温度监测系统篇(1)

关键词 无线通信；ZigBee协调器；CC2430； DS1820；温度检测

中图分类号TN92 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）50-0203-01

0 引言

随着温室大棚种植技术的不断发展应用，现代农业种植，大棚温室种植已成为重要手段。而温室大棚中所种植的农作物对温度的要求极高。大棚温度控制不好，会影响到各种农作物的生长，从而导致大棚的效益下降。由此，便需对大棚温度实时的、精确的监测。但是目前，国内的很多温室大棚温度监测仍然采用的是以单片机控制为核心的传统有线监测系统。这种监测系统通过采用复杂的电缆将其各部件连接并进行数据传输，系统具有布线复杂、局限性强以及设备维护困难等问题。

针对这些问题，提出了一种基于无线射频CC2430（ZigBee）技术和数字温度传感器的无线温度检测装置。设备主要由一个无线节点（接点根据需要可扩展到56个）和一个协调器组成。系统通过协调器与无线节点进行无线通信，将无线节点所采集到的温度数据信息由串口将数据显示出来，从而达到对温度检测的目的。

1 ZigBee9技术简介

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术，是一组基于IEEE批准的802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术，主要适合于承载数据流量较小的业务，可嵌入各种设备中。网络功能是ZigBee最重要的特点，也是与其他无线局域网(WPAN)标准不同的地方。在网络层方面，其主要工作在于负责网络机制的建立与管理，并具有自我组态与自我修复功能。

传统农业主要使用孤立的、没有通信能力的机械装置，主要依靠人力监测作物的生长状况。采用了由成千上万个传感器构成的比较复杂的ZigBee网络后，农业将可以逐渐地转向以信息和软件为中心的生产模式，使用更多的自动化、网络化、智能化和远程控制的装置来耕种。ZigBee技术已广泛应用于现代精确农业。

2 系统的硬件结构组成

整个无线测温装置硬件由无线节点和协调器两大部分组成。通常，一套装置只有一个协调器，其主要包括微控制器及射频收发单元、无线节点、电源模块及接口单元。

系统硬件在选用上，主要从温度监测的精确度、温度检测的范围以及所选元器件使用的便利性和经济型方面考虑。我们主要采用的是DS1820的无线温度传感器和无线射频CC2430。

DS1820的无线温度传感器内部结构主要由温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器及接口电路五部分组成。其主要特点是温度测量精确，对温度的分辨率为0.5℃；测量范围广，测量范围可从-55℃到+125℃；单总线接口，只需一个接口即可完成温度转换的读写操作，可简化线路，节省I/O资源，提高经济性。系统可将检测到的温度信息数字化，采用9位数字方式直接读取温度，其典型转换时间仅为1s。

无线射频CC2430芯片的是完全符合ZigBee技术的2.4GHz射频系统单芯片，适用于各种无线网络节点。其主要特点是体积小、高性能、低功耗，具有优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。

接口单元我们采用的是目前PC与通信工业中应用最广泛的一种串行接口RS-232接口。RS-232接口采用的是串行通讯方式，具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。

3 工作原理

系统的工作主要由3部分实现：信息采集终端、信息收集终端、信息显示终端。

温度数据由DS1820采集之后传给节点，之后经两块ZigBee模块的无线通信把温度值传给协调器，最后通过串口把温度值显示出来。在进行多点通信时，装置中每个协调器可连接多达255个节点。不仅可以极大的解决传统有线设备的布线问题，还可节约大量导线，提高设备经济性。

1）信息采集终端：主要指是无线节点。从经济性及便利性方面考虑主要采用的是由数字DS1820、无线射频CC2430、电源等组成的无线节点。无线节点主要分布温室大棚中需要进行温度检测的各个地点，节点之间通过射频进行无线通信。工作中，终端在无线节点的增加或者删除时，可快速的对网络拓扑结构进行调整，实现网络的自我修复从而保证系统工作的稳定性。温度传感器在与协调器绑定进行温度检测后，检测到得温度通过无线通信发送到协调器；

2）信息收集终端：主要是指协调器。协调器主要安放在温度检测控制室，其作用主要是完成整个系统网络的建立与维护，与无线节点间实现绑定的建立，接收由无线节点通过ZigBee无线网络发送过来的温度数据，并实现数据的存储及汇总。之后，通过RS-232串口将采集到得温度数据信息传送到上机位，以便对数据进一步处理；

3）信息显示终端：主要是指上机位。通常与信息采集终端同样安放在温度检测控制室。其主要作用是将由信息采集终端传送过来的温度检测数据储存并做进一步的处理后显示。其中温度值的显示是以16进制形式显示的，再做进一步处理是可以对其十进制化。实验时，装置在室温情况下测量得到的数据温度值为16+11=27摄氏度，较为准确。

4 结论

基于ZigBee的温度检测系统实现的是温度的无线检测，设备可靠性高和功耗小，成功解决了传统有线温度检测系统布线等复杂的问题，适合工业级要求，有较高的实用价值。

参考文献

[1]李文仲，段朝玉，等. ZigBee无线网络技术入门与实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

温度监测系统篇(2)

关键词：飞机刹车；刹车温度传感器；温度监控系统

1 飞机刹车温度监控系统概述

飞机刹车温度监控系统由4个K型温度传感器，将温度值转换为微弱的电压值。再由两个刹车监控组件，补偿热电偶冷端的同时，将来自温度传感器的微弱电压放大，并发送电压数据至刹车/转弯控制组件（BSCU），刹车/转弯控制组件（BSCU）将来自刹车监控组件的电压信号改变为ARINC429信号，并将这些数据和BRAKE HOT警告送到ECAM DU。

2 刹车温度传感器概述

刹车温度传感器工作原理实质就是热电偶工作原理，它由外壳（Housing Assembly）和连接器（Connector）组成，大致外观图如图1所示；探针附在外壳和两根导线压接的引脚上，通过它自动检测碳刹车片温度，提供一个在刹车制动时与热量释放变化相关的电信号；即是说，当炭刹车作时释放热量导致探头温度上升，温度升高在镍铝-镍铬合金结合处引起“塞贝克效应”――Seebeck热电势。

塞贝克（Seeback）效应，又称作第一热电效应，它是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。（见图1）

在刹车温度传感器连接器（Connector）左侧面提供了3只引脚，根据CMM手册“描述与操作（DESCRIPTION AND OPERATION）”章节得知分为A、B、C命名；其中“A”脚为镍铝合金、“B”脚为黄铜（在此没有用到）、“C”脚为镍铬合金；因此该热电偶为镍铝合金和镍铬合金的热电偶，即K型热电偶。K型热电偶具有线性度好，测量范围光，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点。

3 刹车温度传感器的主要性能测试

两种不同的导体（或半导体）组成一个闭合回路，在闭合回路中，A、B导体称为热电极。将两个接点分别置于温度为T和T0的热源中，T端结点称为工作端或热端；T0端结点称为冷端或自由端。两种导体接触时，自由电子由密度大的导体向密度小的导体扩散，在接触处失去电子的一侧带正电，得到电子的一侧带负电，形成稳定的接触电势。同一导体的两端温度不同时，高温端的电子能量而跑到低温端，比从低温端跑到高温端的要多，结果高温端因失去电子而带正电，低温端因获得多余的电子而带负电，形成一个静电场，该静电场阻止电子继续向低温端迁移，最后达到动态平衡，在导体两端便形成温差电势。

刹车温度传感器输出的电压是热端和冷端组件的电势差，实际应用中， 热电势与温度之间关系可以通过热电偶分度表来确定的，由此当我们可以获取A、B两端的电动势通过查询分度表便得知温度，用得到的温度与探针端所给定的温度进行对比。（见表1）

从分度表上我们可以看到，当冷端为0℃时，电势恰好为0V，因此电压表显示的的压制即是热端的电势值，查找分度表，便能查到对应热端的温度，即炭刹车片的温度。因此，在测试过程中，要求将冷端温度控制为0℃，提供0V电势。实际测试过程是冷端连接一个电子冰点器，模拟0℃是热电偶的0V电势。当使用热电偶（T/C）探头与电压表一起测量温度时，微型冷端电子冰点器用作自动冷端温度补偿。

测试搭建如图2。

在CMM的测试过程中，要求连接传感器，电子冰点器和电压表的导线为K型导线，即传感器的镍铝端连接导线的镍铝端，镍铬端连接导线的镍铬端。通过测试比较，我们还发现，导线的长短，不影响测试的结果。这也是K型热电偶的优点之一，虽然输出的电势信号很微弱，但是无论中间的传输距离多远，测试的结果不改变。从分度表上，我们可以看出K型热电偶的另外一个优点：线性度很好，10度的温差，电压的差别大概为0.4mV。

4 结束语

温度传感器广泛运用于民用和工用的各行各业，而K型热电偶是现在运用最多的廉价金属热电偶。理解K型热电偶的工作以及测试原理，将更有助于我们的分析故障原因，排除测试过程中的数据误差。作者希望通过此文以达到抛砖引玉的效果，希望各位专家给出更多的宝贵意见和见解，对文章不足之处加以指正。

参考文献

温度监测系统篇(3)

关键词：变电站；温度；在线监测

Abstract: This paper introduces the need for construction of the substation temperature monitoring system, the feasibility of the overall structure and technical requirements, analysis of a specific embodiment, the issues that should be noted.Keywords: substation; temperature; online monitoring

中图分类号： X83 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1 建设的必要性

随着城市建设中箱式变电站、电缆线路的广泛应用和电力负荷的增长，变电设备、电缆头出现过热进而烧毁设备的可能性大大增加。无人值班变电站仅靠运维人员巡检测温会出现采集数据不及时、不全面的缺点，不仅增加了运维人员的劳动强度，而且只能在设备过热期间巡视才能起到预警作用，如果运维人员不在场，变电站温度将失去监测，对电力设备造成很大的安全隐患，不能做到风险的可控、在控、能控，更不能满足调控一体化的要求。

2 建设的可行性

电力设备在遭受外力破坏时，会触发相应的保护动作，而保护动作使开关掉闸的时限都很短，是一个瞬间的过程，维修人员根本不可能在开关掉闸前排除故障，只能在掉闸后排除故障，恢复送电。

变电设备、电缆头从正常运行温度达到烧毁设备的温度却是一个连续的过程，有较长的慢热时间，这就为运维人员检修设备提供了时间。只要预先设定告警温度，能够提前预警，安排运维人员检修，就可以排除隐患，避免事故的发生。

3 总体结构

变电站温度在线监测系统采用分层分布式结构，由现场测温部分、通信管理部分和主站软件三部分组成，各层的功能如下：

（1）、现场测温设备：处于系统最底层，在变电站现场的各种被测温设备（如电缆接头、触头等）安装温度传感器，负责采集温度数据并发送到上层的通信管理单元。

（2）、通信管理单元：处于系统的中层，负责参数设定和查询，同时把前端无线温度传感器发送的数据收集起来，并将数据打包发送至当地光通信设备，通过光纤通信系统上传至调度监控主站。

（3）、主站软件：处于系统的最高层，负责接收、存贮变电站温度数据，提供历史和实时数据和曲线，进行统计；预先设定一般告警、严重告警数值、三相温度不平衡告警、温升过快报警，并提供不同强度、不同频率的声光告警。

4技术要求

由于被测设备均属于实时运行的高压电气设备，因此在设计时需充分考虑该统对设备安全稳定运行的影响，其具体要求如下：

（1）、采用无线测温原理，如果现场测温设备至通信管理单元之间采用有线传输方式，通信线缆将对电网的安全运行造成隐患，因此采用的数据传输方式为无线式。

（2）、现场测温设备不改变被监测设备原有结构，安全可靠。

（3）、整个温度传感系统的测量精度高，且系统测量精度和温度分辨率不随温度测点个数的增加而降低。

（4）、温度刷新速度快，能够对所有测点的温度进行7×24小时不间断监测，可根据需要定时保存温度，并且通过监测软件可以精确确定发生过温报警的传感器位置。

（5）、具有完善的自我诊断功能。系统中任何一个传感器的损坏都可以在监控软件中精确定位。系统每进行一次温度测量的同时进行系统的自我检测与诊断，能够及时发现传感器失效和损坏，以便于及时的维修与维护。

（6）、具有强大的软件功能。监测软件通过网络通信，在人机界面上实时显示每个温度测点的位置、温度值、温度变化情况等。当测量温度大于预设报警温度时、三相温度失衡时、温升过快时，监控软件能触发软件界面的声光报警，提醒值班人员尽快处理。同时操作人员还可以对每个温度测点的历史温度数据、报警纪录进行多条件查询，生成安全运行报表等。

5 应注意的问题

在整个系统中，现场测温设备需要直接与被测的电缆头、触头等设备直接接触，才能测得温度数据，因此实施变电站无线测温系统时，对现场测温设备应特别重视如下情况：

（1）、该设备不能影响电力系统的正常运行，不能影响电力设备的检修维护，因此该设备尽量避免安装天线等突出物，并尽量减小设备体积。

（2）、由于该设备的安装调试、检修维护都必须在设备停电的情况下进行，为了减少因维护测温设备而造成电力设备停电，必须要求测温设备有很高的可靠性、稳定性，以避免电力设备停电。

（3）、电池使用寿命要长。该设备不能靠电力线路提供电源，只能靠电池提供电源，由于该设备需要24小时全天候运行，电能消耗很大，普通电池会在很短的时间的将电力用尽而使系统瘫痪。为此，必须最大限度地延长电池使用寿命，我公司的测温模块即采用了军品电池，使用寿命大于6年。

（4）、电能消耗的智能控制。数据发送是电池能量损耗的主要因素，减少数据发送次数能减少电能损耗，但又不能影响数据传输质量和精度，因此需采用定时发送与动态发送相结合的技术：传感器平时处于休眠状态，每半分钟分析一下当前温度是否有变化，超过限值（±1℃）则立即发送。若没超过限值则继续休眠，每四分钟定时发送一次数据。这样既节省了电能，延长了电池的使用寿命，又满足了监控温度的实时性与准确性。

（5）、充分利用电池的电能。任何电池，即使不使用也有一定的泄露电流。此外，电池电压降低到一定程度后就无法发送数据了。因此需要采用收集电路，一方面收集电池的微弱泄露电流，储存起来用于发射数据，另一方面具有升压作用，在电池电压很低的情况下也能发送数据。这样可充分利用电池的电能，直到能量全部耗尽。

温度监测系统篇(4)

（中国铁道科学研究院研究生部，中国 北京 100081）

【摘　要】提出一种基于无线传感器网络技术、Internet网络通信技术、计算机技术的牵引变电所温度在线监测系统，对关键部位温度情况进行实时监测，通过数据集中器收集数据，中心处理单元进行分析，从而确认温度异常部位，对预防牵引变电所电气烧伤事故具有重要的预警作用。

关键词 牵引变电所；电连接线夹；温度；在线监测

【Abstract】Put forward a kind of wireless sensor network technology, Internet network communication technology, computer technology, the on-line monitoring system of electric traction substation based on the temperature, real-time monitoring of key parts of the temperature, the data collected from the data concentrator, central processing unit are analyzed, in order to confirm the temperature abnormal spot, has an important role in the prevention of early warning of traction substation electrical burn accident.

【Key words】Traction substation; Electric connection grip; Temperature; Online monitoring

0　引言

牵引变电所一次设备一般采用户外布置，长期承受大电流过负荷冲击的同时，还有经受刮风、下雨、严寒、酷暑等恶劣条件的考验，牵引变电所设备技术状态时常发生变化，导致故障发生。据统计，京沪线、胶济线、胶济客专牵引变电所主变压器二次接线端子、T型线夹、穿墙套管线夹、隔离开关电连接线夹、接触网上网点线夹、电联结线夹、隔离开关电连接线夹等处的电气烧伤故障占总故障数的39%。

牵引变电设备电气烧伤故障的原因虽然很多，但不论是什么原因，故障发生前，都存在温度升高的现象。如果能及时发现导线或零部件的温度异常升高，立即采取措施，就可能避免故障的发生，降低故障发生的概率，从而提高接触网运行的安全可靠性。

对设备线夹的温度升高，设备维护单位一般采用人工巡视的方法，通过激光测温仪或望远镜观察测温片的变化来判断温度的变化，存在人员误判和不及时的现象。本文结合牵引变电所的运营实际，提出一种基于无线传感器网络技术、Internet网络通信技术、计算机技术的牵引变电所温度在线监测系统，可有效对设备关键部位（牵引变电所主导电回路等）温度变化进行全天候实时在线监测，对电气烧伤起到预警作用，对保障牵引变电所安全运行有重要意义。

1　工作原理

采用无线温度传感器（即无线温度采集单元），传感器被直接安装在高压带电体被测接点上，准确地跟踪发热接点的温度变化，当温度变化时立即利用短距离无线通信手段向外发送温度信息。

数据集中器负责接收无线温度传感器发送的温度数据，一台数据集中器可以接收和管理几十甚至几百个传感器发送数据，数据集中器与传感器之间的距离可达数百米。经简单处理和缓存后，数据集中器借助专用以太网络或移动通信网络，以MODBUS或TCP/IP通信方式，把监测温度数据集中上传到监控中心。

监控中心接收各个监测点的现场数据，通过分析处理，保存到数据库中，同时显示在计算机屏幕上，并且根据温度变化情况提示告警，超限时系统可在铁路牵引变电所电气接线图上以语音、图形等形式发出报警信息，便于精准查找故障和指导检修。

2　系统组成

该系统由无线温度采集单元、数据集中器和中心数据处理单元三大部分组成。

（1）无线温度采集单元

①感温元件：负责感知被监测点的工作温度，把温度信号转换为电信号。感温元件选用监测温度范围达-40℃~+200℃的Pt100铂电阻。使用时，感温元件直接安装在发热接点上，以便快速、准确感应监测点的温度变化。

②单片机控制电路：负责采集感温元件输出的温度信号，当温度发生变化时，立即控制无线通信模块对外发送数据。为了降低功耗，控制电路一般工作于低功耗模式，能够定时自动唤醒进行工作。

③无线通信模块：负责对外发送数据，发送数据包括采集到的温度、电池电压、感温元件是否故障等信息。在无遮挡情况下，无线通信距离在500m以上。

④高能电池：无线温度采集单元使用大容量锂电池供电，经过精心设计，一节1/2AA的1200mAh电池能够满足3~5年工作需要。

（2）数据集中器

①采集单元通信模块：利用采集单元通信模块，一个数据集中器可以收集多个无线温度采集单元发送的数据，本系统设计1个数据集中器最多可管理100个温度采集单元。温度采集单元与数据集中器之间的无线通信距离可达500米以上。也就是说1个数据集中器能够接收以其为中心、半径500米范围内100个监测点的温度数据。

②远程通信模块：远程通信模块负责把收集到的监测数据从现场传输到遥远的监控中心。该系统的数据集中器采用GPRS DTU作为其远程通信模块。

③MCU控制处理模块：MCU控制处理模块是数据集中器的核心，负责整个集中器的控制管理，采集数据的集中存储、循环显示，以及工作参数的配置修改等。

④电源模块：电源模块为数据集中器的其它模块提供连续稳定的电源供应。考虑到后期该系统可推广到供电线上网点、站场等处的电气连接点，此时数据集中器一般安装在野外，一般就近不容易获得AC220V供电，考虑到数据集中器总体功耗较低，比较适合采用太阳能方式供电。

（3）中心处理单元

①通信服务器：通信服务器每天24小时不间断工作，负责与所有监控现场的数据集中器进行通信，采集其存储数据，并存入数据库服务器。

②数据库服务器：采用Oracle/SQL Server数据库管理系统对上传到监控中心的采集数据进行集中保存管理。

③WEB服务器：提供完善的信息与共享功能，利用WEB Browser/Server方式动态生成IE浏览界面，方便用户监控系统运行情况，查询、回放历史记录数据。

④测温工作站：测温工作站专为监控值班人员设置，利用图形界面方式，直观显示各测温点的最新温度数据，当有监测点的温度超过设定门限时触发报警，以语音形式提示值班人员进行必要处理。

3　安装

（1）无线温度采集单元

无线温度采集单元安装在牵引变电所设备的关键连接点，包括各种接线端子、T型线夹、上网点电连接线夹、隔离开关线夹等容易老化、松动发热部位。

（2）数据集中器

数据集中器固定在隔离开关附近的水泥柱上，机箱下部离地面距离不小于2.5米，太阳能电池板固定在水泥柱向南方一侧，电池板底边距离地面不少于2.5米。

（3）中心数据处理单元

配置相应的软硬件，并把温度信息通过工作站显示在监控中心。

4　报警温度值的设定

对于输电导线的发热报警值，《交流高压电器在长期工作时的发热》(GB763—90)和《高压直流架空送电线路技术导则》(DL436—91)要求钢芯铝绞线的最高工作允许温度为+70℃。

又据《电力金具通用技术条件》(GB2314—85)中的规则，在正常负荷运行情况下，高压交、直流线路金具发热温度应与输电线路的导线温度相同或比它小。

牵引变电所主要采用钢芯铝绞线，因此依据上述规范要求，将牵引变电所温度在线监测系统的报警温度值设为+70℃。

5　设备缺陷判断方法

设备缺陷的判断方法采用绝对温度判断法和相对温度判断法相结合的方法。

（1）绝对温度判断法

取被测量对象（接头、金具）的温度为T，则70℃≤T＜90℃为一般缺陷；90℃≤T＜120℃为重大缺陷；T≥120℃为紧急缺陷。

（2）相对温度判断法

取被测量对象（接头、金具）的温度为T1，被测对象附近环境温度为参考温度T2，两者之间温差T= T1-T2，则20℃≤T＜40℃为一般缺陷；40℃≤T＜70℃为重大缺陷；T≥70℃为紧急缺陷。

6　应用效果

2012年8月29日14：25分，监控中心报：北园牵引变电所1#变压器二次接线端子处检测温度超过环境温度20℃，后经检修车间要点检查造成温度升高的原因为螺栓松动。

7　结束语

经过两年的现场运行考验，牵引变电所温度在线监测系统运行稳定、测量温度数据准确，系统功能完善，经现场应用，能够满足牵引变电所设备故障多发部位温度实时监测、故障报警等需求。

然而由于系统研发基本上是从零开始做起，可供借鉴的经验很少，尚需进一步跟踪现场的监测数据，优化温度报警阈值。

参考文献

［1］王华荣,董昭德,赵丽萍,等.接触网智能巡检系统的设计与开发[J].电气化铁道,2005(5).

温度监测系统篇(5)

【关键词】AT89C51；DS18B20；LCD1602；温度传感器；实时监测

1.引言

温度的监测在现代工业生产以及日常生活中的应用愈来愈广泛，并且在某些领域也发挥着愈来愈重要的作用。在很多生产过程中，温度的监控与生产安全、生产效率、产品质量、能源节约等方面有着紧密的联系。目前，传感器已成为衡量一个国家科技发展水平的重要标志之一。而本文正是结合温度传感器与单片机所做的设计，该设计对温度的监测可广泛应用于食品、化工、机械等方面。

2.系统整体设计

结合温度监控器在实际应用的要求，为实现温度的实时监测以及报警的功能，本文采用以下电路模块对系统硬件进行设计：

主控芯片：选用AT89C51单片机作为整个系统的控制器；

显示模块：选用LCD1602液晶显示器作为系统的显示电路；

温度采集模块：选用DS18B20温度传感器作为系统的温度采集电路；

报警模块：采用蜂鸣器与发光二极管作为系统的报警电路。

综上所述，该硬件电路的系统框图如图1所示。

3.系统硬件设计

系统的整体硬件设计图如图2所示。

3.1 主控电路的设计

该模块是系统的核心控制部分，其主要任务是通过接口将获得的数据进行处理。本系统采用的AT89C51是美国ATMEL公司的一种高效微控制器。此单片机具有以下功能：4k字节Flash闪速储存器、128字节内部随机数据存储器（RAM）、32个I/O口线，而且它还与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。故而，这种低电压、高性能CMOS8位单片机可灵活应用于多种场所。

3.2 温度采集模块的设计

该系统的温度采集模块采用DS18B20进行温度数据的采集。DS18B20是美国Dallas半导体公司生产的数字化温度传感器。其测量温度范围为-55℃～+125℃，在-10～+85℃范围内，精度为±0.5℃。

在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿和放大电路零点漂移误差等技术问题，才可以达到较高的测量精度。另一方面，一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，解决这些问题的最有效方案是采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器。并且适合于在恶劣环境中的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类电子产品等。DS18B20作为世界上第一片支持“一线总线”接口的新一代温度传感器，它具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。尤其是现场温度直接以"一线总线"的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。

DS18B20采集到的温度值的位数随着其分辨率不同而不同，温度转换时的延时时间为750ms。DS18B20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

3.3 报警模块

该电路模块的作用在于当温度采集系统所采集的温度高于或低于预设温度时，系统可以及时发出警报信息用来提示监测者做出相应的处理。由此，该模块的设计采用蜂鸣器及发光二极管作为报警元件。当系统检测到温度正常时，发光二极管D2发出绿光；当系统检测到温度异常时，发光二极管D2熄灭，同时，发光二极管D1开始闪烁，同时伴有蜂鸣器鸣叫。

3.4 温度显示模块

在单片机的人机交流界面中，输出方式通常有以下几种：LED数码管、发光二极管、液晶显示器。而选择晶液显示器作为输出器件因为它具有以下几个优点：

1）重量轻、体积小

液晶显示器显示原理是通过其显示屏上的电极控制液晶分子状态来进行显示的，因此，与相同显示面积的传统显示器相比，在重量上要轻得多。

2）功耗低

相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。

3）显示质量高

液晶显示器画质高而且不会闪烁，这是因为液晶显示器的每一个点在收到信号后会一直保持恒定的亮度与色彩，发光稳定性高，而不像阴极射线管的显示器（CRT）那样需要不断刷新亮点。

4）数字式接口

液晶显示器的数字式接口与单片机系统的接口相连接更加简单可靠，操作也更加方便。

3.5 键盘复位模块

本电路的复位模块共含有三个部分，分别为单片机自动复位部分、高温复位部分以及低温复位部分。在此，单片机复位部分就不再赘述。而S2、S3按键则分别被用于温度过高、过低时复位使用。

4.系统软件设计

4.1 主程序设计

本文所设计的主程序主要功能是负责温度的测量、读出、实时显示、判断并处理DS18B20的测量的当前温度值。温度的测量每1s进行一次，其程序流程见图4所示。

4.2 单总线通信实现

由于DS18B20在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。以下是以C51为例编写的基本子程序：

（1）延时子程序

void delay（unsigned int z）//延时大约2z微秒

{ uint y；

for（y=0；y

}

（2）初始化子程序

void dreset （void）

{ ds=0； //拉低单总线用以复位

delay（240）； //延时

ds=1； //释放单总线

delay（40）； //延时

}

（3）读一位数据子程序

void tempreadbit（void）

{ bit dat；

ds=0； //拉低单总线开始读时序

delay（1）； //延时

ds=1； //释放单总线

delay（2）； //延时

dat=ds； //读回数据

delay（10）；

return（dat）； //返回数据值

}

（4）写一位数据子程序

void tempwritebit（char bit）

{ ds=0； //拉低单总线开始写时序

if（bit==1） //若需写“1”即将总线置高

ds=1；

delay（2）； //延时

ds=1； //释放单总线

}

5.结束语

本实验证实了基于AT89C51单片机的温度监测系统具有以下优点：硬件结构简单，性能稳定，并且本系统采用的LCD1602液晶显示器与LED相比，显示质量更高。同时，以数字温度传感器DS18B20作为温度采集器件，可以使误差控制在±0.5℃，因此所测温度更准确。当温度不在所预定的目标温度范围内时，蜂鸣器会发出报警信号并伴有指示灯闪烁，及时提醒监测者调整温度。但是，本实验仅仅是温度控制领域内的一个例子，还有许多有待改善的地方。

参考文献

[1]继昌，乔苏文，张海贵等.实用报警电路[M].北京：人民邮电出版社，2005：1-10.

[2]陈宇.基于DS18B20的温室大棚温度检测报警系统[J].辽宁师专学报，2012（02）.

[3]王建佳.温度湿度实时监测与报警系统[J].科技探索，2012（05）：386.

[4]曾龙，陈泽锋，曾贤贵，曾健平.基于DSl8B20温度传感器的无线系统[J].仪器仪表用户，2011（06）：35.

温度监测系统篇(6)

1.1基于ARM的嵌入式控制器

嵌入式控制器一般是由ARM9处理器、SDRAM、FLASH、电源及复位模块、人机接口LCD触摸屏及相关电路组成。笔者选用的S3C2440处理器，是SAMSUNG公司开发的一款基于ARM9内核的微处理器。S3C2440是基于ARM920T内核，0.13UmComs标准单元和存储单元复合体。它的特点是功耗低、简单、稳定、功能强大、性价比相对高，并且还具有丰富的扩展功能接口，便于构建电路，如图3所示。嵌入式控制器作为数据信息收集处理的主节点，通过SPI总线与ZigBee模块通信，用于和无线传感器节点进行数据传输，该ZigBee模块作为ZigBee网络协调器负责整个网络的组建和给加入节点分配地址；嵌入式控制器通过UART串口与GPRS模块通信，用于接入Internet网络实现数据上传web服务器，同时可以接入GSM网络，实现手机信息收发功能。在传感器节点发来的数据存在温湿度异常时，启动报警信号。嵌入式控制器上植入linux操作系统、驱动程序和监控程序，系统启动后依次加载各种驱动程序，并运行监控程序，

1.2基于Internet的远程在线客户访问服务平台

数据管理级远程综合服务平台基于B/S（Browser/Sever），形成所谓前端Browser浏览器、中间层应用程序（Application）、后端数据库（Database）的3层3-Tier结构。主要事务逻辑在服务器端（Server）实现，极少部分事务逻辑在前端（Browser）实现，用户工作界面是通过www浏览器来实现。实现不同的用户，从各自的所在地点，以各自的接入方式（比如Internet/Intranet，LAN，WAN等）访问和操作共同的数据库。从而简化客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的工作量，节省了用户的总体成本，同时它还能有效地保护数据平台嵌入式控制器软件结构图和管理访问权限，服务器数据库也很安全。

2温湿度监控系统在设施温室的应用

2.1设施蔬菜温室中温湿度监控设备的应用

所选温室为天津应用广泛的温室之一，覆盖范围广，此设备是一套集温湿度为一体的无线网络监控设备，有着监控点分布广泛、实时收发数据的特点，用户可根据自身需要设定收发间隔，可广泛应用在大棚生产、温室生产、特殊环境监测等。即使遇到恶劣天气，信号收发功能也能清楚地接收监控设备的信号，实用性和适用性都符合天津现阶段的要求，在农户应用中口碑很好，而且设备占用空间小，在温室本来就有限的面积内，有着良好的空间优势。操作简单，只要简单培训，农户就可以上手，不需要专业的知识背景，界面人性化设计，可语音报数，提供良好的服务功能。

2.2设施食用菌温室中温湿度监控设备的应用

天津市北辰区下河头食用菌种植专业合作社是以工业化厂房为标准规模的大型食用菌种植基地，主要以生产白灵菇为主，其他食用菌为辅，现占地面积3.3hm2，共建5个大型的工厂化车间。在已开发的温湿度监控器基础上可以增加光照和二氧化碳传感器，实现温室内温度、湿度、光照、二氧化碳、氧气的实时数据在远程电脑端显示，实现温室环境因子监控的阈值报警功能，实现3个温室的统一监测管理平台等实用功能的专业性管理系统。可有效地节约管理资源，提高业务产能，规避操作风险。

3小结与讨论

温度监测系统篇(7)

关键词：ZigBee 状态监测 LabVIEW

中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）11-0145-02

ZigBee技术是ZigBee联盟开发的短距离、低功耗、低成本[1]、低复杂度的网络技术，它是基于IEEE　802.15.4标准的有关自组织组网、安全性能以及应用方面的技术。ZigBee技术的这些优良特性，决定了ZigBee技术符合短距离无线传感网络的要求，并且与其它几种无线技术相比，ZigBee技术具有显著的优势。ZigBee技术可以在局部范围对监测的对象进行多点同时监测，并且其成本不会随着监测点数的增加而大幅增长[2]。基于ZigBee技术的优良特性，运用ZigBee技术组建无线传感网络对机电设备进行状态监测是十分经济和有效的[2]。

1、系统总体方案

ZigBee网络中有3中逻辑设备节点，分别是：协调器节点（Coordinator），路由器节点（Router），终端设备节点（End-device）　[3]。协调器节点是整个ZigBee网络的核心，主要作用是启动网络配置网络，当ZigBee网络启动配置完成之后，协调器节点就自动变成一个路由器节点；路由器节点主要起到接力的作用[4]，可以扩大信号的传输范围，路由器节点应该一直处于活动状态；终端设备节点主要作用是执行命令或者采集数据，终端设备节点可以处于休眠状态或者被唤醒，因此可用电池供电。

本系统ZigBee选择TI公司生产ZigBee最新一代片上系统（SOC）芯片[5]CC2530传感器采用常用的数字温度传感器DS18B20，加速度传感器选用TI公司生产的3轴加速度传感器ADXL345，系统的主要分为无线传感网络硬件设计，无线传感网络软件设计，上位机监测中心设计。系统总体框图如图1所示。

2、网络节点硬件设计

系统网络节点的硬件部分主要由处理器模块、电源模块、无线通信模块、传感器模块、其他模块以及电路组成。如图2所示。

数据采集模块亦即传感器模块，采集分为DS18B20温度传感器和ADXL345三轴加速度传感器，传感器将采集到的温度和加速度值，传至处理器模块。

处理器模块亦即ZigBee模块，本系统使用的处理器是TI公司的CC2530，负责整个网络节点的数据采集，数据处理，任务管理，功耗管理等。最主要的功能是实现两个无线通信设备之间通信安全与可靠通信协议。

无线通信模块的主要功能是在协议栈中进行信息的传递以及通信设备之间进行数据的收发。

电源模块针对不同的节点提供不同的供电方式。本系统中针对路由器节点和终端设备节点采用电池供电，针对协调器节点采用直流电源供电。

为保证网络节点的通信质量，同时也兼顾经济性，还要选择合适的天线模块。

3、网络节点软件设计

3.1　协调器节点软件设计

本系统的协调器节点的主要功能是读取传感器节点无线发送的数据并且打包通过串口传送至上位机软件中，其软件流程图如图3所示，协调器节点上电之后，首先进行软件以及硬件相关的初始化工作然后建立一个网络并且监听这个网络是否有信号传入，如果没有信号就一直监听网络，如果有传感器节点申请加入网络的信号就给该传感器节点分配网络地址，允许其加入网络，如果传感器节点加入网络之后有数据传至协调器节点就读取数据，等待所有传感器节点都有一次采集数据传至协调器节点之后就将数据读取并且打包传送至上位机监测中心进行进一步操作。

3.2　终端设备节点软件设计

本系统的终端设备节点的主要功能是采集温度传感器DS18B20的温度值和加速度传感器ADXL345的三轴加速度值，并且把数据通过无线的方式发送给协调器节点，其软件流程图如图4所示。

4、上位机监测中心设计

本系统上位机监测中心采用LabVIEW软件编写[6]，对数据进行处理、实时显示、存入数据库。程序采用模块化编程的思想，总体框图如图5所示，在监测中心后台，运行着数据接收模块、数据显示模块、数据处理模块、数据库模块。

图5　上位机监测中心总体框图

各个模块的主要功能如下：

（1）用户登录模块设置用户访问权限，需要用户输入正确的用户名和密码才可以正确登录。

（2）数据接收模块通过串口接收协调器节点发送的打包数据发送的数据。

（3）数据处理模块将接收到得温度以及加速度数据按照数据手册定义的数据格式转换成正确的十进制数据。

（4）数据显示模块用于实时显示温度以及X轴，Y轴，Z轴三维加速度值。

（5）数据库模块将正确的数据存入建立好的access数据库，合成SQL语言，可以实现采集数据实时存入数据库。

系统运行如图6所示，将温度传感器靠近热源则温度升高，离开热源则温度回复，将加速度传感器连接振源，则出现波动。（如图6）

5、结语

本文设计开发基于ZigBee技术的温度和加速度信号状态监测系统，采用ZigBee技术，软件LabVIEW软件编写上位机软件，实现了系统的要求，能够对设备的温度，以及加速度的参数进行采集，处理，以及显示，可以实现相关功能。

参考文献

[1]唐新安.600KW风力发电机组故障诊断.新疆：新疆大学硕士学位论文，2006：30-31.

[2]赵盈洁.风力发电机组齿轮箱的维护与检测[J].动力与电气工程，2012，10：129～130.

[3]莫才颂.齿轮箱轴瓦温度高故障分析与处理[J].茂名学院学报，2009，6：38～41.

[4]风电机组齿轮箱温度趋势状态监测及分析方法[J].中国电机工程学报，2011，11：129～136.