一種分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

[摘要] 本溫度監(jiān)測系統(tǒng)分為上位機(jī)，數(shù)據(jù)集中器，跟溫度采集終端三部分。系統(tǒng)以ATMEGA8L單片機(jī)為核心，采用RS485和GSM無線通訊系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。系統(tǒng)簡單實(shí)用，在煙草、倉儲、糧食等行業(yè)具有廣闊的市場效益。

[關(guān)鍵詞] 溫度監(jiān)測 RS-485 TC35模塊 電路設(shè)計(jì) 應(yīng)用

溫度監(jiān)測在現(xiàn)代生產(chǎn)和生活中無處不在，如油箱溫度監(jiān)測、糧倉溫度監(jiān)測、汽車自動化系統(tǒng)等。溫度變化反映系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)溫度變化，我們可以提前采取相應(yīng)措施，防止危害的發(fā)生。

一、整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖1所示，系統(tǒng)由三部分組成。上位機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收和顯示；下位機(jī)由數(shù)據(jù)集中器和采集終端兩部分組成，其中數(shù)據(jù)集中器負(fù)責(zé)溫度數(shù)據(jù)的集中和轉(zhuǎn)發(fā);采集終端主要由傳感器及數(shù)據(jù)發(fā)送模塊組成，負(fù)責(zé)現(xiàn)場溫度的定時采集和顯示，并按命令將數(shù)據(jù)傳送給集中器。

本系統(tǒng)下位機(jī)（也就是數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)管理）之間采用RS-485通訊，而上位機(jī)與下位機(jī)之間通過GSM無線技術(shù)進(jìn)行通訊。上位機(jī)接收到下位機(jī)傳來的數(shù)據(jù)后，先對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，然后放入數(shù)據(jù)庫。利用管理軟件，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理。本設(shè)計(jì)主要完成數(shù)據(jù)集中器的設(shè)計(jì)和開發(fā)，通過GSM無線通訊直接和上位機(jī)進(jìn)行通信，再用單片機(jī)把收集到的數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行管理、集中或按照上位機(jī)的要求傳輸給上位機(jī)。還要實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集終端的一個485的一對多通訊，一個系統(tǒng)管理它的多個站點(diǎn)的相應(yīng)系統(tǒng)，使上下位機(jī)的溫度信息實(shí)現(xiàn)時時傳遞。

二、主控制器的設(shè)計(jì)

主控制器選用ATMEL公司的單片機(jī)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(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)和程序總線，程序存儲器里的指令通過一級流水線運(yùn)行，ATMEGA8具有8K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，512字EEPROM，1K字節(jié)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(jì)數(shù)器，片內(nèi)或外中斷，可變成串行USART，面向字節(jié)的兩線串行借口，10位6路ADC，具有片內(nèi)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(jìn)行選擇的省電模式。

ATmega8的主要性能特點(diǎn)如下 ：

1.高性能、低功耗的8bAVR微控制器，先進(jìn)的RISC精簡指令集結(jié)構(gòu)，130條功能強(qiáng)大的指令，大多數(shù)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(nèi)集成了較大容量的非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲器8kB的Flash程序存儲器，可擦寫次數(shù)大于10000次;512B的ERROM，擦寫次數(shù)至少100000次;支持可在線編程(ISP)和可應(yīng)用自編程(IAP); 可編程的程序加密位。

三、數(shù)據(jù)通訊電路的設(shè)計(jì)

TC35模塊電路設(shè)計(jì)。上行數(shù)據(jù)傳輸通道的電路設(shè)計(jì)主要是TC35電路的設(shè)計(jì)。從數(shù)據(jù)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(jìn)行電平匹配。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了如圖2所示的電平匹配電路。

四、系統(tǒng)效益跟市場前景分析

早期的監(jiān)控系統(tǒng)，采用大型儀表集中對各個重要設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并通過操作盤來進(jìn)行集中式操作。而本系統(tǒng)是以監(jiān)測控制PC機(jī)為主體，加上檢測裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被監(jiān)測控制的對象(生產(chǎn)過程)共同構(gòu)成的整體。系統(tǒng)采用先進(jìn)的無線數(shù)字信號傳輸技術(shù)和RS-485總線技術(shù)，使系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)和優(yōu)勢：

1.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更為簡潔、清晰，給系統(tǒng)的使用和維護(hù)人員帶來了極大的方便。

2.無線數(shù)字傳輸具有傳輸數(shù)據(jù)可靠、無需布線等優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)更加可靠經(jīng)濟(jì)。

3.可以大量減少人工，只需在監(jiān)測中心設(shè)1到2名監(jiān)測人員，減少了大量人工費(fèi)用。

溫度監(jiān)測系統(tǒng)可廣泛用于煙草、倉儲、糧食等行業(yè)。僅對煙草系統(tǒng)而言，一個年利稅30億元的中等卷煙廠，年煙葉發(fā)酵總價值20億元左右，按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3%的煙葉耗損量，發(fā)酵霉?fàn)€煙葉占總耗損量的30%計(jì)算，一年可避免經(jīng)濟(jì)損失1800萬元，全國100個卷煙廠，若50%的廠家使用該系統(tǒng)，一年可為國家節(jié)約10余億元。加之在其他行業(yè)的推廣應(yīng)用，項(xiàng)目的應(yīng)用前景十分廣闊，社會經(jīng)濟(jì)效益極為顯著。

參考文獻(xiàn)：

[1]李朝青:PC機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出社，2000:34-58

[2]程家兵:基于GSM的無線通訊技術(shù)[J].信息化建設(shè)，2002，12（2）:39-42

[3]虞日躍:RS485總線的理論與實(shí)踐[M].北京:北京和利時系統(tǒng)工程公司開發(fā)部，2005：80-85

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