遠(yuǎn)程溫濕度實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)

1、緒論

1.1、背景

　　測試技術(shù)是測量和試驗(yàn)(實(shí)驗(yàn))技術(shù)的簡稱，在長期的科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展中，測試技術(shù)已趨于完善和成熟。一般物理“量”、化學(xué)“量”均有相適應(yīng)的測試手段。然而，傳統(tǒng)的測試手段大多只適用于各種量的靜態(tài)測量(被測量不隨時間而變化或變化的頻率不高)。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，新技術(shù)革命把人類社會從工業(yè)化社會推進(jìn)到信息化社會。這就要求人們對時間而變化的各種參量，甚至是變化頻率很高的動態(tài)量進(jìn)行實(shí)時測量。當(dāng)前電子技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)以及計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，各種動態(tài)量的測試技術(shù)也得到迅速發(fā)展。它的高精確度、高靈敏度、高響應(yīng)速度，以及耗能少、機(jī)構(gòu)小、可以連續(xù)測量、自動控制等特點(diǎn)使得測試技術(shù)發(fā)展到一個全新的水平?！艾F(xiàn)代測控技術(shù)”就是這一全新的綜合技術(shù)的總稱。

　　一個完整的測控過程一般應(yīng)包括：

　　信息的采集——用傳感器來完成：

　　信息的變換和傳輸——用中間變換裝置來完成：

　　信息的處理和分析——用信息處理設(shè)備或計算機(jī)軟件來處理：

　　信息的顯示和記錄——用信息顯示記錄裝箴或計算機(jī)外圍設(shè)備來完成;

　　信息的調(diào)節(jié)和控制——通過調(diào)節(jié)、控制和執(zhí)行裝置來實(shí)現(xiàn)。

　　現(xiàn)代測控技術(shù)實(shí)質(zhì)上在測控過程的每一個環(huán)節(jié)都可能而且應(yīng)該采剛各種現(xiàn)代化的新技術(shù)。尤其計算機(jī)技術(shù)與測試技術(shù)結(jié)合以后，測控過程各環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)、功能、性能等都能出現(xiàn)革命性的變化。

2、系統(tǒng)簡介

        2.1、系統(tǒng)的組成

        溫濕度實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)主要由溫濕度采集器，溫濕度監(jiān)測平臺，控制器(箱)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)，遠(yuǎn)程測控終端RTU和控制中心軟件等部分組成，系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)，模塊化設(shè)計，各部分既可獨(dú)立工作，又可聯(lián)網(wǎng)工作，組建方便，并具有良好的擴(kuò)充性。智能型溫、濕度采集器采用國際上先進(jìn)的溫敏和濕敏元件，傳遞溫濕度參數(shù);溫、濕度’鍘控平臺內(nèi)置微處理器，智能化設(shè)計，可獨(dú)立工作又可方便組網(wǎng)，還可監(jiān)測并管理各個溫濕度控器的工作，指令各相應(yīng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫、濕度檢測和控制，同時，控制平臺的通訊功能使其可作為下位機(jī)接受上位機(jī)和計算機(jī)的管理和控制，通過電力載波或電話線(無線)等通訊手段可接入總體測控系統(tǒng)中心網(wǎng)絡(luò)。

        2.1.1、系統(tǒng)組成圖

        2.1.2、系統(tǒng)各部分說明

　　1)溫濕度采集器(信號采集)

　　用于測量環(huán)境溫濕度，采用溫敏電阻和高分子濕敏電容高精度測溫測濕，智能化設(shè)計，自動校準(zhǔn)溫濕度基準(zhǔn)。

　　2)控制器

　　接受溫濕度測控平臺指令，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)起停;

　　3)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

　　指用于實(shí)現(xiàn)加熱、制冷、加濕、除濕等功用的設(shè)備，如加熱器、制冷機(jī)、加濕機(jī)、濕機(jī)等;

　　4)監(jiān)測平臺

　　是溫濕度實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分，是聯(lián)系溫、濕度測控及信號采集器和計算機(jī)管理控制中心(上位機(jī))的樞紐。一方面?zhèn)魉蛨缶O(shè)定參數(shù)給測量頭，并獲取各點(diǎn)的溫濕度值和開關(guān)變量：另一方面將溫濕度值、狀態(tài)和開關(guān)變量上傳給計算機(jī)管理控制中心。巡檢測控儀提供晶顯示器顯示時間、通道號、溫度、濕度以及抽風(fēng)除濕等狀態(tài)。測控平臺由硬件提供實(shí)時時間，時鐘電路內(nèi)含后備電池，具有掉電保護(hù)功能。系統(tǒng)時間不僅提供顯示，還用于打印，使各點(diǎn)數(shù)據(jù)方便查詢。通道號的數(shù)目取決于，測控平臺能最多支持多少個測量頭。溫度顯示取決于測試范圍，濕度三位數(shù)碼顯示，范圍是1RH%——99RH%，分辨率為0.5RH%。系統(tǒng)狀態(tài)有通風(fēng)、強(qiáng)制通風(fēng)、抽濕、強(qiáng)制抽濕、故障、鎖定、查詢?？蛇B續(xù)設(shè)定溫濕度控制值，根據(jù)設(shè)定指令自動監(jiān)控溫濕度測控器的工作，控制整個系統(tǒng)的運(yùn)行，同時可通過通訊模塊與計算機(jī)管理控制中心(上位機(jī))通訊聯(lián)網(wǎng)，接受計算機(jī)管理控制中心(上位機(jī))的工作指令。(可選帶漢字打印機(jī))。

　　5)通訊(鏈路)模塊

　　連接計算機(jī)管理控制中心(上位機(jī))與測控平臺，使監(jiān)測平臺納入整體計算的控制管理中心體系。

　　6)計算機(jī)管理控制中心

　　1、可對多個監(jiān)測平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時顯示、檢測：當(dāng)點(diǎn)擊選定的測控平臺時，計算機(jī)將實(shí)時并以表格形式和曲線形式顯示、檢測該平臺‘F的每個溫、濕度采集器的溫度、相對濕度、絕對濕度、自動抽風(fēng)除濕狀態(tài)、強(qiáng)制抽風(fēng)除濕狀態(tài)以及自動控制設(shè)定值等。對于超標(biāo)的值給予特殊顏色的顯示。

　　2、可對各個測控平臺的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲分析，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。汁算機(jī)管理控制中心對各個測控平臺的每一個溫、濕度測控及信號采集器每天的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。每次啟動軟件，該軟件便會自動的從測控系統(tǒng)中讀出歷史數(shù)據(jù)并計算。

        2.2、系統(tǒng)的特性

　　1)系統(tǒng)采用總線結(jié)構(gòu)，積木式組建，一個監(jiān)測區(qū)的多個濕度測控器用一根電纜連接即可，設(shè)置多少個測試點(diǎn)(溫濕度測控器)，即可加多少個控制點(diǎn);

　　2)監(jiān)測平臺采用液晶顯示，可讀取備溫濕度測控器測出的濕度數(shù)，控制狀態(tài)一E下限設(shè)定值等;

　　3)平臺顯示當(dāng)前時間年月日

　　4)系統(tǒng)具有掉電記憶功能

　　5)測控平臺冒通過RS232、485總線或電力載波等通訊模塊通訊;

　　6)系統(tǒng)其通過流過熱保護(hù)裝置，并帶有抗雷擊保護(hù)模塊(以免引起火災(zāi));

　　7)系統(tǒng)模塊化設(shè)計，維護(hù)簡便，擴(kuò)容性強(qiáng)，組網(wǎng)方便;

　　8)系統(tǒng)可接入控制中心計算機(jī)網(wǎng)，可在計算機(jī)上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測控。

        2.3、遠(yuǎn)程測控終端特點(diǎn)

　　遠(yuǎn)程測控終端提供設(shè)備狀態(tài)指示燈，方便設(shè)備維護(hù);寬電壓供電范圍：7V-30V;帶RS232、RS485(232也轉(zhuǎn)為485的情況下，可以有兩路485);內(nèi)置大容量SPI-flash(容量可選1Mbit-64Mbit)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的長時間本機(jī)保存(需定制);6路AD仿真量輸入(12位)，輸入電壓為0-30V，也可以測量4-20mA工業(yè)電流信號;6路繼電器輸出控制、4路光耦輸入輸出控制(輸入和輸出的位數(shù)自選);內(nèi)置RTC，掉電可自動計時，定時定點(diǎn)喚醒，需定制;高效的電源管理設(shè)計，在對功耗要求嚴(yán)格的場合，實(shí)現(xiàn)低功耗節(jié)能，延長工作時間，需定制;傳輸支持多種協(xié)議，我公司自定協(xié)議和Modbus協(xié)議(ASCII、RTU、Modbus TCP)完美支持;Modbus從機(jī)工作模式：標(biāo)準(zhǔn)從機(jī)、從機(jī)主動回傳; 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸支持GPRS、以太網(wǎng)等;數(shù)據(jù)傳輸采用GSM模塊可實(shí)現(xiàn)功能：

　　GPRS斷線自動重連;根據(jù)需要最多可同時連接6個中心服務(wù)器;支持固定IP、域名解析和APN專網(wǎng)的尋址方式;

　　支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等協(xié)議;

　　支持的節(jié)點(diǎn)數(shù)，只要服務(wù)器資源允許，理論上為無數(shù)個;

　　減少布線的成本和施工的麻煩;

　　支持短信數(shù)據(jù)傳輸、短信參數(shù)配置功能;

　　支持電話和短信喚醒功能;

　　數(shù)據(jù)傳輸采用以太網(wǎng)模塊可實(shí)現(xiàn)功能：

　　支持10Mbps/100Mbps兩種方式接入Internet，數(shù)據(jù)傳輸速度加快，適合大數(shù)據(jù)量傳輸;

　　支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等協(xié)議;

　　支持的節(jié)點(diǎn)數(shù)，只要服務(wù)器資源允許，理論上為無數(shù)個;

　　根據(jù)服務(wù)器的需要，協(xié)議可以支持更加豐富;

　　支持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)喚醒功能;

　　支持專用軟件進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程參數(shù)配置及維護(hù);

　　支持本地和遠(yuǎn)程固件升級;

3、以太網(wǎng)通訊方式

　　以太網(wǎng)是目前應(yīng)用最為廣泛的局域網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，它采用基帶傳輸，通過雙絞線和傳輸設(shè)備，實(shí)現(xiàn)10m/100m/1000m的網(wǎng)絡(luò)傳輸。由于應(yīng)用廣泛，各大網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生產(chǎn)商均投入極大精力用于這類技術(shù)產(chǎn)品的研究和開發(fā)，技術(shù)不斷創(chuàng)新。從最初的同軸電纜上的共享10m傳輸技術(shù)，發(fā)展到現(xiàn)在的在雙絞線和光纖上的100m甚至1000m的傳輸技術(shù)、交換技術(shù)等?？梢钥隙?，以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)還將以更高的速度不斷發(fā)展和提高。目前，基本上所有的局域網(wǎng)絡(luò)均采用以太網(wǎng)，在大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的各個子網(wǎng)也多數(shù)構(gòu)成以太網(wǎng)，從應(yīng)用來看，辦公室自動化、證券、校園網(wǎng)、控制系統(tǒng)等各類應(yīng)用均以以太網(wǎng)為主要的通訊傳輸方式，應(yīng)用非常廣泛，可以預(yù)見，將來的局域網(wǎng)仍將以以太網(wǎng)為主流技術(shù)。隨著廣泛的應(yīng)用和深入的研究，以太網(wǎng)技術(shù)已完全成熟，采用這種技術(shù)已不存在技術(shù)風(fēng)險和不穩(wěn)定因素。

　　同樣是由于應(yīng)用廣泛，市場銷售量大，產(chǎn)品生產(chǎn)廠家多，競爭激烈，使得以太網(wǎng)產(chǎn)品價格較低，己形成很成熟的市場，應(yīng)用單位在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時的投入已被限制在較低的水平。從工程實(shí)施的角度來說，目前已被廣泛采用的綜合布線系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施提供了一整套規(guī)范的操作規(guī)程。按規(guī)范操作，系統(tǒng)的性能將得到完全保證，而系統(tǒng)的工程造價也是較為低廉的。應(yīng)用在智能小區(qū)方面，網(wǎng)絡(luò)及施工總計每戶增加投入約600元～800元?？偠灾?，以太網(wǎng)是目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中先進(jìn)成熟，實(shí)時性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛，性能穩(wěn)定，價格低廉的通訊技術(shù)。

系統(tǒng)的軟件設(shè)計及控制流程

        整個系統(tǒng)采用了能實(shí)現(xiàn)對多點(diǎn)監(jiān)控管理的分布式系統(tǒng)的組成方式和主、從機(jī)的體系結(jié)構(gòu)。軟件系統(tǒng)由兩個相對獨(dú)立的上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件部分組成。

        3.1、上位機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計

        本系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控軟件模塊結(jié)構(gòu)圖如圖4—8所示。

　　上位機(jī)監(jiān)控軟件主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

　?、俅型ㄐ牛和瓿缮衔粰C(jī)的通信配置，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位楓之間通信。

　　②數(shù)據(jù)顯示：提供三維立體圖、曲線走勢圖和表格三種方式顯示。

　?、蹟?shù)據(jù)存儲：對實(shí)時數(shù)據(jù)(包括最夫值、最小值、平均值)按用戶要求存儲到數(shù)據(jù)庫的一張歷史數(shù)據(jù)表中;也可導(dǎo)出數(shù)據(jù)到文件，以文本方式保存到一個文本文件中。

　?、軘?shù)據(jù)查詢：允許用戶根據(jù)情況對實(shí)時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢或進(jìn)行走勢曲線分析。

　　⑤數(shù)據(jù)打?。焊鶕?jù)用戶要求，以表格方式打印實(shí)時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。

　?、蕻惓缶寒?dāng)實(shí)時溫濕度數(shù)據(jù)超越設(shè)定的上下限溫濕度數(shù)值時，報警鈴響。

　?、呦到y(tǒng)設(shè)置：為保證用戶在任何情況下，都能良好地運(yùn)行，允許用戶對系統(tǒng)的測量時間間隔、溫濕度上下限、存盤時間間隔、登錄用戶名、口令等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。上位機(jī)應(yīng)用軟件包括主程序、接收中斷子程穿、顯示子程序、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存子程序等4個主要模塊。

        3.2、下位機(jī)程序設(shè)計

        系統(tǒng)的下位機(jī)主控模塊通過監(jiān)控模塊，人際交互模塊和通信模塊來完成實(shí)時監(jiān)控與管理任務(wù)。并且所有工作又分解在報警處理、控制決策、信息顯示、命令處理、參數(shù)設(shè)置和信息輸出子模塊來運(yùn)行。圖4—10是下位機(jī)軟件模塊結(jié)構(gòu)圖。

        下位機(jī)應(yīng)用軟件包括主程序、數(shù)據(jù)采集子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、發(fā)送子程序和顯示子程序等5個主要模塊。主程序流程圖如圖4一11。

4、總結(jié)

        遠(yuǎn)程溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)解決了遠(yuǎn)距通訊關(guān)鍵技術(shù);對常用的傳感器進(jìn)行分析。歸納了四種測量結(jié)構(gòu)(點(diǎn)結(jié)構(gòu)、線結(jié)構(gòu)、二維平面結(jié)構(gòu)和三維立體結(jié)構(gòu))：溫濕度的控制采用了基于Smith一模糊的復(fù)合控制;比較了多種通訊方式，實(shí)現(xiàn)了雙重配置(串口通訊和闞卡接口);并最終提供了一整套軟硬件設(shè)計方案。在為工業(yè)及家庭提供有效、實(shí)用的溫濕度測控系統(tǒng)。這一方面是對當(dāng)前工業(yè)溫濕度測控技術(shù)的更新，另一方面也為人們的家庭生活更加舒適提供了條件。