溫度傳感器論文

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溫度傳感器論文范文第1篇

關鍵詞：混濁度；電導；溫度；APMS-KIT.exe軟件

混濁度（turbidity）亦稱不透明度，主要用于表示水或其他液體的不透明程度。當單色光通過含有懸浮粒子的液體時，懸浮粒子引起的光散射會使單色光的強度被衰減，其衰減量即可用來代表液體的混濁度。混濁度是個比值，其單位用NTU來表示。測量混濁度對于環境保護和日常生活具有重要意義。我國早在1986年就制定了《生活飲用水衛生標準》（GB5749－85），規定城市供水企業出廠飲用水的混濁度不得超過3NTU。2001年衛生部制定的《生活飲用水衛生規范》又做出了更嚴格的規定，要求飲用水的混濁度必須達到1NTU才符合要求。測量混濁度的方法是采用濁度儀（turbimeter），又稱濁度計。傳統濁度儀的測試性能比較差而且功能單一，無法滿足現代測量的需要。近年來，從國外引進的在線濁度儀因價格昂貴也難以大量推廣（例如意大利哈納公司的產品售價就高達7萬元～12萬元人民幣）。最近，美國霍尼韋爾（Honeywell）公司推出了APMS－10G型帶微處理器和單線接口的智能化混濁度傳感器，該傳感器能同時測量液體的混濁度、電導和溫度，可用來設計多參數在線檢測系統，因而可廣泛應用于水質凈化，清洗設備及化工、食品、醫療衛生等部門中。

1APMS－10G的性能特點

APMS－10G內含混濁度傳感器、電導傳感器、溫度傳感器、A／D轉換器、微處理器（μP）和單線I／O接口，能直接測量液體的混濁度、電導及溫度并轉換成數字輸出。它是基于軟件的虛擬傳感器，需要使用Honeywell公司的專用軟件來完成檢測任務（不包括控制）。APMS－10G的混濁度測量結果實際上是散射光強與發射光強之比，其輸出范圍是0～4000NTU（對應的輸出數據為0．03～10），響應時間為1．3s。測量電導的范圍是0．0001mS～15mS（所對應的輸出數據為4～255），mS表示毫西門子。由于電導與電阻呈倒數關系，故所對應的電阻值為10MΩ～1kΩ。測量電導的響應時間為0．85s。測量混濁度及電導的誤差均為±3個字。測量溫度范圍是＋68°F～＋140°F（即＋20℃～＋60℃），重復性誤差小于±4°F，響應時間為0．03s，達到穩定的時間為4min。

APMS－10G可通過9腳RS－232接口與計算機相連，計算機作為主機，傳感器工作在從機模式。通信速率為2400b／s。

APMS－10G采用8V～30V直流電源供電，電源電流為16mA（典型值）。最大外形尺寸為φ39．4mm×60．7mm。

2APMS－10G的測量原理

APMS－10G的內部框圖如圖1所示，3個引出端分別為電源端（UCC）、地（GND）和單線輸入／輸出接口（I／O）。內部主要包括四部分：第一是混濁度傳感器部分，包括紅外LED驅動控制電路、紅外光源、發射光探測器、散射光探測器和A／D轉換器Ⅰ；第二是電導傳感器部分，含鍍鎳不銹鋼探針、電導測量電路和A／D轉換器Ⅱ；第三部分和第四部分分別是熱敏電阻溫度傳感器和微處理器（μP）部分。

2．1混濁度測量原理

測量混濁度的原理圖如圖2所示。測量時，將傳感器的正面浸入被測液體，使液體進入凹槽中。然后采用波長為925nm的紅外發光二極管（LED）做光源，并由紅外LED驅動控制電路使之發射紅外光，最后讓紅外光穿過液體射到散射光探測器上。由于散射光探測器與發射光探測器互相垂直，因此它只能接收被測液體中微小顆粒所散射來的光線。再把兩路光電信號分別送至Δ－Σ式A／D轉換器Ⅰ轉換成數字量，最后通過μP計算出散射光強與發射光強的比值，即為被測混濁度。

在含有formazin（一種呈懸浮狀態并具有光學特性的化學聚合物顆粒）的標準體試樣中，實測APMS－10G的比率輸出特性曲線如圖3所示。測量應在室溫下進行，以作為傳感器的標定方法。

2．2電導測量

測量混濁度只能反映出液體中懸浮固體微粒的多少，導電性則取決于溶解于液體中離子數量的多少。例如當水中放入清潔劑時，其導電性將變好，電導值變大，因此測量出電導值即可判定液體的導電性。APMS－10G首先由兩個鍍鎳不銹鋼探針發出低壓交流電壓信號，然后通過檢測液體中的電流信號來計算電導值，計算公式為：

G＝I／U

該電導信號經過Δ－Σ式A／D轉換器Ⅱ轉換成數字量后即可送給μP。電導傳感器的輸出特性曲線圖4所示。

圖3

2．3溫度測量

APMS－10G采用一只熱敏電阻來測量溫度，溫度脈沖信號被送到μP中，測溫范圍為＋68°F～＋140°F（對應值為＋20℃～＋60℃）。

2．4微處理器

APMS－10G中的微處理器主要用于將4路信號（發射信號、散射信號、電導信號和溫度信號）轉換成數字信號，并通過RS－232串行接口將數據傳輸給外部主控制器。該傳感器沒有模擬信號輸出，必要時，用戶可通過外部Δ－Σ式D／A轉換器來獲得傳感器的模擬輸出。

3APMS－KIT．exe軟件及通信協議

Honywell公司專門為APMS－10G設計了一套APMS－KIT．exe軟件，以作為傳感器與計算機進行通信的載體，其主要任務是完成測量和進行數據處理，而控制系統軟件則要由用戶自行設計。其字符格式首先是起始位，然后是8個數據位（數據0～數據7），最后是停止位。傳送一個字符需4．16ms。

表1傳感器輸入的信息格式

字符1字符2字符3

測量請求信息目標傳感器代碼校驗和

混濁度5003AD

電導5000B0

溫度5001AF

該傳感器的信息格式有兩種：一種是傳感器輸入信息，另一種是傳感器輸出信息。傳感器輸入的信息格式見表1所列。它只有3種有效的信息，字符1、字符2和字符3分別對應于信息目標、傳感器代碼和校驗和。

4使用注意事項

APMS－10G通過9腳RS－232插座連到計算機，接線方式如圖5所示。I／O端應接一只下拉電阻，以使總線上無信號時為0V。傳感器的輸出阻抗為440Ω～540Ω。RS－232接口是用＋5V代表邏輯1，用0V代表邏輯0的邏輯信號。

使用APMS－10G型混濁度傳感器時，需要注意以下幾點：

（1）該傳感器未加反向電壓保護措施，因此，電源電壓反接可能損壞傳感器。

圖4

（2）傳感器的背面沒有密封，因此，應避免水或其它雜質進入傳感器和連接器內部。進入傳感器的水分在傳感器的光學表面濃縮會改變混濁度讀數。進水嚴重時會造成永久性損害。另外，如果沒有對傳感器的電氣部分進行保護，就不要清洗或浸泡傳感器。

（3）在使用過程中，傳感器的光面應保持潮濕。

（4）該傳感器內含光學敏感元件，因而應避免與未加靜電放電（ESD）保護的終端相接觸。

（5）需要注意的是，液體中的氣泡也會產生光學散射效應，其作用效果與懸浮微粒相同。

該混濁度傳感器對于氣泡、泡沫和肥皂泡相當敏感，大泡沫會引起輸出毛刺，使儀表嚴重跳數，即使小氣泡，也容易造成讀數誤差，因此應確保傳感器與外部環境的隔離，并不被泡沫影響，以免得到錯誤的混濁度讀數。清洗帶該傳感器的裝置時，必須小心地放置傳感器，必要時可增加泡沫分離器。另一種方法是將攪動系統關閉一段時間，使泡沫上升到傳感器上面。

實際上，這種傳感器對于泡沫的敏感性也具有特殊用途。一種應用是測量流量，泡沫的存在就是一種很好的指示器，它能指示液體流動，因此，可省去流量表或者壓力傳感器。

（6）由于大量污物和外部物體能阻塞光線路徑，從而影響混濁度的測量，因此傳感器不要放在有沉淀物的地方。

溫度傳感器論文范文第2篇

關鍵詞：STC89C51，多點溫度測量，DS18B20

 

一、引言

在工農業生產和科學研究中，溫度的測量和控制有著非常重要的作用和廣泛的應用。目前國內外新型的溫度傳感器正向數字化、智能化、網絡化的方向迅速發展。多路溫度檢測方法有很多，傳統方法多以熱敏電阻和熱電偶等元件，但都存在可靠性差、精度低、接線復雜的缺點。，STC89C51。

本文提出利用美國Dallas公司生產的DS18B20數字溫度傳感器和STC89C51單片機構成的多路測溫系統，采用單總線的接線方式，單根總線可以掛接多個傳感器，該系統接線簡便，體積小，非常適合用于工農業生產及科研中。

二、DS18B20簡介

美國Dallas公司生產的 DS18B20可組網數字溫度傳感器芯片，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設備數字測溫和控制領域。

DS18B20測量溫度范圍為-55℃至+125℃,-10℃至+85℃范圍內精度為±0.5℃。DS18B20包含一個獨特的序號，多個DS18B20可以同時存在于一條總線。，STC89C51。，STC89C51。這使得只利用單片機的一個I/O端口就可以讀取多個溫度傳感器的測量數據，從而完成多點溫度的測量。

三、多點溫度測量系統設計

1、硬件設計

本設計中以STC89C51單片機為核心控制元件，以DS18B20為溫度傳感器組成多點溫度測量系統，系統硬件電路圖如圖1所示。

圖1 多點溫度測量系統硬件電路圖

2、軟件設計

每一片DSl8B20在其 ROM 中都存有其唯一的48位序列號，在出廠前已寫入片內 ROM中，主機在進入操作程序前必須逐一接入DSl8B20用讀 ROM(33H)命令將該DS18B20的序列號讀出并進行匹配。，STC89C51。

當主機需要對在同一總線的多個DSl8B20的某一個進行操作時，首先要發出匹配 ROM 命令(55H)， 緊接著主機提供 64 位序列(包括該DSl8B20 的 48 位序列號) ，之后對每個DS18B20進行讀取溫度操作，把所讀取的溫度顯示在液晶屏上。，STC89C51。讓用戶能實時、方便的觀看每個點的溫度。其軟件流程圖以及部分程序如下圖所示。，STC89C51。

⑴軟件流程設計

溫度傳感器論文范文第3篇

【關鍵詞】電控柴油機 高壓共軌 功率不足故障診斷與排除

中圖分類號：TD327.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009―914X（2013）35―367―01

一、高壓共軌系統的特點

高壓共軌柴油直噴技術是指在高壓油泵、壓力傳感器和電子控制單元（ECU）等組成的閉環系統中，由高壓油泵將高壓燃油輸送到公共供油管，通過對公共供油管內的油壓精確控制，由電腦控制噴油器實現對噴油量和噴油正時準確控制。由于其將噴射壓力的產生和噴射過程彼此完全分開，通過對共軌管內的油壓實現精確控制，使高壓油管壓力大小與發動機的轉速基本無關。高壓機共軌柴油直噴技術是一種全新的技術，因為它集成了計算機控制技術、現代傳感檢測技術以及先進的噴油結構于一身。它不僅能達到較高的噴射壓力、實現噴射壓力和噴油量的控制，而且能實現預噴射和后噴，從而優化噴油特性形狀，降低柴油機噪聲和大大減少廢氣的排放量。該技術的主要特點是：

1.采用先進的電子控制裝置及配有高速電磁開關閥，使得噴油過程的控制十分方便，并且可控參數多，益于柴油機燃燒過程的全程優化；

2.采用共軌方式供油，噴油系統壓力波動小，各噴油嘴間相互影響小，噴射壓力控制精度較高，噴油量控制較準確；

3.高速電磁開關閥頻響高，控制靈活，使得噴油系統的噴射壓力可調范圍大，并且能方便地實現預噴射、后噴等功能，為優化柴油機噴油規律、改善其性能和降低廢氣排放提供了有效手段；

4.系統結構移植方便，適應范圍寬，不像其它的幾種電控噴油系統，對柴油機的結構形式有專門要求；尤其是高壓共軌系統，均能與目前的小型、中型及重型柴油機很好匹配。

高壓共軌柴油直噴技術現在得到廣泛的應用。目前世界上主要有日本電裝、德國Bosch和美國福特三大公司在研發和生產柴油機高壓共軌系統，主要其中Bosch高壓共軌技術在我國使用普遍。

二、Bosch高壓共軌柴油機功率不足故障診斷與排除

電控柴油機功率不足故障比較常見，但是故障原因復雜，機型不同、電控系統不同，故障原因有所差異，應結合具體機型，參考相關技術資料，下面以Bosch共軌，分析故障原因及故障診斷和排除。

1.熱保護引起功率不足

電控柴油機熱保護現普遍采用，當溫度值超過設定的閾值，ECU會控制噴油器減少噴油量，使發動機輸出扭矩減少，功率下降。

（1）故障原因

①冷卻液溫度過高；

②進氣溫度過高；

③燃油溫度過高；

④冷卻液溫度傳感器線路故障（如斷路）；

⑤進氣溫度傳感器線路故障（如斷路）；

⑥燃油溫度傳感器線路故障（如斷路）。

（2）故障診斷與排除

①檢查發動機冷卻系；

②檢查發動機氣路；

③檢查燃油系統；

④檢查進氣溫度傳感器本身或信號線路是否損壞；

⑤檢查水溫傳感器本身或信號線路是否損壞；

⑥檢查燃油溫度傳感器本身或信號線路是否損壞。

上述溫度值可用診斷儀讀取數據流獲得，斷路故障可用萬用表測量。

2.電控柴油機進入失效保護模式

（1）故障原因

①軌壓傳感器損壞或線路故障；

②燃油計量閥驅動故障，閥損壞或線路故障；

③診斷儀顯示油門無法達到全開等；

④高原修正導致；

⑤油軌壓力傳感器信號漂移；

⑥高壓油泵閉環控制類故障；

⑦增壓壓力傳感器損壞或線路故障。

⑧診斷儀顯示凸輪信號丟失（僅靠曲軸信號運行，對啟動時間的影響不明顯）；

⑨診斷儀顯示曲軸信號丟失（僅靠凸輪信號運行，啟動時間較長）。

（2）故障診斷與排除

對于軌壓傳感器或燃油計量閥故障：①診斷儀顯示軌壓位于700—760bar左右，隨轉速升高而升高，則可能燃油計量閥/驅動線路損壞；③診斷儀顯示軌壓固定于720bar，可能為軌壓傳感器或線路損壞。③發動機最高轉速被限制在1700—1800r/pm左右（機型不同，有所差異）；④回油管溫度明顯升高。⑤油軌壓力信號漂移，檢查物理特性，更換共軌管；⑥高壓油泵閉環控制類故障，首先檢查高壓油路是否異常，否則更換高壓泵。⑦檢查凸輪傳感器信號線路、檢查凸輪傳感器是否損壞、檢查凸輪信號盤是否有損壞或臟污附著；⑧檢查曲軸傳感器信號線路、檢查曲軸傳感器是否損壞、檢查曲軸信號盤是否有損壞或臟污附著。

3.機械系統原因

（1）故障原因

①進排氣路阻塞，冒煙限制起作用；

②增壓后管路泄漏，冒煙限制起作用；

③油路阻塞或泄漏；

④增壓器損壞（例如旁通閥常開）；

⑤低壓油路：有空氣或壓力不足；

⑥ 進排氣門調整錯誤；

⑦噴油器霧化不良，卡滯等；

⑧機械阻力過大；

⑨其他機械原因。

（2）故障診斷與排除

①檢查高壓/低壓燃油管路；

②檢查進排氣系統；

溫度傳感器論文范文第4篇

關鍵詞：溫度傳感器，濕度傳感器，GSM，遠程監測

 

1、引言

高級別的質量檢測需要在高質量的環境中進行。溫度和濕度是環境的重要參數，對溫濕度的監測是實現優質環境的重要手段。為了避免人為干擾環境和提高效率，遠程監測是一種有效的方法。目前的遠程監測系統大多采用以太網絡、無線數據傳輸模塊或zigbee無線網絡傳輸數據[ 1-6]。但是，以太網是有線傳輸，需布線，受地理環境影響較大；無線數據傳輸模塊的傳輸誤碼率高，可靠性差；zigbee是專用協議無線網絡，成本高，開發難，而且覆蓋范圍有限。本文提出一種基于GSM的溫濕度遠程監測系統，具有傳輸誤碼率低、成本低及覆蓋范圍廣等優點，并且可與監測人員的手機綁定，實現隨時、隨地，移動監測。

2、傳感器的數學模型

2.1 半導體溫度傳感器原理

根據PN結理論，在一定的電流模式下，PN結的正向電壓與溫度具有很好的線性關系。對于理想二極管，只要正向電壓VF大于幾個KT/q，其正向電流IF與正向電壓VF和溫度T之間的關系可表示為

(1)

式中IS 為二極管反向飽和電流， K 為波爾茲曼常數（1.38×10-23J/K），T 為絕對溫度（K）， q為電子電荷（1.602×10-19庫侖），

整理后，得

(2)

如前所述，晶體管的基極一發射極電壓在其集電極電流恒定條件下，可以認為與溫度呈線性關系[7]。

2.2 阻抗型高分子濕度傳感器原理

阻抗型高分子濕度傳感器的感濕原理如下：高分子濕敏膜吸濕后，在水分子作用下，離子相互作用減弱，遷移速度增加；同時吸附的水分子使解離的離子增多，膜電阻隨濕度增加而降低，由電阻變化可測知環境濕度。阻抗型高分子濕度傳感器復阻抗與空氣相對濕度、材料配方和電極結構都有關系： 與我有關系

(3)

其中m為叉指對數，b為單個叉指長度，n為電化學反應電子轉移數，f為法拉第常數，c*為氧化劑濃度，D為擴散系數[8]。

但由于傳感器的材料配方、電極結構等方面的不同，導致各種不同的阻抗型高分子濕度傳感器的特性曲線有較大差別，不能用統一的曲線來概括。

3、遠程監測系統

本系統采用先進的GSM無線通信技術、配合以嵌入式解決方案和數據采集等先進技術，構建了一種基于GSM的溫濕度遠程監測系統。

3.1 系統組成及功能

系統分為監測中心站和遠程監測終端兩個部分:監測中心站主要有PC主機、GSM通信模塊TC35i組成（或用戶手機）；遠程監測終端主要是由LPC2148ARM內核控制器、GSM通信模塊TC35i、信號調理電路、人機接口和通信接口電路組成。監測中心站通過GSM網絡與監測終端進行無線遠程通信,實現了基于GSM的遠程監測。系統結構圖如圖1所示。

圖1 遠程監控系統框圖

系統實現的功能主要包括數據采集、數據傳送、報警、實時控制和數據處理。遠程監測終端主要負責采集溫度、濕度、2項數據，根據監測中心的命令進行實時上傳數據。中心對收到的采集數據進行處理，報警，實現實時監控。

3.2 溫度檢測電路

本系統采用AD公司生產的單片半導體集成模擬型溫度傳感器AD590。它具有線性度高、精度高、體積小、響應快、價格低等優點,測溫范圍為-55~+150℃。具有良好的互換性,非線性誤差為±0.3℃。此外,AD590的抗干擾能力強,信號的傳輸距離可達100 m以上[9]。

流過器件AD590的電流(μA)等于器件所處環境的熱力學溫度(開爾文)度數：

(4)

式中，—流過器件(AD590)的電流，單位K

AD590的靈敏度為1μA/K,0℃時輸出273μA電流,每上升1℃輸出電流增加1μA ,每下降1℃輸出電流減小1μA。AD590基本測溫電路如圖2所示。

圖2 溫度檢測電路

3.3 濕度監測電路

系統采用CHR-01型阻抗型高分子濕度傳感器，其復阻抗與空氣相對濕度成指數關系。其基本特性為：工作電壓1V AC（50Hz ～ 2 K Hz），檢測范圍20%～ 90% RH，檢測精度±5%，工作溫度范圍0℃～＋85℃，特征阻抗范圍21 ～ 40.5KΩ。濕度傳感器阻抗變化與溫度有關，其關系見規格書中濕度阻抗特性數據表，通常先檢測溫度，然后按阻抗查表獲得濕度值。由于直流電壓可使水分子電離，加速老化，所以采用交流電壓測試其阻抗[10]。

將CHR-01與555構成多諧振蕩器，通過檢測頻率，進而獲得阻抗。濕度檢測電路如圖3所示。

圖3 濕度檢測電路

低電平表達式：

高電平表達式：

輸出頻率表達式：

(5)

利用單片機的定時器/計數器進行頻率測量，假設計時時間為T(s)，此期間計數值為N，則被測頻率f=N/T

則CHR-01的阻抗為

(6)

其中R1與C的選擇很關鍵，電容C要選擇高精度電容，一是保證其充放電的能力，二是為了其電容值精確，更方便計算濕敏電阻的返回值。

3.4 GSM模塊

本系統采用西門子公司工業級GSM模塊TC35i進行遠程數據傳輸。TC35i支持中英文短消息，自帶異步串行通信接口，方便與PC機和單片機接口，可傳輸語音和數據信號，通過AT命令可實現雙向傳輸指令和數據，波特率可達300b/s。它支持Text和PDU格式的SMS(Short MessageService，短消息)，電源范圍為直流3.3～4.8V，電流消耗為空閑狀態為25mA，發射狀態平均為300mA。

3.5 微控制器LPC2148

現場監測站采用了PHILIPS公司基于ARM7 TDMI-S 內核的微控制器LPC2148作為主控制器，完成現場監測站的全局控制。論文參考網。LPC2148內嵌32KB 的片內靜態RAM 和512 KB 的片內Flash 存儲器，片內集ADC、DAC 轉換器，實時時鐘RTC，2 UART ,及USB2.0等多種接口。具有JTAG調試接口、方便在線調試，而且應用電路相對簡單，開發和生產的成本低。芯片可以實現最高60 MHz 的工作頻率，能夠滿足嵌入式系統μC/OS-II 及人性化的人機界面的要求。大容量的內存，方便了收發短消息時的數據緩沖。

4、系統的軟件設計

系統采用GSM無線通信模塊TC35i實現遠程數據通信，TC35i通過AT命令來進行控制，采用短消息方式進行數據傳輸。系統軟件包括現場監測站軟件和監測中心站軟件兩部分。現場監測站軟件主要完成短消息收發、PDU數據協議分析、A/D轉換、串口通信及人機接口的功能，其中重點是短消息收發和PDU數據協議分析，這是解決現場監測站與監測中心站之間遠程無線通信的關鍵。論文參考網。監測中心站的短消息收發及PDU數據協議分析與現場監測站軟件流程基本相同，不再贅述。

4.1 發送短消息

發送短消息的過程:首先將短消息中心號碼、對方號碼、短消息內容編碼成PDU格式;然后計算出短消息的長度,發送AT+CMGS=〈lenghth〉〈CR〉,〈CR〉代表回車即ASCⅡ碼0x0D。等待TC35i模塊返回ASCⅡ字符“〉”,則可以將PDU數據輸入,PDU數據以〈Z〉作為結束符。短消息發送結束后模塊返回〈CRLF〉OK〈CRLF〉。發送短消息流程圖如圖4所示。

圖4 發送短消息流程圖

4.2 接收短消息

接收短消息使用定時器進行周期性串口查詢的方式。短消息到達后,計算機可以接收到指令〈CRLF〉+CMTI:“SM”,INDEX(短消息存儲位置)〈CRLF〉。讀取PDU數據的AT命令為AT+CMGR=INDEX〈CRLF〉,執行此命令后模塊返回剛剛收到的PDU格式的短消息內容。收到PDU格式的短消息后,將這個短消息進行解碼,解碼出短消息發送方的手機號碼、短消息發送時間、發送的短消息內容。接收短消息流程圖如圖5所示。論文參考網。

圖5 接收短消息流程圖

6、結論

為了實現質檢所需的優質環境，本文研究一種基于GSM的溫濕度遠程監測系統。設計了以LPC2148為核心的現場監測終端系統，實現溫濕度的采集，短消息收發及人機接口等功能，并通過GSM模塊TC35i與監測中心站通信，接受指令并實時上傳信息，實現了監測中心對現場溫濕度的遠程監測。實驗表明，本系統傳輸誤碼率低，通信可靠，具有很好市場前景，也為高效率遠程監測系統的實現提供了一種新方法。

參考文獻：

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溫度傳感器論文范文第5篇

關鍵詞：ZigBee 狀態監測 LabVIEW

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）11-0145-02

ZigBee技術是ZigBee聯盟開發的短距離、低功耗、低成本[1]、低復雜度的網絡技術，它是基于IEEE　802.15.4標準的有關自組織組網、安全性能以及應用方面的技術。ZigBee技術的這些優良特性，決定了ZigBee技術符合短距離無線傳感網絡的要求，并且與其它幾種無線技術相比，ZigBee技術具有顯著的優勢。ZigBee技術可以在局部范圍對監測的對象進行多點同時監測，并且其成本不會隨著監測點數的增加而大幅增長[2]?；赯igBee技術的優良特性，運用ZigBee技術組建無線傳感網絡對機電設備進行狀態監測是十分經濟和有效的[2]。

1、系統總體方案

ZigBee網絡中有3中邏輯設備節點，分別是：協調器節點（Coordinator），路由器節點（Router），終端設備節點（End-device）　[3]。協調器節點是整個ZigBee網絡的核心，主要作用是啟動網絡配置網絡，當ZigBee網絡啟動配置完成之后，協調器節點就自動變成一個路由器節點；路由器節點主要起到接力的作用[4]，可以擴大信號的傳輸范圍，路由器節點應該一直處于活動狀態；終端設備節點主要作用是執行命令或者采集數據，終端設備節點可以處于休眠狀態或者被喚醒，因此可用電池供電。

本系統ZigBee選擇TI公司生產ZigBee最新一代片上系統（SOC）芯片[5]CC2530傳感器采用常用的數字溫度傳感器DS18B20，加速度傳感器選用TI公司生產的3軸加速度傳感器ADXL345，系統的主要分為無線傳感網絡硬件設計，無線傳感網絡軟件設計，上位機監測中心設計。系統總體框圖如圖1所示。

2、網絡節點硬件設計

系統網絡節點的硬件部分主要由處理器模塊、電源模塊、無線通信模塊、傳感器模塊、其他模塊以及電路組成。如圖2所示。

數據采集模塊亦即傳感器模塊，采集分為DS18B20溫度傳感器和ADXL345三軸加速度傳感器，傳感器將采集到的溫度和加速度值，傳至處理器模塊。

處理器模塊亦即ZigBee模塊，本系統使用的處理器是TI公司的CC2530，負責整個網絡節點的數據采集，數據處理，任務管理，功耗管理等。最主要的功能是實現兩個無線通信設備之間通信安全與可靠通信協議。

無線通信模塊的主要功能是在協議棧中進行信息的傳遞以及通信設備之間進行數據的收發。

電源模塊針對不同的節點提供不同的供電方式。本系統中針對路由器節點和終端設備節點采用電池供電，針對協調器節點采用直流電源供電。

為保證網絡節點的通信質量，同時也兼顧經濟性，還要選擇合適的天線模塊。

3、網絡節點軟件設計

3.1　協調器節點軟件設計

本系統的協調器節點的主要功能是讀取傳感器節點無線發送的數據并且打包通過串口傳送至上位機軟件中，其軟件流程圖如圖3所示，協調器節點上電之后，首先進行軟件以及硬件相關的初始化工作然后建立一個網絡并且監聽這個網絡是否有信號傳入，如果沒有信號就一直監聽網絡，如果有傳感器節點申請加入網絡的信號就給該傳感器節點分配網絡地址，允許其加入網絡，如果傳感器節點加入網絡之后有數據傳至協調器節點就讀取數據，等待所有傳感器節點都有一次采集數據傳至協調器節點之后就將數據讀取并且打包傳送至上位機監測中心進行進一步操作。

3.2　終端設備節點軟件設計

本系統的終端設備節點的主要功能是采集溫度傳感器DS18B20的溫度值和加速度傳感器ADXL345的三軸加速度值，并且把數據通過無線的方式發送給協調器節點，其軟件流程圖如圖4所示。

4、上位機監測中心設計

本系統上位機監測中心采用LabVIEW軟件編寫[6]，對數據進行處理、實時顯示、存入數據庫。程序采用模塊化編程的思想，總體框圖如圖5所示，在監測中心后臺，運行著數據接收模塊、數據顯示模塊、數據處理模塊、數據庫模塊。

圖5　上位機監測中心總體框圖

各個模塊的主要功能如下：

（1）用戶登錄模塊設置用戶訪問權限，需要用戶輸入正確的用戶名和密碼才可以正確登錄。

（2）數據接收模塊通過串口接收協調器節點發送的打包數據發送的數據。

（3）數據處理模塊將接收到得溫度以及加速度數據按照數據手冊定義的數據格式轉換成正確的十進制數據。

（4）數據顯示模塊用于實時顯示溫度以及X軸，Y軸，Z軸三維加速度值。

（5）數據庫模塊將正確的數據存入建立好的access數據庫，合成SQL語言，可以實現采集數據實時存入數據庫。

系統運行如圖6所示，將溫度傳感器靠近熱源則溫度升高，離開熱源則溫度回復，將加速度傳感器連接振源，則出現波動。（如圖6）

5、結語

本文設計開發基于ZigBee技術的溫度和加速度信號狀態監測系統，采用ZigBee技術，軟件LabVIEW軟件編寫上位機軟件，實現了系統的要求，能夠對設備的溫度，以及加速度的參數進行采集，處理，以及顯示，可以實現相關功能。

參考文獻

[1]唐新安.600KW風力發電機組故障診斷.新疆：新疆大學碩士學位論文，2006：30-31.

[2]趙盈潔.風力發電機組齒輪箱的維護與檢測[J].動力與電氣工程，2012，10：129～130.

[3]莫才頌.齒輪箱軸瓦溫度高故障分析與處理[J].茂名學院學報，2009，6：38～41.

[4]風電機組齒輪箱溫度趨勢狀態監測及分析方法[J].中國電機工程學報，2011，11：129～136.