温度数据采集（精选10篇）
温度数据采集 篇1
0 引言
温度是工业、农业生产中常见的和最基本的参数之一, 伴随工业科技、农业科技的发展, 它的测量需求越来越多, 也越来越重要, 在生产过程中常需对其进行监测。利用微型机对温度数据进行检测, 数据显示信息控制保存对增加生产效率和提高产品质量有重要作用, 所以温度测量系统的精确度和智能化一直受到企业的重视[1,2,3]。
但是在有些特殊的工业现场, 人们无法长时间在现场观测设备运行情况, 就需要对现场数据进行采集并传送到控制室。有线数据传输方式需要铺设电缆, 而且容易受到电磁干扰, 此时需用无线传输的方式进行数据传输[4]。
多路无线温度采集系统可被广泛应用于温度测量或相应地可转换为温度量的工业、农业、环保、服务业、安全监控等工程中。通常需要对分布式多点温度进行监测。本设计以单片机作为控制核心构成分布式温度采集与控制系统。控制器通过温度传感器实时检测各节点的温度变化, 并依此显示各节点的温度, 从而远程实现对整个系统的温度检测。
1 系统设计
多通道温度采集系统分为温度数据采集部分和温度数据处理显示部分。温度数据采集部分由单片机、温度传感器和无线数据发射模块构成, 总体框图如图1所示。温度数据采集部分可以多个分布在测量范围内不同的地方。温度数据处理显示部分由单片机、无线数据接收模块和显示模块构成, 总体框图如图2所示。
2 硬件设计
基于无线通信的温度数据采集系统硬件电路包括:单片机、传感器、无线数据发射模块、无线数据接收模块和显示模块。下面对每个模块进行详细说明。
温度传感器采用Dallas公司生产的一线式数字温度传感器DS18B20。采用寄生电源方式供电, 单片机只需一根端口线就能与DS18B20通信, 占用微处理器的端口少, 可节省大量的引线和逻辑电路[5]。单片机采用美国Atmel公司生产的低电压AT89S52单片机[6]。无线数据发射模块和无线数据接收模块采用PT2262/2272[7,8]。采用6位地址码和6位数据码, 这时编码电路PT2262和解码PT2272的第1-6脚为地址设定脚, 有三种状态可供选择:悬空、接正电源、接地三种状态, 所以地址编码不重复度为729个。数据采用两次传输。PT2262将编码后的数据从输出端17引脚串行输出到F05V发射模块, 再通过天线发送出去。图3是PT2262发射原理图。为了能稳定传输数据, PT2262每次发射时至少发射4组字码。因为无线发射的特点, 第一组字码容易受平干扰产生误码, 所以2272只有在连续两次检测到相同的地址码加数据码才会把数据码中的驱动相应的数据输出端为高电平和驱动VT端同步为高电平。F05V当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号, 当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡, 所以高频发射电路完全受控于PT2262的17脚输出的数字信号, 从而对高频电路完成幅度键控相当于调制度为100%的调幅。显示模块采用1602字符型LCD。用单片机的P0口作为数据线, 用P2.5、P2.6、P2.7分别作为LCD的E、R/W、RS。其中E是下降沿触发的片选信号, R/W是读写信号。当接收模块获取相应的数据后, 由接口P0 (D0-D7) 输入液晶显示电路, LCD1602以直观数字显示处理后的温度数据, 并由单片机进行必要的记录。
3 软件设计
整个系统由软件驱动硬件电路工作。从系统软件的功能上可以把它分为主程序和子程序两类。主程序完成温度的循环检测和驱动各部分工作。子程序完成各种功能如温度采集、温度显示、数据通讯等。主程序控制调用子程序, 实现温度数据实时读出、传输, 处理DS18B20的测量温度值、并显示。其程序流程图如图4所示。
图5-6分别是单片机控制的发射与接收模块子流程图。发射子程序包括温度传感器在单片机的控制下采集数据信息, 经过DS18B20数据转换器处理后发送给单片机进行处理转换, 同时, 温度数据输入到单片机中, 单片机对这些数据进行分组打包, 无线传输芯片PT2262进行编码, 再通过PT2262模块天线传送到PT2272接收模块进行解码。接收子程序对数据进行解码, 输入单片机中, 然后再通过单片机处理数据, 同时驱动LCD1602进行温度数据显示。
4 系统调试和测试
系统调试包括硬件调试和软件调试, 两者密不可分。硬件调试比较简单, 硬件调试分各电路模块调试和联机调试, 试验电路是否正确, 并排除一些加工工艺性错误。首先检查焊接是否有虚焊等问题, 然后可用检测仪器测试并通电被检测电路。软件调试以程序为主进行主程序、子程序的调试。软件调试到能显示和检测变换的温度。由于DS18B20与单片机采用单线串行数据传送, 因此必须严格按通信协议的时序编程才能读出正确的测量结果。
调试完成后进行系统测试。测试系统包含一个发射部分和一个接收部分。当按下电源开关, 启动开始键后, 可以稳定传输数据。系统预留了与计算机的接口, 可以把数据输入计算机中分析存储。
5 结束语
本文设计了基于无线通信的多路温度数据采集系统。该系统的实现功能是将来自温度传感器的信号用单片机处理后无线传输到接收部分, 由接收部分存储和驱动LCD进行显示。该系统的数据处理功能强大、显示直观、界面友好、性价比高, 可广泛应用于工业现场、农业环境温度监测等诸多领域。
参考文献
[1]Chen X.Temperature and Humidity Measurement Based on Wireless Sensor Network Technology[J].Key Engineering Materials, 2010, 439 (1) :46-50.
[2]Chen X.Multiway Temperature and Humidity Measurement System[J].Applied Mechanics and Materials, 2011, 39 (1) :460-464.
[3]崔光照, 靳嵩.基于无线传感器网络的农业环境监测系统[J].通信技术, 2008, 12:287-289.
[4]Chen X.Ultrasonic Data Transmission via Wireless USB Technology[J].Key Engineering Materials, 2010, 439 (1) :41-45.
[5]贾振国.DS1820及高精度温度测量的实现[J].电子技术应用, 2000, 18 (1) :9-14.
[6]SUN Y.The new ATMEL's AT89S52 and its applications[M].Beijing:Tsinghua University Press, 2004:5-20.
[7]Princeton Technology Corporation.Pt2262.pdf[EB/OL].http://www.princeton.com.tw/downloadprocess/download file.asp mydownload=PT2262.pdf.
[8]Princeton Technology Corporation.Pt2272.pdf[EB/OL].http://www.princeton.com.tw/downloadprocess/download file.asp mydownload=PT2272.pdf.
温度数据采集 篇2
其能够实时的对周围环境温度进行采集和监视，通常条件下可检测10m左右的范围内的温度。
关键词 DS18B20;红外线;脉宽调制
0 引言
远程红外温度采集系统是通过红外通讯技术实现对温度的信息的数据传输，红外线经过发射器发射到指定位置，探测到有效数据后返回经过接收器接收，完成对温度信息的采集。
远程红外温度采集系统是采用红外通讯技术实现对温度数据的采集，红外通讯技术是基于AT89C51单片机的红外温度采集系统设计，其操作简单、使用方便、使用成本低等特性在温度采集方面得以广泛的应用。
其能够实时的对周围环境温度进行采集和监视，通常条件下可以检测10m左右的范围内的温度。
本文结合红外通讯技术介绍一种基于单片机远程红外测温系统，并对该系统的设计方案及设计原理进行了详细讨论。
1 红外通信原理
红外通信原理流程是发射模块是由单片机构成，能够调制二进制编码数据，使其转换为脉冲数据串信号，在经过发射管的推动发射出去红外信号。
在接收端通过红外线脉冲波的接收模块对红外信号进行接收，在通过检验、放大、编制、译码转化为可读的有效数据。
红外线接收模块通过一体化红外接收头接收解调，并通过单片机解码，再显示在数码显示管上供我们读取数据。
红外通信原理流程：
单片机(输出调制)-红外发射电路(发送)-一体化红外接收头(接收解调)-单片机(解码)-显示管(显示数值)。
2 系统设计方案
远程红外温度采集系统设计的硬件设备采用数字温度传感器(DS18B20)对周围环境的温度进行采集，在通过单片机(AT89S51)对温度信息进行输出调制，经过调制后通过红外线发射电路(二极管发射器)发射到空中，接收端采用一体化红外接收头对发射端发射过来的红外线进行采集，经过接收解调(检验、放大等)，传送给单片机(AT89S51)进行解码，通过四位数码显示管显示出当前环境的温度。
硬件设计与实现：
1)数字温度传感器(DS18B20)
数字温度传感器(DS18B20)能够感知环境周围的温度，并将感知的温度进行采集和将温度信息转变为数据，数字温度传感器(DS18B20)通过对1线I/O口进行数据写入，再采用串行通信与微控制器进行通信(温度传感器工作电压3V～5V，测量温度精度0.5°，测量温度范围-55°～+125°)温度采集电路如图示。
2)控制单元
远程红外温度采集系统的控制单元采用单片机AT89S51，单片机AT89S51拥有8KB的FlashROM内存，可进行反复的数据存储与擦拭，用于对数字温度传感器(DS18B20)感应到的温度信息进行存储和编辑。
单片机AT89S51拥有连接数字温度传感器(DS18B20)与数码显示二级管的连接接口，可将温度信息进行调制传输和解制显示。
3)显示模块
远程红外温度采集系统的温度是通过4位八段的数码管显示，能够将采集的温度数值精准到0.1°。
3 软件设计原理
经红外遥控接收器对红外脉冲信号的每个脉宽进行测量，通过CPU解码，同时执行指令还原PWM码。
将红外脉冲的脉宽以二进制数值(0，1)表示，对红外脉冲信号的脉冲宽度、间隔时间、脉冲周期进行划分脉冲宽度在0.56ms，间隔时间在1.68ms，脉冲周期在2.24ms的脉冲信号用“1”表示，其他宽度、间隔时间、脉冲周期的脉冲信号用“0”表示。
当INT0为高电平时启动定时器进行计数;到INT0变为低电平时，结束计数，读取这一周期T0的数值。
再将T0设置为初值0，进行循环操作。
通过单片机对二进制“0”“1”进行解码，并在数码管中显示出所探测的环境温度数值。
4 结论
远程红外温度采集系统的设计主要是通过数字温度传感器(DS18B20)对周围环境的温度进行采集，在通过单片机(AT89S51)对温度信息进行输出调制，经过调制后通过红外线发射电路(二极管发射器)发射到空中，接收端采用一体化红外接收头对发射端发射过来的红外线进行采集，经过接收解调(检验、放大等)，传送给单片机(AT89S51)进行解码，通过四位数码显示管显示出当前环境的温度。
我们通过对红外线传输与接收原理的学习，更好的掌握远程红外温度采集系统的设计。
制作的无线红外温度采集系统硬件，可以实现温度的无线采集，并且相当精确。
本系统中38kHz载波的产生和红外编码都是通过软件产生，节省了硬件。
当然，电路还有些改进的地方，比如可设置温度上下限，并能进行报警，起到提醒用户的作用。
参考文献
[1]陈杰.传感器检测技术[M].北京：高等教育出版社，.
[2]MoulyM，PauterMB.GSM数字移动通信系统[M].北京：电子工业出版社，.
[3]李朝青.单片机原理及接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，.
[4]孙涵芳，徐爱卿.MCS51系列单片机原理与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，1991.
基于VB温度采集仪的设计 篇3
【关键词】串口通信；PT100；单片机；C语言；温度采集；VB6.0
在动力工程中，利用热电阻作为传感器最为广泛，研究此类课题，对当下工、农业领域有着重要意义。热电阻的主体实际由两种不同性质的导体或半导体一端焊接在一起而成，构造简单。由于其在测温时它与被测物体直接接触不受中间介质的影响，所以在工业温度测量有较高的准确性。
1.温度采集系统硬件设计
设计采用LM2576作为5V电源稳压模块，PT100铂热电偶作为温度传感器，硬件PT100两端的电压经过LM358放大，送入单片机进行A/D转换，然后通过单片机串口发送到上位机显示温度数值。系统框图如图1.1所示：
1.1恒流源、5V电源电路设计
测温原理基本原理为通过运放U1A将基准电压转换为恒流源，电流流过Pt100时在其上产生压降，再通过运算放大U1B将该微弱压降信号放大，即输出期望的电压信号。
5V电源电路其主控芯片为LM2576-5.0，LM2576系列的稳压器是单片集成电路，能提供降压开关稳压器（buck）的各种功能，能驱动3A的负载，有优异的线性和负载调整能力。220V电源经降压变压器降压，然后通过2W08模块进行整流，再输入到LM2576稳压模块，通过其与外部电感、电容、快速通断二极管IN5822构成反馈回路，从而达到降压稳压的效果。主要电路原理图如图1.1所示：
图1.2 5V电源产生电路原理图
1.2信号放大处理电路设计
首先5V直流电源经过TL431进行调压，调节电压到3V，输入到LM358，从而根据电路产生1mA的稳定的直流电流，让其流过PT100，当周围的温度发生变化，Pt100的电阻值就会发生变化，当周围温度为0℃的时候，按附录一可知其电阻值为100，那么PT100两端的电压就为，此电压再经过LM358构成的放大电路放大10倍，输入到单片机A/D输入口，最后单片机对其进行模数转换。依次原理，周围温度变化，PT100的电阻值发生变化，两端电压差也随之变化，从而使输入的模拟电压发生变化，经过单片机程序的处理分析，就能得到相对应的温度值。信号采集放大电路如图1.3所示：
图 1.3 信号采集放大电路原理图
2.软件设计
STC12C5A16S2单片机，其自带A/D转换口P1（P1.7-P1.0），具有八路十位高速A/D转换器，速度可达250KHz（25万次/秒）。八路电压输入型A/D，可做温度检测、按键扫描、电池电压检测等。上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，其中我们可以很容易的通过软件设置八路中的任何一路为A/D转换口，不做A/D口使用的也可做普通的I/O口使用。
当PT100周围温度为0℃时，其阻值为100；当周围温度为600℃，其阻值为313.71。周围温度每增加0.1℃时，PT100基本增加0.32-0.39，平均值为0.356。输入单片机的电压变化范围为1V-3.13V，单片机A/D转换位数为10位。
上位机软件设计。
2.1上位机通信驱动方式选择
VB编程语言中MSComm控件提供了两种处理通信的方式：一种称为事件驱动方式，此方式相当于我们在一般程序设计中的中断方式（如51单片机中的几种中断方式）。当串口发生事件或错误时，MSComm控件就会产生OnComm事件，用户程序可以捕获该事件，从而进行相应处理。另一种称为查询方式，在用户在程序中设计定时或不定时查询 MSComm控件的某些特定属性是否发生变化，从而确定相应处理。在程序空闲时间较多时可以采用该方式。本次设置使用事件驱动方式来处理和解决各类通信软件的开发设计问题，实时性很强。
2.2软件运行效果图
图 2.1 上位机软件运行效果图
3.总结
本次设计通过模拟电路产生4.96V恒定直流电压源，LM358与其他元件产生基本恒定直流源，上位机与下位机能很好联机通信，采集温度范围广，但也存在一定的误差，也存在其他一些问题需要进一步研究解决。
对于温度测量精度要求较高的，本系统存在一定的误差，在缩小误差方面，以后可考虑：
（1）采用独立高精度的A/D转换芯片（如ICL7135）。
（2）采用与PT100相反特性的非线性元件作为补偿元件。
（3）使用高次方程做拟合等方法。
通过运算放大电路产生的恒流源电路，存在一定的干扰信号，恒流源不太稳定。在今后的研究学习中，可以考虑采用（下转第50页）（上接第13页）OP07设计电路或增加放大电路的级数，从而减少误差。同时当温度波动比较大时，也可将运放的供电改为 15V双电源供电。
对于软件设计，加入一定软件温度补偿程序或采用分段转化的思想使测量的温度更加接近实际值。 [科]
【参考文献】
[1]季华，陈旭忠，李占芳等.基于VB与单片机串行通信的数据采集系统的设计[J].煤炭工程，2007（12）：134～136.
[2]雷建龙，李秉玉.基于89C2051单片机的远距离高精度温度测控电路[J].中国仪器仪表，2003（2）：45～47.
[3]刘志群.基于RS485实现的PC机与单片机多机通信[J].闽江学院学报，2007，28（2）：44～46.
[4]Philips semiconductors.sJA1000 stand—alone CAN controer[R].Holand：Philips，2000.
温度数据采集与无线传输系统设计 篇4
本系统以STC单片机作为主控芯片, 采用数字式温度传感器DS18B20, 并利用其特有的单总线特性组成传感器网络, 应用液晶LCD1602作为人机交互界面, 在充分综合分析蓝牙、GPRS、GSM等无线数据传输方式的基础上, 针对有线的数据采集方式应用受到限制的场合, 结合实际, 并考虑到做成实物调试和开发难易程度等可行性问题上, 确立了无线射频收发一体芯片的解决方案, 即利用基于n RF905芯片的无线收发模块完成数据的接收与发送, 再应用传感技术, 实现多点温度数据采集。系统还预设温度自动报警功能, 能对温度的实时监控起到预警作用。整个系统分为: (1) 温度数据采集和发送模块; (2) 温度数据接收及显示模块两部分;该系统的设计意义深远, 不仅在于能将数据采集与无线传输相结合, 充分发挥了无线传输的优势, 而且能有比较广泛的应用。
1 温度数据采集与无线传输系统设计的总体设计
整个系统由温度数据采集显示和发送程序和温度数据接收及显示程序两部分组成;
a温度数据采集显示与发送模块是由温度传感器网络DS18B20网络、液晶屏LCD1602、n RF905无线收发模块和主控芯片STC89C52RC组成;
b温度数据接收及显示模块则是由基于n RF905的无线收发模块和主控芯片STC89C52RC、液晶屏LCD1602构成。
本设计的总体设计图如下图1所示:
2 温度数据采集与无线传输硬件系统设计的硬件设计
2.1 系统电源电路
该模块将市电经过变压器变压后, 转化为18V的交流电压, 利用LM7805转压芯片将18V的交流电转化为5V直流电, 为单片机等提供电源。LM317H将18V交流电转化为3.3V直流电, 以供无线射频芯片使用。
2.2 单片机最小系统
单片机采用内时钟方式, 利用芯片内部振荡电路, 在引脚上外接定时元件, 内部振荡器便能产生自激荡。定时元件采用的是12MHz的晶振和30p F的两个电容组成的并联谐振电路。
2.3 温度数据采集
本系统为多点温度采集, DS18B20支持“一线总线”接口, 测量温度范围为-55℃~+125℃, 在-10~+85℃范围内, 精度为±0.5℃。现场温度直接以“单总线”的数字方式传输, 大大提高了系统的抗干扰性。DS18B20采用外部供电方式, 只需要用一个接口引脚就可以驱动多路DS18B20, 本系统设计之初只采用4个温度传感器, 如图2所示。单片机通过读取各个DS18B20的序列号, 分别获取温度数据。
2.4 温度数据显示电路
LCD1602的引脚1接地, 引脚2接5V电源, 引脚3接电位器来调节显示器的对比度, 引脚4~14接单片机, 引脚15接10K电阻来设置显示器的亮度。
2.5 数据收发电路
VCC接3.3V电压;μCLK为输出时钟, 本系统中无需使用, 悬空;CD为输出, 单片机不对其进行控制, 悬空:GND接地;其它引脚和单片机相连, 由单片机控制其发送数据或接收数据。
2.6 无线模块芯片n RF905
n RF905芯片是挪威Nordic公司推出的单片射频发射芯片, 工作电压为1.9-3.6V, 32引脚QFN封装, 工作于433/868/915MHz三个ISM频道, 其由一个完全集成的频率调制器, 一个带解调器的接收器, 一个功率放大器, 一个晶体振荡器和一个调节器组成。Shock Burst工作模式能够自动产生前导码和CRC, 可以很容易通过SPI接口进行编程配置, 电流消耗很低, 在发射功率为+10d Bm时, 发射电流为30m A, 接收电流为12.5m A。进入Powerdown模式可以很容易实现节电。图3为基于n RF905的无线收发模块电路图:
3 温度数据采集与无线传输硬件系统的软件设计
系统采用C语言进行软件设计, 编程和调试环境为Keil 4, 系统的软件部分发送端、接收端主流程图如图4、图5所示。
4 系统的整体性能调试
4.1 硬件性能的测试
按照本文的软硬件最初设计思想, 在连接好硬件实物之后, 我们直接对整体实物进行测试, 通过对代码的精心改写, 使得最终的测试结果达到了满意的效果:发送端的液晶屏能够实时显示温度的变化, 接收端的液晶屏温度数值的显示也能随着发送端的变化而变化。
4.2 无线传输距离的测试
传输距离的测试分室外和室内两种环境下进行。其中室外环境的测试在操场上进行, 经测试在两节点相距70米左右时仍然能进行正常通信, 但是在通信距离超过150米左右时发生通信中断的现象。室内环境测试, 由于障碍物的存在, 节点通信的距离下降十分明显, 在不需要穿墙时的通信距离在65米左右, 穿两堵墙时的通信距离在50米左右。
5 结束语
本系统以C51单片机为主控芯片, 通过DS18B20温度传感器采集温度数据, 并利用n RF905无线传输模块和液晶屏1602进行数据的无线收发和显示。通过对软件代码的精心修改使得最终的系统调试获得满意的结果, 达到了最终的设计目的。
摘要：该系统采用C51单片机为核心并且利用了4个DS18B20温度传感器, 2个液晶显示器1602, 以及n RF905的无线收发模块成功的完成了对温度数据的采集、显示和传输以及接受并显示, 并且增加了温度报警功能。我们经过了长期的研究并制定了合理的方案之后对系统进行了设计, 具体是电源电路的设计, 芯片的选择与应用, 程序代码的编写以及各个模块功能的实现, 并且根据系统的特点, 将系统分为采集发送模块和接受显示模块。在系统设计完成后在实验室进行了多次的调试和测试。测试结果表明:系统软、硬件符合设计要求, 可以投入使用。
关键词：温度,数据采集,无线传输,LCD,单片机
参考文献
[1]黄贤武.传感器原理与应用[J].电子科技大学出版社, 2006.
[2]江世明, 刘先任.基于DS18B20的智能温度测量装置[J].邵阳学院学报, 2004.
温度数据采集 篇5
为了提高植物叶面积的测定精度,基于计算机和常规扫描仪,采用计算机图像处理技术,开发了温度、湿度自记纸数据自动读取系统(AutoGPR1.0).系统能根据自记纸背景色与温度、湿度记录迹线颜色差异,将记录迹线提取出来,使计算机读出自记纸记上实测的`温度、湿度值,获取连续数据.系统计算的相对湿度绝对误差≤2%,温度的绝对误差≤0.2℃.
作 者：李万春 田燕 王鹏云 王瑞晶 Li Wanchun Tian Yan Wang Pengyun Wang Ruijing 作者单位：李万春,田燕,王鹏云,Li Wanchun,Tian Yan,Wang Pengyun(昆明农业气象试验站,650228)王瑞晶,Wang Ruijing(昆明市官渡区小板桥镇农科站)
刊 名：气象 ISTIC PKU英文刊名：METEOROLOGICAL MONTHLY 年，卷(期)：2006 32(8) 分类号：P4 关键词：温度 湿度 自记纸数据 自动读取★ DVD随机读取时间
★ 90后，何时成熟作文
★ 世界何时铸剑为犁作文
★ 农村养殖业 何时达标排放
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★ 天下文章一大抄：作文“作假”何时了？
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多点远程温度采集系统 篇6
温度是一种最基本的环境参数, 人民的生活与环境的温度息息相关, 在工业生产过程中需要实时测量温度, 在农业生产中也离不开温度的测量, 因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。传统的温度检测以热敏电阻为温度敏感元件, 热敏电阻成本低, 但需要后续信号处理电路, 而且热敏电阻的可靠性相对较差, 测量温度的准确度低, 检测系统的精度差。本系统选用了美国DALLAS公司DS18B20数字式温度传感器。DS18B20属于单总线智能温度传感器, 可广泛用于工业、民用、军事等领域的温度测量及控制仪器、测控系统和大型设备中。
本系统由单片机AT89S51、数字温度传感器DS18B20、MAX485、存储器24C04和LCD显示芯片RT12864M组成, 能够远程通信的多点温度自动监测。由于DS18B20为单一总线芯片, 因此较一般芯片节约了大量的硬件。故此系统应用范围广。具有结构简单, 成本低廉, 实时性好, 实用性强和性价比高的特点。该装置适用于日常生活和工、农业生产中的温度测量。
2 多点远程温度采集系统设计
本系统主要由两大部分构成, 分别为现场硬件系统和PC机远程监测系统两部分。现场硬件系统组成主要由PC机、AT89S51、RT12864M、24C04, MAX485和DS18B20构成。存储器24C04主要用于存储DS18B20的序列号。LCD显示器用于显示各测量点的编号、温度以及传感器故障时的指示。单片机调用相应的子程序进行传感器自动识别。数字温度传感器DS18B20接线采用拓扑结构总线结构, 在一根I/O口线上挂接若干只温度传感器。供电方式采用独立电源供电。这种结构硬件电路简单, 方便安装和维修。现场工作人员可通过LCD读取温度值。LCD可以显示区域内所有测温点的温度值, 来达到对现场温度监测的目的, 读取方便。PC机远程监测系统由一台PC机和RS232-RS485转换器组成。PC机主要用来接收远程单片机上传的温度值, 将温度值通过软件操作界面显示, 并存入数据库, 实现温度的定时存储、查询, 删除等操作 (见图1) 。
2.1 数字温度传感器RS18B20。
DS18B20具有单线接口, 仅需一根口线与MCU连接, 无需外围元件, 由总线提供电源, 测温范围为-55℃~75℃, 精度为0.0625℃九位温度读数A/D, 变换时间为200ms, 用户自设定温度报警上下限, 报警搜索命令可识别哪片DS18B20超温度限等特点。单总线上的所有通信都是以初始化序列开始。主机通过拉低单总线至少480μs, 以产生 (Tx) 复位脉冲。接着, 主机释放总线, 并进入接收模式 (Rx) 。当总线被释放后, 5k上拉电阻将单总线拉高。在单总线器件检测到上升沿后, 延时15-60μs, 接着通过拉低总线60-240μs, 以产生应答脉冲。在写时隙期间, 存在两种写时隙:“写1”和“写0”。主机采用写1时隙向从机写入1, 而采用写0时隙向从机写入0。所有写时隙至少需要60μs, 且在两次独立的写时隙之间至少需要1μs的恢复时间。两种写时隙均起始于主机拉低总线产生写1时隙的方式:主机在拉低总线后, 接着必须在15μs之内释放总线, 由5k上拉电阻将总线拉至高电平;而产生写0时隙的方式:在主机拉低总线后, 只需在整个时隙期间保持低电平即可 (至少60μs) 。在写时隙起始后15-60μs期间, 单总线器件采样总线电平状态。单总线器件仅在主机发出读时隙时, 才向主机传输数据, 所以, 在主机发出读数据命令后, 必须马上产生读时隙, 以便从机能够传输数据 (见图2) 。
2.2 PC机远程监测系统。
在以单片机为基础的数据采集和实时控制系统中, 通过计算机中的RS-232接口进行计算机与单片机之间的命令和数据传送, 就可以利用计算机对生产现场进行监测和控制。在远距离的数据传送和控制时, 采用MAX485的接口转换芯片, 将RS-232转换成RS-485协议进行远距离传送。传送距离可达1200m。在发送和接收端都进行协议转换后, 可以使用计算机中的RS-232进行远距离的数据传送和控制。采用应答方式进行数据通信, 可使用请求发送 (RTS) 、清除发送 (CTS) 或数据终端准备 (DTR) , 数据装置准备 (DSR) 进行硬件握手。在Windows下, 可以很方便地使用Win32通信API函数来实现这些硬件的握手以及数据的传送。在单片机89S51系统中, 分别从P3.0和P3.1引出串口线RXD和TXD通过MAX485电平转换芯片转换成RS-232接口标准的电平, 这样, 二者之间就可以通过RS-232接口进行远距离数字信号的传送 (见图3) 。PC机与单片机之间的通信为单工通信方式, 单片机发送上传温度数据, PC机接受数据。每组数据由总线上所有18B20的温度值组成, 每个18B20温度值的组成格式如下:单位温度值=传感器编号+温度百位值+温度十位值+温度个位值+温度十分位值。在单片机发送每组数据之前先发一个16进制数“D”, PC机接收到16进制数“D”后开始接收数据, 并将其存入相应的存储单元, 否则不接收单片机发来的数据。这样就确保接收数据的准确性。波特率设置:波特率=2400 bit/s。
2.3 数据库管理
主要用来接收远程单片机上传的温度值, 将温度值通过软件操作界面显示, 并存入数据库, 实现温度的定时存储、查询, 删除等操作 (见图4、5) 。
3 实验测试及结果
3.1 LCD显示结果
液晶与CPU的接口采用8位并行方式, 四个温度值在一屏上显示出来 (见图6) 。
3.2 PC远程监测硬件实验。
该部分硬件主要由RS232-RS485转换器和MAX485组成, 实验的目的主要是测定PC机与单片机之间的通信距离, 以及传输过程中数据的稳定性。借助串口调试助手对单片机上传的数据进行分析, 以此来确定数据传输是否准确, 近而制定通信协议 (见图7) 。
上传数据如下:
数据分析:协议规定值 (0D) 、传感器号 (0) 、00号传感器温度值 (00 02 07 01) 、传感器号 (1) 、01号传感器温度值 (00 02 07 02) 、传感器号 (2) 、03号传感器温度值 (0002 07 03) 、传感器号 (3) 、03号传感器温度值 (00 02 07 04) 。
以上数据分析符合传输规定协议, 传输数据没有错误, 只要保证数据格式不便, 在此基础上增加通信距离。
结束语
本系统能够远程多点温度自动监测。具有硬件结构简单、成本低廉、实时性好、实用性强, 性价比高等特点。适用于日常生活和工业生产中的温度测量。
摘要：本系统实现了多点远程温度测量, 自动识别每个温度传感器位置和传感器故障自动报警。PC机和单片机之间通信采用RS-232转换成RS-485协议进行远距离数据传输。通过访问数据库实现对传输数据的定时存储、查询, 删除等功能。系统主要由单片机AT89S51、LCD显示器RT12864M、MAX485, 存储器24C04和数字温度传感器DS18B20组成。
关键词：远距离通信,自动识别,数据库管理,多点测温
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基于单片机的温度数据采集器 篇7
关键词：数据采集,冷端补偿,数据通讯,热电偶测量
在炼钢过程中,测量钢水的检测环境极为恶劣,尤其是转炉,钢水温度达1 500～1 700 ℃,有时甚至超过1 750 ℃,而且测量过程中钢水液面激烈搅动,强烈冲刷传感器,因此,在类似于钢水温度测量的特种温度测量中,传感器一般都有其特殊要求。现场总线是用于智能化现场设备和基于微处理器的控制室自动化系统间的全数字化、多站总线式的双向多信息数字通信的通信规程,是互相操作以及数据共享的公共协议。基于这一应用背景,本采集器支持现场总线,采用RS 485标准与上位机通讯,大大拓展了本采集器的应用范围。
1 温度传感器的选用
温度检测有许多方法,但本采集器应用于高温测量,只能处理由温度信号转变来的电压信号,因此采用热电偶来作为温度检测的方法。热电偶结构简单、容易制造、价格便宜、准确度高、测温范围广,目前己经在许多场合应用。
本采集器本着通用性出发,设计时考虑到应适合多种热电偶测量,这样能大大提高采集器使用范围,用户可根据不同的测温范围选择相应的热电偶。本采集器采用5种热电偶,分别是:铂铑/铂热电偶,镍铬/考铜热电偶(双铂锗)热电偶,铜/康铜热电偶,镍铬-镍硅热电偶。用户可以根据实际测量温度范围选择合适的热电偶,以便满足使用要求又不浪费。
在一定温度范围内,与所用热电偶的热电特性相同的一对带有绝缘层的导线称为补偿导线。若与所配用的热电偶正确连接,其作用是将热电偶的参考端延伸到远离热源或环境温度较恒定的地方。通过使用补偿导线,可以改善热电偶测温线路的机械与物理性能,同时降低测量线路的成本。
在一定温度范围内,补偿导线热电性能与热电偶基本一致。它的作用只是把参考端移至离热源较远或环境温度恒定的地方,但不能消除参考端不为零度的影响,因此必须进行冷端补偿。热电偶冷端(参考端)通常放在室内为室温,则需要对查表得到的温度进行冷端补偿。
传统的方法,通常采用冷端补偿器来进行冷端补偿。每支热电偶必须配上相应的冷端补偿器和补偿导线,由于加入的补偿导线的差异会带入一定的误差,而且接线较多、安装不便。因此采用辅助测温元件微型计算机补偿法。该方法的基本思想是在传感器内靠近敏感测量元件安装一个测温元件,用以检测传感器所在环境的温度。测温元件的输出经放大及A/D转换送至计算机进行处理。如图1所示。
我们用的测温元件是金属膜电阻,它的测量精度高,价格便宜。金属膜电阻可以用二线制、三线制、四线制接法。工业用的一般是三线制,消除导线电阻的测量误差。金属膜电阻不需用补偿导线传输信号,用普通电缆即可传输信号,这样可以降低成本。三线制接法如图2所示。
在此电路中,铜线绕制的热电阻Cu50起冷端补偿作用。当热电偶的热电势EAB随冷端温度的变化而变化时,铜电阻Cu50两端的电压也随之反方向变化,R3的阻值根据采用的热电阻分度号不同而取不同的值,如Pt100测量时取100 ℃,Cu50测量时取50 ℃。这样才能保证参比端温度为0 ℃所对应的电压输出也是0。A和B两点的电位差EAB是热电偶参比端温度为T0时所对应的校正值。一般R1=R2≫R3。
2 硬件电路设计
2.1 系统总体设计
采集器总体框架如图3所示。
整个采集器除感温元件外,主要由放大电路、数据转换电路、单片机以及信号调理电路组成。感温元件检测温度后,将温度信号转变成电压信号,由于温度测量元件的输出电压非常小,因此必须经过放大后才能被准确测量。电压信号经过A/D转换后变成数字信号,由单片机进行数据处理及进行相应的操作。
2.2 信号输入部分设计
2.2.1 模拟信号输入部分总体设计
热电偶出来的是微弱的模拟电压信号,首先经过滤波电路消除干扰,然后经过放大器将微弱的电信号放大为与A/D所匹配的输入电压。由于单片机只能处理数字信号,故需对这些信号进行A/D转换,变为数字信号。该部分主要由滤波电路,一片集成运算放大器OP07和1片8选1的模拟开CD4051组成增益可调的放大电路,输入信号和冷端补偿信号通过另一片8选1的模拟开关CD4051引入,采用一片ICL7135将输入的模拟信号转变为数字信号送入数据存储器。输入部分电路如图4所示。
2.2.2 芯片选择与原理图设计
(1) 滤波电路
为使信号在进入采集电路或接口电路之前就消除或减弱这种干扰,可在信号线上加上滤波器。电阻R和电容C组成R-C滤波器。在信号线间采用R-C法滤波,会对信号造成一定损失,对于特别微弱信号,当采用此法抑制干扰时,应当注意这一点[1]。
(2) 模拟多路开关
在该设计中,热电偶的冷端和采集器处于同一温度下,为了实现热电偶的冷端补偿,就必须测量出所处环境的温度,在此采用金属膜电阻作为环境温度的检测元件,其输出同样是模拟信号,因此也必须经过A/D转换器进行转换,此外,该采集器可以测试多个点,相应有多路信号,为了降低成本,多路输出的电压信号共用一个A/D转换器,因此就要用到多路转换开关,实现多路信号的选择。选用的CD4051是单片集成的CMOS8通道模拟多路开关,它有3个输入端A,B,C和一个禁止端INH。从A,B,C输入的信号用来选择8个通道中的一个。INH=1时,通道断开,禁止模拟量输入;当INH=0时,通道接通,允许模拟量输入。
(3) 放大器
热电偶的输出电压经过滤波和多路选择开关后,将输出电压送给放大器进行放大,以便放大后的输出电压和A/D转换器的量程相匹配。本文选用低温漂高精度集成运算放大器OP07,精度可达到±0.1 ℃,满足测量精度的要求。它输入阻抗高,共模抑制比大,将传感器送来的微弱直流电压信号放大后输出给ILC7135。由于本采集器可测量多路信号,每路信号大小不同,但又共用一个A/D转换器,因此每路信号的增益不同,为此利用多路模拟开关CD4051和运放OP07来组成一个多增益的放大器,使它们将各自输出的微弱电压信号经过不同放大倍数的放大后都能达到A/D转换器的满量程。
(4) A/D转换器的选择
鉴于温度信号的特点,选用双积分式A/D转换器ICL7135。ICL7135的时钟信号源于AT89C52的T2计数器,同时接至AT89C52的T1,利用T1计数器记录BUSY为高电平时的时钟周期数。BUSY信号接至AT89C52的外部中断INT1,其意图有两个:第一,控制T1计数。当T1计数器工作于方式1时,通过软件设置GATE为“1”时,T1计数受INT1控制,当INT1(即BUSY)为高电平时,T1可对来自外部的脉冲(即ICL7135的时钟周期)计数,INT1为低电平时,停止计数;第二,当BUSY信号由高电平跳变为低电平瞬间,以中断形式通知CPU,读出A/D转换后的数字码。
(5) 看门狗电路
根据设计的要求这里选择美国公司的X5045芯片Watchdog。该芯片集Watchdog、电压监控和E2PROM三种功能为一体,只占用单片机4个I/O口,可以起到可编程看门狗,监控电源复位,断电后保存数据等功能。这种组合降低了系统成本并减少了对电路空间的要求。本文采用的X5045的看门狗定时器对单片机提供独立的保护系统。若单片机没有访问X5045(即表示系统出现故障),看门狗将输出RESET信号,将其RESET输出端置为高电平。延时约200 ms后,RESET端由高电平变为低电平,将单片机复位。
电压监控上电时,电源电压高于4.5 V后,经约200 ms的稳定时间,RESET信号由高电平变为低电平;掉电时,电源电压低于4.5 V时,RESET信号立即变为高电平直至电源电压恢复稳定为止。这样就保证了单片机可靠复位以及电源电压不稳定时,单片机不会出现死机和错误动作。
(6) 通讯部分设计
本数据采集器是支持现场总线的,它和主机之间就应该能够进行相互通讯,互传数据信息,这种信息的交换和传输通过通信接口和数据总线来进行。基于本设计的实际应用性,我选择RS 485接口。RS 485接口芯片采用MAX487E,这种芯片功耗低,采用一对双绞线实现半双工RS 485网络的连接,数据传输速率可达10 Mb/s,通信距离可达1 200 m[2]。
(7) 电源模块设计
本设计中需要的电源有模拟电源±5 V,数字电源+5 V。由于工业现场提供的是24 V直流电,这就需要实现DC-DC之间的变换。本文选用常用的DC-DC转换器MC34063,它是一种单片双极型线性集成电路,专用于直流-直流变换器控制部分,片内包含有温度补偿带隙基准源、一个占空比周期控制振荡器驱动器和大电流输出开关,能输出1.5 A的开关电流。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器、降压式变换器和电源反向器。
模拟电源和数字电源混合供电,彼此之间会产生干扰,供电电源的不稳定会严重影响系统的精度。为了减少干扰的影响,模拟电源和数字电源应采取隔离措施,分别供电。在此采用隔离变压器将系统中的数字5 V和模拟5 V隔开。单片机系统应用各种稳压器以提供系统所需的各种电源。78、79系列集成稳压器是串联调整稳压器。
3 软件设计
3.1 采集器软件总体设计
整个温度检测过程是在程序控制下工作的,该采集器的软件全部采用汇编语言编写,以提高采集器的快速性和实时性。其设计方法与硬件设计相对应,同样采用模块化的设计思想,将该部分设计划分为相应的程序模块,分别进行设计、编制和调试,最后通过主程序和中断处理程序将各程序模块连接起来。这样有利于程序修改和调试,增强了程序的可移植性。整个软件系统主要有以下几部分:主程序、数据采集、数据变换处理、串行通讯及系统监控等程序。
3.2 主程序设计
采集器的主程序设计主要完成系统初始化、中断优先级设定以及判断调用各模块程序,即主要实现各程序模块的连接。本采集器软件设计串行通讯程序级别最高,单片机首先检测上位机是否有命令,如果有则按其命令要求执行。如果没有则执行别的任务。程序框图如图5所示。
3.3 数据采集子程序设计
该部分主要实现将来自热电偶传感器的模拟信号转换为数字信号的功能。由电路连接图可知,ICL7135转换器工作于中断方式。当ICL7135转换完毕时,BUSY由高电平变为低电平,通过INT0而向AT89C52请求中断。该程序主要有A/D转换器启动程序、中断等待转换结束、读取转换结果并存入RAM等几步。程序框图如图6所示。
3.4 串行通讯程序设计
AT89系列单片机内部有一个功能很强的全双工串行口,该口有四种工作方式,以供不同场合使用。波特率可以由软件设置,由片内的定时器/计数器产生。接收、发送均可工作在查询方式和中断方式,使用十分灵活。AT89系列单片机内部的串行口,有2个物理上独立的接收、发送缓冲器SUBF,可同时发送、接收数据。发送缓冲器只能写入数据不能读出,接收缓冲器只能读出不能写入,两个缓冲器占用同一地址(99H)。
为了确保通讯成功,通讯双方必须在软件上有一系列的约定,即软件协议。本程序约定如下:
(1) 波特率设置:T1方式2工作,波特率9 600,计数常数FAH,晶振11.059 2 MHz,SMOD=1。
(2) 串行口初始化:方式1,允许接收。
(3) 中断服务程序入口:0023H。
为了保证通讯的可靠性,通常波特率相对误差不大于2.5%,这一点在设置波特率时要注意[3]。
程序流程图如图7所示。
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温度数据采集 篇8
在科技革命突飞猛进、发展日新月异、竞争日趋激烈的时代背景下, 人民的生活水平也日益提高。各种电热电器产品也因为其本身产品结构小, 更新换代快, 款式样式新等特点, 已经成为了家庭日常生活必需品中的一个重要组成部分。近些年来我省电热产品发展势头迅猛, 同样作为电热产品中最主要的元件——温度敏感元件, 也成为了各个生产企业重点关注的产品之一。其质量的好坏决定性的影响了整机产品质量的好坏。
在现行标准中, 对于产品动作温度的检测和要求明显增强, 在例如制造偏差和漂移、耐久性等项目中增加了对动作温度的监控要求。同时, 在实地对于产品生产过程的了解以及大量检测业务过程中发现, 现有的检测及判断手段多数仅为定性的判断, 即高于一定值动作即可。并没有对其过程的实时监控, 为产品以后在整机中的工作情况带来不小的安全隐患, 也不利于企业对其产品进行更为有效的改进与质控。开展温度特性自动采集系统的研究, 可以完善现有检测技术平台, 有利于质检部门更加全面地掌握质量状况, 更加贴近企业, 更好地为企业提供多方位的技术服务, 有利于提升机构的检验能力和行业知名度。
一、温度特性自动采集系统设计
1.1温度自动采集系统工作要求
温度检测系统的测试是通过测试软件控制的, 系统软件的开发必须做到:
(1) 检测并记录多个温控开关的断开点温度及恢复点温度;
(2) 按区划分测量出八点均匀分布点的温度图, 并对相关点作适当的补偿;
(3) 根据每批产品的温度特性, 设定温度测定范围以便对烘箱的加热速度进行合理控制; (4) 保存测试参数, 并随时打印出参数表。
1.2设计总体设计思路
本系统采用一体式电控柜为主体。西门子工控机安置于电控柜的上部, 通过485接口与PLC控制模块进行数据交换。PLC控制模块及20位扩展热电偶模块均安装于电控柜内。20组继电器分别与20个测试工位相连, 用于提供温控器启动/停止的电信号。控制柜底部中空, 用于高温线, 使得被测试样品可以置于高温及低温的环境区域内。通过西门子S7-224CN可编程控制器, 完成对于精密烘箱温度场循环的控制、不同产品温度要求的可编程控制, 对高速温度采集模块数据的采集支持等功能。
为实现精确测量、快速响应及曲线复现的设想, 满足标准对温度敏感控制器检测的要求, 设计检测系统原理图如图1所示。
1.2.1系统软件的模块设计
该检测系统的程序开发在基于windows xp操作系统下, 由VISUAL BASIC 语言编写, 软件的设计包括五个独立的功能模块。分别为:
(1) 文件调入模块, 可以调入以前任一时刻的测试数据。
(2) 文件保存模块, 将正在测试的数据存盘备份。
(3) 数据打印模块, 将测试的数据打印出来, 作为产品参数标准。
(4) 温度设置模块, 主要用来设置被测温度范围, 由此温度范围为依据, 来控制烘箱的加热速度。
(5) 温度测试模块, 该模块是整个检测系统的核心组成部分, 其主要完成功能为:
(1) 初始化, 包括将用于控温开关状态接口的8255编程设置为输入方式, 温控开关全部接通等。
(2) 读人I/O状态, 判断各温控开关的通断状态。
(3) 分区读入各温度测试点的温度值, 将此时的温度值赋给有通断变化的温控开关样品, 并在监视器上相应的位置显示该温度值。
为了保证温度测量的精度, 除了在硬件上采取必要的措施如采用12位A/D转换外, 软件上也要采取相应的措施, 本系统中采用了多点平均算法。由于A/D采样用的是AD574芯片, 其转化速率典型值为25μs, 而温度不可能有突变, 所以我们对每一温度点采样100个点, 然后排序, 去掉最大的和最小的各10点, 用剩余的80点进行平均, 这样可大幅度地降低测量误差, 提高检测精度。
1.2.2系统内部电路设计
设备电控柜外形尺寸为1000*600*600 (含滚轮高度) , 电控柜主体为框架结构, 下层中空。安装架通过螺钉卡扣安装于电控柜两侧安装槽上, 位置可根据扩展槽所需容量进行调整。设备采用一体式电控柜为主体。西门子工控机安置于电控柜的上部, 通过485接口与PLC控制模块进行数据交换。PLC控制模块及20位扩展热电偶模块均安装于电控柜内。本系统的控制采用上下位机分层控制的方式。上位机采用西门子工控机用于对于下位机PLC发出启动、停止等具体指令。同时接受下位机反馈的数据, 并分析最终形成报告。下位机采用西门子S7-224CN可编程控制器中PLC224型产品, 配合EM221/EM232/EM231等3组扩展模块完成对被测产品的测试, 启停等功能, 同时反馈采集的数据给上位机进行分析统计。上位机下位机之间采用485接口连接。控制电路接线如图2所示。
1.2.3系统界面设计。操作界面的设计遵循简单明了, 操作简便地设计原则。除外观设置上的电源开关, 急停开关, 报警灯等装置, 其余控制设置均集成在液晶触摸屏上。整个版面指示清晰, 操作简便。
操作系统界面主要分为三个层次:1.系统功能选择界面 (开机界面) , 用于对设备进行初始化以及试验功能的选择。2.测试界面:从系统管理中进行相应功能的选择, 可进入不同的测试单元模块。如图3所示的温度开关恢复测试。在测试系统界面中, 我们可以对样品进行测试参数的设置, 启停动作的设置, 以及设定产品不合格的报警范围等。3.产品最终的结果界面。当下位机反馈数据后, 可以直接上上位机中形成分析报告和最终提交的检测报告。报告文档可以形成不同的记录格式, 以适应于以后的智能化一体检测流程。如图4所示。
二、系统计量校准效果
(1) 多路、多种控制器的同时检测与控制。最多可以完成20个产品的测试监控, 同时测试平台还预留有扩展槽, 可以方便有效地进行工位的扩展。采用西门子S7-200CN模块以及工控机。实现记录存储速度达到25μs, 显示速度达到1s/次。
(2) 无人化管理, 设置好烘箱温度区间后, 系统可以自动记录产品反复动作的温度动作值, 并且设计一套可以与现阶段自动化检测流程相配套的, 基于EXCEL模板的自动报告填写及输出模式。
(3) 系统是windows平台开发的, 可以方便的移植。软件界面清晰, 直观, 具有良好的人机互动功能。除了检测环节中通过人工装夹、结构检查等工作, 其余工作均可由软件代为完成。形成一次录入, 自动匹配的功效。极大地降低了人员的劳动强度。
三、结论与展望
无线温度采集系统实现分析 篇9
1、无线温度采集系统设计
1.1 无线温度采集的原理
无线温度采集的原理如下:温度传感器将被测点的温度采集后输出的模拟信号逐步送往信号放大电路、低通滤波器以及A/D转换器 (即信号调理电路) , 然后在单片机的控制下将A/D转换器输出的数字信号传送到无线收发芯片中, 并通过芯片的调制处理后由芯片内部的天线发送到上位机, 在上位机模块中, 发送来的数据由单片机控制的无线收发芯片接收并解调, 最后通过接口芯片发送到PC机中进行显示和处理。
1.2 无线温度采集系统方案
本文设计的无线温度采集系统是由一个上位机模块和一个下位机模块构成, 上位机模块与下位机模块之间采用无线数据通迅联系。上位机模块能对整个无线数据采集系统的运行进行管理和控制, 下位机模块主要实现温度的单点数据采集 (如需多点只需添加采集模块即可) 。下位机模块包括两部分电路, 一路是数据采集部分, 一路是热电偶自动检测部分;上位机是单片机控制下的无线接收电路和PC机与无线收发单元间的串口通信电路。
(1) 温度传感器。数据采集部分主要包括热电偶温度采集电路的电流信号输出和信号放大器2个模块, 完成被测热电偶的数据采集功能。其中热电偶温度采集电路的电流信号输出是4~20m A的弱电流;放大器将上一级输出的4~20m A的弱电流转换为电压信号并放大, 放大器的输出结果满足模数转换的转换范围。
热电偶自动检测部分的信号调理电路主要由标准热电偶、信号放大器组成, 完成对被测热电偶的自动检测功能。其中标准热电偶将被测点温度信息转换成电压量;信号放大器将标准热电偶输出的小信号放大, 放大器的输出结果满足模数转换的转换范围。
(2) 模数转换电路。模数转换电路是用A/D转换器接收来自放大器的模拟信号, 并将其转换成数字信号提供给发射电路。
(3) 无线发射电路。无线发射电路是由n RF905单片机控制, 从发送端 (模数转换) 接收数据, 并用无线收发芯片对收到的数据进行编码, 然后通过输出端口输出。
(4) 无线接收电路。无线接收电路是由n RF905接收发射电路发送的信号, 通过无线收发芯片进行译码, 成为上位机可显示的数据。
(5) PC机与无线收发单元间的通信电路。系统采用一个接口芯片连接PC机与无线收发单元, 通过该接口芯片实现数据传送和在PC机上显示温度数据采集的结果以及被测热电偶的检定结果。
2、硬件设计
2.1 n RF905无线数据传输模块
n RF905是Nordic Semiconductor公司推出的一款高速单片射频收发芯片, 工作电压为1.9~3.6V, 32引脚QFN封装, 工作于433/868/915MHz3个ISM频道, 自动产生前导码和CRC校验码, 可以很容易通过S P I接口进行配置, 外围器件连接简单。n R F 9 0 5有Shock Burst TM发送工作模式和Shock Burst RX接收工作模式, 由T R X_C E/T X_E N/P W R_U P三个引脚的设置来决定。如表1所示。
2.2 DD-900实验开发板
DD-900是一款具有实验、下载编程、仿真三种功能合一的单片机综合学习开发系统, 支持51系列、AVR系列部分单片机的实验和开发。
3、数据采集步骤
(1) 将第一块DD-900实验开发板与n RF905无线传输模块组成无线温度发射系统。将第二块DD-900实验开发板与n RF905无线传输模块组成无线温度接收系统。
(2) 将发射系统与接收系统的下位机程序分别下载到对应的两块DD-900实验开发板上。
(3) 对两块DD-900开发板进行简单的设置。将第一块DD-900实验开发板的JP1中的DS、VCC两个插针用短接帽进行短接, 使得LED数码管接入到电路中。将JP6中的18B20、P13两根插针用短接帽进行短接, 使DS18B20温度传感器接入到电路中。第二块DD-900实验开发板的设置方法与第一块相同, 同时还要将第二块DD-900实验开发板通过串口与计算机连接。然后将两块DD-900实验开发板与两支n RF905无线传输模块用度防线进行边接, 连接如图2所示。注意两块n RF905无线传输模块的第一脚为3V供电端, 在DD-900实验开发板上设有3V电压输出端, 因此方便该实验的接入。
(4) 分别打开两块DD-900实验开发板的电源开关, 此时两块实验板上显示出发射的温度和接收到的温度。
(5) 打开VB上位机程序, 点击运行, 开始显示接收到的温度数据。系统软件主要是用VB6.0对RS232串口编程。实现硬件之间的通讯。MSComm是Microsoft公司提供的主要用于串行通信编程的Active X控件。Active X控件包括一系列的属性、方法和事件, 应用程序通过Active X控件提供的接口来访问控件的功能。通信控件把许多复杂的操作都留给了VB和Windows处理, 编程人员编程时只需设置其中的一些属性。用VB程序实现数据采集的关键程序代码如下。
4、结语
本系统采用VB系统对无线温度采集和传输进行编程, 具有控制方便、可视化、灵活性好、尤其是串口控件M S C O M M的属性功能齐全, 完全可以控制实现各种终端防真功能。硬软件设计简单、工作稳定, 可以实现可靠的无线温度数据传输。
参考文献
[1]李念强.数据采集技术与系统设计[M].北京:机械工业出版社, 2009.5.
[2]楼然苗.51系列单片机原理及设计实例[M].北京:航空航天大学出版社, 2010.5.
高压电力线无线温度采集系统 篇10
在发电厂、变电站里, 高压开关柜中的触头、高压电缆的接头因接触不良或过电流运行时, 因接触电阻过大, 会引起开关触头或电缆接头发热;若不及时排除, 可能导致电缆的绝缘破坏, 形成重大故障甚至火灾, 造成重大经济损失。因此, 实时在线监测高压开关、高压电缆接头的温度, 可以有效预防故障, 保证系统可靠运行。
该发明提供一种安装方便、运行稳定、抗干扰能力好, 低功耗, 数据准确可靠, 可在线监测高压开关柜中的触头、高压电缆的接头的高压电力线无线温度采集系统。
高压电力线无线温度采集系统包括温度节点、路由器、终端设备和上位机, 温度节点的数据发送到就近的终端设备或路由器, 路由器接收到的数据再转发到终端设备, 终端设备与上位机连接;终端设备接收上位机的设置、命令, 并将温度数据通过串行接口传到上位机显示。该系统温度节点、路由器、终端设备之间的数据传输全部采用无线方式。温度节点按设定每隔一定时间将温度数据发送给路由器, 路由器将温度数据直接发送到终端设备, 或通过其他路由器发送到终端设备。
温度节点包含第一无线模块、数字温度传感器和锂电池。锂电池和第一无线模块的电源线连接, 为其供电;第一无线模块的两个I/O引脚分别与数字温度传感器的电源线和数据线连接, 控制数字温度传感器的供电和读取温度数据;第一无线模块将测得的温度数据暂存, 然后将温度数据打包发送。一旦发现温度数据异常, 会立即发送一次温度数据。
路由器包含第二无线模块、滤波电容和显示二极管。滤波电容用于过滤电源部分的干扰, 确保无线系统的稳定性和可靠性;显示二极管用于显示路由器的工作状态, 方便调试和故障检测;第二无线模块用来接收周围温度节点和其它路由器的数据, 然后将其转发。
终端设备包含第三无线模块、滤波电容和显示二极管和报警装置。滤波电容用于过滤电源部分的干扰, 确保无线系统的稳定性和可靠性;显示二极管用于显示终端设备的工作状态, 方便调试和故障检测;第三无线模块接收温度节点和路由器发回的数据;第三无线模块带有串行接口, 与上位机连接, 可以将数据传到上位机显示;第三无线模块的一个I/O引脚与报警装置连接, 超过预警温度会启动报警。
上位机采用工控机或微机, 负责温度节点的分布和显示各个温度节点的信息, 而且还可以对整个系统设置一些运行条件, 比如温度上限和温度下限, 当某个节点的温度高于或者低于系统所设置的条件时, 该系统就会发出相应的报警信息, 并且能定时保存数据和报警记录, 为日后查询提供直接依据。
第一无线模块、第二无线模块和第三无线模块为低功耗无线数传模块, 如工作于2.4GHz频段或ISM频段的无线数传模块。该无线数传模块为一种集无线数据接收和发送于一体, 以及对数据进行处理的片上系统, 使得系统设计更为简化, 大大增强了该无线系统的稳定性和可靠性, 同时也使得开发成本进一步降低。
与现有温度监测系统相比该项发明的优点:采用锂电池供电的低功耗温度节点, 并通过无线方式传输数据, 系统易于安装, 运行安全稳定、抗干扰能力好, 保证测温数据的准确可靠, 温度节点的功耗较现有产品可降低3倍以上, 大大地延长了电池的使用寿命, 且实时在线, 响应速度快, 体积小, 可节省大量的人力、物力。
联系人:曾志生
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