shè)計(jì)

低功耗設(shè)計(jì)是嵌人式系統(tǒng)的普遍要求，通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻通訊方案解決了溫度數(shù)據(jù)的無(wú)線(xiàn)采集，但是整個(gè)系統(tǒng)的功耗直接影響著傳感器的工作壽命。無(wú)線(xiàn)溫度傳感器是—個(gè)手持設(shè)備，只能使用電池作為電源，因此對(duì)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(shí)鐘下運(yùn)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(guò)開(kāi)關(guān)狀態(tài)寄存器的控制位來(lái)控制，正常工作時(shí)電流為160uA，備用時(shí)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(dāng)有外部中斷發(fā)生時(shí)喚醒進(jìn)入終端服務(wù)程序，完成后重新進(jìn)入低功耗模式，照此循環(huán)往復(fù)，可以最大的實(shí)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(dāng)監(jiān)測(cè)和接收頻率相同的載波的時(shí)候并且地址匹配的情況下才進(jìn)入接收模式，當(dāng)傳感器采集到數(shù)據(jù)需要發(fā)送的時(shí)候才喚醒nRF24L01進(jìn)入發(fā)射模式，其他情況nRF24L01進(jìn)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(shí)間。

2.3 硬件電路設(shè)計(jì)

2.3.1 MSP430F135組成的控制電路設(shè)計(jì)[2]

極低功耗測(cè)溫節(jié)點(diǎn)的微處理單元采用的是MSP430F135單片機(jī)，該單片機(jī)的特點(diǎn)如下：

MSP430系列單片機(jī)電源電壓采用1.8-3.6V低電壓，系統(tǒng)有一種活動(dòng)模式(AM)和5種低功耗模式(LPM0-LPM4)；采用目前流行的精簡(jiǎn)指令集(RISC)結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)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(kāi)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(xiě)的FLASH型存儲(chǔ)器，通過(guò)JTAG接口下載程序到FLASH內(nèi)，再在器件內(nèi)通過(guò)軟件控制程序的運(yùn)行，由JTAG接口讀取片內(nèi)信息，供設(shè)計(jì)者調(diào)試使用。

MSP430F135單片機(jī)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(dòng)模式耗電250uA/MIPS，傳統(tǒng)的MCS51單片機(jī)約為10～20 mA／MIPS，其輸入端口的漏電流最大為50 nA，遠(yuǎn)低于其他系列單片機(jī)(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(jī)的這些特征，非常適合應(yīng)用在無(wú)線(xiàn)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(jì)

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

DSl8B20是美國(guó)DALLAS公司推出的單總線(xiàn)數(shù)字測(cè)溫芯片BJ。溫度測(cè)量范圍為-55℃～-125℃。出廠時(shí)為默認(rèn)12位轉(zhuǎn)換精度，溫度數(shù)字量轉(zhuǎn)化時(shí)間是750ms；DSl8B20工作在9位、10位、1l位和12位模式時(shí)的溫度分辨力依次為0.5℃、0.25℃、0.125℃、0.0625℃；它具有獨(dú)特的單線(xiàn)接口方式，將非電模擬量溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸出僅需占用l位I/0端口，能夠直接讀取被測(cè)物體的溫度，提高了抗干擾能力和測(cè)量精度。設(shè)計(jì)中，傳感器DSl8B20輸出腳I/O直接與MSP430F135單片機(jī)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(wú)線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò)[3]

3.1 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)和主站節(jié)點(diǎn)主要由MSP430F135單片機(jī)和射頻收發(fā)器nRF24L01組成，主站節(jié)點(diǎn)與PC機(jī)通過(guò)RS232接口或USB接口相連，利用PC機(jī)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(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)主站節(jié)點(diǎn)和若干個(gè)無(wú)線(xiàn)溫度傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，文中以10個(gè)溫度傳感器節(jié)點(diǎn)為例。傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)中轉(zhuǎn)其他節(jié)點(diǎn)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(diǎn)負(fù)責(zé)發(fā)出控制命令和接收各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)回的數(shù)據(jù)，并通過(guò)RS232接口或USB接口把數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)。PC機(jī)對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(diǎn)，1-9表示隨機(jī)分布的9個(gè)無(wú)線(xiàn)溫度傳感器節(jié)點(diǎn)。0-9分別是主站節(jié)點(diǎn)和各個(gè)從站溫度傳感器節(jié)點(diǎn)的編號(hào)。

3.3 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議

3.3.1 無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)程序流程

考慮到無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)目多的原因，傳感器節(jié)點(diǎn)采用同一套程序，其流程如圖7所示。

3.3.2 無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)到主站的數(shù)據(jù)包格式

在無(wú)線(xiàn)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(zhǎng)度的關(guān)系，在該網(wǎng)絡(luò)中最多含有包括基站節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的32個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)數(shù)據(jù)包最多包括15個(gè)字節(jié)的有效數(shù)據(jù)，最多被中轉(zhuǎn)16次。當(dāng)數(shù)據(jù)包被中轉(zhuǎn)的次數(shù)為16。而且仍沒(méi)到達(dá)最終地址時(shí)，該數(shù)據(jù)包會(huì)被自動(dòng)丟棄。

3.4 MSP430F135與PC機(jī)的串行通信

3.4.1 MSP430F135串口通信軟件

4.實(shí)驗(yàn)分析

下面給出了在某實(shí)驗(yàn)中獲得的一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如表1所示。

采用無(wú)線(xiàn)溫度傳感器測(cè)量的結(jié)果與使用實(shí)際的高精度溫度計(jì)測(cè)量的溫度值基本吻合，滿(mǎn)足實(shí)際工程和實(shí)際生活的要求。

5.結(jié)束語(yǔ)

無(wú)線(xiàn)溫度傳感器以低廉的價(jià)格、高的可靠性以及無(wú)需布線(xiàn)等特點(diǎn)使得在實(shí)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(jì)解決了能耗問(wèn)題在實(shí)際工程中的瓶頸，極低功耗無(wú)線(xiàn)溫度傳感器克服了傳統(tǒng)有線(xiàn)測(cè)量方式的不足，以及無(wú)線(xiàn)傳輸帶來(lái)的功耗過(guò)高的不利，具有重要的實(shí)際意義和應(yīng)用前景。無(wú)線(xiàn)射頻傳感器通訊技術(shù)不單只應(yīng)用于溫度的測(cè)量，還可以應(yīng)用到其他物理量的測(cè)量上來(lái)，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(yuǎn)程監(jiān)測(cè)

0 引言

隨著嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越青睞開(kāi)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(shì)，人們可以通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)地、實(shí)時(shí)地、方便地獲取需要的嵌入式系統(tǒng)信息。本設(shè)計(jì)基于某一糧倉(cāng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)的需求實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，要求通過(guò)局域網(wǎng)或Internet獲取糧倉(cāng)的溫度、濕度及其他信息。溫度等信息的測(cè)量有相應(yīng)的軟件和硬件模塊，有接口和網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)連接?？紤]網(wǎng)絡(luò)功能的嵌入式系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)[1]：①監(jiān)測(cè)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(hào)、采樣及TCP/IP通信等功能，并且該監(jiān)測(cè)設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、成本低、易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)；②客戶(hù)端無(wú)需任何額外程序，通過(guò)Web瀏覽器就能對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)；③采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，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(shí)現(xiàn)方案。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 通過(guò)專(zhuān)用的嵌入式網(wǎng)關(guān)連接或者專(zhuān)用的Web服務(wù)器實(shí)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(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器的功能。通過(guò)相應(yīng)的處理，將前端傳感設(shè)備采集的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，同時(shí)確保該網(wǎng)絡(luò)信號(hào)符合TCP/IP協(xié)議，采用微處理器S3C2410與Linux進(jìn)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(shí)鐘、復(fù)位、電源電路模塊、RS232接口電路、以太網(wǎng)接口電路、存儲(chǔ)器模塊，以及JTAG接口電路等共同組成硬件電路。通過(guò)任一個(gè)局域網(wǎng)或Internet終端，用戶(hù)就能對(duì)該監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，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(diǎn)是性?xún)r(jià)比高、功耗低。系統(tǒng)帶有UARTO和UART1兩個(gè)串行接口，其中UARTI復(fù)用支持RS485和RS422接口；存儲(chǔ)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(jì)[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(jì)的重點(diǎn)。

對(duì)于嵌入式Linux操作系統(tǒng)的移植來(lái)說(shuō)，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(dǎo)程序，這是一段代碼，該代碼在處理器加電復(fù)位后首先執(zhí)行，初始化系統(tǒng)硬件，同時(shí)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(duì)硬件資源進(jìn)行管理，同時(shí)控制運(yùn)行程序、改善人機(jī)界面，以及為應(yīng)用軟件提供支持。它對(duì)嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行管理是通過(guò)處理器管理、存儲(chǔ)器管理、文件管理、設(shè)備管理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根文件系統(tǒng)包含系統(tǒng)使用的軟件和庫(kù)，以及為用戶(hù)提供支持架構(gòu)和用戶(hù)使用的應(yīng)用軟件，并作為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)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(gè)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(jìn)而具有交互性，可以利用任何程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫(xiě)CGI程序?？蛻?hù)端請(qǐng)求通過(guò)boa進(jìn)行接收，同時(shí)boa對(duì)其進(jìn)行請(qǐng)求分析、請(qǐng)求響應(yīng)，以及向客戶(hù)端返回請(qǐng)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(shí)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(chǔ)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(jì)的遠(yuǎn)程糧倉(cāng)溫濕度應(yīng)用程序在Linux嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行，即可以實(shí)現(xiàn)課題要求的遠(yuǎn)程糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)測(cè)功能。

2 其它設(shè)計(jì)

2.1 溫度傳感器 溫度傳感器采用單線(xiàn)數(shù)字溫度傳感器DSl8B20。DS18B20是DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的新一代適配微處理器的單線(xiàn)智能溫度傳感器，是世界上第一片支持“one-Wire”總線(xiàn)接口的溫度傳感器，從DSl8B20讀出信息或向DSl8B20寫(xiě)入信息僅需要一根口線(xiàn)（單線(xiàn)接口）。在其內(nèi)部使用了在板（ON-BOARD）專(zhuān)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(cè)溫范圍較廣，為-55～+125℃，固有測(cè)溫分辨率為0.5℃。溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線(xiàn)，總線(xiàn)本身即可以向所接的DSl8820供電，而無(wú)需額外電源。在對(duì)傳感器數(shù)據(jù)采集的軟件編程中，采用單線(xiàn)總線(xiàn)協(xié)議。通過(guò)單線(xiàn)總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)DSl8B20的協(xié)議包括：初始化DSl8B20、ROM操作命令、存儲(chǔ)器操作命令和讀數(shù)據(jù)/處理數(shù)據(jù)等。

DSl8B20集溫度測(cè)量、A/D轉(zhuǎn)換于一體，可根據(jù)實(shí)際要求通過(guò)簡(jiǎn)單的編程實(shí)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(yuǎn)等特點(diǎn)。注意，DSl8820與微處理器連接時(shí)應(yīng)加入一個(gè)阻值為5.1kΩ的上拉電阻。

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

Base5，10Base2，10BaseT）標(biāo)準(zhǔn)。該芯片使用靈活，并且能夠根據(jù)需要進(jìn)而動(dòng)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(guò)設(shè)置內(nèi)部寄存器進(jìn)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(shí)，收到主機(jī)送來(lái)的數(shù)據(jù)報(bào)后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路進(jìn)行偵聽(tīng)。如果線(xiàn)路忙，就等到線(xiàn)路空閑為止；否則，立即發(fā)送該數(shù)據(jù)幀。發(fā)送過(guò)程中，首先，它添加包括先導(dǎo)字段和幀開(kāi)始標(biāo)志的以太網(wǎng)幀頭，然后，生成CRC校驗(yàn)碼，最后，將數(shù)據(jù)幀發(fā)送到以太網(wǎng)上。接收時(shí)，它將從以太網(wǎng)收到的數(shù)據(jù)幀在經(jīng)過(guò)解碼、去掉幀頭和地址檢驗(yàn)等步驟后緩存在片內(nèi)。CS8900A接口如圖2所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

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(yuǎn)程糧倉(cāng)溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)相應(yīng)的軟硬件設(shè)計(jì)和嵌入式Linux操作系統(tǒng)的移植進(jìn)行研究。嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：成本低、具有可移植性、安裝方便、使用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上便于后期維護(hù)和升級(jí)。嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中嵌入式Web Server的應(yīng)用，為嵌入式遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)提供了更大的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

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基金項(xiàng)目：

篇10

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TP312 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(jì)一款溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)境的溫濕度，控制抽濕機(jī)和溫控設(shè)備有效的進(jìn)行工作，保護(hù)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(shí)意義。本課題設(shè)計(jì)的溫濕度記錄儀不但可以檢測(cè)溫濕度信號(hào)，還能記錄其變化趨勢(shì)，可以輸出溫濕度的日均值和小時(shí)均值。具有更準(zhǔn)確地?cái)?shù)據(jù)記錄、更方便的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、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(cè)的準(zhǔn)確性和數(shù)據(jù)的有效性，本設(shè)計(jì)溫濕度傳感器選用I2C總線(xiàn)接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式傳感器SHT15[1]，數(shù)據(jù)記錄選用電擦寫(xiě)式只讀存儲(chǔ)器24LC512，為了提高環(huán)境監(jiān)測(cè)的穩(wěn)定性和精密性，系統(tǒng)還選用了低功耗單片機(jī)MPS430F2252作為中央處理單元[2]。系統(tǒng)通過(guò)溫濕度傳感探頭檢測(cè)溫濕度數(shù)據(jù)后，送至中央處理單元，處理結(jié)果實(shí)時(shí)地通過(guò)液晶屏顯示出來(lái)，并通過(guò)24LC512數(shù)據(jù)記錄單元存儲(chǔ)下來(lái)，還可通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定相應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄間隔和報(bào)警范圍。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 溫濕度檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

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(hào)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(zhǔn)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(guò)標(biāo)定的相對(duì)濕度和溫度的數(shù)字信號(hào)。濕度測(cè)量范圍0～100%RH ，溫度測(cè)量范圍-40℃～123.8℃。工作電壓在 2.4V～5.5V范圍，測(cè)量狀態(tài)下功耗約3mW。

⑴ 電路設(shè)計(jì)

溫濕度傳感器SHT15通過(guò)串行時(shí)鐘（SCK）輸入接口和串行數(shù)據(jù)（DATA）輸出接口與單片機(jī)相連。DATA三態(tài)門(mén)用于數(shù)據(jù)的讀取。電源引腳（VDD，GND）之間需增加一個(gè)100nF的電容，主要目的是去耦濾波。為保證在時(shí)鐘下降沿?cái)?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(gè)10k的上拉電阻。具體電路見(jiàn)圖2所示。SHT15通過(guò)后，要等待11ms以越過(guò)“休眠”狀態(tài)[3-4]。

⑵ 溫濕度傳感器SHT15的使用

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

單片機(jī)一組測(cè)量命令（‘00000101’表示相對(duì)濕度RH，‘00000011’表示溫度T）后，控制器要等待測(cè)量結(jié)束。這個(gè)過(guò)程大約需要320ms，14bit 測(cè)量。確切的時(shí)間隨內(nèi)部晶振速度，可能有-30%的變化。SHT15 通過(guò)下拉DATA 至低電平并進(jìn)入空閑模式，表示測(cè)量的結(jié)束?？刂破髟俅斡|發(fā)SCK 時(shí)鐘前，必須等待這個(gè)“數(shù)據(jù)備妥”信號(hào)來(lái)讀出數(shù)據(jù)。檢測(cè)數(shù)據(jù)可以先存儲(chǔ)，這樣控制器可以繼續(xù)執(zhí)行其他任務(wù)，在需要時(shí)再讀出數(shù)據(jù)[5]。

1.3 數(shù)據(jù)記錄單元電路設(shè)計(jì)

為方便數(shù)據(jù)的記錄及查詢(xún)，設(shè)計(jì)中采用24lc512作為存儲(chǔ)單元。該芯片由美國(guó)微芯科技公司生產(chǎn)的電擦寫(xiě)式只讀存儲(chǔ)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(chǔ)器塊進(jìn)行組合。允許工作電壓2.5-5.5V，待機(jī)電流和工作電流分別為1μA和1mA，具有頁(yè)寫(xiě)入能力。功能性地址線(xiàn)允許連接到同一條總線(xiàn)上的器件數(shù)目最多可達(dá)8個(gè)，具體電路如圖3所示，本設(shè)計(jì)中使用了4個(gè)24lc512。

A0、A1和A2引腳用于多器件工作，當(dāng)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(kāi)路。因此，SDA總線(xiàn)要求在該引腳與VCC之間接入10k的上拉電阻。對(duì)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(shí)鐘SCL引腳用于數(shù)據(jù)傳輸同步。寫(xiě)保護(hù)（WP）引腳必須連接到VSS或者VCC。如果連接到VSS，能寫(xiě)操作。如果連接到VCC，則禁止寫(xiě)操作，但讀操作不受影響。具體電路見(jiàn)圖3。

1.4 電源電路

為實(shí)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(xiàn)性穩(wěn)壓器，在輸入輸出電壓差低至400mV時(shí)都可提供250mA（Vin=4.0V、Vout=3.0V時(shí)）的負(fù)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(shí)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(jiàn)圖4所示。

應(yīng)用電路簡(jiǎn)單，只需輸入輸出兩個(gè)電容和負(fù)載即可工作。芯片內(nèi)部包括電壓基準(zhǔn)源電路，過(guò)流保護(hù)，誤差放大器，功率管及其驅(qū)動(dòng)電路等模塊組成。其中過(guò)流保護(hù)能夠在應(yīng)用電路的負(fù)載電流大于250mA時(shí)，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(dá)到±2%，同時(shí)由于參考電壓經(jīng)過(guò)精心的溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)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(jì)

本設(shè)計(jì)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(hào)微控制器，此微控制權(quán)具有兩個(gè)內(nèi)置 16 位定時(shí)器、一個(gè)通用串行通信接口，具有集成基準(zhǔn)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(chǔ)，P6.4，P6.5 用于溫濕度測(cè)量。TXD，RXD分別作為輸入端、USB串口電路。JTAG端口為在線(xiàn)編程接口。具體電路如圖5所示。

2 軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)軟件編程主要分為以下幾部分：溫濕度傳感器SHT15測(cè)量程序、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片24lc512讀寫(xiě)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(yǔ)言編寫(xiě)，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(chǔ)器部分代碼

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

//-0x14為了不跨頁(yè)

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(yǔ)

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(jìn)行溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)具有精度高、成本低、體積小、接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。該芯片在溫濕度監(jiān)測(cè)、自動(dòng)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(chǔ)容量大，性能穩(wěn)定便于操作。本文設(shè)計(jì)的便攜式數(shù)顯溫濕度檢測(cè)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(jì)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，即數(shù)字式顯示，方便讀出數(shù)值；保存溫度濕度值，通過(guò)輸出變化曲線(xiàn)，可以掌握環(huán)境溫濕度的變化趨勢(shì)，從而可以做出相對(duì)性的措施進(jìn)行環(huán)境的改良。系統(tǒng)電路簡(jiǎn)單，留有擴(kuò)展接口，便于系統(tǒng)的升級(jí)和改良[4-6]。

參考文獻(xiàn)：

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