单片机通信电源监控器

单片机通信电源监控器（精选11篇）

单片机通信电源监控器 篇1

1 引言

电源是雷达威力的源动力, 电源的状态直接影响着雷达的正常工作。因此必须对电源进行实时监测, 通过实时读取电源的各种参数来确保雷达的稳定可靠工作。

2 系统设计

系统设计框图如图1所示。

电源监测系统的功能是对雷达阵面28个电源进行实时监控, 并与上位机进行CAN总线通讯。本系统以单片机为核心, 通过电压检测单元对28路电源电压进行隔离采样, 采样信号供单片机读取。同理, 通过电流检测单元对28路电源电流进行隔离采样, 利用AD转化器转化为数字信号供单片机处理。由通讯单元实现单片机与上位的CAN总线实时通讯, 接收上位机命令, 回告电源状态。单片机通过电压, 电流值的大小判断电源工作是否正常, 在异样情况下, 关断电源输出。

3 功能单元设计

3.1 单片机

在本系统中选用了Silicon Labs公司的C8051F040单片机, 该单片机是一款混合信号ISP FLASH微控制器, 其主要特点如下:

(1) 高速8051微控制器内核。

(2) 4352字节内部数据RAM (4K+256) , 64KB FLASH, 外部64KB数据存储器接口;

(3) CAN2.0B控制器;

(4) 12位AD转换器, 最大100ksps;

在此设计我们主要利用这款单片机的CAN控制器, AD转换器。

3.2 电压检测单元

原理图如图2所示。

电压检测单元通过光耦将28路电源电压信号隔离转化为与单片机共参考的电平信号, 由单片机通过选择开关读取电压信号, 实现对电源电压的BIT检测。

3.3 电流检测单元

原理图如图3所示。

电流检测单元通过霍尔传感器将28路电源电流信号隔离转化为模拟电压信号, 单片机通过选择器选择电流信号, 由于雷达属于脉冲负载, 其产生的电流信号存在交流成分, 所以这里通过真有效值转化器将电流信号转化为有效值, 再通过单片机自身的AD转换器转化为数字量, 实现电流的采集。

3.4 通讯单元

原理图如图4所示。

通讯单位由单片机内部的CAN控制器, 外置收发器组成, 收发器选用了AD公司的ADM3053, 该收发器具有隔离功能, 体积小等特点。通讯波特率由单片机软件设置为500Kbps。在CAN_H和CAN_L分别对地增加小容量瓷介电容, 可滤除总线上的高频干扰。

3.5 控制单元

控制单元通过在输出回路中串接MOS管来实现, 由于控制电路和功率电源电路不共地, 所以需增加隔离电路。

4 软件设计

软件流程如图5所示。

系统软件由电压, 电流检测模块, 电源控制, 电源状态判断模块, CAN总线通讯模块组成。检测模块通过启动AD转换器, 采样数据, 数据处理实现。状态判断模块是在开机状态下, 软件根据电源电压BIT, 电流值的大小判断电源是否正常。通讯模块根据CAN总线中断, 判断中断类型, 通讯协议实现状态的回告。

5 结语

本设计采用高集成度器件, 减少了系统硬件, 提高了可靠性, 降低成本。在多个项目中得到应用。可根据不同的需要, 改进设计。

摘要：本文介绍一种雷达阵面电源监控系统的设计。从整体设计到各功能单元的实现, 做了详细的描述, 给出了软硬件原理图。以单片机为核心, 利用传感器, AD转换器等器件, 对电源各参数进行采集, 计算, 从而实现了电源状态的实时监控。通过CAN总线与上位机进行高速通讯, 实现电源的遥控和电源状态的上报。采用高集成度器件保证设计的低成本, 高可靠性, 在多个项目的应用中证明本设计是可实现的, 具有一定的应用价值。

关键词：电源监控,单片机,CAN总线

参考文献

[1]童长飞.C8051F系列单片机开发与C语言编程.北京航天航空出版社.

[2]8051系列单片机C程序设计完全手册.人民邮电出版社.

[3]C8051F040/1/2/3/4/5/6/7 Data Sheet.Silicon Laboratories, 2005.

单片机通信电源监控器 篇2

摘要：系统采用8031单片机实现电力参数的交流采样，通过LED显示器显示频率、电压、电流的实时值，在过压30%、欠压30%时进行声光报警，并能定时打印电压、电流及频率值。实践证明，采用交流采样方法进行数据采集，通过算法运算后获得的电压、电流、有功功率、功率因数等电力参数有较好的精确度和稳定性。

关键词：单片机交流采样频率跟踪电力监测

随着电力系统的快速发展，电网容量的扩大使其结构更加复杂，实时监控、调芳的自动化显得尤为重要；而在电力调度自动化系统中，电力参数的测量是最基本的功能。如何快速、准确地采集各种电力参数显得尤为重要。

在实现自动化的过程中，最关键的环节是数据采集。根据采集信号的不同，可分直流采样和交流采样两种。直流采样，顾名思义，采样对象为直流信号。它是把交流电压、电流信号经过各种变送器转化为0～5V的直流电压，再由各种装置和仪表采集。此方法软件设计简单，对采样值只需作一次比例变换即可得到被测量的数值。但直流采样仍有很大的局限性：无法实现实时信号的采集；变送器的精度和稳定性对测量精度有很大影响；设备复杂，维护难等。交流采样是将二次测得的电压、电流经高精度的CT、PT变成计算机可测量的交流小信号，然后再送入计算机进行处理。由于这种方法能够对被测量的瞬时值进行采样，因而实时性好，相位失真小。它用软件代替硬件的功能又使硬件的投资大大减小。随着微机技术的不断发展，交流采样必将以其优异的性能价格比，逐步取代传统的直流采样方法。

本系统采用8031单片机实现电力参数的交流采样。通过LED显示器显示频率、电压、电流的实时值，在过压30%、欠压30%时进行声光报警，并能定时打印电压、电流及频率值。实践证明，采用交流采样方法进行数据采集，通过算法运算后获得的电压、电流、有功功率、功率因数等电力参数有着较好的精确度和稳定性。

一、交流采样原理

若将电压有效值公式

离散化，以一个周期内有限个采样电压数字量来代替一个周期内连续变化的电压函数值，则

式中：ΔTm为相邻两次采样的时间间隔；um为第m-1个时间间隔的电压采样瞬时值；N为1个周期的采样点数。

若相邻两采样的时间间隔相等，即ΔTm为常数ΔT，考虑到N=(T/ΔT)+1，则有

式（1）就是根据一个周期各采样瞬时值及每周期采样点数计算电压信号有效值的公式。

同理，电流有效值计算公式如下：

计算一相有功功率的公式

离散化后为

式中：im、um为同一时刻的.电流、电压采样值。功率因数可由下式求得：

cosφ=P/UI

二、系统硬件组成

本系统的硬件部分由电源、主机、数据采集电路、键盘输入电路、显示器和打印机输出电路共6部分组成。系统总体框图如图1所示。

1.主机

主机由单片机8031、地址锁存器74LS373、外接4KB的程序存储器2732和8KB的数据存储器6264构成。

2.数据采集电路

系统数据采集电路如图2所示。

由图2可见，前向数据采集通道由传感器、双四选一多路开关4052、采样保持器LF398、八选一多路开关4051、模数转换器AD574、光隔及由电压比较器LM339、锁相环4046、分频器4020构成的频率跟踪电路和用于控制采样保持器的单稳触发器4528组成。

由于采集的对象为电压、电流等模拟量，所以必须经A/D转换器变成数字量以后，才能送入8031进行处理。本系统选用AD574，该芯片使用逐次逼近法将-5～+5V模拟电压转换为数字量。转换时间为25μs，非线性误差小于±0.5LSB。

系统的采样时间间隔为0.5s。采样时，在1个信号周期内对一相电压、电流等时间间隔准确采样16点并把结果存入片外数据存储器相应的存储页内（A相电压：DPH=80H，A相电流：DPH=83H；C相电压：DPH=84H，C相电流：DPH=85H）。三相全采完后，对采到的数据进行数字滤波。计算有效值后和上限、下限值进行比较，若有超标则进行声光报警。对频率的采样是将交流电信号经LM339电压比较器变成方波后送到8031的P3.2脚（外中断0），由8031计数器0（工作在方式1计数初值为0）在方波保持高电平的时间内对8031（采用12MHz晶振）的内部时钟进行计数。采样期间在每一相16点电压、电流采样完毕后，8031读入计数值存入相应的存储页（DPH=86H）内，数据处理阶段将其转换为频率值后送8279进行显示。

3.键盘和显示器电路

采用带字驱动和位驱动的LED显示器进行显示。键盘上共设置了8个键，其中：0键用于功能切换；1，2，3三键为双功能键，分别用于显示A，B，C三相电压或电流；4键用于随机打印。

4.打印机接口电路

8031直接带一个TPμP微型打印机，用软件能使其在规定时间自启动并按设计格式打印指定数据。

三、软件设计

在系统的软件设计中，采用模块化设计方法，使得程序结构清晰，便于今后进一步扩展系统的功能。系统软件有以下模块构成：主程序、时钟中断服务程序、键盘中断服务程序、数据采集处理子程序、显示程序、打印程序等。主程序主要完成系统初始化，装置自检等任务。系统的初始化部分包括CPU各端口输入输出设置、中断设置、外围驱动、译码电路的初始化、数据RAM的初始化等。系统的数据采集处理子程序的功能是在定时中断服务程序中完成的。在定时中断服务程序中主要进行三相交流电压、电流的采集，数字滤波、采样数据存储，标度变换以及报判断与输出等操作。打印程序由定时中断服务程序团龄闰打印请求标志，主程序查询到该标志时，执行打印准备和启动程序，即将打印数据装配成ASCII字符标准格式存入到外部RAM的打印缓冲器中。由于篇幅所限，本处不再一一介绍。

数据采集子程序：

SMP：MOVR0，#00H；相数选择初始化

MOVR2，#80H；u1存放页地址送R2

RET：MOVTL0，#00H

MOVTH0，#00H

SETBTR0

MOVA，R0

MOVP0，A；选中三相中的一相进入4052

MOVR7，#00H；采样点数寄存器初始化

MOVR1，21H；当前采样点的页内地址指针

AD12：CLRP1.2；选通当前相的电压信号

SH：JNB00H，SH；查询S/H标志位

CLR00H；准备好，清标志

CLRP1.6

MOVP2，#DFH；启动A/D转换

AD1：JBP1.7，AD1;未完，等待

SETBP1.6；R/C置位，准备读

LCALLDATA；读入转换结果存入相应页

SETBP1.2；切换到电流信号

CLRP1.6

MOVP2，#DFH；启动A/D转换

AD2：JBP1.7，AD2；未转换完，等待

INCR2；页地址+1，到存放该相电流的页面

SETBP1.6

LCALLDATA；读入结果

INCR7；下一采样点

INCR1

INCR1；采样点存放单元地址

CJNER7，#10H，AD12；该相未完，继续

LCALLFRQCY

INCR0；置下一相采样标志

INCR2；下一相电压存储页

MOVR1，21H；下一相存储页地址指针

CJNER1，#03H，RTE；三相未采完

ADD21H，#1FH；三相全采完，下次采样各页内地址指针

RET

另外，在电力系统的实际运行中，电网存在谐波，还会有各种瞬时干扰，如投切电容器和开关合闸、掉闸等都会产生干扰；而采用硬件滤波存在硬件电路复杂等诸多弊端，因此本系统求取电力参数采用数字滤波方法祛除干扰，用软件代替硬件，实践证明具有较好的滤波效果。此外，系统中还采用指令冗余、软件陷阱等抗干扰措施，以使系统具有良好的抗干扰性能。

结束语

单片机通信电源监控器 篇3

[关键词] 安全监控 Mega8单片机 2868紫外光敏管

1. 引言

气体燃烧安全监控系统是一个燃烧器管理和燃料安全联锁系统,它能在锅炉正常工作和启动、停止等运行方式下,连续监视燃烧系统的状态,完成必要的操作或处理未遂性事故,以保证锅炉炉膛及燃烧系统的安全,它将在防止由于运行人员误操作及设备故障时引起锅炉炉膛喷烟、爆炸而产生的人身伤害、设备损坏方面起重要的保障作用。气体燃烧安全监控系统包括燃烧器控制系统和燃料安全系统,可对锅炉运行的主要参数和锅炉辅机运行状态进行连续监测并对锅炉燃烧器进行管理,在操作人员来不及处理的危急情况下,将燃料系统置安全状态,而保证锅炉及所附设备的安全。

2. 系统功能

气体燃烧安全监控系统的功能包括三个方面:

2.1 锅炉灭火保护

气体泄漏试验、炉膛吹扫、单火嘴火焰监视、全炉膛火焰监视、MFT、报警。

2.2 燃烧器自动控制

燃烧器点火、灭火程序控制(包括油枪就地控制,油管路系统阀门控制)、给粉机转速控制、一、二次风风门控制、燃烧器各层喷嘴和只数的自动切换、快速减负荷、快速切回。

2.3 主燃料自动控制

磨煤机控制、给煤机控制、煤层起停自动控制。

3.系统组成

系统由控制柜和现场设备两部分组成

3.1 控制柜

控制柜是系统的核心部分,它通过采集现场不同信号,进行计算分析处理,并输出各种控制信号实现对锅炉燃烧器和燃料的控制。

3.2 现场设备

现场设备包括驱动装置伺服电机,阀门、执行器、传感元件等设备。

4.油层自动点火部分基本功能

(1)自动或手动控制推进器的进退;

(2)自动或手动控制高能点火器点火;

(3)自动或手动控制油阀、汽阀的吹扫、投油、截止;

(4)自动或手动控制方式切换;

(5)运行状况指示。

5.火焰检测部分

火检器的类型:燃料燃烧的化学反应中将释放出大量的能量,包括光能,如紫外线(6～400nm)、可见光(400～760 nm)、红外线(760nm以上),热能和声辐射能等,应用不同的火焰特征可以构成不同类型火检器。

5.1直接式火检器

一般用于点火器的火焰检测,常用的有检出电极法、差压法、声波法和温度法等;

5.2间接式火检器

利用辐射光能原理,检测火焰中的紫外、可见和红外光线的存在以判定火焰状况;

5.3数字图像火检装置

用CCD摄像机摄取火焰图像送到计算机,对图像进行数字化处理,计算出燃料燃烧火焰的温度场,火焰的能级,从而判断出燃烧的好坏及燃烧不稳告警和熄火保护等。

气体燃烧安全监控系统中的火焰检测部分采用的是间接式火检器,它通过配合不同类型的传感头,能检测到火焰中的紫外线、可见光以及红外线等,从而实现对燃烧器点火、灭火的控制以及给油喷油控制。火检器部分结构框图如下:

程序流程图

图中探头部分采用的是日本HAMA—MATSU公司出品的R2868型紫外光敏管。它测量的波长范围为185nm至260nm的紫外光,在5m的距离上能辨别出高度为lcm的烛光。它的光谱范围及其他几种光源的光谱范围如下图所示:

由图可见,R2868 只响应波长很狭窄的一部分(180～260nm),而其他光源(如太阳光等)的光谱范围则要宽广的多,而且在R2868响应的光谱范围内能量极弱,由此可见R2868抗外界的干扰能力很强,很适合用于检测火焰状态。控制电路的原理图如下:

当有火焰的时候,R2868就会发生电离并输出频率大于1MHz的高频脉冲信号给控制柜中的检测仪表,检测仪表通过采集这个脉冲信号,进行分析运算处理,并将处理的结果直接作用于控制端来进行燃烧器点火、灭火程序控制,检测仪表的程序流程图如下:

其工作原理为通过利用单片机Mega8的定时器T0产生一个3600Hz的中断,用另外的定时器T1作为计数器,当到达定时中断后,读取计数器中记录的脉冲数,并对脉冲数进行分析和处理,最后判断出是否有火,当判定无火时,CPU输出一个控制信号提供给控制柜中的报警接点,及时切断供油喷嘴系统,停止向炉膛内供油,同时发出声光报警,提醒操作人员注意,防止锅炉炉膛喷烟、爆炸,确保设备和人员安全。检测仪表的另外一个作用是它可以根据采集的脉冲信号的频率大小,分析出炉膛内火焰的强度,并可根据检测出的强度和通过仪表面板上的光柱显示出来,并通过模拟电流或电压信号输出制燃料控制部分中的执行器等设备上,从而达到对燃料的控制,实现节能降耗的目的。

在火焰监测系统中,灵敏度是一个非常重要的因素,提高系统的灵敏度即可提高整个系统的响应时间,还可有效地消除误发灭火信号。在气体燃烧监测系统中专门设计了一种反时限特性的延时电路,使灭火延时的长短取决于灭火前的强度和频率的变化速率。当火焰的强度、频率值以高速率降至阈值以下时延时应长一点,因为这时炉内有足够的能量支持燃烧,不会达到真正灭火的状态;当火焰的强度、频率缓慢地降至阈值时,说明火焰的支持能量较小,延时就要短一些,以防止拒动。“灭火”—— “有火”延时,与强度、频率的上升速率成反比。气体燃烧监测系统正是通过测定频率变化的速率来确定炉内状态,从而提高了火焰检测的可靠性与准确性。

6.火检冷却风系统

冷却风系统是由两台高冷却风系统是由两台高压离心式风机、风机控制柜组成,正常时一台高压离心式风机工作提供冷却风,它能提供连续的常温风送至每支火焰检测探头,防止探头因过热损坏或因光敏管污染检测不准。通过风压测点的检测开关,实时检测冷却风管道的压力,当风压测点的检测值低于设定值,由风机控制柜自动控制启动另一台高压离心式风机,以确保冷却风量与风压。

综上可知,气体燃烧安全监控系统的特点是灵活性和扩展性强,灵敏度高,可根据现场环境随意组合,具有其他传统监控系统无法比拟的优势。

参考文献:

[1]许立梓等.微型计算机原理及其应用[M].北京:机械工业出版社,2003.1

[2]李朝春.单片机原理及接口技术[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.9

作者简介:

丁凤玲(1975、05—),女,汉族,黑龙江哈尔滨人,哈尔滨市瑞兴电气有限公司,助理工程师,研究方向:电力工程自动化、计算机应用;

单片机通信电源监控器 篇4

进入21世纪以来, 随着Internet、信息技术的快速发展以及国内经济科技建设水平的不断增长, 关于通信机房环境监控系统的研究与开发已是大势所趋, 这也是我国电信产业今后的发展方向。

1 单片机与通信机房环境监控系统

1.1 单片机

单机片——Single-Chip Microcomputer, 全称为单机微型计算机, 在开发系统应用中一般称作单片微机或者微控制器——Microcontroller。它基本的工作原理就是把中央处理器、存储器、定时/计数器 (Timer Counter) 等, 都集成在一块集成电路芯片上, 从而形成了微型计算机、控制器。

1.2 通信机房环境监控系统

所谓“通信机房环境监控”, 主要是针对通信机房内所有的设备以及机房内的环境进行集中的管理与监控, 并且在整个系统运转流程中, 充分发挥其信息采集、分析、处理、存储、查询、报警等功能。前面提到的机房内的设备与环境, 主要包括:消防系统、UPS、配电、空调、温湿度、烟雾、漏水、防雷、门禁等。

通信机房环境监控系统主要由以下子系统共同组成:采集子系统、软件子系统、传输子系统等。其中, 采集子系统的主要功能与任务是完成底端数据的采集;软件子系统主要用来完成系统设置、数据处理、数据存储、系统功能等;而传输子系统最大的功能是将采集子系统采集到的底端数据传送到监控中心。

2 单片机技术在无人值守机房环境监控系统中的应用

2.1 我国无人值守通信机房内环境监控系统存在的问题

在我国, 电信通信机房环境监控系统的主要工作包括:

保证机房环境的监测稳定性, 对机房内各种运行设备的动力环境状态等方面进行严格的控制管理, 最大限度的保证传递信息、图像、数据的准确性、时效性。

相关的工作人员要做好相应的记录、保存等管理工作, 同时还要从环境监控系统传递来的信息中挖掘出其中的问题与矛盾, 并及时进行维护管理工作。

但当前普遍存在的问题还有很多, 例如:

有的电信通信企业, 在机房内安装的空调都是家用型智能空调, 这类空调设备在通信机房内的环境中会一直处于自动运行的状态, 无形之中加大了机房的电力消耗。

由于当前的技术限制, 一些早期的传统机房环境监控系统只能对供电机进行简单的监视行为, 虽然也能传递机房内的故障报警信息, 但是并没有实现机房环境远距离视频监控, 对空调等设备也无法实现远程遥控。

2.2 利用单片机技术实现无人值守机房环境监控系统的集中控制

单片机技术通信机房环境监控系统见图1, 本系统内部各组成部分的功能作用如下:

2.2.1 温度与湿度传感器

系统中的温度与湿度传感器, 主要采用通用传感器。该传感器的信号经过调理电路数据处理之后, 转化为数字信号, 最后传送到单机片计算机信息系统中被加工处理。

2.2.2 温湿度数字显示屏

温湿度数字显示屏在该机房环境监控系统中的主要功能是实时显示通信机房内环境的温度、湿度等相关数值。

2.2.3 功能操作按键

系统中的功能操作按键主要是用来选择专用空调机的运行方式, 就好比生活中使用的家用空调一样。这样做的目的是通过空调的各种运行方式来适应不同环境、不同结构、不同规模下的通信机房环境的需要。

2.2.4 单片微机信息应用系统

系统最中心的位置是单片微机信息应用系统, 单片机技术应用系统是通信机房环境监控系统的核心。单片机技术应用系统主要是依据机房内空调机的运行方式, 以及系统外部传感器送来的环境检测信号, 进行相应的信息处理, 并实现对专用空调机的实时控制。

2.2.5 语音报警电路

该系统中的语音报警电路, 主要是依据单片机应用系统通过传感器传输过来的报警信号, 选择相应的语音进行故障播报, 这样就会及时的通知到通信机房的维修管理人员。

2.3 单片机技术通信机房环境监控系统显著的特征与优势

相较于传统的机房环境监控应用系统, 单片机技术通信机房环境监控系统更加灵活多变, 而且对环境的适应性更强。该系统主要采取的监控管理模式是C/S监控模式与B/S监控模式, 这两种模式不仅可以实现通信机房环境的集中管理控制, 还可以有效的实现单独机房的管理控制。

通信机房内的设备性能将会更加稳定、安全, 因为背后拥有强大的系统网络操控平台, 可以为机房环境监控系统网络安全、稳定、可靠的运转打下坚实的基础。

该系统有各种输入、输出接口, 不仅有助于系统的及时更新与升级, 更方便系统的优化配置。

3 单片机技术通信机房的维护管理工作

通过上文的阐述, 我们已经了解了无人值守通信机房环境监控系统的重要作用。所以, 为了能够让该系统正常、稳定、安全的运转下去, 相关工作管理人员应该做好以下工作:

3.1 单片机技术通信机房环境监控系统的运行保障

3.1.1 注意通信机房内温度湿度等环境控制

要保证通信机房能够正常、平稳的运行下去, 需要为它提供一个良好、适宜的温度环境。特别是系统当中的交换机, 交换机在通信机房环境监控系统中进行工作的时候, 容易产生大量的热量, 一旦这些热量不能及时消散, 聚集过多、过高会导致交换机损毁。在机房环境湿度控制方面, 特别要注意阴雨天气, 通常情况下, 通信机房内的设备更适合在干燥的环境内运行。

3.1.2 加强机房内的电气环境以及尘埃控制

在单片机技术应用下的通信机房环境监控系统, 在运行工作的过程中特别需要一个良好的电气环境。“电气环境”就是指防电磁、防静电。

通信机房内的电子元器部件通常都是半导体材料, 在这种静电的机房环境下, 比较容易造成静电积累并最终导致静电电压的形成。静电电压一旦形成, 就非常容易击穿电子元器件。

此外, 在通信机房内, 环境空气中的尘埃与杂质经常大量积累在许多电子设备上, 或者积累在电气电路板上。如果这些不良现象得不到有效的解决, 非常容易造成通信机房内电气设备的短路损坏。针对这一问题, 建议企业或者管理部门在通信机房内安装必要的除尘设备。

3.2 单片机技术通信机房环境监控系统的维护管理

3.2.1 系统软件的防护与维修

在整个单片机技术通信机房环境监控应用系统中, 关于系统软件的日常维护与管理工作是很有必要的。软件的维护与管理工作主要是针对软件所承载的信息数据进行相应的删减、增加、修改等, 同时还包括对软件使用功能的测试检测、处理数据的拷贝、系统软件的定期杀毒等。

3.2.2 系统硬件的防护与维修

相关工作人员在进行硬件的日常维护工作的时候, 切忌随意对插板进行接插操作, 一定要严格规范操作行为。日常维护管理工作, 包括对通信机房进行定期检查, 包括一些除尘工作、系统运行功能检测、警报子系统信息的处理等。

参考文献

[1]邹景文.无线广播系统编码机中单片机技术的应用[J].科技资讯, 2013 (11) :31.

[2]姜卫华.通信机房动力环境集中监控系统研究[J].信息通信, 2013 (9) :213.

[3]任利云.动力环境集中监控系统在神东通信机房的应用[J].科技创新导报, 2013 (24) :35-36.

计算机单片机串行通信技术研究 篇5

摘 要：计算机，作为信息技术发展的产物，与单片机有效的组合，不仅可以有效地解决单片机存在的缺点，而且能够发挥两者最大的作用。计算机与单片机的联合，是建立在使用串行通信技术基础之上，而且借助串口这一载体从计算机上下载程序的单片机，则是占据着较大的比例，为此，让计算机与单片机进行更好的联合，对使用在其中的串行通信技术做出简单的分析与探究。

关键词：计算机；单片机；串行通信技术

0 前言

21世纪的社会已经进入信息化时代，无论是在人们的日常生活中还是在社会的生产方面，信息化技术都在其中扮演着重要的角色。科技这一因素所带来的变化是巨大的，所带来的产物也是全新的，其中计算机作为科技发展的一种产物，充斥在社会各个行业以及各个领域中，发挥着计算机这项技术独有的优势与功能。单片机，作为一种集成电路芯片，被应用的越来越广泛，之所以被广泛应用的原因就是在与单片机巨有强大的功能特点，不仅在使用时能够体现灵活性，而且性价比也是较高的。但是正所谓世界上是不存在十全十美的事物，单片机在拥有如此强大的功能之后，也是存在一些属于自身的缺点，就是单片机的存储量是较少的，使得单片机在处理数据方面存在缺陷。为了能够有效改善这一问题，实现更好地运用单片机，就将单片机与计算机进行连接，由单片机来采集数据，在将采集到的数据传输到计算机中，以这样的方式，正好解决单片机存储容量不足的缺点，与此同时，为了能够很好地实现这一做法，就必须要完成计算机和单片机之间的通信技术，而现在计算机和单片机之间的通信技术一般采用的都是串行的通信技术。

1 通信技术的分类介绍

计算机与单片机在串行通信技术的基础上，进行有效的联合，是符合发展的要求的。从通信技术这一整体的概念来讲，可以对其从两个大的方面进行分类，从这两个方面中可以更加了解通信技术，进而进一步理解串行通信技术。

1.1 从数据传输方式的角度

一大类，从数据的传输方式来讲，可以分成4种方式。第一，单工方式，数据的传输方向是单向的，并没有明确是朝着哪个方向前进，只能肯定的是方向是固定的，这样的传输方式，由于方向是固定，相对的该中传输方式在应用范围也是有限制的，不能够广泛地应用到各个领域中。第二，有了单向的传输方式，就有双向的传输方式，也就是半双工方式，这一方式也不能做到万能，随时随地的传输数据，它只能分时段进行数据的传输，相对应的在使用方面也存在一定的局限性。第三，时代在发展进步，技术也不会故步自封，因此，就出现了解决上两项的传输方式——全双工方式，应用在双方有交互的情况下，正是由于这一方式的局限性相对减少，于上述两种相比较而言应用的较为的广泛。第四，在综合上述三种方式共同点的基础上，又出现了多工方式，这一传输方式的出现，能够实现多种数据的共同传输，功能较为强大，被应用得最广。

1.2 从串行通信技术的角度

二大类，就是在一个线的基础上进行位数传递数据的串行通信技术，这一技术按照时钟的基准，又可以分为两个方面。首先是异步串行通信，以时钟为标准，通信的双方在数据接收时，一方用自己的时钟进行数据的传送，而另一方则是用自己的时钟来进行数据的接收，两者之间的步调是不一致的；其次是同步串行通信，以时钟为基础，接送和发送的双方参考的是同一个时钟的标准，彼此之间的步调是一致的。

2 关于串行通信技术的分析

2.1 关于计算机方向的

计算机与单片机之间利用串行通信技术时，所必须要用到的设备就是计算机的串口，与平常我们在日常生活中常用的USB接口线是不同的，串口以Bit为单位进行数据的传输，串口通信中最为常用的就是波特率，以秒最为单位，因此，在计算机的串口通信当中，正是一个常用到的单位，一般情况下，在串口的数据通信传输过程中，数据的位数一般为5、7、8位。在数据的传输过程中，会受到诸多因素的干扰，可能会出现出错的概率，因此要对其进行检验位。在对串口通信进行分类的时候，可以根据串行通信之间的不同协议，成RS232、RS442、RS485。在这几个串口通信当中，RS232的出现是最早的，后通过对RS232进行一定的改进和完善就有了RS442和RS485。

2.2 关于单片机的

计算机与单片机之间的链接，是利用串行通信技术进行完美的实现，为了使得这一目标更趋完善化，一般情况下，单片机内部都有一个既可以用来接收数据有可以用来传输数据的这样一个串口，被称为全双工串口，能够通过这样一个简单的设备实现接收数据还可以达到发送数据的效果。与此同时，单片机作为一项有技术发展所带来的产物，任何一种单向机都会有数据使用手册包含在其中，让用户在方开始使用阶段，在还未对单片机充分了解的基础上，可以参考这份使用手册对单向机进行合理的运用，进行更好的工作，而且在单片机中，寄存器是非常重要的组成部分，不管单片机的构造如何，是简单化还是复杂化的，在进行编程时，就要对其进行有效的设置，促进技术的发展与进步。

3 结语

计算机、单片机，从某种程度上来讲的话，都是属于科技这一因素进步之下所带来的产物，单片机存在存储量不足的缺点，而计算机的众多优点之一就是有较大的存储容量，为了更好地适应社会的发展需要，就将计算机与单片机进行有效的联合，以计算机的优点来弥补单向机的缺点，同时要想达到联合的目的就需要借助串行通信技术，来实现数据的传输。本文以此为出发点，对计算机与单片机之间使用的串行通信技术进行相关的研究，使得串行通信技术得以朝着更好、更实用的方向发展。

参考文献：

[1]郭红英. PC与单片机通信系统设计[J].信息系统工程，2013（06）：22-23.

[2]周子深，中振宁.用VB实现计算机与单片机的串行通信[J].半导体技术，2002（01）：42-44.

[3]彭顺，潘玉田.单片机串行口的并行通信技术[J].机械管理开发，2007（05）：95-96.

[4]梁中华，王子威，祁春清，索迹. PC机与单片机串行通信的研究[J].沈阳工业大学学报，2005（03）：302-307.

作者简介：王硕（1995—），男，辽宁辽阳人，沈阳理工大学学生。

赵杨放（1994—），男，河南信阳人，沈阳理工大学学生。

单片机通信电源监控器 篇6

本系统的工作流程是:用户复位监控器, 液晶显示屏提示用户输入起始监控时间, 设置好时间后退出时间设置程序, 系统进入监控模块, 当有人进入监视区时, 红外发射器所发射的红外线被阻断, 单片机接收不到红外线, 触发系统进入数据采集模块, 记录此时的时间并存入单片机RAM内, 系统开始继续监控。用户可以通过按键进入单片机查询模块对RAM里存贮的时间信息进行翻阅查看。该系统也可用于制动控制、工业过程监控、信号采集等领域。

1 时间计时器的设计

DS1302是DALLAS公司推出的涓流充电时钟芯片, 内含有一个实时时钟/日历和31字节静态RAM, 通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟/日历电路提供秒, 分, 时, 日, 日期, 月, 年的信息。每月的天数和闰年的天数可自动调整, 时钟操作可通过AM/PM指示决定采用24或12小时格式。DS1302与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信, 仅需用到三个口线:1) RES (复位) ;2) I/O (数据线) , SCLK (串行时钟) 。时钟RAM的读/写数据以一个字节或多达31个字节的字符组方式通信。DS1302工作时功耗很低, 保持数据和时钟信息时功率小于1m W。单片机的P3口用作初始时间设置的功能按键同时也是单片机进行系统监控时的功能按键。P3_1口为秒分时设置切换指示按键, 同时也是监控报警启动按键, P3_2口为秒分时数字调整按键, 同时也是查询红外监控触发时间按键, P3_3口为退出按键。在设计初始时间设置函数时, 根据DS1302芯片接口的驱动程序, 往芯片写入初始时间的驱动函数形参为unsignedchar数值型, 即uns igne d char=1。而LCD1602芯片的显示驱动程序为uns igne d char字符型, 即uns igne d char=‘1’。为了能够实现在设置初始时间时, 液晶同时显示出相关时间信息, 在初始时间设置函数里, 分别定义了两个数组, 它们是unsigned char数值型和unsigned char字符型, 这两组数组在秒分时时间设置中, 同时自加和自减, 保持步调一致。最后把unsigned char数值型数组里的值作为实参传递给DS1302芯片接口驱动程序中时间写入函数。

2 红外发射电路与监控系统控制模块的设计

此类设计的要点在于红外线信号的发射与接收部分, 由于目前市场上常用的红外线发射器件和接收器件都具有频率选择性, 因此要想得到较好的传输距离和稳定的性能, 必须将驱动红外线发射管工作的振荡电路频率调整在红外发射器件的工作频率附近, 现大部分产品的频率为38KHz, 在设计该电路时, 也是让其555电路组成的振荡器工作在38KHz附近。至于接收电路, 作为报警工作的话, 没有像红外线通讯那样要精确地还原出发射端发射的每一个数据, 因此相对来说, 要求可以放宽一些, 在正常无红外发射信号时, 一体化红外接收头输出是高电平, 可以理解为:当有红外线信号收到时输出一个高电平信号, 如果有人阻断了红外线信号, 输出一个低电平信号, 单片机系统控制模块通过这个低电平信号启动报警和记录此时的时间信息。

整个系统采用五伏直流电压供电, P3_4口按键可以设置是否启动报警功能, 用户可以根据需求自行决定。报警电路采用音乐集成芯片TQ33F, 该芯片电路接口简单, 体积小巧, 价格低廉, 性能稳定。内部存储10秒左右的语音信息, 例如“抓小偷”。当给该芯片提供2.5~5伏电压时, 报警器会连续播放芯片存储的语音信息。当用户启动报警功能时, 当监控系统监控到有人进入监控区时, 便启动报警功能, 时间维持30秒, 同时此刻相关时间信息将被记录到系统存贮器中。30秒后系统将继续进行监控, P3_1口按键作为查询报警时间按钮, 通过此按键系统进入时间查询模块, P3_2口按键用来翻阅时间信息, 当翻阅到底端时, 液晶显示屏会提示“the end”。P3_3口按键用来退出查询模块, 同时系统又重新开始进行监控。整个监控系统内部程序运行流程图如下所示。其中, unsignedcharcurrenttime[6][9]为存储时间信息的多为数组, 这里设定为6组, 每组分别存储“秒”、“分”、“时”、“:”等信息。r变量用来动态更新数组记录的时间信息的个数。当监控系统每检测一次有人进入, 就会有一组时间信息需要记录, 此时r也会自增一次, 以便下一组时间信息存入currenttime里。n变量用于时间查询模块中使用, 当系统进入查询模块时, n先被赋值为r, 每翻阅一次历史时间信息, n就会自减一次, 一直到n为0为止。P变量用于是否对curre nttim e里存入的时间信息进行清空的判断。当系统进入时间查询模块时, p被赋值为1, 在系统退出时间查询模块后, 重新进入监控时, 当有新的检测触发信息时, p会被赋值为0, 同时r也被赋值为0, curre nttim e将被清空, 重新开始记录检测时间信息。只有用户查询历史时间退出后, currenttime才会被清空。 (下转第210页)

3 总结

本系统不仅可以设计成红外监控器, 如果监控触发方式该为其它传感器, 便可以应用到许多领域。用来解决某事物在什么时刻发生某种动作这种在实际中普遍遇到的问题。本系统中用到的警报器电路也可以换成其电路用来响应不同的动作, 满足不同领域实际应用中的需求。

参考文献

[1]广州周立功单片机发展有限公司DS1302芯片资料, 2010.

基于单片机监控系统的研究 篇7

近些年，基于单片机监控系统大多采用监控电路来提高系统的可靠性，常用的方法是用电压比较器对电源进行监控，用看门狗对软件进行监控。但软件系统常受到干扰而产生下面三种故障：

1) CPU没有按既定程序运行，系统指针跳转到其它指令代码地址处。如果系统发生了这种情况，运用看门狗技术难以察觉，将带来难以预料的事故。

2) CPU没有按既定程序运行，系统指针跳转到非指令代码地址处。此时系统最容易产生死机，出现程序完全失去控制的局面。虽然用看门狗最终可以发现此问题，但是很可能因时间延误或程序执行无法预知操作而产生故障。

3)在多任务监控系统中，其中某一个任务发生死锁，而其它任务仍在不时发出“喂狗”信号，进而导致用看门狗不能感知系统存在的故障。

2 监控中采用在线自跟踪技术的优点

监控系统在线运行过程中，若能够随时将当前程序流程自动记录下来，就有办法将预期的运行路线与之比较，从而及时发现故障，避免程序出现不可预测的死锁。这就像有一辆在公路上行驶的汽车，只要知道该汽车在各个岔路口的走向，就可以描绘出这辆汽车整个的行驶路线，但是难以保证汽车可能会在某条路线上行驶时抛锚。若在重要路段上设置“哨卡”，就能更细致地了解到汽车的行驶情况，一旦出现问题，立即就能知道事故出现的具体路线，及时发现故障和故障发生的位置。实际上，这些“哨卡”就是可以插入流程中的简短程序段，每一个“哨卡”有一个特定的“标志码”以使我们知道程序到底运行到何处。将这些标记按顺序传入监控CPU中，运算后就能知道程序“行驶”的具体路线。

3 应用在线自跟踪技术实现系统监控

这里以并行总线结构的MCS-51系列单片机GMS97C51为例说明，接口电路参见图1。在程序运行的各个路口和重要的操作前后插入“哨卡”，并将“哨卡”在系统程序中均匀分布，用专门的监控CPU实时跟踪，与已预存在监控系统中的正确路线比较，这样监控系统就可以对原系统精确跟踪，及时排除系统软件产生的故障，还可以使系统从产生误操作前的“哨卡”处恢复正常运行。将安插在原来程序的“哨卡”所发出的信号称作“路标码”，监控CPU可以直接从与主系统的接口处得到这些“路标码”。对于并行总线结构的CPU，用锁存器(如74HC273)可以方便地将“路标码”传送给监控CPU。对于片内总线结构的CPU，可以用串口或移位寄存器，甚至单一的I/O口线来传送信号。下面图1为基于单片机在线自跟踪监控系统电路。

在程序正常运行的情况下，只有一种情况能够打破数据结构，即主程序运行过程中出现了中断服务程序。可以在每一个中断服务程序起始后加入一“哨卡”提供其特征码，使监控程序在当前数据区找不到对应的路标码时，能为中断服务程序的跟踪提供一个入口。但监控程序一定要将中断入口前的“路标码”数据库地址压入堆栈。以使中断服务程序结束时能接上前面的“连环套”。

监控CPU每接收到一次被刷新的“路标码”，就将软定时器复位一次，若定时器溢出则表示“路标码”已经有过长时间未被刷新。可认为原系统出现了故障。对于多任务系统，可以设置一个公共时基，在每一次时基定时中断中给每一任务的定时时钟加1，并判断每一任务的时基数是否大于设定的数值，若大于即表示该任务已超过看门狗定时周期，该任务出现了故障需要处理。依此可弥补硬件定时器数量上的不足，也简化了程序。在每一次刷新“路标码”时会将相应任务的时钟寄存器清零，即将软件看门狗复位。

4 在线自跟踪监控系统的完善

主系统在运行过程中发生数据突变或者出现程序在相邻“哨卡”之间的非法跳变，用以上简单的跟踪方式难以察觉，需对监控系统进一步完善。数据突变和非法跳变最终影响的是寄存器的数据值，表现为寄存器数据的改变。监控系统可以通过与主系统的信息交换探知这些寄存器数据的变化。

由于监控系统并不是独立脱离的控制模块，而是与主系统配合设计的，监控系统可预知各个“哨卡”所接收到数据的值，通过比较分析后，根据寄存器内容是否正确，判断主程序是否发生故障及故障发生在那个“哨卡”处，并采取相应的灵活处理，监控系统数据结构也应作相应的改变，在每一“哨卡”数据项中增加了一个字节，作为该“哨卡”传送数据的RAM存放区地址代码。

5 结语

针对当前基于单片机监控系统在抗干扰方面存在缺陷，笔者认为在监控中采用在线自跟踪技术，可以及时发现系统非正常运行状态并采取相应的措施，大大提高了系统运行的可靠性。为此，本文应用在线自跟踪技术进行了监控系统的设计，包括：数据结构设计、程序实现以及系统的进一步完善。

摘要：当前基于单片机监控系统在抗干扰方面存在缺陷, 而在监控中采用在线自跟踪技术, 可以及时发现系统非正常运行状态并采取相应的措施, 大大提高了系统运行的可靠性。

关键词：单片机,监控系统,在线自跟踪

参考文献

[1]高文中, 郭忠义.MCS51单片机监控系统的抗干扰设计[J].石家庄铁道学院学报, 1996.

[2]赵敏.单片机软件抗干扰技术分析[J].福建质量信息, 2008.

[3]王树勋.MCS-51单片机开发系统与监控分析.机械工业出版社, 2008.

[4]惠高潮, 王辉.基于单片机 (7, 4) 循环码编码与译码的研究[J].微计算机信息, 2009.

单片机通信电源监控器 篇8

1 电缆火灾事故的成因分析

电缆火灾事故的发生原因很多, 主要有以下几种: (1) 电缆老化。绝缘层损坏。发生短路; (2) 电缆铺设不当影响通风散热, 电缆过负荷通电时间较长, 导致过热而引起火灾。 (3) 人为误操作引起电缆火灾。原因很多, 这里限于篇幅就不逐一列举了。

这里特别需要强调的是电缆头质量不良。据统计, 因电缆头故障而导致的电缆火灾、爆炸事故占到电缆总事故的70%左右。电缆头发生过热的主要原因是电缆中间头制作质量不良。比如电缆头的压接管压接不紧, 压接头接触电阻过大, 在运行中过热;电缆头的三相压接头几何位置不对称, 产生不对称电场, 加快绝缘的老化;电缆头绝缘填充物及热缩管在制作中产生的残余气泡, 在电场作用下发生局部放电导致绝缘击穿等等。

2 系统开发基本思想

发电厂的电缆大部分敷设在电缆隧道内。电缆隧道可看作是由多个相对独立的沟道组成, 这是因为:发电厂电缆隧道纵横交错, 每个纵横交错的空间都是一个相对独立的空间;同时为防止电缆火灾的蔓延在厂用母线分段处、公用主隧道或沟内引接的分支处、通向控制室和配电装置室的入口处和厂区围墙处、电缆隧道内每间距100m处均设置了防火墙, 这些防火墙又人为地将电缆隧道再次分割, 这种分割将电缆隧道本已纵横交错的空间又分割成多个完全封闭的小沟道。根据电缆分布的这种实际情况和特点, 本文电缆防火监测系统采用“分散—集中—再集中”的方案。终端采集器按其容量范围及电缆隧道实际状况合理分布在电缆隧道内。整个系统所允许的终端采集器数量是由所使用RS-485通讯芯片的驱动能力来决定。考虑到对终端采集器可能有不依赖上位机而独立工作的要求, 还为各终端采集器配置了液晶显示单元, 以循环显示各传感器采集到的数据和报警等信息。

3 系统的软硬件构成

3.1 上位单片机

上位机接收来自各终端采集器的数据, 并进行必要的分析、判断和显示, 对整个监测系统的运行进行统一调度管理, 以实现“再集中”。它完成的任务有: (1) 循环访问各终端采集器, 并对采集器的数据进行收集; (2) 显示电缆隧道分布模拟图及相应温度传感器、烟雾传感器分布位置; (3) 实时显示各传感器数据; (4) 通过程序扩展, 可完成全厂电缆管理。

3.2 下位传感器

传感器是电缆防火监测系统中的重要元件, 其工作特性和可靠性对系统起着关键的作用。选择合适的传感器, 可使系统硬件设计简化、布线简便, 并可使系统的稳定性和可靠性大大提高。因此, 传感器是监测系统设计中的重要组成。数字温度传感器, 它不仅可实现温度测量的实时性, 更由于它有较高的集成度, 能将温度信号直接转换成串行数字信号, 直接与数字控制设备接口, 适合于总线布置, 因此可以大大降低系统设计和布置的复杂性。它是当前温度传感器中最为先进的一种。因此, 本系统选用数字温度传感器。

3.3 系统软件功能

终端采集器软件主要实现以下功能。

(1) 初始化系统; (2) 实时巡测八路温度传感器的数据, 并对八路温度传感器回路及元件是否存在故障进行检查; (3) 实时巡测八路烟雾传感器的报警数据; (4) 读取本机编码及循环显示传感器采集的数据及各类报警信息; (5) 以一定的通讯协议完成与上位机的通讯。根据实际工作要求, 选择功能1、2、3、4作为主程序部分, 实现各传感器数据的实时巡测;功能5由系统中断服务子程序完成, 实现与上位机通讯。为使终端采集器能独立工作, 要求终端采集器必须有显示功能, 显示各巡测温度数值、感烟报警情况。显示器采用目前最为流行的液晶显示器。液晶显示是一种功耗极低的显示器, 目前在工业控制领域广泛使用。本系统采用的是内置K S 0 1 0 8图形液晶显示模块

12864。

3.4 串口中段程序设计

串行口中断在工业控制通讯系统中应用非常广泛, 对于单片机 (C51) 而言, 串行口是其一个优越的特点, 适用于构成比较复杂的集散系统, 更有利于多种设备并接到同一条工业控制总线。51单片机的串行口有三种通讯方式, 可以通过软件编程设定其具体的工作方式。本系统中, 采用RS-485通讯方式。通讯波特率是2400bps。RS-485通讯方式应用到工控机和终端采集器接口, 采用方式3, 利用第9位作为通讯标志位。系统采用多机通讯方式, 其实现原理如下:终端采集器系统在初始化程序中将串行口编程为方式3接收, 即9位异步通讯方式, 且对S M 2和REN置“1”, 允许串行口中断。在工控机和某一终端采集器通讯之前, 先将地址发送给各个终端采集器, 接着才传送数据或命令。

4 结语

经实验测试, 该电缆检测防火系统可在严寒、酷暑、潮温环境、粉尘中等不理环境瞎使用, 能准确监测电缆沟内的电缆故障并且报警, 具有良好的人机界面。为有效地扑救电缆初起火灾, 应该积极地在电缆夹层、电缆隧道的适当位置推广这种自动报警和灭火装置, 以便把电缆初起火灾消灭在萌芽状态。

参考文献

[1]GB12978-91, 火灾报警设备检验规则[M].国家技术监督局, 1991.

单片机通信电源监控器 篇9

随着我国科技的快速发展和农业自动化程度的提高, 粮仓管理技术得到进一步改进。温湿度是仓储过程中影响粮食品质的主要因素。目前, 我国许多粮食仓储单位仍采用测温仪器与人工抄录、管理相结合的传统方法, 效率低下。选用什么样的粮仓温湿度测量方法以及相应的智能控制一直是粮食保存中存在的一个重要问题, 而粮仓的智能化信息管理系统已成为粮储技术发展的趋势。

本文介绍采用CC1100射频模块、数字温湿度传感器SHT10组成一种粮库无线全数字温湿度监控系统, 彻底摆脱了传统的人工抄录方法, 能实时检测粮仓中的温湿度, 并根据所测的数据控制空调器、除湿机等外部设备的运行, 确保粮仓内合适的温湿度环境。该设计具有简单可靠和灵活方便的特点。

1 系统设计

该系统是一个典型的主从分布式测控系统, 由PC机、测控主机、多个测试分机和相应的电气控制设施组成。PC机和测控主机放在微机房, 构成中央监控系统, PC机程序采用VB编写, 主要负责控制命令的下达、温湿度数据的显示、温湿度数据报表的生成以及温湿度数据的打印等。P C机与测控主机之间采用RS 2 3 2方式通信, 测控主机与各个远程测试分机均采用无线通信方式进行数据的交换, 无线通信采用CC1100射频模块。每个粮仓设置一台到两台测试分机, 一般安装在粮仓的外面, 负责整个粮仓的温度和湿度测量, 并将温湿度数据向测控主机传送。温度和湿度的测量由集温湿度测量于一体且含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器STH10来实现, 它可以直接与单片机相连并进行温湿度的采集传输。每一个测试分机连接多个STH10对粮仓需要的测试点进行测试。测试分机和测控主机的控制器均采用STC89C51单片机。这种单片机通过MAX485接口, 可以很方便地和CC1100射频模块进行通信。整个监控系统结构如图一所示。

2 温湿度测量与无线通信模块

2.1 温湿度复合传感器SHT10

SHT10属于Sensirion温湿度传感器家族中的贴片封装系列。传感器将传感元件和信号处理电路集成在一块微型电路板上, 输出完全标定的数字信号。传感器采用专利的CMOSens技术, 确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件, 并在同一芯片上, 与14位的A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。两线制的串行接口和内部的基准电压, 使外围系统集成变得快速而简单。超小的体积, 极低的功耗, 使其成为各类应用的最佳选择。SHT10温湿度传感器典型应用电路图如图二所示。

2.2 CC1100射频模块

CC1100是一种低成本真正单片的UHF收发器, 基于0.18微米CMOS晶体的Chipcon的Smart RF 04技术, 为低功耗无线应用而设计。工作频率波段可在300—348 MHz、400—464 MHz和800—928 MHz。RF收发器集成了一个高度可配置的调制解调器。CC1100为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、清晰信道评估、连接质量指示和电磁波激发提供广泛的硬件支持。CC1100的片上支持包括预放、同步字插入/检测、地址检查、灵活的包长度和自动CRC (Cyclic Redundancy Check, 循环冗余校验) 。这大大减少了外部MCU (Micro Control Unit, 微控制单元) 的负担, 具体电路如图三所示。

3 软件设计

软件设计主要包括两方面:一个方面是测试从机与测试主机的通信, 主要完成器件的配置和温湿度数据的采集;另一方面是PC机的软件设计。

3.1 测试从机与测试主机的通信

系统通过测试从机中的温湿度传感器SHT10采集接收温度和湿度, 并通过无线收发模块CC1100把数据传送到测试主单片机进行处理。同时, 由串口将数据传到微机房里的PC机。其程序流程如图四所示。

3.2 PC机的软件设计

测试主机采用RS 2 3 2方式将温湿度数据传到微机房内的PC机, 同时在PC上进行温湿度数据的显示, 温湿度数据报表的生成, 以及温湿度数据的打印等。前台界面的设计主要采用VB编写, 对于窗体的设计, 遵循了直观、简洁的指导方针和一致性、完整性的原则, 在实现软件功能的同时注重用户使用的便捷, 从而实现了友好的用户界面。其主窗体界面如图五所示。

4 结束语

通过试验表明, 采用CC1100射频模块和数字化的温湿度传感器组成的无线粮库多点温湿度监控系统, 布线简单, 数据收发可靠, 完全符合粮情测控系统的要求。

摘要：为了实现粮仓管理系统自动化, 确保粮食仓储安全, 本文介绍了由CC1100射频模块、SHTl0数字温湿度传感器构成的一种粮库温度、湿度无线监控系统的设计与实现。该系统能实时检测粮仓温湿度, 并通过无线方式传送数据。

关键词：无线通信,单片机,温度和湿度,粮仓

参考文献

[1]林其斌.实用多点测温系统及其在粮仓温度监测中的应用[J].安徽农业大学学报 (自然科学版) , 2000, 27 (03) :285-287.

[2]于忠党.利用单片机实现粮食温度高精度测量[J].辽宁工学院学报, 2000, 20 (03) :18-19, 22.

[3]高吉祥, 张兴华.基于PTR8000的无线数据采集系统[J].长春工程学院学报 (自然科学版) , 2007, (02) :73-76.

单片机通信电源监控器 篇10

【关键词】通信电源监控系统监控;维护管理;通信协议

1.概述

通信电源集中监控技术在通信电源的应用，从9O年代初广州电信局的第一套通信电源监控系统开发实验作为电源监控起步标志，到现在有20个年头了，在此期间，电源监控系统无论在技术上，还是在系统实施的规模上都有了很大的发展，但是同时在其发展过程中也暴露出许多新的问题，本文就监控系统的发展情况以及监控工程实施过程中暴露的问题进行讨论。

2.监控系统的构成情况

根据通信电源集中维护、统一管理基本模式，监控系统在结构上是一个多级的分布式计算机监控网络，一般可分为四级，即城市监控级、区域监控级、局站监控级以及前端现场部分（包括智能设备、蓄电池检测仪、前端采集设备）。其中局站监控级的监控主机与前端部分构成二级分布式系统，通信接口方式为RS485/RS422，在一定条件下也采用RS232。区域监控级监控主机与局站监控主机、城市监控级监控主机与区域监控级监控主机通过通信网络进行连接（如PSTN、专线、DDN、X.25等），构成多级远程分布式网络。目前监控网络从结构和信息交换方面大体可分为两种方式：一种方式是基于通信网络进行数据交换的监控系统，另一种是基于计算机网络平台进行数据交换的监控系统。前一种系统以通信网络为基础，利用实时多任务操作系统为软件平台实现系统的数据通信、数据交换、监控管理等功能，后一种系统采用了比前一种更高的平台，即计算机网络系统，在此基础上完成监控系统的数据交换、监控管理等功能，现在采用这种方式构成的监控系统比较普遍。另外为了解决城市监控级、区域监控级监控主机负担过重的问题，城市监控级、区域监控级在监控网络的基础上建立完善的局域网系统，用来完成对监控系统的各种数据进行分析、处理、存储等功能，目前使用较多的局域网络系统是Ethernet（IEEE802.3）。

3.监控软件特点和系统功能情况

通信电源监控系统是一个实时性要求很强的大型分布式网络系统，其监控网监控主机所采用的操作系统具有实时、多任务、网络功能的特点。监控软件模块化、组态化是监控系统的又一特点，使监控系统有更灵活的设置和更好的扩展功能，同时也特别强调其网络的可靠性、安全性和准确性。监控系统支持通用的网络协议（如 TCP/IP）是对现代监控网络的基本要求，以便使监控网具有良好的扩展和接入其他网络的能力。

在功能上，为实现对电源设备少人、无人值守的要求，电源监控系统更强调对电源设备故障事件的快速响应和故障告警的准确性。现在电源监控系统在对基本功能，如遥控遥信遥测、监控信息查询、数据存储记录、实时历史趋势、系统配制、远端操作、密码管理、支持联网等不断完善的基础上不断扩展新的功能，如监控系统自诊断、设备现场图像监控等。

4.监控系统的可靠性问题

在电源监控系统的性能不断完善的基础上，应注重改善监控系统的可靠性。通信电源监控系统是一个大型的实时网络系统，其可靠性一般表现在如下几个方面：

4.1监控系统的构成

考虑到监控系统的局部故障不应影响整体的正常运行，所以采用分布式网络结构。在局站、区域分布网络的接点处，其监控主机备用方式能提高监控系统运行的可靠性，但因技术相对复杂、成本过高，在实际工程中很少采用。

4.2监控软件的性能

监控系统是一个要求实时性很强网络系统，特别强调在监控系统设计满容量的情况下，监控软件必须采用适合大型的实时网络系统的软件台，在应用软件的设计上采用更先进的手段和开发试验环境。

4.3监控系统的通信与数据传输

通信和数据传输是监控系统的重要组成部分，如果通信和传输出现问题，与此相关的部分就将失控，严重影响监控系统可靠性，监控系统的数据传输依赖的是电信网，所以在有条件的情况下要选择较为安全可靠的传输手段。另外，在通信机制中要充分考虑在通信过程中来自外界的各种干扰和误码的影响，如数字滤波、通信重发、安全可靠的数码校验方式等。

4.4电磁干扰

目前数字技术的应用越来越普遍，电磁污染也日益严重，特别是监控系统的前端采集部分，置于电源设备的现场，更易受到影响。一般监控系统受到的电磁干扰来自计算机内、外部。计算机内部干扰有信号反射、高频电路辐射、元器件噪声、寄生耦合等；来自计算机外部的干扰包括电器设备的干扰（如开关冲击、电磁辐射干扰、电器设备的放电）、自然方面的干扰（如雷电、电磁脉冲以及静电干扰等）。所以抗干扰也是监控系统的重要课题。

5.通信协议的开放性

由于智能设备的接入问题是在监控系统的实施过程中遇到的较突出问题，因此局站监控主机与区域监控主机、区域监控主机与城市监控主机之间的通信协议的开放甚至协议的统一将有着重要的意义，主要表现在下面几个方面：

（1）随着电信网管系统的建立和完善，作为通信系统的供电设备，纳入电信网管系统接受其监视管理成为可能，即将电源监控系统从要求的某点接入电信网管系统，而电源监控系统的通信协议的开放是建立其连接的基础。

（2）电信枢纽楼的建设向智能化大楼方向发展，对电信枢纽楼进行智能化管理，其中包括对通信电源设备以及空调设备环境等的管理，而电信枢纽楼又是监控系统所监控的一个节点，充分利用电源监控系统的资源来满足电信枢纽楼智能化管理要求，其通信协议必不可少。

（3）监控系统的广泛实施，在一个城市或地区可能会出现两种以上的监控系统，为了得到这两种以上的监控系统的互连，通信协议的开放或统一将非常重要。

6.结束语

以上是对通信电源监控系统发展情况及若干问题的看法。通信电源监控技术还在不断发展，监控系统的实施工作已全面展开，在其发展和实施过程中仍会出现各种各样的问题需要解决，只有不断运用新技術、新产品、不断创新才能跟上通信技术发展的脚步。

单片机通信电源监控器 篇11

关键词：单片机,温度传感器,比例积分微分控制,数据采集

在工业控制领域,温度控制的应用非常广泛,控制精度的高低直接影响到产品的质量及使用寿命,研究和设计高性能的温度控制系统具有非常重要的意义。目前控制算法的多样化也为温度控制提供了便利条件,应用较为普遍的有比例积分微分(PID)控制、模糊控制等[1,2,3,4,5]。本文根据某温控设备的控制要求设计了一种以单片机为核心的监控系统。系统采用热电偶温度传感器测温,利用位置式PID算法,实现了温度的实时监测、超限报警、显示与控制等功能。

1 系统硬件设计

本系统主要由热电偶温度传感器、OP27低噪声精密运算放大器、双积分型A/D转换器ICL7135、可编程定时/计数接口芯片8253、AT89C51单片机等器件组成[6]。系统框图如图1所示。

1.1 电源模块

电源模块分模拟电源和数字电源两大部分,分别对本机的模拟电路和数字电路供电,地线各自独立,按A/D转换器的要求只在A/D转换器处将模拟地和数字地相连。数字电源和模拟电源都采用三端稳压块稳压,在个别要求电源精度较高的场合选用低温漂稳压二极管进行二级稳压。

1.2 温度采集模块

温度数据采集模块[7,8]以热电偶温度传感器为核心部件,将温度变化量转化为电压信号,经精密运算放大器OP27进行放大,放大后的电压信号输出到ICL7135双积分型A/D转换器进行高精度模数转换。A/D转换后,往往要进行相应的换算,得到系统所需要的数据。之后将数据送往单片机,此信号一部分送往显示模块,以提供实时数据的显示;另一部分送往控制模块,将实时数据与目标数据对比,继而进行控制。图中采用8253接口电路是为系统升级为具有多路温度检测控制功能而设置的。

1.3 输出控制

输出控制电路主要包括驱动和执行两部分。可用达林顿阵列ULN2003来作驱动,进而控制交流固态继电器(AC-SSR)中的双向可控硅的关断和导通,以便切断或接通加热电源。原理是采用双向可控硅交流“调功”方式控制加热电热丝发热量,即在每一个控制周期时间内,改变加在电热负载上交流电压半波的个数来调节电热丝的发热量。

1.4 显示与报警

显示模块由LED数码管和驱动电路组成。报警系统采用声光报警由发光二极管,扬声器及驱动电路组成,当单片机发出超限报警信号,将驱动发光二极管和扬声器实现报警。

1.5 看门狗电路

为了防止系统受干扰而使程序丢失,或走进死循环而使系统死机,应加入看门狗电路,以保证系统的可靠性和稳定性。本系统采用常用的集成看门狗电路X5045,X5045是一种集看门狗、电压监控和串行E2PROM三种功能于一体的可编程电路。

2 系统软件设计

系统程序的控制思想如下:设置目标温度后,系统对炉温采样,并通过预设温度、当前温度、历史偏差等进行PID运算产生输出参数,通过该参数控制加热时间,从而调节加热器的平均功率,实现系统的PID控制。整体功能通过主程序、串行通信中断服务程序、PID控制子程序等配合实现。这里主要介绍主程序流程和PID控制子程序流程。系统首先初始化I/O、8253、定时器、UART等部件,然后进入主循环,进行温度采样和相关处理。本系统软件设计的核心思想就在于实现PID控制,在系统运行过程中通过按相应键重新设置目标温度。主程序流程如图2所示。

本方案利用位置式PID算法,将温度传感器采样输入作为当前输入,接着与设定值进行相减得偏差,再进行PID运算产生输出结果,然后控制定时器的时间进而控制加热器。由中断定时器提供溢出频率为64 Hz的中断信号,配合主程序的PID运算结果来确定加热时间,实现加热器功率调节,该部分子程序流程图如图3所示。

上位机软件使用Delphi[9,10],由于Delphi不提供串口通信的ActiveX控件,仅有API函数可以使用,但API函数编程较为复杂,因此可将微软公司提供的ActiveX控件Microsoft Communication Control 6.0(简称MSComm控件)引入到Delphi开发环境中,这样用户便可以像使用Delphi控件一样方便地利用MSComm控件进行计算机串口的通信编程。下面给出上位机命令的发送与数据接收的部分源程序:

procedure

TMainForm.btnSRClick(Sender:TObject);

…… //变量初始化

if not MSComm.PortOpen then //判断是否打开串口

……

else begin

//二进制数发送,需要使用Variant 变量矩阵,矩阵大小自动调节

Output:=mmSend.Text; //在文本框取上位机下传数据

……

MSComm.Output:=tmpVar; //向发送缓冲区写入数据

sleep(500); //延时接收数据

SerialInput:=MainForm.MSComm.Input; //读取接收缓冲区中的数据

SerialDataLength:=MainForm.MSComm.InBufferCount; //读串口数据长度

for i:=0 to SerialDataLength-1 do

begin

tmpInt:=SerialInput[i];

…… //对上传的数据进行处理

end

end

3 系统调试

本系统的关键之处在于PID控制。对于PID系统来说,系统性能的好坏主要取决于PID控制参数的设定。由PID控制原理知[1]:比例(P)控制能迅速反应误差,减小稳态误差;比例作用的加大,会引起系统的不稳定。积分(I)控制的作用,只要系统有偏差存在,积分作用不断地积累,输出控制量以消除误差;积分作用太强会使系统超调加大,甚至使系统出现振荡。微分(D)控制可以减小超调量,克服振荡,使系统的稳定性提高,同时加快系统的动态响应速度,减小调整时间,从而改善系统的动态性能。本系统要达到的目标就是:反应速度尽可能快,超调量尽可能小,稳态误差趋近于0。

为能在上位机上实时显示温度的变化曲线,调节PID系统关键参数KP,KD使系统处于最佳运行状态就显得尤为重要。图4给出了在4种情况下温度随时间变化的调试曲线。由图可知:在KP=1.5,KD=1.0(温升:20～40 ℃)时,超调量过大;在KP=1.2,KD=1.0(温升:40～60 ℃)时,由于参数过小,系统的快速性不好,反应比较迟钝;在KP=1.3,KD=1.0(温升:30～50 ℃)时,由于参数过小,系统的超调量比较大,而且预测性不好,造成温度长时间超调;在KP=1.3,KD=2.0(温升:50～70 ℃)时,选择适中,系统的超调量很小,而且超调维持时间很短就会恢复平衡点。此时温度控制指标如下:静态误差:T≤0.5 ℃;分辨率:0.1 ℃;超调量:T≤0.5 ℃。这样的情况下,系统运行情况可以达到最好。

4 结 语

以单片机AT89C51为中心,设计了一种温度监控功能系统。该系统简洁,温度数据采集和运算处理十分方便简单,扩展为多路温度监控系统容易。利用单片机的串行中断,采用Delphi编制上下位机通信程序,在上位机直接实时显示温度的变化曲线,便于直接观察控制的性能。通过调试找到了使控制最优的PID参数,在此情况下,系统运行良好,表明了本系统设计的可行性和有效性。

参考文献

[1]雷霞,周广文.改进的加热过程模糊自调整PID算法及仿真分析[J].吉林大学学报:信息科学版,2008,26(5):547-552.

[2]杨宁.电阻加热炉解耦模糊Smith预估PID控制研究与仿真[J].系统仿真学报,2006,18(9):2 566-2 569.

[3]陈以,杨启伟.模糊Smith智能温度控制器的设计与仿真[J].控制工程,2007,14(4):422-429.

[4]蔡文超,申群太.基于组合Smith的模糊PID控制在湿度控制中的应用[J].科学技术与工程,2007,7(8):1 617-1 620.

[5]吴兴纯,李江涛.Smith预估控制技术在炉温控制系统中的应用[J].昆明理工大学学报:理工版,2005,30(3):60-63.

[6]戴梅萼,史嘉权.微型计算机技术及应用[M].北京:清华大学出版社,2003.

[7]李长庚,李新兵,张宇鑫,等.基于无线射频技术的传感器温度采集系统[J].仪表技术与传感器,2008(3):31-33.

[8]蒲正刚,张禾.无线温度采集系统[J].西南石油学院学报,2006(1):88-90.

[9]陈婵娟,陈参.用Delphi开发实现开放式数控系统软PLC功能模块[J].制造技术与机床,2008(5):54-56.