环境温度监测报警系统

2024-05-31

环境温度监测报警系统（精选十篇）

环境温度监测报警系统篇1

关键词：无线传感器网络技术,温度数据采集,环境监测系统

随着生活水平的提高, 人们对环境舒适度的要求也越来越高, 无论是办公室还是住宅, 适宜的温度都是重要的[1]。随着无线传感器网络技术的日益成熟, 采用无线传感器网络构造环境温度监测系统已成为可能[2]。无线传感器网络[3,4]综合了传感器、无线通信、微电子、网络等技术, 其是由大量微型传感器节点通过无线通信方式构成自组织网络系统, 通过内置的传感器节点能感知监测区域内的各种信息[5], 如:温度、湿度、光照等。短距离、低功耗的无线通信方式是无线传感器网络通信的特点之一, 其应用前景广泛, 可用于军事、环境监测、智能交通、智能家居等领域[6]。本文设计了一种基于无线传感器网络技术的环境温度监测系统, 实现了节点间数据的无线传输, 以及环境温度参数的实时采集。该系统能快速准确地监测室内温度, 并具有可靠性、准确性、实时性等优点, 同时还有效克服了传统有线数据采集温度的诸多缺点。

1 环境监测系统设计

1.1 系统整体设计

本文采用无线传感器网络进行温度监测, 介绍了基于Tiny OS操作系统的无线传感器网络温度监测网的组建方案。该系统由终端节点、路由节点和基站节点组成, 各节点以自组织的方式构成网络, 且节点之间通过无线传感器网络技术通信。各终端节点连接温度传感器定时采集环境温度参数, 并通过无线传感网络发送数据;路由节点接收终端节点发送的数据并进行处理, 然后再发送数据包;基站节点接收到数据包后发送至上位机并展示给用户。环境监测系统拓扑结构[7]如图1所示。

1.2 硬件设备

系统采用美国加州大学克尔斯博 (Crossbow) 公司生产的整套设备, 型号为IRIS-XM2110节点、MIB520编程接口板和MTS310传感器板。硬件节点开发板如图2所示。IRIS节点支持多种传感器板或数据采集板, 传感器板包含的传感器有:温度、湿度、光照、声音、压力等, 并具有标准的52针扩展接口, 用于节点连接;IRIS节点工作在2.4 GHz上, 是全球兼容的ISM波段;支持IEEE 802.15.4/Zig Bee协议射频发送器;数据传输速率为250 kbit·s-1。MIB520编程接口板可用于IRIS节点和Mica系列节点的编程;通信采用USB接口;波特率为576 kbit·s-1;用于下载程序的Mote接口;标准的52针扩展序列。MTS310传感器板包含光、温度、声音传感器、蜂鸣器、双轴加速度计和双轴磁强计。数据采集板具有灵活的外部接口, 利用外部接口可扩展传感器类型, 增加节点的功能。

1.3 软件设计

本系统节点的软件平台是基于Tiny OS操作系统[8], Tiny OS不同于传统意义上的操作系统, 其更像是一个编程架构, 在此架构下使用一组必要的组件, 就可编译出一个面向特定应用的系统。Tiny OS操作系统以及相关的应用程序均采用nes C语言开发。传感器节点软件的作用是定时采集感知对象的数据, 并根据特定的协议传输数据[9,10]。

(1) 应用软件开发过程描述。Tiny OS应用程序开发是利用文本编辑器编辑源代码文件。首先在MoteWorks/apps/目录下建立一个新文件夹, 然后在此文件夹内建立至少5个文件:1) Makefile文件 (定制运行环境) 。2) Makefile.Component (描述顶层应用组件和所使用的传感器板) 。3) App C.nc文件 (顶层配置文件) 。4) *C.nc文件 (功能模块) 。5) .h文件 (头文件, 定义数据结构) 。

(2) 终端节点。用于采集室内环境温度参数。系统利用3个终端节点, 首先分别给每个节点进行编号, 可便于监测到终端节点所广播的数据, 终端节点发送消息通过组件Generic Comm来实现。具体实现过程:终端节点上电后, 首先对串口、定时器、传感模块等进行初使化, 然后扫描网络并申请入网, 成功加入网络后根据定时器控制的时间间隔采集环境参数, 并广播采集的数据。为节省电能, 在广播数据时传感器进入休眠状态, 当广播结束后再次启动传感器开始采集环境参数。传感器节点采集温度参数流程如图3所示。

(3) 路由节点。用于接收终端节点广播的数据并对数据进行处理, 然后再向基站节点传输。因数据采集一般是对传感器输出的端电压进行采样, 所以要根据电压值与实际的物理计量单位之间的关系由式 (1) 进行换算, 最终转换成摄氏温度值。具体实现过程:节点上电初始化后, 申请加入网络, 在成功加入网络后, 首先路由节点申请3个缓存区用来存放终端节点的温度值, 当接收到数据时, 根据预先设定的节点编号判断数据来自哪一节点, 再分别将各节点采集的端电压值转换成摄氏温度值, 并存入对应的缓存, 而定时器到时发送温度数据包至基站。

式 (1) 中, 端电压值x与开氏温度y之间的换算关系, 其中a=0.001 307 05;b=0.000 214 381;c=0.000 000 093。

(4) 基站节点。负责接收终端节点和路由节点发送的数据, 并将所接收的数据上传至上位机, 同时, 通过XServe在XSniffer监控软件的界面进行显示。具体实现过程:基站节点上电后, 首先对各设备进行初使化, 打开串口与计算机连接, 等待其他节点加入, 并建立网络, 然后接收数据, 其接收到的数据包括终端节点的编号和位置信息, 路由节点的编号和各终端节点的温度值。基站节点程序流程如图5所示。

考虑到各节点发送的数据有可能发生冲突, 通过在每个节点上添加一个定时器, 且各节点设置定时器的时间间隔不能存在倍数关系, 从而避免信号发送冲突。通常每个节点都有自己的定义, 若没有正确定义, 将无法接收来自其他节点所发送的数据。1) 终端节点的发送数据结构必须与路由节点的接收数据结构相对应。2) 消息收发接口必须一致。

程序编写完成后, 首先对程序通过“make iris”命令编译, 然后将节点通过mib520与电脑连接, 再用“make iris reinstall, <m>mib520, com<n>”命令将程序分别下载至各对应节点上, 其中, m是节点编号, n是下载程序端口。

2 系统测试及分析

实验环境为10×15的实验室, 整个系统设计完成后, 将各节点布置在实验室内, 并对实验室的温度进行监测来检测系统的性能。在实验室内放置5个IRIS节点, 其中3个终端节点分别布置在实验室内不同位置, 1个路由节点接收3个终端节点发送的数据, 经处理后再进行转发, 1个基站节点和电脑相连, 负责将收到的数据上传至上位机并在XSniffer界面显示, 如图6所示。

图6中第1列是节点编号, 对于1、2、3号节点, 2、3列是节点的坐标, 对于5号路由节点后面几列显示的分别的1、2、3号节点对应的温度值。

在实验内随机布置终端节点, 多次测量, 并进行长时间的观察, 发现温度值变化较小。将节点放置在暖气上, 温度值迅速上升, 这说明系统具有良好的稳定性。表1是在某一时刻实际温度与测量温度的关系, 由测量结果可看出, 各节点的实际温度值与测量温度值差距较小, 最大误差为1.5, 与实际值基本相符, 能达到数据采集精度需求, 且各节点的温度值也能反应出周围环境设备对温度的影响。实验结果表明, 该系统具有采集环境温度参数的功能且误差较小。

3 结束语

经实验测试, 系统具有良好的稳定性和测量准确性。同时, 该系统还具有较好的扩展性, 通过增加相关功能模块, 即可方便实现其他监测功能。由于无线传感器网络的特点, 其将广泛应用于监测领域, 并为人类带来较大的经济效益, 但因传感器节点的能量供应问题, 这也将会给研究者带来挑战。

参考文献

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[5]孙利民, 李建中, 陈渝, 等.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社, 2005.

[6]蒋承延, 吴思远, 陈伟.基于无线传感器网络的智能家居系统[J].微计算机信息, 2007, 23 (13) :199-201.

[7]王汝传, 孙力娟.无线传感器网络技术及其应用[M].北京:人民邮电出版社, 2011

[8]WEMER A, JOHNSON J, RUIZ M.Monitoring vocanic eruptions with a wireless sensor network[C].Proceeding European Workshop on Sensor Networks (EWSN’05) , 2005.

[9]万磊, 章勇, 李剑.基于ZigBee无线传感器网络的智能家居设计[J].电子科技, 2012, 25 (2) :116-119.

无线湿温度监测系统的设计开题报告篇2

关键词：无线通信;湿温度监测;单片机;串口通信;VC

1 引言

随着经济发展，各行各业需要监测湿温度的场合越来越多。现有的湿温度监测系统多是采用有线传输，不仅要敷设大量的电缆，而且电源线，控制线，信号线混在一起，可能会出现相互之间的干扰。尤其是当监测点过多时，布线复杂，有线传输的问题会更严重。因此需要建立一套稳定可靠，管理科学，高效率的湿温度监测系统。本文介绍的无线湿温度监测系统，改进和克服了有线的上述缺点。改变温湿度测量点位置和增加或减少测量点数目都非常方便。

2 方案设计

2.1 系统框图

整个系统可由多个无线传感器节点和一个中心节点组成。其中，无线传感器节点分布在需要测量的现场,由湿度传感器和温度传感器完成对周围环境湿温度数据采集，送至单片机进行处理并在液晶模块显示，然后通过无线发射模块将数据发送出去。监测中心节点负责接收传感器节点的数据，由单片机处理后通过RS-232 串口传至PC 端，进行图像的绘制，数据的处理和储存。当湿温度超过预设阀值时，中心节点处蜂鸣器进行报警提示。

2.2 技术指标

温度测试范围：-55- +125 ℃ 测试精度：0.5 ℃湿度测试范围：10%-100%RH 测试精度：1%RH无线传输范围：开阔地80m 左右。

3 系统组成模块

3.1 无线发射接收模块

系统通过无线收发模块传输现场采集的数据，系统所处环境较恶劣，对数据传输的可靠性要求较高。综合考虑以上因素，采用以nRF2401AG 为核心芯片的无线数传模块。nRF2401AG 是单片无线收发一体的芯片。模块工作电压为2.7~3.6V，内置天线;采用全球开放2.4GHz ISM 频段，免许可证使用;采用高效GMSK 调制最高传输速率达到1Mbit/s，抗干扰能力强;有125 个频道，可满足多频及跳频需要;内置硬件CRC 检错，支持点对多点通信地址控制。

模块可以通过软件设置地址，只有收到本机地址时才会输出数据，可直接连接各种MCU，软件编程非常方便。nRF2401AG 可通过软件设置40 bit 的地址，适合点对多点的数据传输;CRC 纠检错硬件电路和协议，提高了系统的可靠性，且不再需要用软件对传输数据进行差错控制编码，简化了软件编程。PTR4000PA 是PTR4000 的功率加强型产品，传输距离更远(开阔地约300-400m，室内约 50-100m)。nRF2401AG 最突出的特点是具有一种ShockBurstTM Mode(突发模式)的通信模式。ShockBurst Mode 使用芯片内部的先入先出堆栈区，数据可以从低速微控制器送入，高速(1 Mb/s)发射出去，字头和校验码由硬件自动添加和去除。其优点是功耗低，抗干扰能力强。

3.2 温度测量模块

温度传感器采用采用 Dallas 公司的单总线数字温度传感器 DS18B20，芯片内部集成了温度传感器和模数转换器。其测温范围为-55-+125℃，测量的温度值可编程为9、10、11 和12 位数字表示，相应温度分辨力分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃ 和 0.0625℃。用户可设定温度超标报警的上、下限值。

DS18B20 为一线通信接口，必须先完成ROM 设定，否则记忆和控制功能将无法使用。主要首先提供以下命令之一：1)读ROM，2)ROM匹配，3)搜索ROM，4)跳过ROM，5)报警检查。这些指令操作作用在没有一个器件的64 位光刻ROM 序列号，可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件，同时总线也可以知道总线上挂有多少，什么样的设备。

3.3 湿度测量模块

湿度传感器采用HS1101。HS1101 是HUMIREL 公司生产的变容式相对湿度传感器，采用独特的工艺设计。

HS1101 测量湿度采用将HS1101 置于555 振荡电路中，将电容值的变化砖换成电压频率信号，可以直接被微处理器采集。

555 芯片外接电阻R57，R58 与HS1101，构成对HS1101 的充电回路。7 端通过芯片内部的晶体管对地短路实现对HS1101 的放电回路，并将引脚2，6 端相连引入到片内比较器，构成一个多谐波振荡器，其中，R57 相对于R58 必须非常的小，但决不能低于一个最小值。R51 是防止短路的保护电阻。

HS1101 作为一个变化的电容器，连接2 和6 引脚。引脚作为R57 的短路引脚。HS1101 的等效电容通过R57 和R58 充电达到上限电压(近似于0.67 VCC，时间记为T1)，这时555 的引脚3 由高电平变为低电平，然后通过R58 开始放电，由于R57 被7 引脚内部短路接地，所以只放电到触发界线(近似于0.33 VCC，时间记为T2)，这时555 芯片的引脚3 变为高电平。通过不同的两个电阻R19， R20进行传感器的不停充放电，产生方波输出。

由此可以看出，空气相对湿度与555 芯片输出频率存在一定线性关系。给出典型频率湿度关系(参考点：25℃，相对湿度：55%，输出频率：6.208k Hz)。可以通过微处理器采集555 芯片的频率，然后查表即可得出相对湿度值。为了更好提高测量精度，也可采用下位机负责采集频率，将频率值送入上位机进行分段处理的方法。

4 PC 机与数据处理

环境温度监测报警系统篇3

关键词蔬菜大棚；无线温度传感器；GSM；CC1110;CSMA/CD

中图分类号TP277 文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)081-0178-02

0引言

对于蔬菜大棚来说，棚内蔬菜的生长与温度息息相关，温度太低，蔬菜就会被冻死或则停止生长，温度过高同样也会影响蔬菜的生长发育和产量，所以蔬菜大棚温度掌控至关重要。目前我国北方大部分农村地区有很多的蔬菜大棚规模种植区，这种农村种植区域一般都是以农户为单位组成的，每家农户一般有一个或多个蔬菜大棚，主要是通过在蔬菜大棚里安放水银温度计，靠人工观测温度，然后通过手动打开和关闭通风口調节棚内温度。虽然目前市场上有很多的蔬菜大棚温度控制系统，此类系统结构复杂，一般采用具有大功率的电加热装置或其他投资较大的设备。因此这类系统的安装和使用成本很高，一般的农户承担不起，故而极少使用。蔬菜大棚大都在村外的农田远离居住地，种植户由于某些原因不能实时在现场观测温度，致使棚里温度发生异常，没有来得及处理造成损失的情况经常发生。因此为了使农户在投资很小的情况下解决这一问题，本文采用无线单片机CC1110，利用现有的GSM网络，设计出了一套组网简单、安装使用成本极低的蔬菜大棚温度自动监测报警系统。

1系统总体方案设计

图1系统原理框图

系统的设计遵循两个主要原则：第一，系统成本要低，不会给农户造成负担；第二，安装使用简单，普通农户都能使用。因此系统设计由两个部分组成，即：无线温度传感器和中心管理基站（以下简称中心站）。无线温度传感器的功能是采集棚内温度，并把温度信息上传至中心站。无线温度传感器可以通过软件设置其自身编号，所属大棚的编号、所属中心站编号、无线工作频率以及无线发射功率。中心站的功能是接收无线温度传感器上传的温度数据并处理，定时把温度信息以GSM短消息的形式分别发送到对应农户手机中，若有温度异常则立即发送短信报警。中心站可以通过软件设置其自身编号，大棚编号对应农户手机号码、无线工作频率、报警温度。只要无线温度传感器所属中心站的编号和该中心站编号相同，该无线温度传感器的信息就会被中心站接收并处理，但无线温度传感器还要根据实际情况设置自身编号，及其所属大棚编号，以便中心站分类处理。不同大棚编号可以同时对应一个手机号码，也就是属于同一农户所有，这样多个用户可以共用一个中心站，进一步降低每户的使用成本。为了便于用户安装使用，无线温度传感器采用电池供电，并且具有电量监测功能，当电池电量低于设定值时可以短信通知农户，及时更换电池。中心站数据处理量大且任务较为繁重，故整体功耗较大，所以采用外接电源适配器供电。

系统的工作原理是：无线温度传感器根据需要分散安装在大棚内部，按照设定的时间间隔采集棚内的温度数据，并把温度数据通过无线方式上传至数据采集基站。基站根据约定协议对数据进行分类处理，定时把各农户大棚内的温度数据通过GSM网络以短信的形式分别发送至对应农户的手机中。若大棚内温度超过或低于设定温度，中心站则立即向农户手机发送温度数据进行报警，及时通知农户进行处理。

2系统硬件设计

CC1110是一种低成本的无线SOC，是专门为低功耗无线应用而设计的。该芯片包含了一个高性能和低功耗的8051微控制器；具有4KB的片内RAM；一个可工作315/433/868/915MHz的ISM（工业、科学、医学）和SDR（短距离设备）频率波段的RF无线收发机；在ISM频段可自由地设置为300~348MHz、391~464MHz、728~928MHz；硬件支持CSMA/CD；在休眠模式下，耗电仅0.5μA，外部中断和RTC能唤醒系统，在待机模式下电流低于0.3μA，外部中断能唤醒系统；2.0~3.6V的宽工作电压范围；具有电池监测功能；较少的外围电路。以上特点使其非常适合本应用。

无线温度传感器主要由无线单片机CC1110和温度传感芯片TC77构成，原理框图见图2。TC77是SPI串行接口的温度传感器，温度可以精确到±1℃，工作电流仅250μA，待机电流仅0.1μA，因此很适合电池供电的应用场合。TC77通过SPI接口与CC1110 连接，一个普通的SPI读数据程序，一次就可把温度数据全部读出来。

图2无线温度传感器原理框图

中心站由无线单片机CC1110和ZWG-01DP嵌入式GSM短信模块构成，该模块可以通过UART异步串口与CC1110连接，中心站原理框图如图3所示。

图3中心站原理框图

3系统软件设计

3.1无线数据通讯协议

无线模块的工作频率可以采用软件设置，可以根据实际需要为每个中心站及该中心站管理的无线温度传感器所组成的系统，设置在不同的频率工作。这样就可以采用频分复用方式，在一个区域容纳更多的温度监测系统。系统的无线通信波特率为9600bps，发射功率可通过软件设定，无线温度传感器发送数据帧格式见表1。数据帧第一个字节中心站ID 表示该无线温度传感器属于哪个中心站管理，只有ID号相同的中心站才会接收并处理该信息。第二字节是无线温度传感器所在大棚的编号，第三字节为温度传感器自身编号，以区别在同一个大棚被的传感器。温度高低字节为无线传感器采集的温度数据，其中温度高字节最高位bit7为“1”时，表示无线传感器电池的电压已低于警戒电压，通知用户及时更换电池。CRC8用于中心站检测接收到的数据帧是否正确，对则处理，错则丢弃。中心站ID、所属大棚编号、无线温度传感器ID、无线发射频率、无线发射功率可以用专门设置软件，通过电脑异步串行口（COM口）连接无线温度传感器预留的设置端口进行参数设置。无线温度传感器上的单片机将以上设置的信息存放在自身的EEPROM内。

3.2无线温度传感器软件设计

无线温度传感器软件设计时主要考虑两点：第一，要把功耗做到最低，延长电池使用寿命；第二，根据实际需要每个中心站要能同时管理最多256个无线温度传感器，因此在这种多点对单点无线通信系统中，要避免多个无线温度传感器同时发送数据时产生的相互干扰，即防止数据碰撞。本系统为解决这两个问题在软件设计时采用的方法是：利用无线单片机CC1110硬件支持CSMA/CD的功能解决数据碰撞问题，高低速时钟切换和工作模式与睡眠模式切换方式解决功耗问题。CSMA/CD即载波监听多路访问/冲突检测方法，是一种分布式介质访问控制协议。系统内的每个无线温度传感器在向中心站发送数据帧前都要进行载波监听，只有没有检测到载波存在，也就是没有其他无线温度传感器正在发送数据时，才能开始数据发送。如果监测到载波，则延时一个随机时间再重新监测载波，发送数据。发射时间间隔选择不能太短，太短功耗就会增加，也不能太长，太长系统实时性就会降低。根据本系统的特点，采用基本时间间隔为10s，延时时间单位0.02s，Timer1工作计数器模式，计数频率设为1/0.02=50Hz。通过程序生成0~1023范围内的随机数X，然后取X+10/0.02S,即：X+500。即Timer1计数到X+500时产生中断，设置完Timer1参数后，关闭所有不相关外设，入睡眠模式。只有Timer1在32.168KHz的频率下工作。Timer1计数完X+500脉冲后产生中断，唤醒单片机进入工作模式开始新一轮的数据传输。无线传感器参数设置采用上电检测设置开关状态，如果是高电平则进入参数设置状态，否则进入正常工作状态，程序主流程图见图4。

3.3中心站软件设计

中心站的主要任务是实时接收数据和处理数据，以及利用GSM网络向指定用户手机以短信的形式发送信息。中心站采用中断的方式接收数据，该中断的优先级设为最高，串行口中断服务程序只需将接收到的数据存放于接收数据缓冲区，并修改数据指针，不对数据进行处理。数据處理在主循环中执行，处理完的温度数据以大棚编号和棚内编号2维的形式分别存放存储器中。大棚编号也要与农户手机号码，形成一一对应关系。中心站参数的设置，同样采用上电检测设置开关状态，如果是高电平则进入参数设置状态，否则进入正常工作状态。

4结束语

本文提出了采用CC1110和基于GSM短消息的蔬菜大棚温度自动监测报警系统的设计方法。系统投资少、安装灵活、使用简单、运行成本低，非常适合广大农村以农户为单位的蔬菜大棚规模种植区使用。同时也可应用于其他一些需要进行远程分布式、多点温度自动监测报警的场合。

参考文献

[1]张玉峰,基于单片机的蔬菜大棚温度控系统制设计[J],农机化研究,2010(3):150-153.

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[6]李文仲,段朝玉,等.CC1110/CC2510无线单片机和无线自组织网络入门与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008,203,210.

作者简介

张瑞娟（1981—），女，汉族，山东省聊城人，工学硕士，淮阴师范学院信息与计算科学系，讲师，主要从事信号信息处理方向的研究工作。

环境温度监测报警系统篇4

本文根据远程温度监测的需要, 提出了一种基于GPRS的环境温度监测系统, 采用单片机作为核心控制器件对数据进行采集, 利用GPRS DTU无线通信模块远程无线数据传输, 控制中心服务器接收GPRS传输过来的数据, 客户端计算机利用监测软件实现温度数据的显示、查询。

1 监测系统总体结构

监测系统由数据采集终端和控制中心两部分构成。数据采集终端负责温度数据的采集, 通过GPRS模块发送数据到控制中心服务器, 客户端计算机通过软件分析处理, 实现采集数据的实时显示、曲线显示、数据存储等功能。系统整体结构如图1所示。

采集终端由温度传感器和单片机构成, 温度传感器采集温度, 由单片机对温度数据进行处理并通过RS232串口发送至GPRS模块, GPRS模块将数据无线传输到控制中心服务器上, 客户端计算机通过Internet利用监测软件对数据进行显示, 处理和保存。

2 系统采集终端硬件设计

数据采集终端的硬件组成以51系列单片机为核心, 包括一个数字温度传感器DS18B20, 电源模块, 串口模块, GPRS DTU通信模块PTD5000等。51系列单片机由I/O口采集数字温度传感器DS18B20的信号, 经分析处理, 再通过RS-232串口将温度数据发送给PTD5000无线模块由其通过GPRS网络发送至监控中心服务器。硬件结构框图如图2所示。

2.1 电源模块

由于温度传感器DS18B20供电电压为5 V, 5 1系列单片机和G P R S无线模块PTD5000的工作电压都为5V, 因此本系统只需要通过变压器与市电连接提供电源, 具体电路图如图3所示。

2.2 温度传感器

温度传感器采用美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18B20, DS18B20采用导热性高的密封胶灌封, 保证了温度传感器的高灵敏性, 极小的温度延迟。该温度传感器支持“一线总线”接口 (1-Wire) , 测量温度范围为-55°C～+125°C, 在-10°C～+85°C范围内, 精度为±0.5°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输, 大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量。

2.3 GPRS无线传输模块

本系统采用的PTD5000 GPRS DTU无线数据传输终端是广州市谱泰通信科技有限公司开发的GPRS/CDMA系列产品之一, 它是即插即用, 实现RS232/485与TCP/UDP协议透明转换的专用产品, 主要满足客户对无线数据业务的需求, 为远程数据通讯提供无线接口。用户只需设置一些参数就可以实现将嵌入式系统直接与Internet相连, 实现网络的互连互通。极大地简化了用户开发过程, 使得远程终端与服务器之间的通讯就像普通串口设备通讯一样简单。

3 系统软件设计

系统软件由采集终端软件和控制中心客户端软件两部分组成, 采集终端软件采用C语言编写, 写入单片机对温度进行采集和处理后由GPRS模块进行发送。控制中心软件实现采集数据的实时显示、曲线显示、数据存储等功能。

3.1 数据采集终端软件设计

终端通过RS-232串口与PTD5000GPRS DTU模块连接, 用AT指令对GPRS模块初始化和控制。通信链路的建立与解除均由控制中心发出的信息数据帧来控制。终端将采集到的数据放在缓存中, 如需要传输时先进行PPP拨号建立连接, 使用可扩展的链路控制协议 (LCP) 来建立、配置和测试数据, 用网络控制协议簇 (NCP) 来建立和配置不同的网络层协议。连接建立后程序将数据进行TCP/IP打包, 将TCP/IP数据包通过GPRS模块发送给控制中心, 按照一定的规则将数据包中的数据提取出来, 建立数据库, 终端软件流程见图4所示。

3.2 控制中心监测软件设计

监测软件采用基于客户机/服务器 (C/S) 结构模式, 用户端通过INTERNET网络访问服务器, 以Visual Basic为开发语言、SQL Server为数据库环境。软件功能模块包括系统自检、用户管理、数据读取显示、报警参数设置、历史数据分析等模块, 其结构如图5所示。

4 结语

本系统采用单片机为采集终端的控制器, DS18B20数字温度传感器采集温度, 通过GPRS把采集到的数据传到远程控制中心服务器, 控制中心客户端计算机通过监测软件实现数据的实时显示、查询和存储。系统稳定性较好, 测量数据准确, 能够广泛应用于各种环境温度的监测。

摘要：本文根据远程温度监测的需要, 提出了基于GPRS的环境温度监测系统的设计方案。采集器以单片机作为核心控制器件, 通过DS18B20数字温度传感器采集环境温度数据, 后经由GPRS无线传输模块将采集的数据传输到服务器, 监控中心计算机通过监测软件对数据实时显示和存储。

关键词：温度监测,数字温度传感器,GPRS,DTU

参考文献

[1]马增强.基于GPRS的数据采集系统的研究[J].微计算机信息, 2005 (24) .

[2]叶岑明, 姚伯威.粮库多点温度监测系统设计和实现[J].中国测试技术, 2005 (5) :63～64.

环境应急监测系统现状与思考篇5

环境应急监测系统现状与思考

摘要：简要介绍了环境监测部门应急监测系统建设的.情况,在社会经济快速发展的今天,经济发展的需求与环境保护工作之间的矛盾日益突出,突发环境问题层出不穷,在这种新形势下,如何提升应急监测水平,有效应对突发污染事故,针对以上问题提出建议.作者：王金辉 WANG Jin-hui 作者单位：蚌埠市环境监测站,安徽,蚌埠,233000期刊：工程与建设 Journal：ENGINEERING AND CONSTRUCTION年，卷(期)：,24(4)分类号：X830.7关键词：应急监测系统突发环境问题预警体系

供暖系统小区住户温度集中监测系统篇6

我国北方地区冬季寒冷, 普遍都采用集中供暖方式进行室内供热, 虽然城市供热地理位置分散, 但目前现行的热力站运行管理仍处于手工操作阶段, 工作人员以上门测温的方式收集住户家中的温度指导供暖锅炉的燃烧控制。但这种方式效率低, 且数据不完整, 影响了集中供热优越性的充分发挥, 经常造成用户冷热不均, 使供热参数未能在最佳工况下运行, 供热量与需热量不匹配, 难以实现量化管理[1,2]。为了确保供热管网经济运行, 并实现热网现代化管理, 设计供暖系统小区住户温度集中监测系统, 将住户温度监测节点放置于抽样的住户室内, 实时获取整个供热系统的运行工况, 监控中心根据从现场监测到的温度参数调节换热站运行工况, 保证整个供暖系统的稳定运行。

1 系统总体设计

供暖系统小区住户温度集中监测系统主要由热力公司数据监控中心、温度采集前端设备和传输网络三部分组成。温度采集前端设备由住户温度监测节点和小区数据汇聚基站组成, 小区数据汇聚基站与数据监控中心采用C/S架构设计[3,4]。系统总体结构如图1所示。

住户温度监测节点事先按照一定的规则部署在小区住户内, 负责采集住户室内的温度, 并通过2.4G无线网络发送到小区数据汇聚基站进行处理和再分包。数据汇聚基站作为系统的客户端通过GPRS模块接入INTERNET网络, 建立与监控中心服务器的TCP/IP网络连接, 将小区内抽样住户的温度信息统一打包再上传到数据监控中心。监控中心上运行着专业设计的管理软件, 负责收集各小区住户的室内温度信息, 并实时直观集中地显示在监视器上, 同时将数据存入数据库以便历史查询使用, 并实现历史曲线分析、历史报表统计和自动报警等功能[5]。如果天气骤然变冷使住户室内的温度普遍都降低了, 管理软件根据接收到来自数据汇聚基站的报警信号后, 通过自动控制增加锅炉的水温和循环速度的办法提高用户的室内温度到合适的水平;如果天气转暖, 监控中心的服务器会自动接收到小区住户内的温度变化情况, 通过控制锅炉房适当降低水温、减小流量或者增大换水周期来进行调节, 从而实现智能化和自动化的管理。

2 前端设备构成

2.1 住户温度监测节点

住户温度监测节点主要由处理器C8051F020、温度传感器DS18B20、2.4G无线模块n RF2401、固态FLASH、LED显示屏和电源管理单元组成。住户温度监测节点硬件结构如图2所示。

住户温度监测节点采用处理器C8051F020作为控制核心, 主要负责利用温度传感器DS18B20采集小区住户室内的温度, 并实时显示在LED显示屏上, 再通过2.4G无线模块n RF2401发送到小区数据汇聚节点, 即便当本地的无线通信发生中断时, 也会在本地的固态FLASH中对测得的温度数据进行自动保存。一旦故障修复后, 住户温度监测节点会将保持在固态FLASH中的数据自动上传到监控中心服务器, 从而能够保证监控中心服务器上的监测数据的连续性[6]。

2.2 数据汇聚基站

2.2.1 硬件结构

数据汇聚基站由处理器C8051F020、GPRS通信模块BENG M23、2.4G无线通信模块n RF2401、固态FLASH、LED显示屏和电源管理单元组成。数据汇集基站结构如图3所示。

数据汇聚基站也是采用处理器C8051F020作为控制核心, LED显示屏显示本小区内住户室内的平均温度和报警信息等, 通过2.4G无线模块n RF2401接收来自各温度监测节点的温度数据, 经过分析、处理和打包后, 通过GPRS通信模块BENG M23与数据中心建立的TCP/IP网络连接将数据上传。如果GPRS通信遇到故障, 则将数据暂存在固态FLASH中, 待网络恢复正常后再上传。

2.2.2 软件工作流程

数据汇聚基站上电后首先进行初始化, 包括处理器C8051F020的寄存器、GPRS模块BENG M23、2.4G无线模块n RF2401模块、LED显示屏、固态FLASH以及各接口等;然后建立网络连接, 包括建立与各住户温度监测节点的通信连接, 还有根据预设的服务器IP地址和服务端口号进行TCP/IP网络连接。数据汇聚基站软件工作流程如图4所示。

数据汇聚基站接收从数据监控中心发送来的配置参数指令, 如果没有收到指令则按照系统默认的设置进行工作, 通过2.4G无线网络向各住户监测节点发送温度采集指令, 并实时返回温度数据, 经过计算得到各抽样住户的温度平均值, 根据抽样住户的平均温度值判断该小区住户的温度是否在预设的范围内。如果温度在预设的范围内, 按照定义的协议格式将数据打包, 通过建立的TCP/IP连接发送至监控中心主机上;如果超出了预设的范围, 则需要在向数据中心发送的数据包中添加报警信息, 告知数据中心管理软件需要通过自动控制增加锅炉的水温和循环速度的办法提高用户的室内温度到合适的水平, 最后再根据系统的配置延时n分钟后, 继续循环采集住户的温度信息并上传[7]。

3 数据中心管理软件及测试结果

3.1 数据中心管理软件

数据汇聚节点与数据监控中心采用C/S架构设计, 管理软件采用C++Builder设计, 通过调用TCPServer控件建立TCP/IP网络连接进行数据交互, 利用SQL2008作为数据库进行数据存储[8]。软件具有系统管理、数据管理、显示、统计分析、日志、报表打印、报警单元和换热站控制接口等多个模块。这样在监控中心就能对所管理的供热系统工作效果一目了然, 并能够及时做出评估, 避免了传统挨家挨户查温的不便。同时, 根据温度的变化情况, 系统还能控制供热系统做出反应进行调整, 从而实现了节能减排, 也能够从根本上降低供热企业的燃料成本[9,10]。

3.2 测试结果及分析

为了使抽样点具有典型性和代表性, 在抽取供暖温度数据时, 对一栋楼把山的底层和最上层及中间单元的底层和最高层进行温度采集, 这样比较接近整个楼的实际供暖情况;在具体放置时, 住户温度监测节点放在暖气入户的中间房间里, 不靠近暖气或窗户, 放置高度为1.5m左右的桌上或挂在墙壁上。对一栋楼的6个住户进行了24h的温度监测, 每3h记录一次数据, 8个时间点的温度值如表1所示。

从表1中可以看出, 小区内6个抽样住户24h的平均温度为17.67℃, 温度值在国标 (16~20℃) 允许的范围之内;在夜间由于气温较低, 通过换热站具有的自动调节功能, 只是使室内温度略微偏低于白天;另外, 在同一统计周期内, 由于各抽样点处于供暖管道的不同位置, 且住户家的楼层、位置和密封条件不同会导致测得的温度略有差异。

4 结语

针对城市供热管网地理位置分散和获取住户供暖效果难的问题, 利用覆盖广泛的GPRS网络作为通信方式, 采用C/S架构设计了供暖系统小区住户温度集中监测系统, 并建立了清晰和合理的系统架构, 实现了分布式温度监测点的集中管理。通过对小区内6个抽样住户实验, 精确地获取了各抽样点每3h的温度数据, 最终评估该小区24h内的平均温度为17.67℃, 为供暖企业提供了可靠的数据依据, 有效地解决了传统供热系统人工粗犷式管理方式带来的弊端, 也达到节能减排的目标。

摘要：为了改善小区住户供暖的质量, 采用无线通信技术设计供暖系统小区住户温度集中监测系统, 系统主要由住户温度监测节点、数据汇聚基站、监控中心组成和传输网络组成。住户温度监测节点在住户室内利用温度传感器DS18B20实时获取各小区住户的温度, 并通过2.4G无线模块n RF2401定时上传至小区内的数据汇聚基站;数据汇聚基站作为整个系统的客户端, 通过GPRS无线模块MC55接入INTERNET网络, 并建立与监控中心服务器的TCP/IP网络连接, 将小区内抽样住户室内的温度定时上传。监控中心根据测得的温度, 通过控制换热站的水温和管道的水流速调整住户室内温度。

关键词：供热系统,温度采集,集中监测,自动控制

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非接触式温度监测系统设计篇7

我们在实际生产过程及现实生活中, 需要测量很多设备及实物的温度, 但有些却无法或不容易进行接触式的温度测量, 如测量运行中的机床轴瓦温度、用电设备配电箱中各电器的温度、或其它特殊设备的温度等等。在这里介绍了一种基于TN-9的红外温度监测系统的设计, 该系统利用红外辐射测温的原理, 采用红外模组阵列实现了非接触式测温, 这种非接触式的测温方式具有无需对测量对象进行改造、不易损毁、易于维护等优点, 其测量的精度也能满足±监测设备工作状态的需要。无线传输是该系统的又一特点, 有效的避免了由于添加传输介质而引起的系统成本上升问题, 非常适合于生活和工业现场使用。

1 机床温度监测系统设计方案

热误差成为影响机床加工精度的最重要的因素, 为寻找可靠的的办法评估热误差, 设计的温度监测系统必须具有高精度, 实时性, 能够及时了解部件的温度情况, 以保证机械加工的质量。因此, 本设计采用了具有高精度的TN9系列红外温度探测模组, 该模块解决了传统测温中需接触的问题, 并且具备回应速度快、测量精度高、测量范围广和可同时测量环境温度和目标温度的特点, 配合单片机控制可成为一个测量距离达30米的非接触式的温度测量计。同时也解决了在机床部件中安装接触式温度探头的不便, 通过采集测控端的信号, 经过主控端的处理, 利用无线传输双向通信技术, 在主控端显示模块显示出来, 并经过设定一个高温报警限值, 实现温度监测报警。系统方框图如图1所示:

各环节的功能:

1) TN-9模组数据处理是整个系统的重要组成部分, 通过模组端口位寄存器的功能选择, 软件设置, 读取传感器的温度值;

2) 单片机控制模块是系统的核心部分, 通过单片机的按键动态扫描, 判断模组测量环境温度或者目标温度, 功能判断, 设置中断程序读取温度值, 以及数据传输;

3) 通信模块采用315发送接收模块, 外配2262发射编码芯片和2272接收解码芯片, 以实现数据的无线传送, 并予以显示。

各环节的功能实现:

1) TN-9内部具有5位寄存器, 其中Item存放的的是目标和环境温度值, 可通过功能口A端口来设定, MSB、LSB分别存放数据的高8位和低8位, Sum则Item+MSB+LSB=SUM, CR 0DH, 结束码, 信号清零。通过单片机读出TN9的温度值, 软件实现在后面提到;

2) 单片机选用AT89S51, 低成本, 功能足以实现;

3) 通信模块选用315模块, 编码译码简单, 可靠性好。

2 系统硬件电路的分析与设计

2.1 TN-9红外传感器模组

TN9是国外生产的先进红外传感器模组, 它的测温范围在-33℃~+220℃之间, 而且精度高。测温范围内非线性差为±0.6℃。并且具备SPI通信接口, 方便与单片机连接。但是在设计时有一点需要注意的, 单片机必须适应它发出的时钟信号, 而与一般的从时钟信号适应主时钟有所区别。

2.2 控制单元

AT89S51是一个低功耗, 高性能CMOS 8位单片机, 片内含4k Bytes ISP (In-system programmable) 的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器, 器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造, 兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构, 芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元, 功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

2.3 无线模块

无线模块选用315发送接收模块, 其性能简单可靠, 并能够满足系统的功能要求。该模块具备了系统要求的可靠性。

适用范围:用于数据传送及信号控制, 工业控制防盗报警, 无线摇控等。

2.4 显示电路

使用液晶显示屏显示转换结果。液晶显示屏 (LCD) 具有轻薄短小, 耗电量低, 无辐射危险, 平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势, 可视面积大, 画面效果好, 分辨率高, 抗干扰能力强和显示形式灵活等优点。

3 系统软件电路的分析与设计

本系统的软件设计主要分为下位机机床部位红外温度数据采集、单片机的中断控制和无线传输。每个功能模块对于整体设计都是非常重要的, 通过软件编程与硬件电路的协调才能使系统真正的运行起来。本系统的软件设计主要包括发射和接收两部分的程序设计[5]。

系统整体程序设计发射/接收部分主要流程图如图2所示。

4 结论

本文介绍了利用单片机STC89S51和传感器模组TN-9来实现红外温度监测, 本设计的温度控制精度为±1℃, 将温度采集与单片机控制紧密结合实现机床温度监测, 结果令人满意。

在取得结果的同时, 系统还有待改进和扩展的地方, 如进行与计算机上位通信扩展, 该系统不仅可用于机床温度监控, 还可适用于其它工业现场的高温监控, 这将有利于提高工业水平, 提高生产效率和经济效益。

摘要：本文介绍的温度测量系统是由TN-9红外温度探测模组、315发送接收模块和AT89S51低功耗8位单片机组合而成的测量距离能够达30m的非接触式的温度测量计, 其精度达±1度, 可用在机床轴瓦温度、配电箱内部温度及其它危险又无法接触的设备及环境的温度测量。

关键词：TN-9,无线传输,监测

参考文献

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三相电机温度智能监测系统研究篇8

1 传感器接口电路模块

系统采用AT89C52单片机作为主控制芯片, 通过PT100温度传感器采集数据, 该传感器属于热电阻温度传感器, 由于热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的, 因此通常将其放在电桥的桥臂上, 温度变化时, 热电阻两端的电压信号被送到仪器放大器LM741的输入端, 经过仪器放大器放大后的电压输出送给A/D转换芯片, 从而把热电阻的阻值转换成数字量, 电路原理图如图1所示[1,2]。

对信号放大, 使用了低价格、高精度的仪器放大器LM741, 它运用方便, 可以通过外接电阻方便的进行各种增益 (1-1000) 的调整。其增益计算公式为:

温度值计算过程:

由于A/D检测到的模拟电压值

计算可到的RT值, 然后利用如下公式求出温度值:

其中A=3.096847×10-7, B=-5.847×10-3。

2 AD转换电路模块

由于传感器输出的是模拟信号, 因此需要经过AD转换后才能够输入单片机进行信号处理, 由于本系统测量的是温度信号, 响应时间长, 滞后大, 不要求快速转换, 因此选用8位串型A/D转换器ADC0809。

ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器, 可以和单片机直接接口。它是美国国家半导体公司的产品, 是目前国内最广泛的8位通用的A/D转换的芯片, 电路如图2所示, 图中AD芯片的所有接口均直接与单片机进行连接, 通过单片机对相应接口进行控制可达到对不同传感器输入进行转换[3,4]。

3 数码管显示模块

当前常用的有液晶显示和数码管显示两种显示方法。液晶显示功能强大, 不但可以显示数字字符、德文、法文、点阵显示, 还可以显示全部国标汉字, 但是也存在与单片机连接时接口电路驱动复杂;显示亮度低, 不利于观察;编程困难;成本高等缺点, 本系统只显示数字, 而且需要考虑到能耗尽量少等问题, 数码管内部元件比较简单, 耗能相对较低, 所以选择了数码管显示。

4 继电器控制模块

继电器控制模块主要用于控制电源的开启, 因此选择了直流控制交流的固态继电器, 由于单片机的驱动电流较小, 因此单片机的输出需经过放大器放大电流后才可达到控制继电器所需的功率, 继电器控制模块如图3所示[6]。

5 串口通信模块

在现代工业控制中, 串口通信的应用越来越广泛, 单片机在与其他单片机进行通信时也经常选择串口进行通信。本系统中由于PC机也要通过串口将程序烧进单片机内, 单片机的电平与PC机的电平不同, 所以必须经过电平转换芯片后才可以连接, 此处选用MAX232芯片作为电平转换芯片。MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片, 使用+5v单电源供电。该芯片的特点如下。

5.1 符合所有的RS-232C技术标准。

5.2 只需要单一+5V电源供电。

5.3 片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力, 能够产生+10V和-10V电压V+、V-。

5.4 功耗低, 典型供电电流5m A。

5.5 内部集成2个RS-232C驱动器。

5.6 内部集成两个RS-232C接收器。

5.7 高集成度, 片外最低只需4个电容即可工作。

6 电源模块

电源模块用于向系统提供电路, 电源模块为一个普通的2针插头, 当电路板焊接完成后, 只需要将电源的正负极通过插头连接即可给整个系统通电。

7 总结

本文设计了一种用于监测三相电机每相温度的温度监测系统, 该系统可以对电机的每相温度进行监测, 所监测到的数据进行实时显示, 当监测到的温度超过第一设定阀值时进行蜂鸣器报警, 当温度超过第二设定阀值时通过控制继电器从而切断电源, 从而防止了电机被烧坏, 实现了对电机的保护。

参考文献

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环境温度监测报警系统篇9

RFID技术是一种非接触式自动识别技术,它利用射频信号通过空间耦合实现无接触目标识别并能读写相关数据。由于RFID技术具有成本低、速度快、识别距离远、可多目标同时识别等优点,因此被广泛应用于物流管理、交通运输、医疗卫生、商品防伪等领域[1]。如果将传感器技术与RFID技术相结合,实现传感数据采集、数据传输、目标识别等多种功能,将极大地拓展RFID技术的应用前景。

温度测量是较为常见的测量需求,在许多无源超高频RFID的应用领域里都有着对温度信息的监控需求,例如需要监控存储物品的温度、动物或人体的体温、环境温度等[2]。如果将温度传感器嵌入无源超高频RFID标签中,不仅能够进行身份识别,而且能够自动实时监控周围环境的温度,将大大拓展其应用范围。相比于其他传统温度监测方法,基于RFID温度标签的温度监测具有能够身份识别、测温节点体积小、成本低和寿命长等优点[3]。

本文针对课题组研制的嵌入CMOS温度传感器的无源超高频RFID温度标签[4],设计实现了一种无线温度监测系统。系统包括嵌入了CMOS温度传感器的无源超高频RFID温度标签、手持式读写器和温度监测软件。系统可实现无线温度测量和标签正常读写等功能。由于CMOS温度传感器的测温精度会受工作电压影响,而无源超高频标签内部工作电压是由标签接收到的功率大小所决定。因此,为了提高测温精度,确保标签进行温度测量时能够接收到近似最优的电磁波能量[5],提出了一种动态功率匹配算法。通过实时调整手持机的发射功率来提高温度标签的测温精度,并通过计时器机制和最大功率点的RSSI值确定算法初始功率,加快温度测量所需时间。

1 硬件系统

温度监测系统的硬件由超高频RFID手持机和无源超高频RFID温度标签组成,其中手持机选用ZY-H2000手持式读写器。该读写器集成了Impinj Indy R2000阅读器芯片,兼容EPC C1 G2国际标准[6],最大输出功率为28 d Bm。

无源超高频RFID温度标签由课题组自主研发,整个温度标签由标签芯片和片外天线组成,所实现的标签样式和芯片照片如图1所示,其中标签芯片主要由射频模拟前端、存储器、温度传感器和基带处理器四个部分组成。射频/模拟前端电路主要提供了芯片与外界信道的射频接口,并负责产生芯片内部其他模块所需的模拟信号。存储器主要用于在断电后存储标签的编号和其他相关的用户信息,并且在必要时可以对存入标签的信息进行修改,因此该存储器一般采用多次可编程的非易失性存储器[7]。温度传感器用于将温度信息转换为便于存储和处理的数字信号。基带处理器主要负责通信协议的处理,使芯片的操作流程符合协议的规范要求,同时它还负责控制存储器和传感器按照要求进行工作。

标签芯片中的CMOS温度传感器采用衬底PNP管作为核心温度感知元件,并使用开关电容电路实现的极低功耗二阶sigma-delta ADC将模拟温度信号转换为数字信息[8],使得CMOS温度传感器的功耗极低,最终使得无源标签芯片可以通过射频能量收集电路吸收电磁波,启动传感器进行温度测量。该标签与EPC C1 G2国际标准完全兼容,可以使用通用的超高频商用阅读器进行数据交互。

最终实现的无源超高频RFID温度标签的测温范围是-30℃~50℃,测温误差为-1.0℃/1.2℃,测量分辨率为0.18℃。

2 温度监测软件

2.1 RFID手持机

本文中手持机选用ZY-H2000手持式读写器,该读写器支持EPC C1 G2标准,内置Windows CE 6.0操作系统。WINCE6.0是一个支持多线程、多任务的32位嵌入式操作系统,该系统具有较高的性能和良好的用户图形界面,继承了桌面版Windows丰富的功能和软件开发模式[9]。在手持机上实现的温度监测软件是基于C++语言开发实现。下面将详细介绍温度监测软件的开发流程。

2.2 动态功率匹配算法

无源超高频RFID标签中嵌入了CMOS温度传感器,由于CMOS温度传感器性能受内部工作电压影响,而标签通过吸收天线发射的电磁波作为其工作所需的能源,因此芯片内部CMOS温度传感器能否正常工作由天线发射功率决定。当天线发射功率过小时,温度标签芯片吸收的能量不足以开启内部温度传感器;当天线发射功率过大时,会降低标签可靠性,导致测温误差增大。因此在利用温度标签进行温度测量时,需要动态调整手持机天线的发射功率,为标签匹配最佳测温功率,确保温度数据的准确性。

动态功率匹配算法的主要思想是:手持机天线的发射功率从某一“初始功率”开始,每次增加1 d Bm,在该功率点下进行多次测温测量。当某一功率点下能够测得多个温度数据,且多个测量值的最大最小值相差小于某一阈值,则可判断当前功率点为最佳测温功率,取该功率点下多个测量值的平均温度值为最终测得的温度。

在进行动态功率匹配时,当标签与手持机天线的距离较远时,如果“初始功率”设定为手持机的最小发射功率,则需要花费较长的时间来寻找最佳测温功率。为了提高系统的测温速度,将RSSI值作为手持机接收到标签的信号强度指标[9],并以此确定“初始功率”。另一方面,当手持机天线发射功率小于最佳测温功率时,手持机可能无法扫描到温度标签,或是无法向温度标签写入控制字,此时写入控制字这一操作将会浪费较长时间,因此在算法中加入了计时器机制,当在该功率点下所用时间超过某一阈值,则停止该功率点的温度测量,继续执行下一功率点的相关操作,这样能减少标签在不合适的测温功率下所浪费的时间,提高了温度标签的测温效率。

2.3 温度监测软件的实现

温度监测软件主要实现了温度测量和标签读写的功能,结合上述动态功率匹配算法,温度监测软件的流程图如图2所示。

本文中无源超高频RFID温度标签符合EPC C1 G2国际标准,其存储空间包括EPC区、TID区、保留内存区、用户数据区[10]四部分,温度监测软件实现了对温度标签存储空间的读写功能,可完成EPC码修改、用户数据区的数据读写操作等,其主要实现过程如图3所示。

3 实验验证

实验测试环境如图4所示,温度标签贴于物品上,手持机阅读器正对温度标签,按下手持机手柄的扫描按钮开始进行温度测量。

图5所示为手持机上温度监测软件的运行主界面,界面中Tep字段代表测量的温度值。实验中手持机和温度标签的距离分别为10 cm、30 cm、50 cm,每个距离都分别进行10次温度测量,每次温度测量操作均在平均5 s以内测量出来,其测量结果如表1所示。此时使用AMETEK DTI-050高精度温度计(误差小于±0.1℃)所测得的环境温度为24.0℃。根据表格可知3个距离的测温误差分别为-0.3/0.3℃、-0.4/0.5℃、-0.6/0.7℃,误差均在±1℃以内,且手持机与温度标签距离越近,其测温误差越小,测量值更接近实际温度值。这是因为距离越近,温度标签能接收到的能量越集中和稳定,在确定最佳测温功率后,温度标签能够在规定的定时器时间内得到更多的测量值。因此,多个测量值计算出的平均温度值会更贴近实际温度值。

(℃)

4 结论

针对课题组研发的一种超低功耗的无源超高频RFID温度标签,设计并实现了一种基于超高频RFID手持机的嵌入式温度监测软件,实现了温度实时测量和标签数据读写功能。为了提高测温精度,提出了动态功率匹配算法,确保温度标签在最佳测温功率下工作。算法中加入计时器机制,并且通过最大功率下RSSI值确定算法初始功率,有效减少了温度测量所需时间,提高了测温效率。

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基于组态王的温度监测系统篇10

在砖块的生产过程中,为了节约能源、改进设备和工艺、提高经济效益,必须使窑内温度分布达到最佳状态并控制最佳的灼烧时间以提高产品的成品率。经常监测窑内各部分的温度就成为不可缺少的工作。

因此,设计一套砖窑温度监测系统具有重大意义。根据监测到的温度,操作人员可以相应地采取措施控制燃料的添加量,从而提高生产效率,节约能源,减少温室气体的排放。

随着工业自动化要求的提高,以及控制设备和过程监控装置之间通信的需要,用组态软件设计的监控系统逐渐普及。使用组态王软件设计一套简单实用的砖窑温度监测系统,并进行实验仿真,实现了实时温度监测、实时报警以及数据记录等功能。

1 系统总体方案设计

间隔一定距离,在砖窑上安装1 6个热电偶传感器,监测相应位置的窑内温度。并通过分布式温度监测模块进行实时监测,以RS-485总线方式连接至控制室工控机,计算机软件上设计对应的变量和程序语言,实现砖窑温度实时监测、报警、数据记录等功能。总体设计方案如图1所示。计算机软件和模块之间使用Modbus通信协议。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络(例如以太网)和其他设备之间可以通信。传输电平采用RS-485标准,它采用平衡差分传输,抗干扰性好,在数据传输速率为28.8kbps的情况下,传输距离可达1.2km。

2 系统硬件组成

由于在砖窑内烧结砖块的温度范围一般为5 0 0~1 0 0 0℃,本设计选取K型热电偶作为采集温度的传感器。热电偶有适应性强、结构简单、方便、经济等优点,测量范围0~1300℃,满足设计要求。本设计把16个热电偶安装在砖窑顶部,与2个ADAM4018+模块连接,再与ADAM4561模块连接,ADAM4561模块与安装组态王软件的电脑连接,这样就组成了砖窑温度监测系统的硬件部分,如图2所示。

3 系统软件设计

本设计运用的软件是组态王6.52。设置好16个温度变量,并与监控界面中的对应图标关联起来,如图3所示。这样当软件和硬件连接并调试好之后,界面上的监测点就出现砖窑窑体上对应点的实时温度,便于技术人员及时了解砖窑烧结砖块时的各点温度情况。

4 实验结果

砖块烧结过程中,可根据砖块烧结工艺以及操作人员的经验制定一条理想的温度曲线。设计了一组实际温度曲线和理想温度曲线的程序,如图4所示。这样相关工作人员就能及时直观地看到窑内各点的温度情况,并与理想情况对比,进而采取相应措施,提高生产效率。

还设计了报警程序,在生产过程中如果某点的温度与理想的温度有很大差异,需要采取相应措施解决问题,这就需要报警程序。

设计了数据记录程序,以便随时查询近期的温度情况。如图5所示。

实验结果表明,设计能够很好地实现砖窑温度的实时监测、报警和数据记录等功能。

5 结论

应用组态王6.52、热电偶传感器和温度监测智能模块设计了一套砖窑的温度监测系统,实现了温度的实时监测、报警、数据查询等功能。按照该方法制作的系统,经实验验证,效果良好,有较好的推广前景。

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