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温度监测系统范文1
【关键词】ZigBee;星形网;温度采集;远程监控
1.引言
温度监测系统广泛应用于对温度敏感的工业、农业、医学等现场，如通信基站机房、矿井、粮仓、智能家居等环境中。传统的温度监测系统需在所监测区域布置大量的信号传输线，体积宠大，成本相对较高，且不能实现远程监测。如何解决传统温度监测系统采用的有线网络所带来铺设、维护等诸多不便已成为目前研究的热点。本文提出一种基于ZigBee技术的远程温度监测系统，能有效解决上述的问题。ZigBee技术是一种低功耗、低成本、低速率、低复杂度的双向的无线通信技术，它是无线传感网络的主流技术[1-5]。以ZigBee技术组成无线温度传感器网络，由部署在监测范围内的微型温度传感器节点通过无线电通信构成的一个多跳的自组织网络[6]，能够实时地感知、收集和处理网络覆盖范围内的温度信息，并通过汇聚节点处理并在服务器Web网页上，用户可以登陆网页进行实时监控。
2.系统总体结构
2.1 系统的结构
本系统采用ZigBee技术自组网的特性，测温节点与协调节点节点自动组成一个星型网进行通信[5]，移动终端（手机、平板电脑以及个人电脑）通过连接指定网络后通过Web浏览器访问温度数据的网页面显示界面。如图1所示。
图1 系统框图
2.2 系统的功能
本系统分为三大模块：1）温度感知模块;2）控制处理以及射频收发模块;3）数据接收显示模块。主要有两大功能：1）环境温度数据无线采集功能：测温节点自动采集所探测环境的温度数据，通过无线传输的方式把采集到的温度数据都发送给协调器节点。2）环境温度数据远程实时监测功能：系统采用的是B/S（Browser/Server）结构，只需一个可以访问网页的终端即可远程监测环境温度数据。另外可以在网页显示界面上按需设置监测环境温度的上限值和下限值，环境温度一旦超过所设置的上限值或者低于设置的下限值就会有相对应警报提醒。
3.硬件设计
本系统采用TI公司开发的2.4GHz ZigBee片上系统解决方案CC2530的无线单片机方案。TI公司免费提供了ZigBee联盟认证的全面兼容IEEE802.15.4与ZigBee2007协议规范的协议栈代码和开发文档，并为提供了丰富的开发调试工具[2-4]。
CC2530 结合了领先的RF 收发器的优良性能，业界标准的增强型8051 CPU，系统内可编程闪存[2]，8-KB RAM 和许多其他强大的功能。CC2530 具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。CC2530具有21个可用I/O、4个定时器、ADC 、随机数发生器、AES加密/解密内核、DAC、DMA、Flash控制器、RF射频收发器等众多外设[4]。
图2 CC2530电路
节点硬件设计：
测温的节点由CC2530与DS18B20数字温度传感器组成，采用电池进行供电[7]。CC2530通过单总线通信协议控制DS18B20数字温度传感器并获取实时的环境温度值，再发送到协议器节点。DS18B20数字温度传感器与CC2530接口示意图如图3所示。
图3 硬件框架图
协调器节点直接由上位机通过USB数据线供电。协调器节点接收所有测温节点发送过来的数据，经过片内程序进行数据处理后，通过CC2530 ZigBee开发底板USB口把数据上传到上位机。
4.软件设计
系统实现ZigBee星形拓扑结构的网络通信，涉及到协调器与终端节点的编程[7]。协议器负责建立网络并进行维护，接收各不同的终端节点发送过来的温度信息融合后再进行控制。终端节点必须加入协调器组建的网络中，并开始定期采集温度并发送到协调器上。协调器把融合后的温度经过串口在Web服务器上，供指定用户登陆站点进行访问。
协调器上电后，根据编译时指定的参数，选择适合当前通信环境的网络号以及信道来建立星形网[6]。协调器的程序图如图4所示。
终端节点上电并初始化硬件以及协议栈后，会搜索是否存在着对应编号的ZigBee网络[3]，如果存在则加入对应的无线网络，然后启动定期采集温度数据，并发送至协调器。
图4 协调器与终端节点软件流程图
Web服务器显示界面是基于MyEclipse Enterprise Workbench 9.0平台的，用Jsp技术实现的基于Web的串口通信方法。页面利用Jsp技术实现了数据的显示功能，然后利用JavaBean和Servlet在后台获取串口的数据，并通过Json对象将数据传送到前端页面。最后利用Ajax技术实现了页面的定时自动刷新更新数据，以及利用JavaScript技术实现了页面按钮和功能事件的触发。
5.显示界面
网页显示界面分为数据显示区域和参数设置区域两大部分。显示区域内分别显示传感器编号、获取时间以及温度值共三项数据内容。参数设置区域里需要设置的主要参数有四个，分别是串口号、波特率、高温警告和低温警告，其他均保持默认即可。显示界面可以获取各个节点发送回来的温度数据，且用户通过高温警告与低温警告来进行温度保护。
图5 工作界面
6.结论
本文通过实现基于ZigBee的远程温度监测系统，实现对温度敏感的环境实施远程监控。可以通过布置多个终端节点来监控多个区域的温度，可以应用的范围的很广，该系统具有低功耗，低成本，结构简单，无人值守，检测准确度高，抗干扰能力等优点，能够长时间稳定地工作，具有很高的应用价值。
参考文献
[1]王小强，欧阳骏，黄宁淋.ZigBee无线传感器网络设计与实现[M].北京：化学工业出版社，2012，05.
[2]李文促，段朝玉.ZigBee2007/PRO协议栈实验与实践[M].北京：北京航空航空大学出版社，2009.
[3]Shahin Farahani.ZigBee Wirless Networks and Transceivers[M].北京：北京航天航空大学出版社，2013，08.
[4]高守玮，吴灿阳.ZigBee技术实践教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009，06.
[5]蒋挺，赵成林.紫蜂技术及其应用[M].北京：北京邮电大学出版社，2006.
[6]孙利民，李建中，陈渝，等.无线传感网络[M].北京：清华大学华出版社，2005.
[7]武风波，强云霄.基于ZigBee技术的远程无线温湿度测控系统的设计[J].西北大学学报（自然科学版），20084，38（5）.
本文属广州市教改项目（No.2013A022）资助;华软校级项目（No.ky201206）资助。
作者简介：
温度监测系统范文2
关键词：高压开关柜 温度检测 接点温度在线监测系统
中图分类号：TM564 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（b）-0027-02
在电气设备的监测系统中，温度的监测是重要任务之一。温度受其它参数变化的影响而升高，而温度的升高又影响其它参数的变化，特别是与绝缘电阻值的相互关联程度更是密不可分。电气设备过热特别是各部连接点的过热经常发生，它是造成电气设备故障的主要原因之一，也是点检人员巡视检查电器设备的主要任务。电器设备连接点的过热主要是由设备过负荷运行和负荷突变的影响、设备老化变形、导体连接点松动、接触电阻大等原因产生，不少情况下会因为接头处局部发热而发展成设备烧毁事故。为使过热部分能够及时发现，这样就要求电器设备对有可能产生过热的部位都要进行温度变化监视、测量。因此对封闭式的高压开关设备的触头和接头部位的运行温度进行实时监测，对于保障开关设备的安全运行，乃至电网的正常运转都具有十分重要的意义。第一炼铁厂烧结车间高压配电室使用的都是中置式高压柜，柜内接点较多，在设备运行时无法打开柜门检查，而停电后又不能使过热点表现出来，所以过去靠人的感觉的检测方法，如果不出现变形、变色、有气味等要发现存在过热现象是相当困难的。因此传统的靠“五感”为主的点检方式，已不能满足现在设备（特别是高压设备）的点检要求。为了能够准确、实时的监测高压柜的各接点温度，在3#烧结机工程的高压系统中，引进了接点温度在线检测系统。接点温度在线检测系统的使用，较好的解决了接点温度的在线检测、实时数据查询和超温报警的难题。
1 接点温度在线检测仪与其他测温设备的比较
目前使用较多的测温设备有：示温贴片、红外测温仪、无线温度在线检测系统等。红外测温仪由于无法对密封在开关柜内的接点进行监测，不能实现实时的在线监测，所以不适用于高压开关柜的接点监测。烧结的1#、2#机高压柜目前都是使用示温贴片来检测接点温度。虽然也能起到测温效果，但与3#机使用的接点温度在线监测系统相比存在一些弊端；主要是：由于高压柜只在出线室的后面开有观察窗，点检时只能看到电缆接头的温度是否有变化，而看不到断路器的动静触头发热情况，其次是接点温度是随电气设备的负荷的变化而变化的。当监视的电气设备连接点发生了不同程度的过热时，现用的“示温贴片”不能准确地反映温度变化的趋势。这就给及时发现设备隐患带来了不便。三是目前使用的示温贴片一旦变色就无法还原成原来的颜色，属于一次性使用的物品。再就是示温贴片颜色是否有变化，要到现场检查才能发现，不具备远程实时显示、查询和报警功能。而接点温度在线检测系统则能够弥补示温贴片在这些方面的不足，极大地方便了设备点检人员对高压设备接点温度的监测。
2 接点温度在线监测系统的工作原理
通过固定在被测接点上的无线温度传感器，采集被测接点的温度信号，将此温度信号经过与传感器相连的发射模块发送到接收模块，接收模块经数据线与接点温度检测仪相连，接收到的信号经处理后与预设的温度值进行比较，如超出预设值接点温度检测仪将发出报警信号。同时后台管理系统读取接点温度检测仪的信号，发出相应的报警，提醒值班人员引起关注。
3 在3#烧结机的应用
第一炼铁厂3#烧结机共有36台中置式高压柜。中置式高压开关柜的一次设备分布在3个相互独立的隔室内，分别是开关室、母线室、出线室。按有关的规程要求，除实现电气连接、控制、通风而必须在隔板上开孔外，所有隔室呈封闭状态。由于母线的压接点、断路器的动静触头、电缆的接头都是发热点且都处在密封柜内，运行中的柜门禁止打开，点检人员无法通过正常的监视手段发现发热缺陷。发热严重时接头会变红甚至熔断，将直接造成重大的生产事故。
在3#烧结机高压系统设计之初，出于对烧结电气维检人员少、设备多、高压配电室无人值守、以及方便点检人员对高压柜电缆头和柜内接点温度的监测等因素的考虑。采用了一套接点温度在线监测系统。整个系统由一个后台管理系统和36个单机系统组成。
单机系统中每个高压柜共采集九个点的温度信号，分别是：A、B、C三相的上触点；A、B、C三相的下触点；和A、B、C三相电缆头；这九个点温度信号的采集已基本能够满足对本柜接点温度监测的需求。每台高压柜的接线室面板上装有一个温度监测仪，接线室内装有电源模块和信号接收模块，在高压值班室设有一个后台管理系统。将每个高压柜的温度信号经过通信接口传送到后台，这样点检人员无论在柜前还是在值班室都可以方便的检查各接点的温度情况。其后台监控的主显示画面如图1所示。
3.1 基本设置
值班或点检人员可通过后台管理系统对装置进行多种所需的设置，其基本设置有：温度巡检时间间隔；温度采样时间间隔；记录保存最大时间间隔；系统超限报警温度；三相温度差报警；系统温升异常报警时间间隔、温升度数；报警信号持续时间；报警音设置；根据有关规定，变配电场所设备的各部位温度一般不超过70℃，个别部位最高不超过80℃。具体的参数设置可由管理人员根据实际情况进行设置。该厂的系统参数设置如图2所示。
3.2 数据查询
利用该系统的数据查询功能可对：报警事件、温升异常报警、故障记录、事件日志、历史数据（历史曲线、历史记录、各接点温度比较条形图）、温度数据汇总等进行查询。值班或点检人员可通过这些功能查询到每一台高压柜在某个时间接点温度的情况。对于一些重要设备的温度变化趋势可通过历史曲线的查询来了解，结合当时的环境温度的情况对接点温度进行分析，可以对设备是否存在隐患的判断起到很好的辅助作用。
3.3 使用效果
该系统自投用以来，在温度异常报警方面已有体现。
例一、2011年2月27日大夜班零时左右，3#机主抽供电柜报警，温度超限，当班的值班人员经过检查，发现接点温度75℃。遂立即要求停机检查，发现电缆接线有松动的现象。紧固电缆后重新开机，报警消除，避免了一起电机烧损的重大设备事故。
例二、2011年6月5日3#烧结机温度在线监测系统后台监控系统发出报警，显示机尾风机温度超限，经过电气人员的认真检查，会同机械部门现场检查结果，确认电气部分不存在问题。温度超限是由于风机轴承损坏导致电流增大而引起。由于问题被及时发现，并得到及时处理，成功的避免事故进一步扩大。保证了设备的安全运行。事故发生时的温度曲线如图3所示。
3.4 系统的的扩展性
烧结3#机的接点温度检测系统，在设计时预留有接口，在今后时机成熟的时候可以将3#机的变压器一、二次接头以及低压柜母线、低压大功率电机、生产关键设备的接触器等设备的接点温度信号，纳入系统进行统一管理。扩展时只需增加相应的检测元器件，接入系统即可，原系统不受影响。
3.5 系统目前存在的缺陷：
（1）该系统的在发射模块中使用的电池容量较小，当电池电压低于3.6V的时候发送出来的信号有失真现象。（2）曲线的Y轴数值被限定在100℃不能自动随Y轴曲线改变而改变。这给超过100℃接点温度曲线的读取带来了不便。（3）曲线的局部放大功能不够灵活，对故障分析不便。
4 结语
接点温度在线检测系统在3#烧结机投用以来，对高压设备的点检起到了较好的辅助作用。采用接点温度在线检测系统较好的弥补了维修人员不足和受现场环境限制等因素而导致的无法全面有效点检问题，在一定程度上减少了维检人员的工作量。该系统可以比较直观的反映现场高压设备运行时的温度变化情况，对温度出现异常的设备，运行人员可根据系统数据采取相应的措施，保证设备隐患能够被及时发现。为设备的预防性维护提供了相应的依据。因而采用该系统可以对生产的自动化控制和保障生产顺利进行起到重要作用。
参考文献
[1] 王国贞.电气设备故障与维护[M].北京：冶金工业出版社，2008.
温度监测系统范文3
关键词：GPRS；远程监测；温度传感器
引言
随着通信技术的发展和自动化水平的提高，温度的远程监测已经成为许多跟温度有关的行业进行安全生产和减少损失采取的重要措施之一。在实际场合中由于监测点分散、偏远以及时间限制等原因，采用传统的温度测量方式周期长、成本高，而且测量员必须到现场进行测量，因此工作效率非常低。且不便于管理。本文提出了一种基于GPRS技术的远程温度监测系统方案，采用AT89C51单片机和DS18B20数字温度传感器实现现场温度数据的采集和处理，再通过GPRS模块TC39i实现远程的数据传输和接收。目前，虽然3G技术已经开始推广，但并没有普及，同时由于受到硬件成本和运营商通信资费的约束，GPRS技术在相当长时间内还是进行无线数据传输的首选。
1 系统总体设计
系统的总体设计思路是将温度采集模块采集到的数据通过GPRS模块发送到监控计算机上。温度传感器把监测现场的温度处理发送给AT89C51单片机，温度数据通过单片机处理，再由GPRS发送模块发送出去。GPRS接收模块接收发送模块发送过来的数据，通过RS232通信接口连接GPRS模块实现与上位机通信，将数据上传至上位机，实现在上位机中对监测现场温度的远程分析、管理。系统总体框图如图1所示。
图1 系统总体框图
2 系统硬件设计
现场温度采集模块是一个现场实时监测设备，可以独立稳定运行，对监测的温度数据进行运算处理、状态分析和实时显示。GPRS通信模块的功能则是将数据实时传送到监控计算机。
2.1 单片机外围电路设计
该系统采用Atmel公司的AT89C51单片机，AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器。单片机的外围电路主要包括晶振电路、复位电路、采集电路。单片机的外围电路如图2所示。
图 2 单片机外围电路
2.2 温度采集电路设计
温度传感器采用国DALLAS公司生产的DS18B20数字温度传感器。它采用3引脚T0-92封装，无需外部元件，可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V，无需备用电源。测量温度范围为-55 ° C至+125 ℃。该温度传感器可编程的分辨率为9~12位温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒，用户可定义的非易失性温度报警设置。
本设计中，DS18B20的1脚接地，2脚为数据输入端，3脚接VCC，2脚与3脚间接上一个4.7K的电阻，形成上拉电阻。温度采集电路如图3所示。
图3 温度采集电路
2.3 GPRS通信模块设计
TC39i 的供电电源为3.3～4.8V ，典型值为4.2V。当电压低于3.3V 时，模块可自动关机，同时模块在不同工作模式时电流不同，在发射脉冲时电流峰值高达2 A ，在此电流峰值时，电源电压下降值不能超过0.4 V ，所以对电源的要求很高。本设计中稳压电源部分由LM2576S将外部+5V的直流电压转换成为4.2V ，为整个系统提供供电电压同时产生MAX323 所需的高电平。
TC39i 的启动电路由AT89C51来实现。模块上电10ms后,为保证整个系统正常启动，IGT信号必须在保持大于100ms 的低电平再阶跃到高电平，且下降沿时间要小于1ms。启动后，IGT信号应保持高电平。
TC39i 的基带处理器集成了一个与ISO7816- 3ICCard标准兼容的SIM卡接口。为了适应外部的SIM卡接口，该接口连接到ZIF引脚。TC39iZIF 连接器为SIM卡接口预留了6个引脚，SIMPRES 引脚用来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡。当插入SIM卡，该引脚置为高电平时，系统方可进入正常的工作状态。GPRS通信模块电路如图4所示。
图4 GPRS通信模块电路
3 系统软件设计
系统的软件设计主要包括监测对象温度的采集程序和GPRS通信程序。系统软件设计的重点在于单片机的编程。通过向TC39i写入不同的AT指令完成多种功能。
3.1 软件的总体设计
在总体程序流程图中，系统软件的重点在于对单片机的编程。包括向AT89C51对TC39i的初始化以及对串行口通信速率、短消息模式、短消息中心号码的初始化。这些初始化指令是通过AT指令写入的，因此在编程时将这些常用到的AT指令编成表格，存放在AT89C51的程序存储器内，以便使用。流程图如图5所示。其中A、B中断子程序只是发送数据内容不一致，对应的流程一致。
图5 系统软件总体流程图
3.2 温度采集程序设计
先复位DS18B20，然后单片机等待DS18B20的应答脉冲。一旦单片机检测到应答脉冲，便发起跳过ROM匹配操作命令。成功执行了ROM操作命令后，就可以使用内存操作命令，启动温度转换，延时一段时间后，等待温度转换完成。再发起跳过ROM匹配操作命令，然后读暂存器，将转换结果读出，并转为显示码，送到液晶显示。温度采集程序流程图如图6所示。
图6 温度采集程序流程图
3.3 GPRS通信程序设计
GPRS通信程序是实现采集到的现场温度数据远程无线传输的关键。单片机要将温度数据通过GPRS模块传输前，必须先对GPRS模块初始化，然后读取温度传感器送来的温度数据，然后向GPRS模块发送指令，完成温度数据的远程无线传输。GPRS通信程序的流程图如图7所示。
图7 GPRS通信程序流程图
4 结论
本文采用AT89C51单片机、DS18B20数字温度传感器和TC39i无线传输模块实现了温度的远程监控。系统结构简单、性价比高，可应用于养殖场、粮库、电力机房等测温和控制领域，有着广泛的应用前景。
参考文献:
[1]平，曹巧媛等.单片机原理与接口[M]，清华大学出版社，2007.
[2]韩斌杰等.GPRS原理及其网络优化[M].北京：机械工业出版社，2003.
[3]李志伟.基于AT指令的串行通信程序的设计[J].微计算机信息，2007.9.
温度监测系统范文4
关键词： ArcSDE； 地理信息系统； 海缆； 温度数据导入
中图分类号： TN911?34； TP311.1 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）07?0105?02
Undersea cable temperature monitoring system based on ArcSDE
YUAN Yan?hui1， GAO Hong?wu1， AN Bo?wen2
（1. Electric & Instrument Service Center， CNOOC Energy Technology & Services?Oilfield Construction Engineering Division， Tianjin 300000， China；
2. College of Information Engineering， Shanghai Maritime Univeristy， Shanghai 201306， China）
Abstract： SQL Server 2005 with the support of ArcSDE is used in the system as its backend database to manage the geographic information data and the information with various attributes of the undersea cable. The undersea cable monitoring system is developed by desktop platform Visual C# and ArcGIS Engine as development tools. The system functions of temperature data importing， loading display and storing of undersea cable were realized with the help of ArcSDE spatial data engine storage mode. According to the administrative rules of the spatial data and attribute data in ArcSDE， the database was designed and initialized. The overall design of the desktop platform system was fulfilled with the component development technology.
Keywords： ArcSDE； geographic information system； undersea cable； temperature data importing
0 引 言
自光纤分布式测温技术[1?2]引入海底电缆监测以来，海缆温度数据的存储就变的越发重要。海底电缆的温度数据具有大容量、实时性等特点。地理信息系统（GIS）具有强大的海量数据处理能力和空间数据分析功能以及丰富多样的可视化效果，这些特性为海缆监测数据处理的难题找到合理的解决方案。本文主要研究内容是对基于ArcSDE的海缆温度监测系统开发中的关键技术进行探讨，最终编程实现海缆温度信息更新，存储，压缩等主要功能模块。
1 关键技术——ArcSDE技术
ArcSDE（Spatial Data Engine）是ArcGIS软件体系中的空间数据引擎，属于一种应用于空间数据的数据库中间件技术[3]。其主要特点如下：搭起了空间数据与普通关系数据库的桥梁，适应性强，封装性强。
2 系统设计与实现
2.1 系统总体结构
系统采用SQL Server 2005作为后台数据库，通过空间数据引擎ArcSDE访问并操作存储在数据库中的空间和属性数据。前端采用Visual Studio 2008嵌入ArcGIS Engine组件[4]编程完成GIS功能及各个模块。
2.2 系统数据库设计
海缆监控系统数据库涵盖数据广泛，根据所获得到数据和资料，相关数据归为以下几类：
（1） 基础空间数据：包括海缆所在海域信息，位置信息，船舶航道信息。
（2） 海缆固有数据：包括海缆的生产厂家，导热系数，弹性模量等。
（3） 海缆监测点数据：包括监测点的位置信息，温度信息等。
（4） 海缆故障维护数据：包括海缆故障点信息，故障类型等。
上述数据分为空间数据和属性数据，通过ArcGIS自带的制图软件，将上述空间要素数字化，存入后台关系数据库中；按照数据库设计原则将属性数据与相应的空间数据进行关联，方便后期查询和统计分析。
2.3 系统功能设计实现
温度数据处理系统的框架图如图1所示。
图1 系统框架图
海缆温度数据是本系统的焦点，其中数据更新和存贮是系统两大主要功能。
2.3.1 温度数据的更新
从图1中可以看出布里渊光时域分析仪（Bullion Optical Time Domain Analysis，BOTDA）获取海缆在某一时刻的光纤温度数据，通过监测温度处理主程序分析处理后，得到海底电缆各个监测点的铜芯温度信息，再将温度信息通过GIS平台的温度监测程序对监测点的温度进行更新。
监测温度处理主程序（A）生成txt与GIS平台的温度监测程序（B）读取txt之间可能发生冲突，需要采取同步技术。设定一个文件通信协议，此文件通信协议约定如下：A在写完txt文件后，生成一个相应的同步文件（*.syn）； B监控文件夹中新生成的*.syn文件，新*.syn文件生成时，程序B就会去读相应的*.txt文件，读完后，删除相应的同步文件；并继续监控文件夹中有无新*.syn文件生成。文件通信协议的确定，避免了对同一txt文件读写操作的冲突，保证了程序的实时性。
2.3.2 温度数据的存储
对监测温度数据进行合理的存储，保证项目后期研究的扩展性和数据分析。在系统中，分布式光纤测温仪器的分辨率为每0.2 m一个监测点，考虑一条10 km的海缆，若每60 s产生一个txt文件，该设备运行24 h所产生的文件大小约为1 G，存储空间浪费的同时其存储形式也不利于后期对历史数据进行分析。为解决上述问题只需针对监测点的温度进行存储和压缩。方法为：将一个txt的温度数据压缩成数据库中的一条记录，首先将txt中的每个监测点的温度数据单独提取存到一个动态数组中；然后利用字符串拼接技术将所有温度数据拼接后存入数据库相应的表中。在对历史数据进行查询时只需提供温度采集的时间，然后再对温度信息的长字符串分割，还原成一个数组，得到各个监测点的具体温度。这样处理后节约了资源空间，提高了历史数据的查询效率。历史数据表tb_history如图2所示。
图2 历史数据表tb_history
3 结 论
本文通过分析海底电缆监测中数据的特点，介绍符合数据管理的GIS技术，采取基于GIS平台上设计开发管理系统，并采用ArcSDE技术和SQL Server 2005进行数据管理；采用Visual C#作为前台开发语言，开发的桌面应用系统实现了海缆温度数据的更新、存储和分析。
参考文献
[1] 蒋奇，徐于超，康彦森，等.基于分布式布里渊光纤散射传感的海底动力电缆监测技术研究[J].检测与仪表，2009，36（4）：41?43.
[2] 彭超，赵健康，苗付贵，等.分布式光纤测温技术在线监测电缆温度[J].高电压技术，2006，32（8）：43?45.
[3] 王重阳，张韶华.ArcSDE在数据连库接加载中的应用[J].北京测绘，2009（2）：54?56.
[4] 邱洪钢，张青莲，陆绍强.ArcGIS Engine开发从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社，2010.
温度监测系统范文5
【关键词】测温系统；nRF24L01；STC89C52
Design of Wireless Temperature Monitoring System Based on nRF24L01
JIANG Xin-rui WANG Ze-lu WANG Jia-wei LI Zhi-wei CHENG Xiao-han
（School of Mechanical Electronic and Information Engineering of CUMTB， Beijing100083， China）
【Abstract】A wireless temperature monitoring system based on nRF24L01 is designed. The system uses PT100 of the substations to collect the temperature. After data processing， the temperature data is transmitted to the master station through the wireless chip to realize temperature monitoring. This system has the advantages of multi-node， wide range temperature measurement， high reliability， good safety and easy installation， which has certain significance to temperature measurement.
【Key words】Temperature monitoring； NRF24L01； STC89C52
0 引言
温度，作为日常生活和工业控制中的一种重要参数，其测量尤为重要。在一些特殊测温场合中，存在测点距离远、布线困难、电磁干扰等问题。本文设计了一种以短距离无线通信系统为核心的温度监测系统，具有温度监测范围大、可靠性高、安全性好、安装灵活等特点，可用于煤矿井下。
1 系统整体结构
测温系统的整体结构如图1所示。
温度监测系统由四个分站和一个主站组成。分站进行采集温度、实时显示并上传主站；主站进行实时显示分站上传的温度数据、设置报警上下限并进行超限报警。系统工作原理是：温度传感器将被测液体温度变化转化为电阻的变化，经过桥式电路转换为电压变化，输入放大器放大，通过模数转换后输入单片机。液晶屏对温度进行实时动态显示。分站和主站通信采用无线芯片nRF24L01，主站显示报警上下限和四路分站上传的温度数据，通过按键修改上下限，当任一路或几路温度超限，相应的蜂鸣器响并且LED灯亮进行报警。
2 硬件电路设计
2.1 无线通信模块
nRF24L01是一款工作在2.4～2.5GHz世界通用ISM频段的单片无线收发器芯片[1]。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块[2]，并融合了增强型Shock Burst技术――接收方接收到数据后自动发射应答信号，发送方若收不到应答信号则通过重新发送将丢失的数据恢复，使得系统整体性能和效率提高[3]。并且芯片的SPI接口可用单片机I/O口进行模拟，内部FIFO适合各种速度CPU接口，便于使用低成本51单片机，输出功率和通信频道可通过SPI接口进行配置。
图1 系统结构
该模块硬件电路设计如图2所示，以主站为例，分别将芯片8个引脚与电源、地和单片机的P1.2～P1.7引脚相连即可实现通信的控制。由于芯片供电电压范围为1.9～3.6V，而单片机供电电压为5V，为了让芯片正常工作需进行电平转换[4]。选用电压转换芯片LM1117-3.3将5V转换为3.3V。CE选择RX、TX模式；IRQ低电平使能可屏蔽中断；CSN低电平使能SPI片选信号；MOSI和MISO分别为SPI数据输入和输出脚；SCK为SPI时钟。编程时，通过对这6个引脚配置和赋值，进行发射和接收数据。
2.2 分站设计
温度采集模块硬件电路设计如图3，温度传感器采用铂热电阻PT100，被测对象温度变化在0至100摄氏度，在此温度区间内最大线性偏差不超过0.5摄氏度，电阻随温度变化关系近似看作线性，且采用三线制接法消除导线引起的电阻误差。系统采用桥式电路将变化的电阻信号转换为电压信号，为了避免电压波动导致运放输出信号变化，给电桥正电源接TL431稳压芯片，使测温结果更准确，减小波动。在桥式电路中，R1=R2=2KΩ，设定可变电阻器VR2=100Ω为零点（PT100在0摄氏度时阻值为100Ω），实验时可通过改变VR2阻值校准零点。放大电路选用LM358芯片，内部包含两个独立、高增益、内部频率补偿双运算放大器，选择差分输入方式，R3=R4=1KΩ，R5=R6=50KΩ，放大倍数为50倍。AD转换芯片选用TLC1543，具有高速、高分辨率（10位）、性价比高等特点。AD控制脚及数据端口与单片机I/O口连接如图。分站只需一个输入端口，所以使用port口A8与LM358的输出口连接，通过内部的10位比较器进行AD转换。如有多通道输入，可对ADDRESS进行编程来选择。
REF与REF为基准电压，为了方便，接入了与单片机供电电压相同的5V单电源。这就使得输出电压范围较小，所以增加电阻R7进行限流，防止超出量程。
图3 温度采集模块电路
2.3 主站设计
2.3.1 液晶模块
选用LCD12864带字库型液晶屏，分辨率为128×64，内置8192个16×16点汉字和128个16×8点ASCII字符集，低电压、低功耗、显示程序简洁、电路简单，引脚3接10K电位计用于调节液晶背光亮度；系统采用并行显示，将PSB始终置高；液晶无需复位所以将RST悬空；8个数据端口接在单片机的P2口上；RS接P3.7口，高电平选择数据，低电平选择命令；R/W接P3.6口，读、写选择端；EN接P3.5口，高电平使能，液晶工作。
2.3.2 键盘模块
由于系统需要按键数量少，所以选用电路简单、编程简洁的独立键盘形式。将5个按键分别接在P0.0～P0.4口，需注意P0口需接1K上拉电阻。
2.3.3 声光报警模块
主站安装4路声光报警模块，分别接P1.0、P1.1、P3.3、P3.4口。三极管型号为S8050NPN型，所以当给相应I/O口置1时，三极管导通，蜂鸣器报警同时发光二极管点亮，实现声光报警。
3 软件设计
3.1 主函数设计
分站将PT100温度传感器采集到的温度数值经过公式转换成单片机可识别数据输入单片机并显示，同时将此数据放入发送缓冲区并发送。通过检测应答信号函数CheckACK（）返回值来判断是否发送完毕：若为0则发送完毕，进入下一次发送；若为1，则等待直到数据发完。主站进行初始化后，若无键按下，则设置nRF24L01为接收模式并在主界面显示各分站实时温度以及预设的报警上、下限，并且任一路温度大于上限温度或小于下限温度时，对相应的蜂鸣器响、LED灯亮；若确定键按下，则进入修改报警上下限界面，通过+、-、确定、退出和复位5个按键对温度界限进行修改。系统通过不断查询按键是否按下进行4路温度数据的接收、显示以及对上、下限的更改。
3.2 无线模块软件设计
无线模块工作在增强型Shock Burst模式，没有复杂的通信协议[5]，4个分站设置不同的发送地址，发送数据时，通过SPI接口向nRF24L01芯片写入主站接收节点地址和有效数据，将通道0地址设置与主站接收节点地址相同以便接收应答信号，拉高CE启动发射。若通道0接收到应答信号则认为此次通信成功，系统清除标志寄存器准备下一次发射。主站设置4路不同地址的数据通道，拉高CE启动接收。当检测到空中数据后，对4个发送端进行识别和接收并发射给相应的分站应答信号。发射和接收软件流程图如图4（a）和（b）所示。
（a）无线发射流程图 （b）无线接收流程图
图4 无线通信流程图
4 系统测试
硬件、软件设计完成后，在无障碍物的室内进行系统测试。为了方便，实验对两路分站分别在1m、5m、10m处进行10次测试取平均值，测试结果如表1所示。测试结果显示，1m处两分站测量误差分别为±0.1℃、0.0℃，2m处测量误差分别为±0.2℃、±0.1℃，5m处测量误差分别为±0.2℃、±0.2℃，10m处测量误差分别为±0.3℃、±0.2℃，测量误差较小，满足温度缓慢变化的测量环境。
表1 测试结果
5 结论
本系统完成了分站多点温度的测量、分站与主站无线通信以及显示、超限报警等功能。经实验测试，系统能实现高精度、宽范围、可靠、方便的测温，并且可对系统功能进行扩展，如掉电存储、PC上位机监控等，使系统更完善。
【参考文献】
[1]吕涛，周燕媚，郑启亮，等.基于2.4G的检测数据无线传输模块设计[J].仪器仪表学报，2006（S3） ：298-299，316.
[2]nRF240x Configuration User Guide. Nordic VLS I document[M].Nordic Cooperation.
[3]nRF240x Shock BurstTM technology [ EB/OL]. Nordic VLSI ASA.
温度监测系统范文6
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.
