冷庫(kù)溫度實(shí)時(shí)巡回檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王亞文 李方元 劉凱強(qiáng)

摘要：針對(duì)冷庫(kù)溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)的需要，設(shè)計(jì)了一個(gè)冷庫(kù)溫度實(shí)時(shí)巡回檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分主要包括D518820檢測(cè)電路、顯示電路、報(bào)警電路、晶振電路、復(fù)位電路等，軟件部分主要包括串口溫度采集與顯示、超限報(bào)警、用戶信息管理等。實(shí)驗(yàn)表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期的目的。

關(guān)鍵詞：溫度檢測(cè)；實(shí)時(shí)巡回；D518820；報(bào)警電路

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2016.1.008

引言

隨著社會(huì)的發(fā)展、人們對(duì)冷藏、冷凍食品質(zhì)量要求不斷提高，而食品外觀及營(yíng)養(yǎng)成分的變化與冷庫(kù)的溫度密切相關(guān)，不同的食品有不同的冷藏或冷凍溫度，不同的保存時(shí)間有不同的保存溫度，因此設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一個(gè)符合實(shí)際需要的冷庫(kù)溫度實(shí)時(shí)巡回檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)冷庫(kù)不同位置的溫度，以輔助管理人員及時(shí)對(duì)冷庫(kù)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，顯得十分必要。

在傳統(tǒng)的冷庫(kù)溫度檢測(cè)系統(tǒng)中，經(jīng)常應(yīng)用熱敏電阻之類的溫度傳感器件，利用它的感溫效應(yīng)，把被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換為電壓或電流的形式采集進(jìn)來(lái)，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，把模擬的溫度值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字溫度值，再把數(shù)字溫度值通過(guò)顯示設(shè)備顯示出來(lái)，這種需要A/D轉(zhuǎn)換的電路相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜。通過(guò)對(duì)目前各種溫度傳感設(shè)備的分析研究，本系統(tǒng)對(duì)溫度傳感器件做出合理選擇，優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)，提高溫度檢測(cè)精度，同時(shí)使系統(tǒng)便于維護(hù)，并通過(guò)對(duì)各種信號(hào)傳輸方式的分析和研究，在保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、具有較高性價(jià)比的基礎(chǔ)上，延長(zhǎng)數(shù)據(jù)傳輸距離。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)

單片機(jī)最小系統(tǒng)是指用最少的元件組成的可以工作的單片機(jī)系統(tǒng)。對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、晶振電路、復(fù)位電路等。

采用STC89C52作為控制芯片設(shè)計(jì)單片機(jī)最小系統(tǒng)、設(shè)計(jì)電路包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路和中斷電路。PO口在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要加上拉電阻，PO口內(nèi)部是漏極開(kāi)路型（作I/O口用時(shí)）。因?yàn)镻O口內(nèi)部結(jié)構(gòu)是開(kāi)漏極的，相當(dāng)于I/O輸出口接在輸出三極管的集電極，由于集電極是懸空的，因此不可能輸出高電平，只有給集電極加上電壓，才能輸出高電平。PO口內(nèi)部沒(méi)有上拉電阻的，而其他三個(gè)口有內(nèi)部上拉電阻。如果PO口作為分時(shí)復(fù)用口使用，就不需要上拉電阻了，但是作為輸入/輸出口，PO口要在外電路設(shè)計(jì)有上拉電阻，這樣通過(guò)加個(gè)上拉電阻就能兼容不同的電平標(biāo)準(zhǔn)。上拉電阻一般用10KΩ，一端接PO口，一端接VCC。

單片機(jī)的復(fù)位由外部的復(fù)位電路實(shí)現(xiàn)，最簡(jiǎn)單的是外部按鍵復(fù)位電路。本設(shè)計(jì)中選用時(shí)鐘頻率為12MHz。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖2所示。

1.3溫度檢測(cè)電路

數(shù)字型DS18820溫度傳感器有三根引線：?jiǎn)尉€數(shù)據(jù)傳輸總線端口DQ，外供電源線VDD，共用地線GND。DS18820供電方式有兩種：①是數(shù)據(jù)線供電方式，此時(shí)VDD必須接地，通過(guò)內(nèi)部電容器在空閑時(shí)從數(shù)據(jù)線獲得能量，從而完成溫度轉(zhuǎn)換，相應(yīng)地需較長(zhǎng)的時(shí)間完成溫度轉(zhuǎn)換。這種情況下，用單片機(jī)的一個(gè)I/O口來(lái)完成對(duì)DS18820總線的上拉。②是外部供電方式（VDD接+5V），相應(yīng)地較短時(shí)間就可以完成溫度的測(cè)量。

本設(shè)計(jì)中采用外部供電方式，DS18820傳感器與單片機(jī)接口電路如圖3所示。

1.4顯示電路

顯示電路根據(jù)顯示內(nèi)容和方式的不同可以分為點(diǎn)陣字符LCD、數(shù)顯LCD、點(diǎn)陣圖形LCD。本設(shè)計(jì)中采用點(diǎn)陣字符LCD，這里采用常用的16個(gè)字2行的LCD1602液晶模塊。顯示電路如圖4所示。

1.5報(bào)警電路

此系統(tǒng)的報(bào)警電路采用兩個(gè)LED和一個(gè)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)的P1.7和P3.3分別接紅色LED和綠色LED，當(dāng)所采集的冷庫(kù)所有部位的溫度都處于安全溫度范圍內(nèi)時(shí)D1和D2都不亮，有任何一路溫度低于安全溫度范圍時(shí)D1亮而且蜂鳴器響，有任何一路溫度高于安全溫度范圍時(shí)D2亮而且蜂嗚器響。報(bào)警電路如圖5所示。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1軟件功能框架

系統(tǒng)軟件功能架構(gòu)如圖6所示。

2.2系統(tǒng)軟件客戶端

客戶端主要包括選擇串口、打開(kāi)串口、測(cè)試、溫度曲線圖顯示、溫度值顯示、溫度上下限設(shè)置、聲音報(bào)警、指示燈變化、用戶登錄9大功能模塊。

（1）選擇串口模塊：設(shè)備采用USB接口連接上機(jī)位，電腦隨機(jī)分配一個(gè)未占用的com串口，所以需要設(shè)置一個(gè)靈活的可選擇的串口。

（2）打開(kāi)串口模塊：打開(kāi)串口，采集單片機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的溫度數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、過(guò)濾和處理。

（3）測(cè)試模塊：自定義一些溫度數(shù)據(jù)放到文件中，從文件中進(jìn)行讀取，現(xiàn)實(shí)溫度變化范圍較小、測(cè)試模塊可以展示系統(tǒng)的性能，讓用戶更加了解本系統(tǒng)。

（4）溫度曲線顯示模塊：將處理后的溫度數(shù)據(jù)畫(huà)成一個(gè)曲線圖，方便管理人員觀察，此模塊采用了雙緩沖技術(shù)。

（5）溫度值顯示模塊：將處理后的溫度值進(jìn)行顯示，小數(shù)點(diǎn)后保存兩位，與單片機(jī)的顯示屏上的數(shù)據(jù)保持一致，此模塊用了雙緩沖技術(shù)。

（6）溫度上下限設(shè)置模塊：根據(jù)具體情況設(shè)置對(duì)應(yīng)溫度上下限，此上下限隨時(shí)可改，具有靈活性。

（7）聲音報(bào)警模塊：當(dāng)溫度超過(guò)上下限時(shí)，進(jìn)行聲音報(bào)警，能夠及時(shí)提醒工作人員。

（8）指示燈變化模塊：當(dāng)溫度為正常值時(shí)，指示燈為灰色，

超過(guò)上下限時(shí)，指示燈變紅。此模塊采用雙緩沖技術(shù)和圖片分割技術(shù)。

（9）用戶登錄模塊：客戶端將用戶名和密碼，發(fā)送到服務(wù)器端，服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，成功則登陸，反之報(bào)錯(cuò)。

系統(tǒng)軟件客戶端主界面如圖7所示。

2.3系統(tǒng)軟件服務(wù)器端

系統(tǒng)軟件服務(wù)器端主要包括啟動(dòng)服務(wù)器、停止服務(wù)器、用戶在線信息顯示、用戶信息管理4大功能模塊。

（1）啟動(dòng)服務(wù)器模塊：?jiǎn)?dòng)服務(wù)器后，服務(wù)器開(kāi)始監(jiān)聽(tīng)和接收來(lái)自客戶端的數(shù)據(jù)。

（2）停止服務(wù)器模塊：停止服務(wù)器后，服務(wù)器給每個(gè)在線的客戶端發(fā)送“服務(wù)器正在維護(hù)中”消息，然后刪除所有的客戶端Socket，關(guān)閉服務(wù)器端Socket。

（3）用戶在線信息顯示模塊：服務(wù)器端顯示每個(gè)用戶登陸時(shí)間或者下線時(shí)間。

（4）用戶信息管理模塊：查詢用戶信息，增加用戶信息，刪除用戶信息，主要用于對(duì)客戶端登陸模塊的管理。

系統(tǒng)軟件服務(wù)器端主界面如圖8所示。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

我們采用4個(gè)溫度傳感器分別置于某冷庫(kù)的不同位置，驗(yàn)證了冷庫(kù)溫度實(shí)時(shí)巡回檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)用性。表1為測(cè)試所得到的部分?jǐn)?shù)據(jù)和結(jié)果。

由表1可以看到，溫度從硬件傳到上位機(jī)軟件后，軟件上顯示的溫度和硬件上顯示的一致，當(dāng)溫度高于設(shè)置的上限溫度和低于設(shè)置的下限溫度時(shí)系統(tǒng)硬件和軟件均進(jìn)行了報(bào)警。

多次實(shí)驗(yàn)測(cè)試證明，本系統(tǒng)能夠很好地進(jìn)行溫度檢測(cè)和報(bào)警，效果良好。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文采用數(shù)字型DS18820溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，溫度精度為±0.5℃，具有較好的性能。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的冷庫(kù)溫度實(shí)時(shí)巡回檢測(cè)系統(tǒng)在冷庫(kù)環(huán)境中進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)試，準(zhǔn)確性高、部署靈活、適應(yīng)性強(qiáng)，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]居榮，郭怡倩DS18820在溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]農(nóng)機(jī)化研究，2005（1）：224-226

[2]劉全魁，基于DS18820的數(shù)字測(cè)溫系統(tǒng)[J]焦作大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（2）：99-100

[3]韓凱，溫度濕度檢測(cè)控制儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]吉林：吉林大學(xué)，2015

[4]楊建華，鄧豆豆，聶光濤多參數(shù)室內(nèi)環(huán)境智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]電子產(chǎn)品世界，2014（9）：29-32

[5]馬麗麗，高鑫，賀超興等基于單片機(jī)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代儀器，2012，18（3）：60-62