题目：基于AT89C51单片机的温度监测系统

摘要：针对在线实时电力电缆接头的温度监测问题，本文设计了一种基于AT89C51单片机的检测和报警系统。该系统的硬件电路由采集器、上位机和PC组成，通过采集、存储、转换和传输的关键课程，对电缆接口的温度数据进行实时显示和报警，实现了电缆接口的检测和报警，并有效地避免了火灾发生。

1.引言

在电力传输的实际过程，在每一个100米左右的长距离电缆线路采用电缆接口^[1]。电缆火灾造成的内部和外部故障很容易发生在众多的电力电缆接口约占总数的50%以上的电力电缆事故。事实上，电力电缆接口故障的发展是一个渐进的过程。为了避免电力危害的发生，一种实时监测电力电缆接口的温度的方法，目的是准确、全面地了解各接口的工作情况，确定服务方案，保证电力传输的安全。

这个电缆连接器的温度监测报警系统是用AT89C51单片机作为其核心监测计划。整个系统的三歌主要组成部分分别是：温度参数的采集与转化，温度数据传输，数据中心显示和处理。

2.系统设计

该系统由上位机、主机控制机、温度采集机组成^[2]。从结构上看，整个系统可以分为三层：一个由单片机系统构成的用于用户监测的上位机，一个由单片机AT89C51组成的控制级的主控机，一个测量级的采集器。上位机通过GPRS和控制主机进行数据交换。该系统是主从式结构，由一台个人电脑和几个采集器组成。他们可以通过RS-485通信网络进行远距离数据传输。系统的结构如图1所示。

图1.系统结构图

在该系统中，上位机定时向主机发送控制命令，读取温度数据。收到这些命令后，主机会将在采集器中读取的上述的的数据发送回去并保存在SRAM。在完成传输后，主机控制机也会对每个收集器发出读取温度的命令。一旦采集器接收到指令，保存在收集器的SRAM数据将会发送回控制主机，控制主机将接收数据并更新相关位置的原始数据。在这个通信间隙中，采集器不断地读着最新的温度值来准备主机的实时读取指令。数据的所有命令和传输都制定了严格的通信协议，并采用了不同的校验方式，大大提高了传输过程中的可靠性。

2.1温度采集器

采集器主要由六个部分组成包括单片机AT89C51，温度测量接口的选择电路、通信电路、登记和预订的DS18B20传感器电路、存储器的电路和温度传感器^{[ 3 ]}。收集器的结构图如图2所示。

图2.采集器结构图

通过温度测量接口的选择电路，单片机可以控制温度传感器DS18B20采集温度。首先保存在外部存储器SRAM的温度数据将在任何被要求的时候发送回控制主机。

温度传感器采用DS18B20数字温度采集器。DS18B20可以提供9-12个等级的温度值并具有不需要无波动性的用户可编程界温度报警功能。信息可以通过单总线连接从DS18B20送出或送入，因此只需连接一个线路就可以满足需求。在编写和读取和完成的温度变化过程中的电源，可以自己提供数据线，而不需要外部电源。因为每一个DS18B20具有唯一的序列号，单总线上可能存在许多DS18B20。在设计的过程中，每一个电缆平行的几十个温度采样点，构成一个串行线的工作方式。本微控制器发出的温度信号是数字信号，它简化了模数转换，提高了测量效率和测量精度。

温度测量通道选择电路采用双向模拟开关CD4051的CMOS组件作为多通道集切开关。CD4051共8个组，其中一个负责控制单总线，而3-8译码器通过单片机的地址线协调负责选择CD4051渠道。在设计中，每个采集器使用2片CD4051可以控制16组单总线。此外，每一个采集器具有通道扩展插座，可扩展通道至64组，完全满足实际需要。

同时在采集器中有一张32K非易失性的SRAM dcm0256也扩展为用于存储DS18B20的64位串行码并采集多点温度数据的数据存储器。该存储器有快速存取的特点，在电源故障的情况下不会丢失它的数据，实现系统的实际需求。

通信模块是实现多台机器间远程传输和通信的关键。因为所需的电缆接头温度测量数据传输距离一般超过几公里，通信模块通常采用RS-485通信接口，它在利用平衡传输和差分接收后，具有抑制干扰的能力。此外，该接收器具有高灵敏度，可检测的最低电压为200mV，因此传输的信号可以在数公里之外得到复原。

2.2主机控制机

图3为主机控制设备的结构图，主要包括通信电路、存储器电路和显示电路。

图3.主控制器图

主机控制机的主要任务是读取和保存采集器的温度数据，然后将它们发送到上位机，以方便分析、演示和用户查询。因此，主机控制机实际上是一个具有记忆和通讯功能的处理器。由于上位机控制机可以将数据与集控机和上位机进行交换，可采用通信选择电路来改变主机控制机的串行工作。

控制主机和采集器之间的数据传输选用RS-485的通信方法。一个控制主机最多可连接256个采集器，因此，RS-485总线的应用能够实现一个由许多连接器构成的分布式系统。

主控机与上位PC机通过GPRS（通用分组无线业务）进行通信。数据一直以很高的速度在网上传输，GPRS通信，一个高新技术的系统集成技术的现代无线通信和信号的采集以及计算机网络，价格低廉，效率高，应用领域广泛。更重要的是，它可以为用户提供高效、经济、安全和实时监控的方法。当基于GPRS通信网络的IP数据包进行数据传输时，控制主机通过RS-485总线连接到也与GSM基站对应的GPRS调制解调器。但不同于电路交换或数据通话，GPRS数据组传递给基站中的SGSN节点，，在语音网络中没有连接，SGSN和网关支持节点GGSN通过移动业务交换中心MSC进行通信。在GGSN和上位PC机之间，互联网可以直接用来完成传输。

2.3上位机管理系统

本系统的管理软件的开发在Windows XP的VB语言环境下完成。由于其丰富的图形界面，很好的控制部件的集成度，开发周期短，效率高，VB语言非常适合本系统软件的开发。系统软件的功能结构图如图4所示。

图4.系统软件结构

在数据传输过程中，采用异步串行通信技术，与硬件相协调，可以实现控制命令传输和上位机与主控制机之间的数据传输。系统的在线监测功能可配置离线配置，具有良好的人机界面。在在线观测系统中，设计了电缆隧道状态和温度分布图直接显示每个收集器的位置和当前温度值，在正常情况下，接头的颜色是绿色的。当一个集热器的温度超过设定值时，颜色会变红，当温度值接近设定值时，它会变黄，这可以被称为超过温度的警告。从这一点，可以提供电力电缆运动的实际场景的图形动态描述。如图5所示。

图5.图电缆隧道状态及温度测量分布

在线观测系统还可以显示或打印温度数据，如图6所示。

图6.温度测量报告

从所有电缆接头的具体温度数据来看，每根电缆接头的表面温度和三相温度值在对应的时间可通过输入日期和时间的输入检查出来。此外，每个电缆接头的温度值和温度的趋势，可以通过其温度曲线清楚地观察到，如图7所示。

图7.温度曲线

因为曲线图可以分别使用年线、月线、日期线和时间线来绘制任意连接线的曲线，这张图不仅可以实时监测接头的温度，而且还可以分析接头的温度趋势。这种效果是很好的。

在线观测系统可以对系统的运行状态进行实时监测，包括各采集器和网络等的运行状态。在异常情况下，可以及时发现并及时采取措施进行维护或维修。此外，监测参数可以随时在线修改，如温度的上限设定值，巡回检查的周期等。根据电缆的工作条件的温度变化，该系统不能只设置电缆接头的警告温度和警告温度的变化梯度的自动显示，也可以自动跟踪环境温度。在服务平台的帮助下，管理员还提供了在线监控系统的运行状态、故障报警、图片切换、打印形式、分析历史数据、存储数据、在线修改参数等更多功能。

3. 结束语

本文的创新主要体现在以下方面。该系统以计算机与单片机的串行通信理论为基础，利用计算机强大的数据处理能力，串行通信技术和GPRS通信，微控制器的数据采集和数据监控功能，设计能承受低温和抗强电场的总线系统，适和应用在电缆接头表面和环境温度的远程监控上。通过对电缆接头进行实时监测，对电缆过热故障的特点的分析，对它的环境温度的分析和预测，可以有效防止由于过热故障和减少电力连接器的绝缘环境造成的火灾。硬件设计上都采取了传统的单片机AT89C51，RS-458总线的，和目前流行的GPRS数据传输模块，廉价并且可靠地完成系统的温度检测和温度数据传输。此外，在上位PC机和主控机之间的通信程序以及对电缆接头温度在线观测系统设计中VB的使用，创造了友好的人机界面，使操作简便。在设计过程中进行了无数次的测试和实验。结果表明，该系统具更为合理，技术相当先进，对通信数据的传输和处理是准确的。它得到了用户的好评是因为它能及时提供故障的位置和检修的指令，并能有效地避免严重的事故，基本实现了预期的发生。该系统可应用于企业，如电力、冶金、煤矿、港口来实现在线监测电力连接器的温度。此外，只是稍加改造，可用来监视和控制储粮系统、档案室、图书馆、大型的蔬菜大棚的温度。

在太阳能吸收式制冷机的数据采集系统中LabVIEW的应用

为了提高太阳能吸收式制冷机的性能系数，并对系统性能进行分析，在系统中采集系统的运行参数是必要的。本文提出了结合虚拟仪器和太阳能吸收式制冷机的技术特点，使用NI公司的LabVIEW，建立一个有效的数据采集（DAQ）系统。这套系统可以实现对温度的实时数据采集、水流量和压力以及数据的传输、处理、显示，并为用户提供历史数据查询。它节省了大量的人力和物力，使测量更加方便快捷。

1.简介

在过去的几十年中，在制冷系统中使用的电力增加了。虽然传统的蒸汽压缩驱动的传统的制冷循环违背着可持续发展观正常地贡献着。因为有2个主要问题：全球日益增长的能源消耗有限和使用的制冷剂造成严重的环境问题。在过去的几十年里，人们将越来越大的兴趣集中在可以提供减少能源消耗，峰值电力需求和能源成本，而不降低舒适条件的期望水平的技术发展上面。由于太阳能制冷技术具有消除传统制冷机的有害影响的优势，太阳能制冷技术的发展成为全球关注的焦点。太阳能吸收式制冷机是最具吸引力的h2o-nh3中的一种，其低廉的成本和优异的性能使它用于太阳能制冷循环的有利候选人。针对这些原因，本文认为，该类锂水系统更适用于大多数太阳能吸收式制冷系统，并建立了一套自制的太阳能-溴化水吸收式制冷机。在太阳能吸收式制冷装置的研究、开发和生产过程中，需要大量的试验和检测，传统的仪器使用方法很难，长周期，成本高。LabVIEW图形化开发环境本身是一个用于创建灵活的和可扩展的测试、测量和控制应用，迅速以最小的成本。利用虚拟仪器技术，可以充分利用计算机资源，包括仪器硬件。它不仅可以提高测试效率和精度，而且还促进了制冷设备的发展过程。本文将讨论基于LabVIEW 8.2的太阳能吸收式制冷机的数据采集（DAQ）系统。

2.方法

2.1 NI LabVIEW技术

在过去的几年中，使用计算机进行数据采集，数据分析和仪器仪表控制在暖通空调系统迅速增加。LabVIEW是一个强大和灵活的图形化编程环境，开发主要是为了方便的仪器控制和数据采集与分析。创建与LabVIEW应用程序称为虚拟仪器（VI）。源代码是用图形化编程语言创建的，在窗口中称为“块”图。在另一个窗口中执行的输入和输出接口与第六窗口称为前面板。图形化的图标为基础的源代码和接口创建了非常友好的应用程序，并消除了长字符的打字[ 3 ]。LabVIEW实现了一个数据范式，其中的代码不是写，而是画或类似于流程图的图形表示。LabVIEW中有几个关键的特点，使其在自动化环境中的一个很好的选择。其中包括简单的网络通信，交钥匙执行共同的通信协议（RS232，GPIB，等），用于过程控制和数据拟合的强大工具，快速和简单的用户界面结构和高效的代码执行环境。

2.2太阳能吸收式制冷系统的描述

在这一部分中，本文先对太阳能吸收式制冷机利用进行描述，然后对基于LabVIEW 8.2的数据采集系统收集的实验数据进行了描述。最后，显示和解释用实验的方法进行收集的实验数据。太阳能辅助制冷机由一系列相互连接的部件组成。制冷装置的组成部分，一个单一的效果的的锂-溴吸收式制冷机，一个平板太阳能集热器，这是模拟由电加热器提供不同的发电温度和冷却塔。图1显示了用于本研究的太阳能吸收式制冷机的原理图。太阳能通过收集器获得，并提供给发电机煮沸溴化铵 水的水溶液。水蒸气在冷凝器中冷却，然后再传给蒸发器，在低压下蒸发，从而为所需的空间提供冷却。同时，通过热交换器将发电机留给吸收器的强大方案通过了，达到了以预热的弱解进入发电机的目的。在吸收器中，强的溶液吸收了水蒸气离开蒸发器。冷却塔中的冷却水除去通过搅拌和冷凝产生的热量。

图1.太阳能吸收式制冷机的原理图

2.3数据采集系统

在太阳能吸收式制冷装置的研究和开发过程中，为了提高太阳能吸收式制冷机的性能系数，需要进行大量的实验研究。有很多影响吸收系统整体性能的参数应该被收集。对LabVIEW的上述优点，建立了基于LabVIEW 8.2系统的数据采集系统（DAQ）。为获取实验数据的目的的数据采集系统的组成如下。这个设置包括硬件和软件组件，因为实验的主要操作是从一台计算机上运行的。太阳能吸收式制冷机的硬件配置的主要由Agilent 34970数据采集开关单元、个人计算机和各种传感器组成。图2显示为本研究设置的数据采集系统示意图。

图2.数据采集系统的原理图

安捷伦34970A为开发和生产测试系统结合了精密测量能力与和灵活的信号连接。三个模块插槽被内置到该仪器的后方，接受任何组合的数据采集或开关模块。两块34901A 20通道多路复用器模块固定在电枢的安捷伦34970数据采集开关单元。结合数据记录和数据采集功能，使该仪器的测试要求一个灵活的解决方案。不同参数的热电偶、RTD、热敏电阻、直流电压、交流电压、电阻、直流电流

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