溫度監(jiān)測系統(tǒng)精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇溫度監(jiān)測系統(tǒng)范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

關鍵詞： 多點溫度測量； AT89C51； DS18B20； LabVIEW； 溫度監(jiān)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(yè)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(jiān)測的齪鮮分廣泛[1]。傳統(tǒng)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(shù)據(jù)以進行后續(xù)統(tǒng)計和分析。為滿足現(xiàn)代工業(yè)多點溫度監(jiān)測的需求，設計了一種基于LabVIEW的多通道溫度監(jiān)測系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)在-55～99 ℃范圍內6通道的溫度實時監(jiān)測，具有多點溫度同步采集、顯示、報警、繪圖及數(shù)據(jù)保存等功能，可用于智能樓宇、溫室大棚、汽車空調、倉庫儲存等場合[3]。

1 系統(tǒng)總體結構設計

本文設計的基于LabVIEW的多通道溫度監(jiān)測系統(tǒng)由下位機多通道溫度采集系統(tǒng)和上位機LabVIEW溫度監(jiān)測系統(tǒng)兩部分構成。系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(tài)時，若檢測到上位機要求發(fā)送溫度數(shù)據(jù)的請求，下位機立即依次將6通道溫度數(shù)據(jù)的高位和低位通過串口發(fā)送至上位機。LabVIEW溫度監(jiān)測系統(tǒng)隨即讀取串口緩沖區(qū)的內容，經過數(shù)據(jù)提取、處理、計算等操作，解析各通道的實際溫度后，首先在監(jiān)測系統(tǒng)前面板上實時顯示，然后將得到的溫度數(shù)據(jù)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(tǒng)將各通道溫度數(shù)據(jù)送入波形圖表，繪制六通道溫度變化曲線，并將所有采集的溫度數(shù)據(jù)寫入TXT文檔保存。系統(tǒng)整體程序流程圖如圖2所示。

2 多通道溫度采集系統(tǒng)設計

多通道溫度采集系統(tǒng)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(shù)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(yōu)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(tǒng)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(shù)與LCD1602一致，但顯示的行數(shù)是LCD1602的2倍。液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)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(shù)據(jù)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(tǒng)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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(shù)據(jù)；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(shù)據(jù)，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(xiàn)下位機與上位機的串口通信[5?6]。當上位機通過LabVIEW溫度監(jiān)測程序向串口發(fā)送請求溫度數(shù)據(jù)字符串AA時，下位機檢測到中斷請求，立即將發(fā)送標志置1，然后依次發(fā)送溫度數(shù)據(jù)的高位和低位；發(fā)送完畢后，自動清除中斷標志并返回，等待下次發(fā)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(jiān)測系統(tǒng)設計

LabVIEW是美國NI公司開發(fā)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(fā)工具，在數(shù)據(jù)采集和人機交互方面有著十分明顯的優(yōu)勢[8?10]。利用LabVIEW自帶的VISA驅動函數(shù)，能夠方面地實現(xiàn)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(jiān)控系統(tǒng)界面。因此，本設計采用LabVIEW開發(fā)平臺編寫上位機溫度監(jiān)測系統(tǒng)程序，主要包括溫度數(shù)據(jù)的提取與計算、溫度超限報警、溫度變化曲線與數(shù)據(jù)保存等部分。

3.1 溫度數(shù)據(jù)的提取與計算

LabVIEW溫度監(jiān)測程序運行時，首先配置串口參數(shù)，使之與下位機保持一致，然后通過VISA寫入函數(shù)向單片機發(fā)送請求字符串AA，下位機檢測到發(fā)送請求后隨即通過串口發(fā)送程序向上位機依次發(fā)送六通道溫度數(shù)據(jù)的高8位和低8位。當開始采集按鈕打開時，VISA讀取函數(shù)立刻讀取串口緩沖區(qū)的所有內容，并通過字符串至字節(jié)數(shù)字轉換函數(shù)將所有串口數(shù)據(jù)轉換為字節(jié)數(shù)組，然后由索引數(shù)組提取各通道溫度數(shù)據(jù)的高位和低位，送至溫度計算子VI計算實際溫度值。

溫度計算子VI首先將溫度數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)實時監(jiān)測功能，系統(tǒng)加入了超限報警機制。各通道溫度數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)保存

LabVIEW溫度監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)除了可以實時監(jiān)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(shù)據(jù)同步寫入TXT文檔保存，方便進行后續(xù)的統(tǒng)計和分析。溫度數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)保存部分的程序框圖如圖8所示。

4 系統(tǒng)仿真實驗

完成下位機多通道溫度采集系統(tǒng)與上位機LabVIEW溫度監(jiān)測系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)，打開串口開關，按下數(shù)據(jù)采集按鈕，多通道溫度采集系統(tǒng)和LabVIEW溫度監(jiān)測系統(tǒng)程序運行結果分別如圖4和圖7所示，保存的部分溫度數(shù)據(jù)如圖9所示。

分析仿真實驗結果可知，系統(tǒng)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(jiān)測界面中各通道溫度數(shù)值、溫度變化曲線、超限報警指示、數(shù)據(jù)采集量、開始與運行時間均準確無誤；保存的溫度數(shù)據(jù)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(jiān)測系統(tǒng)能夠方便有效地測量6點的溫度數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)在PC端的實時監(jiān)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(tǒng)；串口打開時，便可與上位機通信，實現(xiàn)在PC機上的多通道溫度實時監(jiān)測。系統(tǒng)下位機結構簡單、成本低廉，上位機監(jiān)測界面清晰直觀、一目了然，很好地滿足了多點溫度監(jiān)測的目的，具有較強的實用性。

參考文獻

[1] 薛清華.高精度多通道溫度測量技術研究[D].武漢：華中科技大學，2007.

[2] 付立華，張曉玫，潘龍飛.基于LabVIEW的多通道溫度實時監(jiān)測系統(tǒng)[J].儀表技術，2012（12）：38?40.

[3] 湯鍇杰，栗燦，王迪，等.基于DS18B20的數(shù)字式溫度采集報警系統(tǒng)設計[J].傳感器與微系統(tǒng)，2014，33（3）：99?102.

[4] 張拓.無線多點溫度采集系統(tǒng)的設計[D].武漢：武漢理工大學，2009.

[5] 任志華，李永紅.基于DS18B20的多路溫度檢測系統(tǒng)設計[J].電子測試，2012（7）：39?42.

[6] 潘方.RS 232串口通信在PC機與單片機通信中的應用[J].現(xiàn)代電子技術，2012，35（13）：69?71.

[7] 李菲，江世明.基于LabVIEW的溫度測量系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代電子技術，2014，37（6）：114?116.

[8] 楊高科.LabVIEW虛擬儀器項目開發(fā)與管理[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012.

篇(2)

關鍵詞：溫度傳感器DS18B20，實時性

 

1、前言

一直以來，溫度都是人類生存、物品存儲的必要考慮條件。隨著科技的發(fā)展，溫度控制也越來越要求精確化、智能化、網絡化和大型化，比如大型庫房倉儲系統(tǒng)和樓宇火警智能化系統(tǒng)，還有一些對溫度要求較高的生產流程也需要對溫度進行多點采集和實時控制等。采用單任務循環(huán)編程模式設計的溫度監(jiān)測系統(tǒng)已經不能滿足這種需要。本文提出并設計了一個以μC/OS-II為操作系統(tǒng)，由多片DS18B20組成的多點溫度巡回監(jiān)測系統(tǒng)有實時性好、硬件電路簡單、可擴展性好等優(yōu)點。

2 方案選擇

該系統(tǒng)要完成的基本功能是對多點溫度的實時監(jiān)測。從降低系統(tǒng)功耗集簡化線路方面考慮，選用的溫度傳感器是DALLAS公司生產的單總線可組網的數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。相比于最多8片級聯(lián)的AD7416，DS18B20可擴展的測溫點就多的多。每片DS18B20具有唯一的64位序列號，可以多片同時掛接在同一根總線上。DS18B20可以采用寄生電源方式，從數(shù)據(jù)線上獲取能源，降低了系統(tǒng)功耗。DS18B20與單片機的連接如圖1所示。。

DS18B20在進行溫度轉換時，首先要主控制器選定傳感器，然后發(fā)溫度轉換指令。在溫度轉換結束后，DS18B20會將所測的溫度與預先設置的報警溫度相比較。如果超限，就設置報警標志。在收到主控制器發(fā)出的報警搜索指令后，該DS18B20就會響應。這整個過程，對于監(jiān)測點較多的巡回監(jiān)測系統(tǒng)，所花費的時間不容忽視。因而，要是找到一種方法，只讓系統(tǒng)監(jiān)測可能超限的點，就可以減少時間，同時降低系統(tǒng)的功耗了。采用模糊推理決策方法，設立8個監(jiān)測點，每個監(jiān)測點放3片DS18B20。。這樣的話，可以根據(jù)每片DS18B20每次測得的溫度計算出溫度偏差和一個采樣間隔內的溫度變化，然后根據(jù)一個雙輸入單輸出的模糊控制器得到一個控制決策量。根據(jù)這個控制決策量，就可以來設置報警級數(shù)、增加搜索頻率等。故障檢測和這個過程差不多，當這個監(jiān)測點及周圍的監(jiān)測點的溫度都有變化時，可以發(fā)出報警搜索指令，而只有這片DS18B20異樣時，就可能是故障了。

可以說，這個系統(tǒng)的軟件代碼較復雜，而這個正好可以交給μC/OS-II來實現(xiàn)多任務管理。

3、μC/OS-II在Ateml89c52上的移植

μC/OS-II在Atmel89c52上移植必須滿足5個條件，89c52的硬件資源：8051 CPU 32 I/O 口, 3 個定時/計數(shù)器, 8個中斷源，8 K Flash , 256 BytesRAM。μC/OS-II內核代碼最小可以達到2k，使用外擴RAM，在Keil C編譯器支持下，89c52完全滿足C/OS-II移植及多任務運行要求。。μC/OS-II的移植工作主要包括以下幾個內容：

（1）用#define設置一個常量的值 OS_TASK_GROWTH

（2）聲明幾個數(shù)據(jù)類型（編譯器相關）

（3）用#define聲明三個宏

OS_ENTER_CRITICAL OS_EXIT_CRITICAL OSCtxSw

（4）用C語言改寫OS_CPU.C中六個簡單的函數(shù)

主要是任務堆棧初始化函數(shù)OSTaskStkInit（），用來初始化任務的堆棧結構，返回的堆棧指針保存在一個全局變量中，最后存儲到任務的任務控制塊（OS_TCB）。其它5個擴展函數(shù)OSTaskCreateHook()、OSTaskDelHook()、OSTaskSwHook（）、OSTaskStatHool()、OSTaskTickHook()必須得聲明但沒必要包含代碼。

（5）改寫OS_CPU_A.ASM中四個匯編語言函數(shù)

分別是OSStartHighRdy()、OSCtxSw()、OSIntCtxSw()和OSTickISR()。這幾個函數(shù)主要目的是運行任務和執(zhí)行任務切換，在任務進入運行態(tài)或者退出運行態(tài)時，將任務的當前狀態(tài)值從任務堆棧中恢復或者保存到任務堆棧中。

4、μC/OS-II具體功能的實現(xiàn)

根據(jù)本溫度巡回監(jiān)測系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能及工作原理，將應用程序劃成6個不同的任務：

1.DS18B20序列號搜索任務

2.DS18B20報警溫度設置任務

3.PC機單片機通信任務

4.溫度轉換任務

5.模糊決策控制任務

6.DS18B20報警故障搜索任務

根據(jù)任務的優(yōu)先級以及完成功能的邏輯順序，確定任務狀態(tài)切換如圖2所示：

圖中六個任務由用戶所建，括號內的數(shù)字對應的是任務的優(yōu)先級,箭頭所示為可能的任務切換順序。

μC/OS-II初始化后，通過調用OSStart()啟動多任務，七個任務（包括六個用戶建立的任務和一個OS定義的優(yōu)先級最低的空閑任務）都處于就緒態(tài)，此時任務就緒表中任務1優(yōu)先級最高，進入運行態(tài)。搜索完所有在線傳感器序列號后，調用OSTaskSuspend()，掛起任務自己，進入等待掛起狀態(tài)。時鐘節(jié)拍中斷時，OS判斷此時就緒表中任務2優(yōu)先級最高，切換，任務2進入運行態(tài)。任務2主要設置報警溫度限，同樣，設置完畢后調用OSTaskSuspend()，掛起任務自己，進入等待掛起狀態(tài)。時鐘節(jié)拍中斷時，OS判斷此時就緒表中任務3優(yōu)先級最高，切換，任務3進入運行態(tài)。任務3、任務4與任務5時本系統(tǒng)的主要工作，同時為保證溫度轉換過程和模糊決策的連貫性，這3個任務使用同一個信號量。通過調用OSSemPost()來引起任務切換。同時，任務5還可以通過調用OSTaskResume()來恢復任務1的運行。

圖2 任務狀態(tài)切換圖

四、結論

基于此設計方案，筆者成功地在μC/OS-II內核上設計完成了溫度巡回監(jiān)測系統(tǒng)，準確實現(xiàn)了序列號搜索、溫度轉換、報警溫度設置、報警、與PC機通信、模糊決策控制等功能。該系統(tǒng)具有硬件電路簡單、實時性好、可擴展性好等優(yōu)點。

參考文獻：

1.《嵌入式系統(tǒng)設計與實例開發(fā)――基于ARM微處理器和μC／OS-II實時操作系統(tǒng)》，作者：魏洪興，周亦敏。清華大學出版社，2005.9出版。

2.《 單片機實驗與實踐教程（一）(第2版)》，作者：萬光毅嚴義 邢春香。北京航空航天大學出版社，2006.07出版。

篇(3)

關鍵詞：單片機 溫度 前后臺系統(tǒng) 液晶顯示

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）06-0160-02

在現(xiàn)代化的工業(yè)生產中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關量都是常用的主要被控參數(shù)。溫度采集應用非常廣泛：從家居環(huán)境，到交通運輸；從農業(yè)生產，到工業(yè)控制；從陸地設備，到航空航天。例如：在冶金工業(yè)、化工生產、電力工程、造紙行業(yè)、機械制造和食品加工等諸多領域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。采用MCS-51單片機來對溫度進行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大提高產品的質量和數(shù)量。因此，單片機對溫度的控制問題是一個工業(yè)生產中經常會遇到的問題。本文以基于單片機的溫度監(jiān)測系統(tǒng)為例進行介紹，希望能收到舉一反三和觸類旁通的效果。

1 系統(tǒng)功能分析

1.1 基本功能

檢測溫度、時間；實時顯示溫度、時間；溫限設定及參數(shù)存儲；過限報警。

1.2 主要技術參數(shù)

溫度檢測范圍：-20℃-+99℃；測量精度：≤0.5℃；顯示方式：溫度：四位顯示；時間：YY-MM-DD HH：MM：SS；報警方式：溫度過高：紅色閃燈；溫度過低：綠色閃燈。

1.3 其它要求

參數(shù)可調可存儲，包括溫度上限、溫度下限、溫度采集周期。

2 系統(tǒng)總體設計

2.1 MCU選型及最小系統(tǒng)

STC89C系列單片機具有高可靠、低成本、低功耗的特點。設計中選用的STC89C58RC型單片機具有最高80M外頻；片內32KFlash ROM做為程序存儲器；片內1280字節(jié)RAM做為數(shù)據(jù)存儲器；擁有片內4個8位I/O接口、3個定時器、1個看門狗、UART接口等資源。

2.2 溫度采集模塊設計

溫度采集模塊主要使用DS18B20溫度傳感器。DS1820 是這樣測溫的：用一個高溫度系數(shù)的振蕩器確定一個門周期，內部計數(shù)器在這個門周期內對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進行計數(shù)來得到溫度值。計數(shù)器被預置到對應于-55℃的一個值。如果計數(shù)器在門周期結束前到達0，則溫度寄存器（同樣被預置到-55℃）的值增加，表明所測溫度大于-55℃。同時，計數(shù)器被復位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數(shù)器又開始計數(shù)直到0，如果門周期仍未結束，將重復這一過程。斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時獲得比較高的分辨力。這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的的值來實現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。 DS1820內部對此計算的結果可提供0.5℃的分辨力。溫度以16bit 帶符號位擴展的二進制補碼形式讀出。數(shù)據(jù)通過單線接口以串行方式傳輸。

2.3 實時時鐘模塊設計

2.4 參數(shù)存儲模塊設計

這里使用非易失EEPROM存儲器AT24C64芯片來實現(xiàn)參數(shù)的存儲功能。它同樣采用了IIC總線進行通信。如此將AT24C64與PCF8563做為IIC從機器件共同接入IIC總線，使用兩條I/O引腳P2.6和P2.7分別與IIC的SCL和SDA相連。這樣既節(jié)約了I/O資源，同時也減少了程序設計的工作量。

2.5 報警指示模塊設計

3 軟件設計

系統(tǒng)中的軟件設計采用了前后臺系統(tǒng)的思想。利用單片機的中斷處理能力，完成前臺工作，主要功能是按周期采集溫度和中斷檢測按鍵輸出。后臺程序循環(huán)處理其它功能，包括界面的顯示，時間獲取，具體按鍵碼的響應，數(shù)據(jù)遠程傳輸，參數(shù)調整及存儲等。

下面，結合總體設計思路，把四個主要模塊的軟件設計進行簡要說明。

3.1 EEPROM存儲程序

3.3 溫度采集程序

采樣周期定時器觸發(fā)了溫度的一次采集。在采集溫度過程中主要使用DS18B20的驅動程序進行溫度值的獲取。函數(shù)為：unsigned int ReadTemperature（）；函數(shù)的執(zhí)行過程對DS18B20進行了操作，這些操作包括：溫度傳感器復位；跳過序列號讀取；啟動溫度轉換；等待轉換完畢；重新復位溫度傳感器；跳過序列號讀取；啟動讀取命令；讀取溫度低有效位；讀取溫度高有效位；計算溫度，返回溫度值。

3.4 報警輸出程序

報警輸出采用I/O控制單色燈閃爍來完成控制。報警的判斷在溫度監(jiān)測狀態(tài)完成，主要工作是將當前采集的溫度與參數(shù)結構體中的溫度上下限進行對比判斷，從而決定是否閃燈報警。

4 調試

4.1 IIC總線調試

系統(tǒng)中EEPROM芯片和PCF8563實時時鐘芯片均采用IIC總線與單片機通信，在電路設計時采用兩條I/O引腳分別與IIC的SCL和SDA相連，在程序設計時首先根據(jù)兩個器件的特性選定了總線的通信速率范圍。

4.2 按鍵調試

本系統(tǒng)中設計了4個按鍵。按鍵的功能在不同界面是復用的，這在程序設計上帶來了一定的復雜度。最初按照設計階段的方案進行編碼，程序運行時按鍵功能并未完全實現(xiàn)，總會出現(xiàn)按鍵無響應和花屏現(xiàn)象。經過對程序進一步的跟蹤，發(fā)現(xiàn)了問題出現(xiàn)在按鍵碼處理后未及時清除的錯誤。更正后問題得到了解決。

4.3 聯(lián)合調試

當多個模塊的驅動程序完成后，系統(tǒng)開發(fā)進入了集成階段。這時也是問題出現(xiàn)最多的一個階段。每當有新的模塊驅動程序加入系統(tǒng)，實現(xiàn)其功能時，就會出現(xiàn)一些符號沖突問題和接口不統(tǒng)一的問題。經過聯(lián)合整理和優(yōu)化，問題逐一解決。

4.4 參數(shù)設置調試

系統(tǒng)中涉及到了一些參數(shù)的設置，如溫度上限、下限、采溫周期、串口開關。由于現(xiàn)實中這些參數(shù)的調整是有一定范圍限定和約束的，在代碼最終測試階段完善了這些約束。

5 結語

基于單片機的溫度監(jiān)測是當前工業(yè)生產中溫度控制的重要組成部分，本系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，可以為進一步開發(fā)基于單片機的實用型溫度控制系統(tǒng)提供較好的設計基礎，具有一定的實際應用價值。

參考文獻

[1]高洪志.MCS-51單片機原理及應用技術教程[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[2]趙亮，侯國瑞.單片機C語言編程與實例[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[3]1602數(shù)據(jù)手冊.

[4]DS18B20數(shù)據(jù)手冊.

篇(4)

關鍵詞：高壓設備；無線無源；溫度監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號： TM855 文獻標志碼 A

第一章 高壓設備建立無線無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)的必要性分析

變電站維持日常運行最為基本的就是高壓設備，而高壓設備在運行過程中會因為環(huán)境的不斷惡化、線頭接口處磨損過度或者開關觸點出現(xiàn)松動等情況導致出現(xiàn)故障，從而引發(fā)設備發(fā)熱，而高壓設備因為是特殊設備，不能夠認為進行監(jiān)測，所以就必須建立無線無緣溫度監(jiān)測系統(tǒng)對高壓設備進行實時監(jiān)測，以便在出現(xiàn)發(fā)熱的時候及時發(fā)現(xiàn)進行解決，避免因為設備過熱導致運行障礙，甚至火災。

在實際的運行過程中，變電站的高壓設備比較容易發(fā)生局部溫度上升而導致設備運行異常故障，這類故障必須及時發(fā)現(xiàn)，否則會出現(xiàn)惡化，設備也會因為溫度太高而作廢，那樣就會產生不必要的損失。造成高壓設備出現(xiàn)過熱最為主要有三個方面：第一是高壓設備的部分觸點承受的最大電流過大，有的高達4000A，那么在正常運行的時候會因為時間過長導致溫度過高，最終導致全部設備出現(xiàn)故障。第二是高壓設備在進行長期的運行過程中，設備的開關觸點會因為電阻過大而產生過熱，造成內部熱循環(huán)，最終導致內部溫度過高，設備運行發(fā)生故障。第三是高壓設備在高壓柜中會存在裸漏高壓，并且高壓設備中內部空間過小，會產生各種故障，這也是導致高壓設備溫度過高最為關鍵的原因之一。

第二章 高壓設備無線無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)的建設分析

2.1系統(tǒng)總體建設分析

基于無線無源的高壓設備溫度監(jiān)測系統(tǒng)主要是由智能溫度監(jiān)測系統(tǒng)以及警報系統(tǒng)構成，智能溫度監(jiān)測系統(tǒng)是通過傳感器進行溫度實時監(jiān)測，在進行傳感器的安裝前期會對在設置一個標準值，假若內部溫度高于標準值就會觸發(fā)警報系統(tǒng)，假若內部溫度沒有高于標準值，那么警報系統(tǒng)還是處于休眠狀態(tài)。

鑒于高壓設備是有很多零部件所組成的，所以在進行智能溫度監(jiān)測系統(tǒng)的建設的時候，就必須對高壓設備中容易產生溫度過高的幾個點進行了解，比如高壓設備的觸點、接口母線或者電路電阻等零部件，在對故障點進行明確之后就可以將設置到標準值的傳感器安裝在各個部分。在傳感器安裝完畢之后，就需要通過對高壓設備無源無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)進行最低值的設置，只要高壓設備內部溫度超過了這個設置的最低值，那么高壓設備無源無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)就會發(fā)生警報，在系統(tǒng)中并沒有專門安裝警報系統(tǒng)。

通過對高壓設備進行傳感器監(jiān)測模塊以及警報系統(tǒng)的建設，可以對高壓設備過熱進行很好的控制，在一定程度上可以節(jié)約部分人力資源，對于高壓設備的溫度監(jiān)測成本也是一種降低。

2.2系統(tǒng)軟硬件建設分析

高壓設備無線無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)在運行的過程中使用的主要硬件是SAW傳感器、無線傳輸（天線）以及溫度采集器。

SAW傳感器是一種溫度傳感器，會因為外界溫度的變化而導致表面固有諧振頻率的變化，從而對溫度實行測量。這種傳感器最為核心的部分就是表面波諧振器，在高壓設備的材料基片中央位置放置一個交叉換能器，在其兩側配置兩組周期性組成的多種條件反射器，這樣的設計會使得交叉換能器既可以作為輸出模塊，還可以在有電磁波進入的時候作為接收模塊。通過合理選擇叉指換能器幾何尺寸、基片晶體材料及切向，可以使溫度系數(shù)的高階項近似為零，實現(xiàn)固有諧振頻率與溫度的近似線性關系，只要獲得固有諧振頻率就可確定其溫度。當有入射波進入設備內部的時候，在入射波消失之后就會產生一種逐漸衰減的震蕩信號，從而進行溫度檢測，所以SAW傳感器可以作為高壓設備的無線無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)中的監(jiān)測器件。

無線傳輸部分是利用天線來進行傳輸?shù)?，天線可以看成是一種溫度變換器，將高壓設備內部溫度進行傳輸，將其和前文所述的溫度傳感器進行連接，就可以使高壓設備內部溫度通過天線傳輸?shù)綔囟葌鞲衅?，一旦溫度過高就會觸發(fā)后面的警報結構，使之發(fā)出警報聲。但是這種傳輸方式也存在一定的不足，天線自身在進行溫度傳輸?shù)臅r候會消耗部分熱能，會導致溫度傳感器最終接受的溫度和高壓設備內部溫度存在部分誤差。

溫度采集器在高壓設備無線無緣溫度監(jiān)測系統(tǒng)中主要是負責接受來自溫度傳感器發(fā)出的溫度數(shù)據(jù)，并且通過對應的科技手段將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)綔囟缺O(jiān)測中心，這樣就可以使得工作人員隨時隨地的對高壓設備內部溫度進行精確掌握，對于高壓設備溫度平衡也可以進行很好的調節(jié)。

編程開發(fā)工具是利用QT平臺來進行程序的編寫的，在進行程序編寫的時候不需要重新編寫源代碼，只需要對應用程序進行一次性開發(fā)，就可以實現(xiàn)高壓設備無源無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)其功能，QT通過其強大的強大的控制功能，對空間資源進行比較方便的控制。

第三章 系統(tǒng)測試

在高壓設備無線無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)建設完成之后，可以構建出一個模擬的高壓設備運行機構，然后將設計的監(jiān)測系統(tǒng)進行安裝，認為的將高壓設備中的易出現(xiàn)問題的故障點進行溫度調整，然后通過顯示屏觀察高壓設備內部各種溫度所對應的固有頻率，然后對臨界溫度進行監(jiān)測，將臨界溫度設置在SAW傳感器中，以便日后進行實地監(jiān)測。通過系統(tǒng)測試還可以對建立的無線無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)進行檢查，對其中的設計不足之處進行完善。

結論

高壓設備因為其使用環(huán)境的特殊性，容易因為運行時間過長，導致內部接點出現(xiàn)各種故障，所以必須針對這種現(xiàn)象進行溫度監(jiān)測系統(tǒng)的建設，而且因為高壓設備內部電壓較高，所以監(jiān)測系統(tǒng)必須滿足無線無源，這樣才能保證最終監(jiān)測結果的精確性。本文所建立的無線無源溫度監(jiān)測系統(tǒng)由于技術的問題，肯定還是存在不足，所以各種性能還有待進一步完善。鑒于本人學識有限，在本文的撰寫過程中存在一些不足之處，望各位同仁能夠及時指出，以便日后及時做出修正。

參考文獻

[1]駱巖. 高壓設備無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)的建設[J]. 科技創(chuàng)業(yè)家，2014，09：216.

篇(5)

關鍵詞：配電臺區(qū)；無線自組網；APN；溫度遠程監(jiān)測

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A

電力設備安全運行的重要原則是有效的提前預測并做好預防，而不僅是被動的反應。電力設備安全可靠性是超大規(guī)模輸配電和電網安全保障的重要環(huán)節(jié)。隨著經濟快速增長，國家電網的電力供電負荷日益增加，給電網設備帶來一系列的安全問題。

配電臺區(qū)分布廣、環(huán)境復雜，元件常常因過載、過流、斷線或環(huán)境等各種因素，造成設備長時間在極端工況下運行、設備元件燒毀、線路燒斷等情況，造成較大區(qū)域停電甚至更惡劣的情況，因此實現(xiàn)配電臺區(qū)狀態(tài)監(jiān)測是電力企業(yè)運行管理部門的重要職責，溫度監(jiān)測是其中最重要內容之一。

1國內現(xiàn)狀

電力企業(yè)以往進行帶電測溫主要有三種方法，紅外測溫儀測溫法、接觸點貼蠟片測溫法和光纖通訊測溫法。

手持紅外測溫儀是由人每天數(shù)次去采集每次上百個點的溫度，工作量大，極易受光照、氣流、灰塵影響，精度低，有些機構空間受限，根本無法測到。

蠟片測溫是將蠟片貼在節(jié)點上，當溫度過高時蠟片變色，需要人眼觀察，也存在與紅外測溫儀測溫同樣的問題。

光纖測溫改進很多，精度最高。測溫點單片機將溫度數(shù)字化后通過光纖傳輸至集中器，集中器連接到計算機系統(tǒng)，定時數(shù)據(jù)存儲和超溫報警。缺點在于光纖在運行幾個月后會沉積灰塵等雜質，降低絕緣強度，反而給電力設備安全運行帶來更大威脅甚至威脅到人身安全。主要應用在電纜等不帶電管道測溫，用于配電裝置測溫時較為復雜，且成本較高。

2設計方案

鑒于以上分析，洛寧供電公司提出電力無線測溫的方法，聯(lián)合南京德軟信息科技發(fā)展有限公司研發(fā)了基于無線自組網傳輸?shù)呐渥兣_區(qū)溫度遠程監(jiān)測系統(tǒng)，成功解決目前存在的上述問題。

基于無線自組網傳輸?shù)呐渥兣_區(qū)溫度遠程監(jiān)測系統(tǒng)主要由無線測溫終端、無線匯聚終端和主站軟件構成。系統(tǒng)可在高壓環(huán)境下精確測量溫度，準確有效地實現(xiàn)實時監(jiān)測與告警。

3組成介紹

（1）無線測溫終端

無線測溫終端由高能電池供電，減少高低壓之間的電氣聯(lián)系，采用全數(shù)字方式工作，溫度傳感器附著在發(fā)熱點上，并由一段數(shù)據(jù)線和無線數(shù)據(jù)變換器相連接，該終端附著在發(fā)熱點上并長期工作在高壓環(huán)境中。無線測溫終端把溫度信號傳送給無線匯聚終端。

（2）無線匯聚終端

無線匯聚終端可以接收多個測溫終端發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)上傳給主站軟件。

（3）主站監(jiān)控軟件

主站軟件采用C/S與B/S混合架構，主要包括系統(tǒng)建模、數(shù)據(jù)接口、運行監(jiān)視、事項監(jiān)控以及曲線報表等模塊，構建成專用的配變臺區(qū)遠程測溫軟件，實現(xiàn)溫度的在線監(jiān)測和告警。

主站軟件遵循CDT規(guī)約，支持向調度自動化系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等提供數(shù)據(jù)，便于電力企業(yè)進行監(jiān)控集成。

4組網方案（圖1）

系統(tǒng)采用國際先進的433組網技術，短程無線自組網，多個測溫終端分布在無線匯聚終端的周圍，在有效的通訊范圍內可以隨意添加、刪除、移動測溫終端。

無線匯聚終端實現(xiàn)和多個無線測溫終端采集溫度數(shù)據(jù)的通訊，并可以向無線測溫終端發(fā)送指令，在整個測溫系統(tǒng)中其處于核心地位，由它來調節(jié)整個無線通訊的網絡。對于是否使用中繼站是由測量環(huán)境和整個測量的范圍以及各無線測溫終端所處的測量點位置所決定的，如果所有的無線測溫終端與無線匯聚裝置在有效的通訊距離內，那么就可以不增加中繼站，否則就需要增加中繼站。

無線匯聚終端通過APN無線加密網絡與主站軟件進行雙向數(shù)據(jù)通訊。

5應用分析

系統(tǒng)在洛寧十余個臺區(qū)進行了安裝和現(xiàn)場運行測試，該系統(tǒng)完全符合高壓環(huán)境儀表的要求，運行穩(wěn)定，能在高壓環(huán)境下準確及時處理數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)傳輸和超限告警，如圖2所示。

配變臺區(qū)溫度無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)可在高溫環(huán)境下精確測量溫度，準確有效地實現(xiàn)了實時監(jiān)控，將會提高企業(yè)工作效率、降低企業(yè)運營成本，為企業(yè)帶來可觀的經濟效益。同時為達到狀態(tài)檢修而提高供電可靠性，多供少損，改善供電企業(yè)形象，增加企業(yè)的社會效益。

結語

變電站等具有專用信道條件的場所通訊方式一般為光纖或有線。配電臺區(qū)等不具有專用信道而需要遠距離傳輸條件場所通訊方式采用運營商提供的APN網絡，任何一種都可以將測溫數(shù)據(jù)實時穩(wěn)定地傳到監(jiān)控中心。

配變臺區(qū)溫度無線遠程監(jiān)控系統(tǒng)能應用到常規(guī)變電站、綜自站、箱式變、配電臺區(qū)及站外遠距離線路電纜接頭等各種形式，500kV及以下等各種電壓等級，應用前景十分廣闊，全面支撐電力企業(yè)設備溫度監(jiān)測，現(xiàn)實意義十分深遠。

篇(6)

（1.廣州供電局有限公司變電管理一所，廣東廣州510001；2.常州森隆電力科技有限公司，江蘇常州213014；3.上海市電力公司，上海200120）

摘要：MLX90614具有體積小、測溫范圍寬、高精度、無接觸測量等優(yōu)點，在此提出一種基于MLX90614非接觸式母線測溫開關柜在線監(jiān)測預警系統(tǒng)，其采用MLX90614BCI紅外傳感器模塊測量開關柜母線溫度，再利用ZigBee無線通信方式將溫度數(shù)據(jù)傳遞至本地終端。經過實踐測試表明，該測溫點終端能準確測量母線溫度，同時將該溫度反饋到本地開關柜終端，通過校正紅外發(fā)射率進行溫度校正的方法，可使測溫精度達到±0.5%，能夠實現(xiàn)對開關柜母線溫度的高精確溫度測量和預警，并且能對柜內母線溫度異常位置進行準確定位，便于故障狀態(tài)檢修，提高了開關柜運行的可靠性，保障了開關柜系統(tǒng)的安全。

關鍵詞 ：MLX90614；非接觸式母線測溫；開關柜；在線監(jiān)測

中圖分類號：TN911-34 文獻標識碼：A 文章編號：1004-373X（2015）12-0105-05

收稿日期：2014-12-15

基金項目：廣州供電局有限公司科技項目：基于全生命周期管理的開關柜在線監(jiān)測預警系統(tǒng)的開發(fā)和應用（K-GZM2014-010）

電力系統(tǒng)中，開關柜母線是電氣主接線的重要環(huán)節(jié)，其將配電裝置中各個載流分支回路連接在一起，起著匯集、分配和傳輸電能的作用。高壓載流母線常因接觸點氧化、接觸松動、負荷過大、相間短路、散熱環(huán)境差等原因而使溫度升高，造成開關柜過熱故障[1]。由于開關柜內的空間結構狹小，同時母線運行處于高電壓狀態(tài)，直接人工巡查測溫不太方便[1]，因此采用一種合適的溫度監(jiān)測方法對開關柜的高壓載流母線的溫度進行在線實時監(jiān)測預警是保證開關柜安全運行的重要手段。

采用非接觸式母線無線測溫對開關柜母線溫度監(jiān)測預警相比其他測溫方式具有一定的優(yōu)勢。無線測溫系統(tǒng)在實際應用中可靠穩(wěn)定、體積小巧、結構簡單、便于安裝且不影響開關柜的結構。無線測溫模塊在開關柜上應用時，開關柜結構不需要改變，只需在定位安裝處打上安裝定位孔安裝即可，不影響開關柜的各種性能。

目前，國內外電力設備廠家及科研院校都研制出了各種開關柜母線測溫無線傳輸?shù)脑诰€監(jiān)測預警系統(tǒng)。開關柜無線測溫是基于無線測溫技術開發(fā)的針對開關柜進行測溫的系統(tǒng)，可對開關柜的母線排、上下觸頭、電纜接頭等部位溫度進行實時在線監(jiān)測預警，方便運維人員及遠程監(jiān)控中心掌握現(xiàn)場開關設備運行情況。

1 總體設計方案

本文介紹一種基于MLX90614非接觸式母線測溫開關柜在線監(jiān)測預警系統(tǒng)，測溫點終端采用鋰電池供電加上體積小巧的MLX90614BCI 紅外測溫傳感器測溫及ZigBee發(fā)射模塊構成。測溫點終端測到溫度后，再通過ZigBee無線通信傳輸?shù)奖镜亟K端的ZigBee接收模塊，同時本地終端能夠顯示溫度及報警信息。不同的開關柜本地終端通過網絡組網將各個開關柜的溫度及報警信息上傳到數(shù)據(jù)庫服務器中存儲管理，客戶端可同時監(jiān)控不同開關柜的溫度及報警信息，系統(tǒng)可以采用這種方式組網構成分布式在線監(jiān)測預警系統(tǒng)。系統(tǒng)分布式框圖如圖1所示。

2 測溫點終端硬件設計

測溫點終端硬件原理為主芯片ARM 驅動MLX90614BCI 紅外測溫傳感器采集母線上定位點的母線溫度，主芯片再將溫度通過ZigBee 無線發(fā)送模塊發(fā)送給開關柜本地終端。開關柜本地終端將收到的母線溫度值與系統(tǒng)設置各個開關柜的報警預警溫度值進行比對來實現(xiàn)預警報警功能。

2.1 測溫點終端硬件設計

測溫點終端硬件設計電路圖如圖2所示，硬件電路主要由電源硬件電路、紅外測溫硬件電路、測溫點激光定位硬件電路、看門狗硬件電路、ZigBee無線發(fā)射硬件電路組成。

2.1.1 電源硬件電路

由于測溫點終端比較小，因此采用3.7 V大容量鋰電池對測溫點終端供電。電源硬件電路如圖3 所示。鋰電池經過C18和C19對輸入電源進行濾紋波處理后，經過LM1117-3.3 V的DC-DC轉換為主芯片ARM的3.3 V的供電電壓，同樣輸出3.3 V 經過C20~C23進行濾波處理對整個系統(tǒng)進行穩(wěn)定可靠的供電。其中R6為電源LED供電指示燈。

2.1.2 紅外測溫硬件電路

MLX90614 采用體積小的4 腳罐形（T0-39）封裝。MLX90614BCI型傳感器為3.3 V供電的紅外傳感器，芯片的SCL和SDA經過22 kΩ的上拉電阻后與ARM的I/O連接，ARM 通過驅動SCL 和SDA 口線進行模擬SMBus時序驅動MLX90614進行讀/寫紅外傳感器設置及測溫處理，如圖4所示。

2.1.3 測溫點激光定位硬件電路

由于采用非接觸測溫方式，紅外傳感器本身不帶定位測量點功能，測溫點模塊結構上將紅外傳感器與激光頭并行綁在一起，故在安裝定位時需要采用激光輔助定位準確后再將激光定位關閉以實現(xiàn)對被測物體準確定位功能，如圖5 所示，采用ARM 芯片的一個I/O 口LA-SER_SWITCH 經過PNP三極管開關控制驅動小功率激光管，使用激光來準確定位被測物體作用。

2.1.4 看門狗硬件電路

由于測溫點終端安裝在開關柜內部，開關柜內部環(huán)境較復雜，對ARM系統(tǒng)會產生一定的干擾作用，影響測溫點終端正常工作，因此采用看門狗電路使測溫點終端即使受到嚴重干擾的情況，也能通過看門狗電路確保系統(tǒng)重啟來保證測溫點終端能夠安全可靠的運行。CAT824TTDI為低電平復位有效的看門狗芯片，WDI引腳如果在1.12 s之內無從低到高或從高到低的有效喂狗信號，則WDO 端則會產生低電平的復位信號，對ARM芯片的RESET進行復位操作，從而實現(xiàn)對ARM芯片重啟操作?？撮T狗硬件電路如圖6所示。

2.1.5 ZigBee硬件發(fā)射電路

采用Core2530 核心板模塊與ARM 芯片，通過串口來實現(xiàn)ZigBee發(fā)送功能。Core2530核心板的主控芯片為CC2530F256RHAR，其工作頻段為2.4 GHz，ZigBee超過350 m可通信，超過250 m可靠通信，超過120 m可自動重連通信。核心板支持多種串行通信協(xié)議的USART，因此可以采用如圖7所示電路，通過ARM芯片操作串口實現(xiàn)ZigBee無線發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.2 MLX90614紅外測溫傳感器

2.2.1 紅外測溫傳感器原理

紅外測溫傳感器可以捕獲所有物體輻射出的紅外能量。紅外輻射是電磁頻譜的一部分。紅外線介于頻譜可見光和無線電波之間。紅外線波長通常以μm 表示，紅外頻譜范圍為0.7~1 000 μm。實踐中，紅外溫度測量使用的波段范圍為0.7~14 μm。紅外測溫傳感器正是捕獲這個波段的頻譜數(shù)據(jù)的。紅外測溫傳感器由光學系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、信號輸出等部分組成的傳感器。光學系統(tǒng)匯聚其視場內的目標紅外輻射能量，紅外能量聚集在光電探測器上并轉變?yōu)橄鄳碾娦盘?，該信號再經換算轉為被測目標的溫度值。

2.2.2 MLX90614BCI數(shù)字式紅外傳感器

MLX90614 系列是Melexis 公司生產的數(shù)字式高精度紅外非接觸式測溫傳感器芯片，芯片采用小體積的TO-39封裝，測溫傳感器溫度范圍為-40~125 ℃，測量物體溫度范圍為-70~380 ℃，溫度辨析度可達0.02 ℃，芯片內部集成了低噪聲放大器、17位模/數(shù)轉換器和強大的數(shù)字信號處理單元，從而實現(xiàn)高精度和高分辨度的溫度測量。傳感器測量的溫度為視場里所有物體溫度的平均值。對于輻射溫度測量，MLX90614具有內部測量熱梯度，進而用所測溫度去補償該梯度保證了測溫的精度。MLX90614傳感器具有數(shù)字PWM 和SMBus輸出模式接口，可以方便廣泛應用于各種嵌入式產品中。

2.2.3 測溫點終端與被測母線的距離要求

使用MLX90614 紅外傳感器測試溫度為其視場FOV內的平均溫度，只有在被測物體完全覆蓋紅外傳感器的FOV視場有能保證精度。所以在實際應用中必須保證測溫點終端與被測母線之間的距離滿足要求才能保障測溫的精度要求。為了保證高精度測量，采用了MLX90614中型號為BCI的紅外溫度傳感器，其只有5°FOV。因此tan 5°=被測物體半徑÷紅外傳感器與被測物體之間距離。假設被測母線測溫點半徑為a=4 cm，則b= 4 tan 5° =45.7 cm。由此可算得假設使用MLX90614 中型號為紅外傳感器測量半徑為4 cm 的物體時，其最大距離不超過45.7 cm 才能保證測試溫度的準確性。如果被測物體半徑越大則測溫的最大距離也相應增加。MLX90614BCI的視場（FOV）如圖8所示。

3 測溫點終端軟件設計

3.1 軟件系統(tǒng)概述

結合上述測溫點終端硬件原理圖，可以將測溫點終端軟件分為初始化程序模塊、MLX90614紅外溫度采集程序模塊、ZigBee無法發(fā)送程序模塊等。程序進行初始化硬件模塊后，定時500 ms讀取MLX90614紅外溫度傳感器獲取溫度值后，再將獲取到的母線溫度值及母線測溫點位置ID 等信息定時500 ms，通過ZigBee無線發(fā)送給開關柜的本地終端。

3.2 MLX90614的SMBus協(xié)議

ARM軟件通過SMBus協(xié)議對MLX90614進行驅動，其SMBus 協(xié)議如圖9 所示，SMBus 接口上提供主設備（Master Device，MD）與從設備（Slave Device，SD）之間進行數(shù)據(jù)通信方式，且在某一時刻總線上只能有一個主設備有效，數(shù)據(jù)傳輸分為主到從傳輸（Master to Slave）和從到主（Slave to Master）傳輸方式[2]。

3.3 MLX90614讀/寫數(shù)據(jù)格式流程

軟件通過SMBus協(xié)議對MLX90614進行讀/寫，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)是以字節(jié)為單位進行的，發(fā)送流程為按位每次從高位到低位發(fā)送一個字節(jié)，然后判斷對方是否有響應，如果有響應就接著按位發(fā)送下一個字節(jié)；如果沒有響應，重發(fā)一定次數(shù)該字節(jié)，直到有響應，再按位發(fā)送下一個字節(jié)，如果多次重發(fā)后，仍然沒有響應，就結束[2]。接收流程為接收數(shù)據(jù)時，每次按位接收一個字節(jié)，然后向對方發(fā)送一個握手信號，繼續(xù)接收下一個字節(jié)[2]。具體讀寫流程圖如圖10 所示。軟件正是按流程對MLX90614中的E2PROM及RAM讀取寫入MLX90614屬性和讀取被測物體溫度值。

3.4 軟件校正紅外溫度傳感器發(fā)射率進行溫度校正

根據(jù)前面介紹的紅外傳感器工作原理可以得知測量物體的溫度與物體輻射出來的紅外能量有關。由于不同的被測材料的紅外發(fā)射率不同，紅外溫度傳感器獲取到的輻射能量不同，部分物質的發(fā)射率如表1所示。

為了能準確的測試出母線的溫度值，除了傳感器與被測母線保證合適距離外還必須根據(jù)被測母線的材料對MLX90614 進行發(fā)射率的設置。MLX90614 內部E2PROM中含有相關紅外發(fā)射率參數(shù)設置值。

存儲的發(fā)射率的地址包含物體的發(fā)射率，出廠默認值為1.0 = 0xFFFF，16位數(shù)值，如下：

發(fā)射率= dec2hex[round（65 535ε）]

其中：dec2hex[round（X）]代表十進制轉換為十六進制，四舍五入近似。該情況下，發(fā)射率數(shù)值為ε=0.1，…，1.0。因此通過軟件可以對MLX90614 內部E2PROM 中的紅外發(fā)射率進行設置來對測溫校正操作，從而使得測試的溫度更加準確。

4 系統(tǒng)性能測試

將大電流發(fā)生器串入開關柜的三相母線，開關柜母線上裝有DS18B20接觸式有線測溫系統(tǒng)為參照，使用接入3個MLX90614BCI測溫點終端校對好且安裝定位準確，分別對準三相母線進行對比測試，加大電流進行3組測試，每組6次，其中一組的測溫結果如表2所示。

從表2可以看出，采用MLX90614BCI紅外測溫點測試出來的溫度與DS18B20接觸式測溫得到的溫度很接近，對比精度可以達到±0.5%，因此基本符合系統(tǒng)測溫要求。

5 結語

綜上所述，本文簡述了紅外測溫及其傳感器的原理，分別從硬件及軟件設計方面提出了一種采用MLX90614BCI非接觸式母線測溫開關柜在線監(jiān)測預警系統(tǒng)設計方案，采用校正傳感器發(fā)射率及保持有效測試距離等方式保障了紅外測溫的精度。經對比測試表明采用該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對開關柜母線溫度進行高精確及高速響應的在線監(jiān)測預警功能，同時測溫點終端小巧，安裝定位方便，采用無線方式易于施工改造，便于運維故障狀態(tài)定位及排查檢修，保證開關柜系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。

作者簡介：陳創(chuàng)（1975—），男，廣東茂名人，電氣高級工程師。研究方向為電力系統(tǒng)自動化及電力開關設備檢修維護和技術。

徐愷（1984—），男，江西撫州人，中級工程師，項目研發(fā)主管。研究方向為智能電力設備研發(fā)及管理。

王穎韜（1982—），女，浙江奉化人，工程師，技術指標專職。研究方向為生產技術指標管理。

參考文獻

[1] 王茂軍.高壓母線無線測溫系統(tǒng)的設計[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學，2007.

[2] 張日欣.基于MLX90614 的非接觸式體溫測量系統(tǒng)設計[J].軟件導刊，2009（8）：105-107.

[3] 陳振生，周驍威.高電位電流母線異常溫升在線實時診斷[J].江蘇電器，2003（3）：1-4.

[4] 李志堅.高壓開關柜數(shù)字式溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)[D].合肥：安徽農業(yè)大學，2013.

[5] 李娜娜，馬游春，李錦明.基于MLX90615和MSP430的紅外測溫系統(tǒng)的設計[J].傳感器與微系統(tǒng)，2011（9）：115-120.

[6] 夏侯凱順，曾憲金，胡立坤，等.基于MLX90614和ZigBee技術的體溫實時監(jiān)控系統(tǒng)的設計[J].自動化與儀表，2011（11）：23-26.

篇(7)

關鍵詞：太陽能發(fā)電系統(tǒng) 監(jiān)測系統(tǒng) RS-485 溫度采集

中圖分類號：TN274.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416(2012)02-0050-02

目前，光伏發(fā)電成為世界上非常重要的清潔能源之一，在光伏發(fā)電的過程中，我們需要對光伏發(fā)電環(huán)境參數(shù)進行采集及相關的分析，傳輸給監(jiān)控室上位機。通過PC服務器強大的數(shù)據(jù)處理和分析能力，可以對采集到的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)進行分析，然后再環(huán)境和光伏發(fā)電的開發(fā)效率之間建立一個數(shù)學模型，最后可以根據(jù)相關的氣象資料就可以對以后光伏發(fā)電的效率進行判斷，另外還可以成為以后建造光伏發(fā)電的選址上提供重要的依據(jù)。

但是PC服務器體積大、攜帶不便、干擾能力差，所以PC服務器無法在露天及光伏發(fā)電現(xiàn)場工作。而單片機具有運算速度快、體積小、成本低、集成度高、抗干擾能力和控制能力強等優(yōu)點。本課題在研究了其他很多環(huán)境參數(shù)的檢測設備的基礎上，研發(fā)了基于RS-485通信和單片機的太陽能光伏組件溫度采集監(jiān)測系統(tǒng)。

1、系統(tǒng)的組成

系統(tǒng)分為兩部分：上位機和下位機。上位機由PC機擔任, 主要承擔數(shù)據(jù)的存儲與查詢, 實現(xiàn)對太陽能光伏各組件背板和表面溫度數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理.下位機主要有ATMEGA8L單片機、溫度傳感器DS18B20、RS-485通信及電源四部分組成。溫度傳感器DS18B20采集的溫度數(shù)字信號傳給單片機，然后通過RS-485通信讓信號由下位機傳給上位機。為了提高研究的準確性及可靠性和采集溫度數(shù)據(jù)的多樣性及全面性，系統(tǒng)采集各種材料的太陽能電池板的背板和表面溫度，另外也采集了處于不同環(huán)境的太陽能矩陣的環(huán)境溫度。另外系統(tǒng)也可以根據(jù)不同的要求隨時擴展更多的采集點。

2、下位機的硬件設計

下位機主要由電源、微處理器、溫度傳感器、RS-485通信接口組成。主要完成溫度的采集和傳輸數(shù)據(jù)給上位機。

本系統(tǒng)使用的是處理器是AVR的ATMEGA8L,因為它具有高性能、低功耗，并且有先進的RISC結構，工作電壓在2.7-5.5V。圖1中使用的溫度傳感器是DALLAS公司的DS18B20，DS18B20是一種一線制數(shù)字溫度傳感器，它具有3引腳小體積封裝形式，溫度測量范圍是-55℃～+125℃，它要求的電源供電范圍是3V~5.5V，可編程為9到12為的數(shù)字表示溫度，DS18B20的測溫分辨率可達0.0625℃，被測溫度用符號擴展的16位數(shù)字量方式串行輸出。

溫度采集系統(tǒng)中微處理器ATMEGA8L與溫度傳感器DS18B20所需要的供電電壓為5V，所以需要把市電220V的交流電通過降壓，穩(wěn)壓，變成穩(wěn)定輸出的直流5V的電壓。圖1的原理圖中電源的設計首先是采用一個小型的變壓器將220V的市電降壓成12V的交流電，然后采用的是L7805CV芯片，它能將12V的交流電降壓并穩(wěn)壓到5V的直流電供給微處理器ATMEGA48與溫度傳感器DS18B20。

3、數(shù)據(jù)通信接口設計

3.1 通信接口硬件設計

采集系統(tǒng)的通信包括兩個部分，一是上位機對下位機地址的查詢；二是上位機循環(huán)接受各個下位機發(fā)送的溫度參數(shù)測量值。由于每個下位機都有一個地址碼，因此上位控制機首先要讀取這些地址碼后才能依照地址對下位機進行輪流控制。

由于RS-232是傳輸距離有限，存在只能進行距離不超過15m 的數(shù)據(jù)傳送的缺點。為了克服這一缺點，實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)通信，本文利用了RS-485標準來實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)通信。RS-485通信模塊具有結構簡單、價格低廉、通信距離和數(shù)據(jù)傳輸速率適當?shù)葍?yōu)點，因此被廣泛使用與儀器儀表、智能化傳感器集散控制、樓宇控制、監(jiān)控報警等領域。通信接口原理圖如圖2。

3.2 RS-485通信的數(shù)據(jù)格式

溫度采集系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)庫為串口波特率為9600，上位機的數(shù)據(jù)格式一共有5個字節(jié)。例如,AA 03 00 FF FF，第一個字節(jié)AA為下位機的設備號，第二個字節(jié)為功能碼，03表示上位機讀取下位機寄存器的數(shù)據(jù)，第三個字節(jié)為數(shù)據(jù)的長度，在此數(shù)據(jù)長度為0，第四、五字節(jié)分別為CRC16校驗碼的高字節(jié)和低字節(jié)。

響應數(shù)據(jù)格式一共有7個字節(jié)，例如，AA 03 02 01 12 FF FF，第一個字節(jié)為下位機的設備號AA，第二個字節(jié)為功能碼，03表示上位機讀取下位機寄存器的數(shù)據(jù)。第三個字節(jié)為數(shù)據(jù)的長度，在此數(shù)據(jù)長度為02，有兩個字節(jié)來表示溫度第四個字節(jié)為溫度高字節(jié)T_H,第五個字節(jié)為溫度的低字節(jié)T_L，實際的溫度值為T=(256*T_H+T_L)/1，第六、七字節(jié)分別為CRC16校驗碼的高字節(jié)和低字節(jié)。

4、軟件單元的設計

4.1 下位機程序設計框圖

為了方便程序調試和提高可靠性，軟件單元采用模塊化結構設計，主要由初始化程序、主程序、子程序、中斷服務程序等組成。單片機上電后即開始循環(huán)執(zhí)行不同地址的溫度采集點測量程序，為降低設備功耗，其程序以中斷響應的方式執(zhí)行。圖3下位機軟件主程序與中斷子服務軟件框圖。

4.2 上位機軟件設計

上位機計算機采用面向對象的可視化集成編程語言Microsoft Visual C++ 6.0編程。另外上位機數(shù)據(jù)庫采用的是Microsoft公司推出的SQL Server 2008。上位機軟件系統(tǒng)主要是由系統(tǒng)參數(shù)設定、溫度數(shù)據(jù)實時采集監(jiān)控、數(shù)據(jù)的歷史查詢、數(shù)據(jù)的修改、數(shù)據(jù)的導入導出五大模塊組成。

5、結語

在傳統(tǒng)溫度監(jiān)測系統(tǒng)的基礎上，根據(jù)光伏發(fā)電材料的發(fā)展，設計了基于RS-485通信的光伏發(fā)電環(huán)境溫度采集檢測系統(tǒng)。(1)通過對不同材料的光伏發(fā)電設備的溫度采集監(jiān)控，可以通過對采集到的溫度數(shù)據(jù)與光伏發(fā)電的發(fā)電量數(shù)據(jù)進行對比和研究，對發(fā)電效率的提高與發(fā)電量的預報有重大貢獻。(2)當更多光伏發(fā)電新型材料和發(fā)電地點的增加，溫度采集點也需要增加時，僅需要增加下位機的個數(shù)，不會影響整個系統(tǒng)的軟硬件，增刪非常簡便。

參考文獻

[1]趙玉文.光伏發(fā)電是未來最重要的戰(zhàn)略能源.中山大學講座,2004,10.

[2]余國衛(wèi).基于單片機的溫室自動控制系統(tǒng)[J].微處理機,2008(6):159-161.

[3]趙 健.基于傳感器DS18B20的溫室測溫系統(tǒng)設計[J].安徽農業(yè)科學,2008,36(25):11140-11142.