時間：2022-05-15 18:56:45
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關鍵詞：溫度；單片機；傳感器
引言
在國內，原來的糧庫對糧食檢測主要采取對各糧庫糧食進行取樣、記錄、分析、匯總數據等辦法，通過人工來進行，不僅工作量大、效率低下、而且可靠性和實時性差。現在測量糧食的各種參數己逐步被電子檢測設備所取代。小的儲糧設備一般采用小型測溫、測濕度儀器檢測糧溫和濕度以及通風，目前我國大中型儲糧設備己開始配備微機測溫測濕和檢系統。
1 系統設計簡介
1.1 設計方案論證
該系統由模擬開關構成的開關電路板置于倉上，遠處倉上的溫度信號需要跨倉傳輸。各種糧倉上信號線傳遞溫度信號，控制線選擇溫度點及其電源線連在一起，構成一個龐大的樹狀網絡。在通常情況下，這種溫度方式可以正常工作，但是在儲糧倉多、各倉相距遠，特別是在電磁干擾較強的地方，該系統難以正常工作。為了克服由于儲糧倉系統龐大對于測量溫度精度和系統可靠性的影響，我們設計了單片機作為前沿機械進行溫度數據采集，用單片機與微機通信的方法送回溫度數據，構成特別適用于大型糧倉中應用的分布式微機測量溫度系統，并且能夠利用溫度傳感器送回的溫度數據進行糧位檢測。
1.2 系統框圖
圖1 糧倉溫度監測系統框圖
2 系統的硬件設計
2.1 單片機
為了設計此系統，我們采用了89C51機作為控制芯片。它可以提供一個8位CPU ，4 KB的閃爍存儲器Flash ROM，256字節RAM ，4個8位并行I/0端口、2個16位定時器/計數器、1個可編程全雙工串行口、5個中斷源、片內振蕩電路和時鐘電路，64KB總線擴展控制器。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
對于糧倉所存儲的糧食來說，其所儲糧食的品質與溫度密切相關。因而對于糧倉的溫度檢測很早就開始應用了。最開始是采用玻璃溫度計，隨著電子測控技術的發展，使用對溫度敏感的元器件，如熱敏電阻來進行測量。由單線多點溫度傳感器（如DS1820）構成的單線多點溫度測量系統，雖然引線很少，但傳輸距離（不超過20米）。AD 590是一種電壓輸入、電流輸出型集成溫敏傳感器，測溫范圍為-55℃―+150℃，輸出電流與絕對溫度成正比，因而不必考慮多路模擬開關引入的附加電阻造成的誤差。該系統選用若干個集成溫度傳感器AD590接成矩陣形式，構成多點測溫系統。
2.3 多路模擬開關
常用的模擬開關有機電式和電子式兩類。機電式開關具有良好的通、斷性能，信號畸變小，但切換過渡時間較長。電子式開關切換時間很短，但通、斷性能不夠理想。切換模擬信號時，開關的非理想特性將引入誤差，并產生延時。CC4051是單八路模擬開關。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各個輸出分別加以控制的8個CMOS雙向模擬開關組成。
AD590矩陣的行、列分別與兩個CC4051相連，通過三位行、列選擇數字碼（由單片微機89C51產生）就可使矩陣被測點中的任何一個傳感器接入測控電路。
2.4 模擬小信號放大電路
被測物理量經傳感器轉換得到的電信號的幅度往往很小，無法進行A/D轉換，因此，需對這些模擬電信號進行放大處理。一般都采用集成運放。
該系統選用斬波穩零集成運放ICL7650構成高增益、低漂移放大器，用于放大AD590的輸出信號。ICL7650內部有一個震蕩為200Hz的振蕩器，在這個震蕩器的控制下運放分節拍工作。每個振蕩周期分兩個節拍，第一個拍將輸入失調采集并存于一個點容器中，第二節拍采樣和放大信號，并將此刻的失調相抵消，所以運放總的失調和溫度極小，性能極為優越和穩定。
2.5 A/D轉換器
從放大器輸出的信號經過A/D轉換器，轉換成數字信號，才能進入89C51單片機測控系統。目前，國內外雙積分A/D轉換器集成電路芯片很多，大部分是用于數字測量儀器上。文章選擇常用的3.5位雙積分A/D轉換器MC14433，其精度高，抗干擾性能好。
2.6 鍵盤顯示接口
在單片機應用系統中，同時需要使用鍵盤與顯示器接口時，為了節省I/0口線，常常把鍵盤和顯示電路做在一起，構成實用的鍵盤、顯示電路。文章采用8155并行擴展口構成鍵盤、顯示電路。
為了較少鍵盤與單片機接口時所占用的I/0線的數目，在鍵數較多時，通常都將鍵盤排列成行列矩陣形式。4個LED顯示器采用共陰極方式，段選碼由8155口提供，位控信號由PA口提供。鍵盤的列掃描輸出也由PA口提供，查詢行輸入由PCO～PC1提供。LED采用動態顯示軟件譯碼，鍵盤采用逐列掃描查詢工作方式。
3 系統的軟件設計
系統的各部分程序主要包括程序、A/D轉換程序、鍵盤掃描程序、打印程序、顯示程序等。（見圖2）
4 結束語
由于系統采用了全數字化的溫度、濕度傳感器，直接輸出的是表示溫度和濕度的數字信號，不存在由模擬量到數字量轉換的中間環節，所以該系統具有穩定可靠、測量精度高、一致性好、無需任何調整、信號線長短不會影響其性能等優點。實現糧食倉儲過程中的溫度控制。
參考文獻
[1]李朝青.單片機原理及接口技術網[M].北京：北京航天航空人學出版社，2005：38-47.
[2]何立民.MCS-51系列單片機應用系統設計（第1版）[M].北京：，北京航空航天技術出版社，2002.
【關鍵詞】ZigBee;星形網;溫度采集;遠程監控
1.引言
溫度監測系統廣泛應用于對溫度敏感的工業、農業、醫學等現場，如通信基站機房、礦井、糧倉、智能家居等環境中。傳統的溫度監測系統需在所監測區域布置大量的信號傳輸線，體積寵大，成本相對較高，且不能實現遠程監測。如何解決傳統溫度監測系統采用的有線網絡所帶來鋪設、維護等諸多不便已成為目前研究的熱點。本文提出一種基于ZigBee技術的遠程溫度監測系統，能有效解決上述的問題。ZigBee技術是一種低功耗、低成本、低速率、低復雜度的雙向的無線通信技術，它是無線傳感網絡的主流技術[1-5]。以ZigBee技術組成無線溫度傳感器網絡，由部署在監測范圍內的微型溫度傳感器節點通過無線電通信構成的一個多跳的自組織網絡[6]，能夠實時地感知、收集和處理網絡覆蓋范圍內的溫度信息，并通過匯聚節點處理并在服務器Web網頁上，用戶可以登陸網頁進行實時監控。
2.系統總體結構
2.1 系統的結構
本系統采用ZigBee技術自組網的特性，測溫節點與協調節點節點自動組成一個星型網進行通信[5]，移動終端（手機、平板電腦以及個人電腦）通過連接指定網絡后通過Web瀏覽器訪問溫度數據的網頁面顯示界面。如圖1所示。
圖1 系統框圖
2.2 系統的功能
本系統分為三大模塊：1）溫度感知模塊;2）控制處理以及射頻收發模塊;3）數據接收顯示模塊。主要有兩大功能：1）環境溫度數據無線采集功能：測溫節點自動采集所探測環境的溫度數據，通過無線傳輸的方式把采集到的溫度數據都發送給協調器節點。2）環境溫度數據遠程實時監測功能：系統采用的是B/S（Browser/Server）結構，只需一個可以訪問網頁的終端即可遠程監測環境溫度數據。另外可以在網頁顯示界面上按需設置監測環境溫度的上限值和下限值，環境溫度一旦超過所設置的上限值或者低于設置的下限值就會有相對應警報提醒。
3.硬件設計
本系統采用TI公司開發的2.4GHz ZigBee片上系統解決方案CC2530的無線單片機方案。TI公司免費提供了ZigBee聯盟認證的全面兼容IEEE802.15.4與ZigBee2007協議規范的協議棧代碼和開發文檔，并為提供了豐富的開發調試工具[2-4]。
CC2530 結合了領先的RF 收發器的優良性能，業界標準的增強型8051 CPU，系統內可編程閃存[2]，8-KB RAM 和許多其他強大的功能。CC2530 具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統。CC2530具有21個可用I/O、4個定時器、ADC 、隨機數發生器、AES加密/解密內核、DAC、DMA、Flash控制器、RF射頻收發器等眾多外設[4]。
圖2 CC2530電路
節點硬件設計：
測溫的節點由CC2530與DS18B20數字溫度傳感器組成，采用電池進行供電[7]。CC2530通過單總線通信協議控制DS18B20數字溫度傳感器并獲取實時的環境溫度值，再發送到協議器節點。DS18B20數字溫度傳感器與CC2530接口示意圖如圖3所示。
圖3 硬件框架圖
協調器節點直接由上位機通過USB數據線供電。協調器節點接收所有測溫節點發送過來的數據，經過片內程序進行數據處理后，通過CC2530 ZigBee開發底板USB口把數據上傳到上位機。
4.軟件設計
系統實現ZigBee星形拓撲結構的網絡通信，涉及到協調器與終端節點的編程[7]。協議器負責建立網絡并進行維護，接收各不同的終端節點發送過來的溫度信息融合后再進行控制。終端節點必須加入協調器組建的網絡中，并開始定期采集溫度并發送到協調器上。協調器把融合后的溫度經過串口在Web服務器上，供指定用戶登陸站點進行訪問。
協調器上電后，根據編譯時指定的參數，選擇適合當前通信環境的網絡號以及信道來建立星形網[6]。協調器的程序圖如圖4所示。
終端節點上電并初始化硬件以及協議棧后，會搜索是否存在著對應編號的ZigBee網絡[3]，如果存在則加入對應的無線網絡，然后啟動定期采集溫度數據，并發送至協調器。
圖4 協調器與終端節點軟件流程圖
Web服務器顯示界面是基于MyEclipse Enterprise Workbench 9.0平臺的，用Jsp技術實現的基于Web的串口通信方法。頁面利用Jsp技術實現了數據的顯示功能，然后利用JavaBean和Servlet在后臺獲取串口的數據，并通過Json對象將數據傳送到前端頁面。最后利用Ajax技術實現了頁面的定時自動刷新更新數據，以及利用JavaScript技術實現了頁面按鈕和功能事件的觸發。
5.顯示界面
網頁顯示界面分為數據顯示區域和參數設置區域兩大部分。顯示區域內分別顯示傳感器編號、獲取時間以及溫度值共三項數據內容。參數設置區域里需要設置的主要參數有四個，分別是串口號、波特率、高溫警告和低溫警告，其他均保持默認即可。顯示界面可以獲取各個節點發送回來的溫度數據，且用戶通過高溫警告與低溫警告來進行溫度保護。
圖5 工作界面
6.結論
本文通過實現基于ZigBee的遠程溫度監測系統，實現對溫度敏感的環境實施遠程監控。可以通過布置多個終端節點來監控多個區域的溫度，可以應用的范圍的很廣，該系統具有低功耗，低成本，結構簡單，無人值守，檢測準確度高，抗干擾能力等優點，能夠長時間穩定地工作，具有很高的應用價值。
參考文獻
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本文屬廣州市教改項目（No.2013A022）資助;華軟校級項目（No.ky201206）資助。
作者簡介：
關鍵詞：物聯網；Zigbee；CC2530
引言
溫度采集在很多應用系統中都有極其重要的作用。如嬰兒保溫箱恒溫控制系統等。傳統的溫度測量一般采用有線系統測量，具有布線繁瑣、添加節點復雜等困難、可靠性低等缺點，而且單個保溫箱控制失效一般由工作人員檢查得知，容易發生意外。基于基于物聯網[1]的無線溫度檢測系統采用無線采集數據、傳輸，通過互聯網將采集的數據和設備狀態傳到遠程用戶，實現遠程用戶對現場數據和設備狀態的實時監控，極大地提高了系統的可靠性。
1 基于物聯網的無線溫度監測系統的體系結構
本系統由傳感器節點、協調器節點、主控機、互聯網和遠程監控用戶組成。基于物聯網的無線溫度檢測系統的體系結構如圖1 所示。
圖1 基于物聯網的無線溫度監測系統的體系結構
由傳感器節點和協調器節點構成了物聯網的感知層，由無線網和互聯網構成了物聯網的傳輸層，由主控機和遠程用戶構成了物聯網的應用層[2]。傳感器節點采集現場的溫度，通過無線的方式傳輸到協調器節點，協調器節點通過RS232總線將采集到的數據傳到主控機中，主控機對采集到的數據分析、存儲、預處理、報警等處理，遠程用戶通過互聯網對設備的狀態實時監控。
2 傳感器節點的設計
傳感器節點用于保溫箱溫度的采集、標度變換、數據傳輸等。傳感器節點由電源模塊、傳感器模塊、處理器模塊和通信模塊組成，如圖2所示。
圖2 傳感器節點結構圖
2.1 傳感器節點的硬件結構
處理器模塊和通信模塊由CC2530[3]實現。CC2530 是德州儀器開發的用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 應用的一個真正的片上系統解決方案，內部集成了具有代碼預取功能的低功耗8051 微控制器內核，能夠以非常低的成本建立強大的網絡節點。CC2530 具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統。運行模式之間的轉換時間短進一步確保了低能源消耗。CC2530內部集成了一個溫度傳感器和一個12位的A/D轉換器，但其精度不高，所以傳感器模塊由STH15實現。SHT15是Sensirion公司溫濕度傳感器，兩線制的串行接口與內部的電壓調整，使系統集成變得快速而簡單，該產品具有品質卓越、響應迅速、抗干擾能力強、性價比高等優點。
2.2 傳感器節點的軟件設計
傳感器節點上電后對定時器、串行口、看門狗、中斷系統、STH15傳感器等硬件進行初始化，然后發現協調器節點并通過認證程序[4]通過協調器節點的認證加入到傳感網。只有經過協調器節點認證后的傳感器節點才能向協調器發送數據。傳感器節點向協調器節點發送數據的格式如圖3所示：
圖3 傳感器節點數據格式
3 協調器節點的設計
協調器節點用于無線網絡的管理，對傳感器節點進行認證，只有通過認證的傳感器節點才能在網絡中發送有效的數據。協調器節點由電源模塊、串口模塊、處理器模塊和通信模塊組成，結構如圖4所示：
圖4 協調器節點結構圖
串口模塊由MAX232[5]實現，用來實現協調器節點和主控機的通信。處理器模塊和通信模塊由CC2530實現，負責接收傳感器節點的發送的數據，進行數據預處理，然后將數據通過串行口送到主控機中。主控機的功能是接收協調器節點的數據，對數據進行分析、處理、存儲，通過服務器程序將數據發送發到遠程用戶端，實現遠程用戶對設備狀態的實時監測。主控機和協調器節點通信的數據幀格式如圖5所示：
圖5 協調器與主控器通訊數據幀格式
幀標志為0111111011111111，表示幀的開始和結束；節點數表示本次采集數據的節點數量；節點名稱是各個節點的邏輯地址，數據位本次采集到的溫度值，校驗碼采用累加和校驗。
系統實現
將4個傳感器節點分布在不同位置，設置不同的環境溫度，在主控機上設置溫度的報警閾值，其它主機通過互聯網，實時監測傳感器節點的溫度。在實驗的過程中將4號節點關閉，然后再打開，通過遠程監控端查看各傳感器節點的狀態，如圖6所示：
圖6 遠程監控端查看各傳感器節點的狀態
通過實驗，能夠準確地測得各傳感器節點的溫度值，在2、3、4次采樣的數據中節點4的值為“*”，是因為實驗過程中關閉了4號節點，打開4號節點后其溫度值正確地傳到了客戶端。實驗結果和實驗現場完全一致。
4 結束語
分析了物聯網技術和溫度采集的方法，采用CC2530和STH15實現了溫度的無線采集、傳輸，遠程用戶通過Internet，可對設備狀態進行在線監測，實現了基于物聯網的無線溫度監測系統，解決了有線數據采集的弊端，杜絕了單個設備節點失效后設備狀態無法檢測的缺點。本系統采用不同的傳感器，可實現濕度、氣體濃度、壓力等現場數據的實時監測。
參考文獻
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[5]郭付才，王洪濤，.基于AT89C51單片機的RS-232串行數據截取器設計[J].現代電子技術2012（4）：95-97.
關鍵詞： 多點溫度測量； AT89C51； DS18B20； LabVIEW； 溫度監測
中圖分類號： TN31+.3?34； TP212.9 文獻標識碼： A 文章編號： 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、工業生產和科學研究中都是一個極其普遍又非常重要的物理量，許多設備運行、工農生產和科學實驗都必須保證在一定的溫度條件下進行，因此需要對溫度進行監測的齪鮮分廣泛[1]。傳統的測溫儀器功能比較單一，大多只能測量某一點的溫度值[2]，可視性不好，不能長久保存溫度數據以進行后續統計和分析。為滿足現代工業多點溫度監測的需求，設計了一種基于LabVIEW的多通道溫度監測系統，能夠實現在-55～99 ℃范圍內6通道的溫度實時監測，具有多點溫度同步采集、顯示、報警、繪圖及數據保存等功能，可用于智能樓宇、溫室大棚、汽車空調、倉庫儲存等場合[3]。
1 系統總體結構設計
本文設計的基于LabVIEW的多通道溫度監測系統由下位機多通道溫度采集系統和上位機LabVIEW溫度監測系統兩部分構成。系統整體結構框圖如圖1所示。
下位機采用AT89C51單片機為主控芯片，將6路DS18B20溫度傳感器測量的數據處理后，計算出各通道的實際溫度值，并按要求在LM041L液晶屏上同步顯示。當串口開關處于開啟狀態時，若檢測到上位機要求發送溫度數據的請求，下位機立即依次將6通道溫度數據的高位和低位通過串口發送至上位機。LabVIEW溫度監測系統隨即讀取串口緩沖區的內容，經過數據提取、處理、計算等操作，解析各通道的實際溫度后，首先在監測系統前面板上實時顯示，然后將得到的溫度數據與各通道設置的的溫度上下限值進行比較，若當前溫度超過設定的溫度下限或者上限，則對應的藍色或紅色溫度超限報警燈點亮。最后，系統將各通道溫度數據送入波形圖表，繪制六通道溫度變化曲線，并將所有采集的溫度數據寫入TXT文檔保存。系統整體程序流程圖如圖2所示。
2 多通道溫度采集系統設計
多通道溫度采集系統主要包括溫度測量模塊、溫度顯示模塊以及串口通信模塊等部分。
2.1 溫度測量模塊
溫度測量模塊采用6個數字溫度傳感器DS18B20作為測溫元件，組成溫度傳感器網絡。DS18B20具有精度高、體積小、抗干擾能力強等優點，其測溫范圍為-55～125 ℃，在-10～85 ℃范圍內測溫精度[4]達
±0.5 ℃。因為每一個DS18B20溫度傳感器內部都配有一個惟一的64位ROM編號，因此可將多個DS18B20掛在同一根總線上，實現多點分布式溫度測量。經DS18B20序列號讀取程序測得，本設計仿真時所用六路DS18B20溫度傳感器的ROM編號如表1所示。
由于DS18B20一線式結構的特點，它與微處理器之間只能采用串行數據傳輸。因此，在對DS18B20進行讀寫編程時，除了匹配每通道溫度傳感器的序列號，確保操作正確指向對應傳感器，還必須嚴格地保證讀寫的時序，否則將無法讀取測溫結果。本系統中DS18B20溫度測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個字符點陣組成。LM041L的工作原理及使用方法與常用的LCD1602顯示器類似，但需要注意的是，LM041L為4行×16列顯示，每行顯示的字符個數與LCD1602一致，但顯示的行數是LCD1602的2倍。液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志位為低電平，表示不忙，否則該指令失效。要顯示字符時，首先需要輸入顯示字符的地址，因為LM041L寫入顯示地址時要求最高位D7恒為高電平1，所以實際寫入的數據應該是：地址碼+80H。表2是LM041L的內部顯示地址碼。
多通道溫度采集系統運行時，LM041L第1行第5列（地址碼為0x84）開始顯示標題字符――6通道溫度數據采集系統英文首字母縮寫“6CH TDCS”；第2～4行的第1列（地址碼分別為0x40，0x10，0x50）分別開始顯示第1～3通道的溫度數據；第2～4行的第10列（地址碼分別為0x49，0x19，0x59）開始顯示第4～6通道的溫度數據，具體顯示格式參見圖4。
2.3 串口通信模塊
AT89C51單片機設有串口通信端口，只需一個專用芯片MAX232進行電平轉換即可方便地實現下位機與上位機的串口通信[5?6]。當上位機通過LabVIEW溫度監測程序向串口發送請求溫度數據字符串AA時，下位機檢測到中斷請求，立即將發送標志置1，然后依次發送溫度數據的高位和低位；發送完畢后，自動清除中斷標志并返回，等待下次發送的請求指令。串口通信模塊具體程序流程圖如圖5所示。
3 LabVIEW溫度監測系統設計
LabVIEW是美國NI公司開發的一款功能強大的圖形化編程語言軟件，在測試測量、儀器控制、教學仿真等領域獲得了廣泛應用[7]。LabVIEW作為虛擬儀器軟件開發工具，在數據采集和人機交互方面有著十分明顯的優勢[8?10]。利用LabVIEW自帶的VISA驅動函數，能夠方面地實現與下位機的串口通信；而且其前面板豐富美觀的控件，很適合設計界面友好、操作簡單的上位機監控系統界面。因此，本設計采用LabVIEW開發平臺編寫上位機溫度監測系統程序，主要包括溫度數據的提取與計算、溫度超限報警、溫度變化曲線與數據保存等部分。
3.1 溫度數據的提取與計算
LabVIEW溫度監測程序運行時，首先配置串口參數，使之與下位機保持一致，然后通過VISA寫入函數向單片機發送請求字符串AA，下位機檢測到發送請求后隨即通過串口發送程序向上位機依次發送六通道溫度數據的高8位和低8位。當開始采集按鈕打開時，VISA讀取函數立刻讀取串口緩沖區的所有內容，并通過字符串至字節數字轉換函數將所有串口數據轉換為字節數組，然后由索引數組提取各通道溫度數據的高位和低位，送至溫度計算子VI計算實際溫度值。
溫度計算子VI首先將溫度數據高位和低位拼接，然后進行溫度符號判斷：當最高位為1時，說明溫度為負，4位十六進制的溫度數據取補碼并乘以0.062 5再取反得到負的溫度值；若最高位為0，表示溫度為正，則將拼接的溫度數據直接乘以0.062 5得到正的溫度值。
3.2 溫度超限報警
為了更好地實現實時監測功能，系統加入了超限報警機制。各通道溫度數據經提取和計算得到最終實際溫度值后，與各通道設定的溫度上限值和下限值分別進行比較。當某通道當前溫度超過設定的溫度上限時，對應通道的紅色高溫報警指示燈亮起；當某通道當前溫度低于設定的溫度下限時，該通道對應的藍色低溫報警指示燈點亮。各通道溫度上下限值設置界面如圖6所示。
3.3 溫度變化曲線與數據保存
LabVIEW溫度監測系統主要功能之一就是繪制各通道的的溫度變化曲線，使觀測者能夠方便地對每一時刻各通道溫度值進行比較的同時，還可以對各通道的溫度變化情況一目了然。LabVIEW溫度監測系統除了可以實時監測各通道溫度變化情況以外，還可以將每一時刻的所有溫度數據同步寫入TXT文檔保存，方便進行后續的統計和分析。溫度數據以當前日期命名保存在程序當前所在路徑，其存儲格式為：第1列為數據采集序號，第2列為當前時間，第3～8列依次為第1～6通道的溫度值，各列相隔一個制表符（具體格式見圖7）。溫度數據保存部分的程序框圖如圖8所示。
4 系統仿真實驗
完成下位機多通道溫度采集系統與上位機LabVIEW溫度監測系統的設計后，用虛擬串口軟件Virtual Serial Port Drive虛擬出一對相連的串口COM2和COM3，代替連接單片機與PC機的串口線。配置好串口參數及各通道溫度上下限值后，設置采樣周期為1 000 ms。依次運行下位機和上位機系統，打開串口開關，按下數據采集按鈕，多通道溫度采集系統和LabVIEW溫度監測系統程序運行結果分別如圖4和圖7所示，保存的部分溫度數據如圖9所示。
分析仿真實驗結果可知，系統運行整體符合設計預期。下位機能同時采集各通道實際溫度并按格式要求正確顯示；上位機監測界面中各通道溫度數值、溫度變化曲線、超限報警指示、數據采集量、開始與運行時間均準確無誤；保存的溫度數據與設置的采樣周期及設計的格式要求均相符。
5 結 語
本文設計的基于LabVIEW的多通道溫度監測系統能夠方便有效地測量6點的溫度數據，并實現在PC端的實時監測。當下位機串口關閉時，即是一個嵌入式多通道溫度采集系統；串口打開時，便可與上位機通信，實現在PC機上的多通道溫度實時監測。系統下位機結構簡單、成本低廉，上位機監測界面清晰直觀、一目了然，很好地滿足了多點溫度監測的目的，具有較強的實用性。
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關鍵詞：高壓開關柜 溫度檢測 接點溫度在線監測系統
中圖分類號：TM564 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0027-02
在電氣設備的監測系統中，溫度的監測是重要任務之一。溫度受其它參數變化的影響而升高，而溫度的升高又影響其它參數的變化，特別是與絕緣電阻值的相互關聯程度更是密不可分。電氣設備過熱特別是各部連接點的過熱經常發生，它是造成電氣設備故障的主要原因之一，也是點檢人員巡視檢查電器設備的主要任務。電器設備連接點的過熱主要是由設備過負荷運行和負荷突變的影響、設備老化變形、導體連接點松動、接觸電阻大等原因產生，不少情況下會因為接頭處局部發熱而發展成設備燒毀事故。為使過熱部分能夠及時發現，這樣就要求電器設備對有可能產生過熱的部位都要進行溫度變化監視、測量。因此對封閉式的高壓開關設備的觸頭和接頭部位的運行溫度進行實時監測，對于保障開關設備的安全運行，乃至電網的正常運轉都具有十分重要的意義。第一煉鐵廠燒結車間高壓配電室使用的都是中置式高壓柜，柜內接點較多，在設備運行時無法打開柜門檢查，而停電后又不能使過熱點表現出來，所以過去靠人的感覺的檢測方法，如果不出現變形、變色、有氣味等要發現存在過熱現象是相當困難的。因此傳統的靠“五感”為主的點檢方式，已不能滿足現在設備（特別是高壓設備）的點檢要求。為了能夠準確、實時的監測高壓柜的各接點溫度，在3#燒結機工程的高壓系統中，引進了接點溫度在線檢測系統。接點溫度在線檢測系統的使用，較好的解決了接點溫度的在線檢測、實時數據查詢和超溫報警的難題。
1 接點溫度在線檢測儀與其他測溫設備的比較
目前使用較多的測溫設備有：示溫貼片、紅外測溫儀、無線溫度在線檢測系統等。紅外測溫儀由于無法對密封在開關柜內的接點進行監測，不能實現實時的在線監測，所以不適用于高壓開關柜的接點監測。燒結的1#、2#機高壓柜目前都是使用示溫貼片來檢測接點溫度。雖然也能起到測溫效果，但與3#機使用的接點溫度在線監測系統相比存在一些弊端；主要是：由于高壓柜只在出線室的后面開有觀察窗，點檢時只能看到電纜接頭的溫度是否有變化，而看不到斷路器的動靜觸頭發熱情況，其次是接點溫度是隨電氣設備的負荷的變化而變化的。當監視的電氣設備連接點發生了不同程度的過熱時，現用的“示溫貼片”不能準確地反映溫度變化的趨勢。這就給及時發現設備隱患帶來了不便。三是目前使用的示溫貼片一旦變色就無法還原成原來的顏色，屬于一次性使用的物品。再就是示溫貼片顏色是否有變化，要到現場檢查才能發現，不具備遠程實時顯示、查詢和報警功能。而接點溫度在線檢測系統則能夠彌補示溫貼片在這些方面的不足，極大地方便了設備點檢人員對高壓設備接點溫度的監測。
2 接點溫度在線監測系統的工作原理
通過固定在被測接點上的無線溫度傳感器，采集被測接點的溫度信號，將此溫度信號經過與傳感器相連的發射模塊發送到接收模塊，接收模塊經數據線與接點溫度檢測儀相連，接收到的信號經處理后與預設的溫度值進行比較，如超出預設值接點溫度檢測儀將發出報警信號。同時后臺管理系統讀取接點溫度檢測儀的信號，發出相應的報警，提醒值班人員引起關注。
3 在3#燒結機的應用
第一煉鐵廠3#燒結機共有36臺中置式高壓柜。中置式高壓開關柜的一次設備分布在3個相互獨立的隔室內，分別是開關室、母線室、出線室。按有關的規程要求，除實現電氣連接、控制、通風而必須在隔板上開孔外，所有隔室呈封閉狀態。由于母線的壓接點、斷路器的動靜觸頭、電纜的接頭都是發熱點且都處在密封柜內，運行中的柜門禁止打開，點檢人員無法通過正常的監視手段發現發熱缺陷。發熱嚴重時接頭會變紅甚至熔斷，將直接造成重大的生產事故。
在3#燒結機高壓系統設計之初，出于對燒結電氣維檢人員少、設備多、高壓配電室無人值守、以及方便點檢人員對高壓柜電纜頭和柜內接點溫度的監測等因素的考慮。采用了一套接點溫度在線監測系統。整個系統由一個后臺管理系統和36個單機系統組成。
單機系統中每個高壓柜共采集九個點的溫度信號，分別是：A、B、C三相的上觸點；A、B、C三相的下觸點；和A、B、C三相電纜頭；這九個點溫度信號的采集已基本能夠滿足對本柜接點溫度監測的需求。每臺高壓柜的接線室面板上裝有一個溫度監測儀，接線室內裝有電源模塊和信號接收模塊，在高壓值班室設有一個后臺管理系統。將每個高壓柜的溫度信號經過通信接口傳送到后臺，這樣點檢人員無論在柜前還是在值班室都可以方便的檢查各接點的溫度情況。其后臺監控的主顯示畫面如圖1所示。
3.1 基本設置
值班或點檢人員可通過后臺管理系統對裝置進行多種所需的設置，其基本設置有：溫度巡檢時間間隔；溫度采樣時間間隔；記錄保存最大時間間隔；系統超限報警溫度；三相溫度差報警；系統溫升異常報警時間間隔、溫升度數；報警信號持續時間；報警音設置；根據有關規定，變配電場所設備的各部位溫度一般不超過70℃，個別部位最高不超過80℃。具體的參數設置可由管理人員根據實際情況進行設置。該廠的系統參數設置如圖2所示。
3.2 數據查詢
利用該系統的數據查詢功能可對：報警事件、溫升異常報警、故障記錄、事件日志、歷史數據（歷史曲線、歷史記錄、各接點溫度比較條形圖）、溫度數據匯總等進行查詢。值班或點檢人員可通過這些功能查詢到每一臺高壓柜在某個時間接點溫度的情況。對于一些重要設備的溫度變化趨勢可通過歷史曲線的查詢來了解，結合當時的環境溫度的情況對接點溫度進行分析，可以對設備是否存在隱患的判斷起到很好的輔助作用。
3.3 使用效果
該系統自投用以來，在溫度異常報警方面已有體現。
例一、2011年2月27日大夜班零時左右，3#機主抽供電柜報警，溫度超限，當班的值班人員經過檢查，發現接點溫度75℃。遂立即要求停機檢查，發現電纜接線有松動的現象。緊固電纜后重新開機，報警消除，避免了一起電機燒損的重大設備事故。
例二、2011年6月5日3#燒結機溫度在線監測系統后臺監控系統發出報警，顯示機尾風機溫度超限，經過電氣人員的認真檢查，會同機械部門現場檢查結果，確認電氣部分不存在問題。溫度超限是由于風機軸承損壞導致電流增大而引起。由于問題被及時發現，并得到及時處理，成功的避免事故進一步擴大。保證了設備的安全運行。事故發生時的溫度曲線如圖3所示。
3.4 系統的的擴展性
燒結3#機的接點溫度檢測系統，在設計時預留有接口，在今后時機成熟的時候可以將3#機的變壓器一、二次接頭以及低壓柜母線、低壓大功率電機、生產關鍵設備的接觸器等設備的接點溫度信號，納入系統進行統一管理。擴展時只需增加相應的檢測元器件，接入系統即可，原系統不受影響。
3.5 系統目前存在的缺陷：
（1）該系統的在發射模塊中使用的電池容量較小，當電池電壓低于3.6V的時候發送出來的信號有失真現象。（2）曲線的Y軸數值被限定在100℃不能自動隨Y軸曲線改變而改變。這給超過100℃接點溫度曲線的讀取帶來了不便。（3）曲線的局部放大功能不夠靈活，對故障分析不便。
4 結語
接點溫度在線檢測系統在3#燒結機投用以來，對高壓設備的點檢起到了較好的輔助作用。采用接點溫度在線檢測系統較好的彌補了維修人員不足和受現場環境限制等因素而導致的無法全面有效點檢問題，在一定程度上減少了維檢人員的工作量。該系統可以比較直觀的反映現場高壓設備運行時的溫度變化情況，對溫度出現異常的設備，運行人員可根據系統數據采取相應的措施，保證設備隱患能夠被及時發現。為設備的預防性維護提供了相應的依據。因而采用該系統可以對生產的自動化控制和保障生產順利進行起到重要作用。
參考文獻
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【關鍵詞】AT89C51；DS18B20；LCD1602；溫度傳感器；實時監測
1.引言
溫度的監測在現代工業生產以及日常生活中的應用愈來愈廣泛，并且在某些領域也發揮著愈來愈重要的作用。在很多生產過程中，溫度的監控與生產安全、生產效率、產品質量、能源節約等方面有著緊密的聯系。目前，傳感器已成為衡量一個國家科技發展水平的重要標志之一。而本文正是結合溫度傳感器與單片機所做的設計，該設計對溫度的監測可廣泛應用于食品、化工、機械等方面。
2.系統整體設計
結合溫度監控器在實際應用的要求，為實現溫度的實時監測以及報警的功能，本文采用以下電路模塊對系統硬件進行設計：
主控芯片：選用AT89C51單片機作為整個系統的控制器；
顯示模塊：選用LCD1602液晶顯示器作為系統的顯示電路；
溫度采集模塊：選用DS18B20溫度傳感器作為系統的溫度采集電路；
報警模塊：采用蜂鳴器與發光二極管作為系統的報警電路。
綜上所述，該硬件電路的系統框圖如圖1所示。
3.系統硬件設計
系統的整體硬件設計圖如圖2所示。
3.1 主控電路的設計
該模塊是系統的核心控制部分，其主要任務是通過接口將獲得的數據進行處理。本系統采用的AT89C51是美國ATMEL公司的一種高效微控制器。此單片機具有以下功能：4k字節Flash閃速儲存器、128字節內部隨機數據存儲器（RAM）、32個I/O口線，而且它還與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。故而，這種低電壓、高性能CMOS8位單片機可靈活應用于多種場所。
3.2 溫度采集模塊的設計
該系統的溫度采集模塊采用DS18B20進行溫度數據的采集。DS18B20是美國Dallas半導體公司生產的數字化溫度傳感器。其測量溫度范圍為-55℃～+125℃，在-10～+85℃范圍內，精度為±0.5℃。
在傳統的模擬信號遠距離溫度測量系統中，需要很好的解決引線誤差補償和放大電路零點漂移誤差等技術問題，才可以達到較高的測量精度。另一方面，一般監控現場的電磁環境都非常惡劣，各種干擾信號較強，模擬溫度信號容易受到干擾而產生測量誤差，影響測量精度。因此，在溫度測量系統中，解決這些問題的最有效方案是采用抗干擾能力強的新型數字溫度傳感器。并且適合于在惡劣環境中的現場溫度測量，如：環境控制、設備或過程控制、測溫類電子產品等。DS18B20作為世界上第一片支持“一線總線”接口的新一代溫度傳感器，它具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、可組網等優點，在實際應用中取得了良好的測溫效果。尤其是現場溫度直接以"一線總線"的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。
DS18B20采集到的溫度值的位數隨著其分辨率不同而不同，溫度轉換時的延時時間為750ms。DS18B20測溫原理如圖3所示。圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器1。高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數器2的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預置在-55℃所對應的一個基數值。計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數器1的預置將重新被裝入，計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。圖3中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數器1的預置值。
3.3 報警模塊
該電路模塊的作用在于當溫度采集系統所采集的溫度高于或低于預設溫度時，系統可以及時發出警報信息用來提示監測者做出相應的處理。由此，該模塊的設計采用蜂鳴器及發光二極管作為報警元件。當系統檢測到溫度正常時，發光二極管D2發出綠光；當系統檢測到溫度異常時，發光二極管D2熄滅，同時，發光二極管D1開始閃爍，同時伴有蜂鳴器鳴叫。
3.4 溫度顯示模塊
在單片機的人機交流界面中，輸出方式通常有以下幾種：LED數碼管、發光二極管、液晶顯示器。而選擇晶液顯示器作為輸出器件因為它具有以下幾個優點：
1）重量輕、體積小
液晶顯示器顯示原理是通過其顯示屏上的電極控制液晶分子狀態來進行顯示的，因此，與相同顯示面積的傳統顯示器相比，在重量上要輕得多。
2）功耗低
相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。
3）顯示質量高
液晶顯示器畫質高而且不會閃爍，這是因為液晶顯示器的每一個點在收到信號后會一直保持恒定的亮度與色彩，發光穩定性高，而不像陰極射線管的顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新亮點。
4）數字式接口
液晶顯示器的數字式接口與單片機系統的接口相連接更加簡單可靠，操作也更加方便。
3.5 鍵盤復位模塊
本電路的復位模塊共含有三個部分，分別為單片機自動復位部分、高溫復位部分以及低溫復位部分。在此，單片機復位部分就不再贅述。而S2、S3按鍵則分別被用于溫度過高、過低時復位使用。
4.系統軟件設計
4.1 主程序設計
本文所設計的主程序主要功能是負責溫度的測量、讀出、實時顯示、判斷并處理DS18B20的測量的當前溫度值。溫度的測量每1s進行一次，其程序流程見圖4所示。
4.2 單總線通信實現
由于DS18B20在一根I/O線上讀寫數據，因此，對讀寫的數據位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協議來保證各位數據傳輸的正確性和完整性。該協議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。以下是以C51為例編寫的基本子程序：
（1）延時子程序
void delay（unsigned int z）//延時大約2z微秒
{ uint y；
for（y=0；y
}
（2）初始化子程序
void dreset （void）
{ ds=0； //拉低單總線用以復位
delay（240）； //延時
ds=1； //釋放單總線
delay（40）； //延時
}
（3）讀一位數據子程序
void tempreadbit（void）
{ bit dat；
ds=0； //拉低單總線開始讀時序
delay（1）； //延時
ds=1； //釋放單總線
delay（2）； //延時
dat=ds； //讀回數據
delay（10）；
return（dat）； //返回數據值
}
（4）寫一位數據子程序
void tempwritebit（char bit）
{ ds=0； //拉低單總線開始寫時序
if（bit==1） //若需寫“1”即將總線置高
ds=1；
delay（2）； //延時
ds=1； //釋放單總線
}
5.結束語
本實驗證實了基于AT89C51單片機的溫度監測系統具有以下優點：硬件結構簡單，性能穩定，并且本系統采用的LCD1602液晶顯示器與LED相比，顯示質量更高。同時，以數字溫度傳感器DS18B20作為溫度采集器件，可以使誤差控制在±0.5℃，因此所測溫度更準確。當溫度不在所預定的目標溫度范圍內時，蜂鳴器會發出報警信號并伴有指示燈閃爍，及時提醒監測者調整溫度。但是，本實驗僅僅是溫度控制領域內的一個例子，還有許多有待改善的地方。
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[關鍵詞] 溫度監測 RS-485 TC35模塊 電路設計 應用
溫度監測在現代生產和生活中無處不在，如油箱溫度監測、糧倉溫度監測、汽車自動化系統等。溫度變化反映系統運行狀態，根據溫度變化，我們可以提前采取相應措施，防止危害的發生。
一、整體系統設計
如圖1所示，系統由三部分組成。上位機負責數據接收和顯示；下位機由數據集中器和采集終端兩部分組成，其中數據集中器負責溫度數據的集中和轉發;采集終端主要由傳感器及數據發送模塊組成，負責現場溫度的定時采集和顯示，并按命令將數據傳送給集中器。
本系統下位機（也就是數據采集與數據管理）之間采用RS-485通訊，而上位機與下位機之間通過GSM無線技術進行通訊。上位機接收到下位機傳來的數據后，先對數據進行數據轉換，然后放入數據庫。利用管理軟件，可以對數據進行各種處理。本設計主要完成數據集中器的設計和開發,通過GSM無線通訊直接和上位機進行通信，再用單片機把收集到的數據采集終端的數據信號進行管理、集中或按照上位機的要求傳輸給上位機。還要實現對數據采集終端的一個485的一對多通訊，一個系統管理它的多個站點的相應系統，使上下位機的溫度信息實現時時傳遞。
二、主控制器的設計
主控制器選用ATMEL公司的單片機ATMEGA8。ATMEGA8是一種高性能、低功耗的8位AVR微處理器，AVR采用了哈佛結構，具有獨立的數據和程序總線，程序存儲器里的指令通過一級流水線運行，ATMEGA8具有8K字節的系統內可編程Flash，512字EEPROM，1K字節SRAM，32個通用I/O口線，32個通用工作寄存器，3個具有比較模式的靈活的定時器或計數器，片內或外中斷，可變成串行USART，面向字節的兩線串行借口，10位6路ADC，具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器，一個SPI串行端口，以及5種可以通過軟件進行選擇的省電模式。
ATmega8的主要性能特點如下 ：
1.高性能、低功耗的8bAVR微控制器，先進的RISC精簡指令集結構,130條功能強大的指令，大多數為單周期指令，32個8b的通用工作寄存器，工作在16MHz時具有16MIPS的性能 。
2.片內集成了較大容量的非易失性程序和數據存儲器8kB的Flash程序存儲器，可擦寫次數大于10000次;512B的ERROM，擦寫次數至少100000次;支持可在線編程(ISP)和可應用自編程(IAP); 可編程的程序加密位。
三、數據通訊電路的設計
TC35模塊電路設計。上行數據傳輸通道的電路設計主要是TC35電路的設計。從數據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，必須進行電平匹配。本系統設計了如圖2所示的電平匹配電路。
四、系統效益跟市場前景分析
早期的監控系統，采用大型儀表集中對各個重要設備的狀態進行監視，并通過操作盤來進行集中式操作。而本系統是以監測控制PC機為主體，加上檢測裝置、執行機構與被監測控制的對象(生產過程)共同構成的整體。系統采用先進的無線數字信號傳輸技術和RS-485總線技術，使系統具有如下特點和優勢：
1.系統的結構更為簡潔、清晰，給系統的使用和維護人員帶來了極大的方便。
2.無線數字傳輸具有傳輸數據可靠、無需布線等優點，使系統更加可靠經濟。
3.可以大量減少人工，只需在監測中心設1到2名監測人員，減少了大量人工費用。
溫度監測系統可廣泛用于煙草、倉儲、糧食等行業。僅對煙草系統而言，一個年利稅30億元的中等卷煙廠，年煙葉發酵總價值20億元左右，按行業標準3%的煙葉耗損量，發酵霉爛煙葉占總耗損量的30%計算，一年可避免經濟損失1800萬元，全國100個卷煙廠，若50%的廠家使用該系統，一年可為國家節約10余億元。加之在其他行業的推廣應用，項目的應用前景十分廣闊，社會經濟效益極為顯著。
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關鍵詞：GPRS；遠程監測；溫度傳感器
引言
隨著通信技術的發展和自動化水平的提高，溫度的遠程監測已經成為許多跟溫度有關的行業進行安全生產和減少損失采取的重要措施之一。在實際場合中由于監測點分散、偏遠以及時間限制等原因，采用傳統的溫度測量方式周期長、成本高，而且測量員必須到現場進行測量，因此工作效率非常低。且不便于管理。本文提出了一種基于GPRS技術的遠程溫度監測系統方案，采用AT89C51單片機和DS18B20數字溫度傳感器實現現場溫度數據的采集和處理，再通過GPRS模塊TC39i實現遠程的數據傳輸和接收。目前，雖然3G技術已經開始推廣，但并沒有普及，同時由于受到硬件成本和運營商通信資費的約束，GPRS技術在相當長時間內還是進行無線數據傳輸的首選。
1 系統總體設計
系統的總體設計思路是將溫度采集模塊采集到的數據通過GPRS模塊發送到監控計算機上。溫度傳感器把監測現場的溫度處理發送給AT89C51單片機，溫度數據通過單片機處理，再由GPRS發送模塊發送出去。GPRS接收模塊接收發送模塊發送過來的數據，通過RS232通信接口連接GPRS模塊實現與上位機通信，將數據上傳至上位機，實現在上位機中對監測現場溫度的遠程分析、管理。系統總體框圖如圖1所示。
圖1 系統總體框圖
2 系統硬件設計
現場溫度采集模塊是一個現場實時監測設備，可以獨立穩定運行，對監測的溫度數據進行運算處理、狀態分析和實時顯示。GPRS通信模塊的功能則是將數據實時傳送到監控計算機。
2.1 單片機外圍電路設計
該系統采用Atmel公司的AT89C51單片機，AT89C51是一種帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器。單片機的外圍電路主要包括晶振電路、復位電路、采集電路。單片機的外圍電路如圖2所示。
圖 2 單片機外圍電路
2.2 溫度采集電路設計
溫度傳感器采用國DALLAS公司生產的DS18B20數字溫度傳感器。它采用3引腳T0-92封裝，無需外部元件，可用數據總線供電，電壓范圍為3.0 V至5.5 V，無需備用電源。測量溫度范圍為-55 ° C至+125 ℃。該溫度傳感器可編程的分辨率為9~12位溫度轉換為12位數字格式最大值為750毫秒，用戶可定義的非易失性溫度報警設置。
本設計中，DS18B20的1腳接地，2腳為數據輸入端，3腳接VCC，2腳與3腳間接上一個4.7K的電阻，形成上拉電阻。溫度采集電路如圖3所示。
圖3 溫度采集電路
2.3 GPRS通信模塊設計
TC39i 的供電電源為3.3～4.8V ，典型值為4.2V。當電壓低于3.3V 時，模塊可自動關機，同時模塊在不同工作模式時電流不同，在發射脈沖時電流峰值高達2 A ，在此電流峰值時，電源電壓下降值不能超過0.4 V ，所以對電源的要求很高。本設計中穩壓電源部分由LM2576S將外部+5V的直流電壓轉換成為4.2V ，為整個系統提供供電電壓同時產生MAX323 所需的高電平。
TC39i 的啟動電路由AT89C51來實現。模塊上電10ms后,為保證整個系統正常啟動，IGT信號必須在保持大于100ms 的低電平再階躍到高電平，且下降沿時間要小于1ms。啟動后，IGT信號應保持高電平。
TC39i 的基帶處理器集成了一個與ISO7816- 3ICCard標準兼容的SIM卡接口。為了適應外部的SIM卡接口，該接口連接到ZIF引腳。TC39iZIF 連接器為SIM卡接口預留了6個引腳，SIMPRES 引腳用來檢測SIM卡支架中是否插有SIM卡。當插入SIM卡，該引腳置為高電平時，系統方可進入正常的工作狀態。GPRS通信模塊電路如圖4所示。
圖4 GPRS通信模塊電路
3 系統軟件設計
系統的軟件設計主要包括監測對象溫度的采集程序和GPRS通信程序。系統軟件設計的重點在于單片機的編程。通過向TC39i寫入不同的AT指令完成多種功能。
3.1 軟件的總體設計
在總體程序流程圖中，系統軟件的重點在于對單片機的編程。包括向AT89C51對TC39i的初始化以及對串行口通信速率、短消息模式、短消息中心號碼的初始化。這些初始化指令是通過AT指令寫入的，因此在編程時將這些常用到的AT指令編成表格，存放在AT89C51的程序存儲器內，以便使用。流程圖如圖5所示。其中A、B中斷子程序只是發送數據內容不一致，對應的流程一致。
圖5 系統軟件總體流程圖
3.2 溫度采集程序設計
先復位DS18B20，然后單片機等待DS18B20的應答脈沖。一旦單片機檢測到應答脈沖，便發起跳過ROM匹配操作命令。成功執行了ROM操作命令后，就可以使用內存操作命令，啟動溫度轉換，延時一段時間后，等待溫度轉換完成。再發起跳過ROM匹配操作命令，然后讀暫存器，將轉換結果讀出，并轉為顯示碼，送到液晶顯示。溫度采集程序流程圖如圖6所示。
圖6 溫度采集程序流程圖
3.3 GPRS通信程序設計
GPRS通信程序是實現采集到的現場溫度數據遠程無線傳輸的關鍵。單片機要將溫度數據通過GPRS模塊傳輸前，必須先對GPRS模塊初始化，然后讀取溫度傳感器送來的溫度數據，然后向GPRS模塊發送指令，完成溫度數據的遠程無線傳輸。GPRS通信程序的流程圖如圖7所示。
圖7 GPRS通信程序流程圖
4 結論
本文采用AT89C51單片機、DS18B20數字溫度傳感器和TC39i無線傳輸模塊實現了溫度的遠程監控。系統結構簡單、性價比高，可應用于養殖場、糧庫、電力機房等測溫和控制領域，有著廣泛的應用前景。
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【關鍵詞】電力設備;智能化;無線技術;溫度;數據收集
1.智能無線溫度監測系統的工作原理
智能無線溫度監測系統被設定成三個子系統，分別是采集系統、匯總系統、監測系統。三個子系統通力協調工作，實現了電力設備溫度的實時、準確、便捷的智能無線監測。
智能無線溫度監測系統的三個子系統間的連接方式是不同的，無線通信方式是應用于采集系統和匯總系統之間，而通信線纜則是使用在匯總系統與監測 系統之間，即一個無形，另一個有形。對應部位的熱感應元件將其所監測到的溫度信息通過無線通信設備傳輸到匯總系統的總站，總站將會對收集到的所有溫度信息 進行分類整理、分析并處理，再將處理完畢的數據信息傳輸到監測系統的監測計算機上。同時，調節端監測計算機也將收到同樣的數據信息。監測計算機對接收到的 數據信息進行二次處理分析，當處理所得數據結果超高設定的極限值時，監測計算機就會發出警示信號。每個總站可以管理數百個子站，信息量的采集將是非常巨大 的。
2.智能無線溫度監測系統的組成
2.1采集系統
通過將熱敏電阻、傳感器等熱感應元件安裝在容易因工作而產生不正常散熱的部位，實時的對溫度數據進行測量與采集工作，并將采集到的信息發送出去。交流電作為長期供能電源及太陽能電池板作為的后備電源（確保突然斷電后的數據持續收集的）是采集系統的正常工作的依靠。
2.2匯總系統
信息匯總系統主要由無線接收裝置構成，在收集到采集系統所傳遞而來的數據信息后，再傳遞給總站，總站接收到分站的溫度數據之后，繼而再將其傳遞給當地監視系統，與此同時還將溫度數據傳遞給調節終端。實時溫度變化同樣被調節終端監視，如此便避免了無人監測的情況。
2.3監測系統
監測系統又可以細分為站級監測系統和調節端監測系統。用于監測系統的計算機直接接受總站所傳遞的溫度信息等數據，并與總站是直接通信的關系。 監測計算機對總站所傳遞來的數據信息進行匯總、整理、分析后，存儲于特定的數據存儲庫（可以對數據庫進行靈活改動，比如擴容）。監測計算機可以對數據信息 進行報表統計，準確記錄處于何時、何地、何種狀況下的溫度情況。同時，監測計算機在溫度越過某一設定極限值時會有警示信號出現。監測計算機的另一個便捷之 處在于，可以根據需要進行任何時間段的任何部件的溫度查詢。調節端監測系統的數據信息傳輸用到的是匯集系統的通訊管理器，通過數據傳輸線纜直接傳輸到 PCM設備之中，在經過線纜轉送給調節端，經PCM的數據信息還可以作為存儲資料被下載到調節端監測計算機。
3.智能無線溫度監測系統的特點
3.1免于布置排線
因為采用了無線傳輸設備，所以不用布置排線，熱感應元件的安裝更方便。
3.2免于經常的維護
智能無線溫度監測系統都是整體化設計，所以免于維護。
3.3節能
智能無線溫度監測系統的各個部分均采用節能、低功率消耗設置，同時應用太陽能電池板更是綠色節能。
3.4警示系統更完善
當溫度過高時，總站智能終端電源，后臺監控系統能夠及時發出警報。
3.5穩定性更高
智能無線溫度監測系統中的設備均有堅實的外殼保護，同時又有靜電保護。數據在傳遞過程中安全、穩定，能夠抵抗外界的干擾。
3.6具有較好的兼容性
能夠應用更多的應用軟件和控制系統。
4.智能無線溫度監測系統與傳統監測間的對比
4.1智能無線溫度監測系統由于裝有位于各個需要測量的部位的熱感應元件的幫助，這使得數據的采集與監測具有了實時性、連續性和準確性的優 點，通過對每年、月、日甚至每小時的溫度數據的變化情況，總結出電力設備不同部位的相應溫度的變化規律，確定出其溫度規律的峰值，有效的對電力設備的工作 穩定性就行預見性分析，消除潛在的威脅。而傳統的電力設備溫度的監測是依靠監測人員定期的監測與測量才能得出的，傳統的電力設備溫度的監測耗費大量的人力 物力，由于人類生理的局限性，所測得的數據存在不確定誤差，甚至會出現錯誤，而且潛在的故障威脅不能及時發現并作出應有的處理，致使出現不必要的人員或財 力的損失。
4.2智能無線溫度監測系統對數據的處理速度以及對故障的預見性分析是人類所不能比擬的，其所存儲的數據信息能夠被極其方便的調閱，對數據信 息的存儲量也是相當的巨大。而傳統的監測數據信息要進行存儲就需要建立專門的存檔管理機構，而且常年所存儲的信息量是無妨想象的，要對某段數據進行查閱也 是極為不便的，費時費力，極不現實，而智能無線溫度監測系統則解決了上述所存在的所有問題。
4.3智能無線溫度監測系統的應用軟件簡單，操作方便，減少人員培訓上崗時間。而傳統的監測測量則需要專門的工作人員進行培訓。
5.智能無線溫度監測系統的后臺監控功能
5.1熱感應元器件所監測的部位的溫度能夠實時的傳遞給監控計算機并于顯示屏上呈現出來，出現警示溫度時的時間及故障位置都會以數據的形式保存起來，保存期限可長達數年。
5.2可設置警示音的類型，如可以以真人語音的形式播報出來或者以文字警示的方式顯示到屏幕上。
5.3監測計算機所監測到數據信息可以以年、月、日等為單位用線性圖或者表格的形式一目了然的展現出來，也可以直接抽查或打印出來。
5.4當智能無線溫度監測系統中的任何部件出現問題時（如電源故障、信號傳輸中斷等），都會有警示出現，及時警示給工作人員。
5.5都可以實現對監測位置的編碼、命名處理，方便系統化管理。
6.智能無線溫度監測系統國內外現狀
在國外許多國家，智能無線溫度監測技術的發展極為迅速，它被廣泛應用到了人們生活中的吃穿住行。當傳統的監測方式產生多年后，智能無線溫度監 測系統在萬眾期待中登上了歷史舞臺，監測技術從此掀開了新的一頁。現今已經不僅僅局限于電力設備的維護方面了，精密生產線、醫療系統、農業方面都已成熟融 合。智能無線溫度監測系統在電力方面的應用，也是國外首創的。
在中國國內，智能無線溫度監測技術的起步就相對較晚了，但憑借著多年的不懈努力終于成功由實驗走到了實驗。智能無線溫度監測技術的應用范圍之 廣已不用過多闡述，將其應用在監測溫度的設備上已是非常常見的了。智能無線溫度監測技術最突出的優點就在于不需要布線，用智能無線溫度監測技術監測溫度還 突出了其準確簡潔的優勢。目前，智能無線溫度監測技術仍在朝著攻克減小功耗、增加傳輸距離的技術難題努力。
參考文獻
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