一种分布式温度监测系统的设计和应用

2019-10-14 版权声明 举报文章

一种分布式温度监测系统的设计和应用

[摘要] 本温度监测系统分为上位机,数据集中器,跟温度采集终端三部分。系统以ATMEGA8L单片机为核心,采用RS485和GSM无线通讯系统进行数据的传输。系统简单实用,在烟草、仓储、粮食等行业具有广阔的市场效益。

[关键词] 温度监测 RS-485 TC35模块 电路设计 应用

温度监测在现代生产和生活中无处不在,如油箱温度监测、粮仓温度监测、汽车自动化系统等。温度变化反映系统运行状态,根据温度变化,我们可以提前采取相应措施,防止危害的发生。

一、整体系统设计

如图1所示,系统由三部分组成。上位机负责数据接收和显示;下位机由数据集中器和采集终端两部分组成,其中数据集中器负责温度数据的集中和转发;采集终端主要由传感器及数据发送模块组成,负责现场温度的定时采集和显示,并按命令将数据传送给集中器。

本系统下位机(也就是数据采集与数据管理)之间采用RS-485通讯,而上位机与下位机之间通过GSM无线技术进行通讯。上位机接收到下位机传来的数据后,先对数据进行数据转换,然后放入数据库。利用管理软件,可以对数据进行各种处理。本设计主要完成数据集中器的设计和开发,通过GSM无线通讯直接和上位机进行通信,再用单片机把收集到的数据采集终端的数据信号进行管理、集中或按照上位机的要求传输给上位机。还要实现对数据采集终端的一个485的一对多通讯,一个系统管理它的多个站点的相应系统,使上下位机的温度信息实现时时传递。

二、主控制器的设计

主控制器选用ATMEL公司的单片机ATMEGA8。ATMEGA8是一种高性能、低功耗的8位AVR微处理器,AVR采用了哈佛结构,具有独立的数据和程序总线,程序存储器里的指令通过一级流水线运行,ATMEGA8具有8K字节的系统内可编程Flash,512字EEPROM,1K字节SRAM,32个通用I/O口线,32个通用工作寄存器,3个具有比较模式的灵活的定时器或计数器,片内或外中断,可变成串行USART,面向字节的两线串行借口,10位6路ADC,具有片内振荡器的可编程看门狗定时器,一个SPI串行端口,以及5种可以通过软件进行选择的省电模式。

ATmega8的主要性能特点如下 :

1.高性能、低功耗的8bAVR微控制器,先进的RISC精简指令集结构,130条功能强大的指令,大多数为单周期指令,32个8b的通用工作寄存器,工作在16MHz时具有16MIPS的性能 。

2.片内集成了较大容量的非易失性程序和数据存储器8kB的Flash程序存储器,可擦写次数大于10000次;512B的ERROM,擦写次数至少100000次;支持可在线编程(ISP)和可应用自编程(IAP); 可编程的程序加密位。

三、数据通讯电路的设计

TC35模块电路设计。上行数据传输通道的电路设计主要是TC35电路的设计。从数据集中器原理图中可以看到,TC35部分电路主要包括TC35模块本身,SIM卡电路,以及TC35同处理器的接口。TC35同处理器的接口包括TC35启动控制和串口通讯。由于TC35的串行口容许的高电平为2.6V,因此,不能直接将TC35的串行口同处理器的IO口相连接,必须进行电平匹配。本系统设计了如图2所示的电平匹配电路。

四、系统效益跟市场前景分析

早期的监控系统,采用大型仪表集中对各个重要设备的状态进行监视,并通过操作盘来进行集中式操作。而本系统是以监测控制PC机为主体,加上检测装置、执行机构与被监测控制的对象(生产过程)共同构成的整体。系统采用先进的无线数字信号传输技术和RS-485总线技术,使系统具有如下特点和优势:

1.系统的结构更为简洁、清晰,给系统的使用和维护人员带来了极大的方便。

2.无线数字传输具有传输数据可靠、无需布线等优点,使系统更加可靠经济。

3.可以大量减少人工,只需在监测中心设1到2名监测人员,减少了大量人工费用。

温度监测系统可广泛用于烟草、仓储、粮食等行业。仅对烟草系统而言,一个年利税30亿元的中等卷烟厂,年烟叶发酵总价值20亿元左右,按行业标准3%的烟叶耗损量,发酵霉烂烟叶占总耗损量的30%计算,一年可避免经济损失1800万元,全国100个卷烟厂,若50%的厂家使用该系统,一年可为国家节约10余亿元。加之在其他行业的推广应用,项目的应用前景十分广阔,社会经济效益极为显著。

参考文献:

[1]李朝青:PC机及单片机数据通信技术[M].北京:北京航空航天大学出社,2000:34-58

[2]程家兵:基于GSM的无线通讯技术[J].信息化建设,2002,12(2):39-42

[3]虞日跃:RS485总线的理论与实践[M].北京:北京和利时系统工程公司开发部,2005:80-85

注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。

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