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。