無線溫溼度測控網絡系統的製作方法

2023-12-09 23:59:36 1

專利名稱：無線溫溼度測控網絡系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及溫室環境溫溼度的檢測和控制，具體涉及一種結合了傳 感器技術、無線通信技術、單片機以及微型計算機的無線溫溼度測控網絡系 統。主要應用於機械加工車間、溫室大棚等需要控制溫度和溼度的場所。
背景技術：
機械加工車間、溫室大棚等是現代工農業的典型，它的建設與發展受到 高度重視。但目前機械加工車間、溫室大棚等多靠人工經驗進行管理，或以 單片機構成的單測控系統進行管理，其自動化程度不高，效率較低。隨著我 國工農業向高效、高產發展，各種新的控制技術越來越廣泛的應用於工農業 生產中，其中分布式溫溼控制系統已成為當前的一個重要發展方向。
分布式溫室控制系統需要先進的環境指數採用裝置，目前此類系統多基 於各種工業總線和工控設備，工業總線和工控設備主要用於作物工業化生產 的大型溫室，不適合地點較為分散和對價格較敏感的日光溫室，而且工業總 線和工控設備均採用有線方式，這種有線通信方式在長距離通信時非常麻煩， 需要挖溝架線，成本投入較大，設計施工時電纜數量固定，導致通信容量固
定有限，後期擴容極不方便；而且有線通信的位置比較固定，必須依靠電纜 的布線實現通信連接，不能滿足移動通信的需求，對於有線通信的維護還需 沿線路檢查，當出現故障時， 一般很難及時找出故障點，處理故障的難度較 大，而且需要大量的人力進行定期維護工作，相應的成本投入太高。
實用新型內容
針對現有技術的上述不足，本實用新型的目的在於提供一種能夠實現快 速移動檢測、無障礙大容量通信、穩定性好、成本低、擴展性強的無線溫溼 度測控網絡系統。
本實用新型的技術方案是無線溫溼度測控網絡系統，包括上位機，上
位機為放置於主控室的PC機，上位機通過RS-232串口與中間機通信，中間 機由MCU單片機和無線收發模塊組成，中間機通過無線收發模塊與測控終端 實現無線通信，測控終端內設置有無線收發模塊、MCU單片機、溫度傳感器、 溼度傳感器、溫度控制器以及溼度控制器；溫度傳感器和溼度傳感器採集溫 度和溼度的實時信號並輸入MCU單片機，MCU單片機將處理後的數據通過 無線收發模塊發送至中間機的無線收發模塊，無線收發模塊將數據輸入MCU 單片機，MCU單片機將數據信號轉換後通過RS-232串口輸入上位機，上位 機對接收的數據進行處理並通過RS-232串口發出控制信號，控制信號經中間 機反饋回測控終端的MCU單片機，MCU單片機控制溫度控制器和溼度控制 器調節空氣的溫度和溼度。
進一步的技術特徵，所述測控終端內還設置有鍵盤、LCD液晶顯示器以 及聲光報警裝置。
所述溫度傳感器是採用熱電偶或熱敏電阻來檢測空氣溫度；所述溼度傳 感器是採用溼敏電阻或溼敏電容來檢測空氣溼度。
所述溫度控制器是採用空調、風扇和電爐來增加或降低空氣溫度；所述 溼度控制器是採用除溼機和加溼器來增加或降低空氣溼度。
相對於現有技術，本實用新型具有以下顯著優點
1、採用多級分布式結構，能夠實現快速移動檢測和無障礙大容量通信，在測控終端和中間機採用無線收發模塊實現無線通信，避免了模擬信號因長 距離傳輸引起的損耗，簡化了系統的布線，而且便於增加傳感器的個數和種 類，可以隨時架設，隨時改變使用環境，通信覆蓋範圍大，幾乎不受地理環 境限制，系統安裝、升級、擴容方便。
2、 穩定性能好、成本低，通過保障通信波段的穩定性即可達到保持系統 的穩定性，當出現故障時能快速找出原因，便於恢復線路正常運行，而且前 期投資成本低，系統設備投入使用快、工程周期短。
3、 擴展性強，在設計中用戶終端採用PC機作為上位機，其接入Intemet 方便，實現更廣域的通信，用戶終端通過控制軟體可以實現溫溼度數值及曲 線實時顯示，溫溼度上、下限報警及恆溫設定，並且配備歷史記錄查詢功能， 通過資料庫長時間保存溫溼度數據，以方便用戶調用查詢；在測控終端還可 以根據需要增加LCD液晶顯示器、溫溼度超限報警等裝置，系統功能可選擇 性強，性能擴展容易。


圖1為本實用新型無線溫溼度測控網絡系統的結構方框圖； 圖2為測控終端的結構方框圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步說明。 本實用新型的無線溫溼度測控網絡系統，如圖1所示，採用分布式三級 結構，由用戶終端、中間機及測控終端構成。用戶終端由上位機l構成，上 位機1為放置於主控室的PC機，上位機1通過RS-232串口與中間機2通信，2通過無線收發模 塊4與測控終端5實現無線通信，測控終端5內設置有無線收發模塊6、 MCU 單片機7、溫度傳感器8、溼度傳感器9、溫度控制器10以及溼度控制器11。 測控終端5主要安裝到各溫溼度採集點，現場對溫溼度進行採集和處理，並 通過無線收發模塊6將數據信號傳給中間機2。測控終端5可以隨用戶的需要 隨時移動位置，由於通常檢測面積較大，因此需求多個測控終端共同工作。
如圖2所示，測控終端5是以單片機為核心的控制部件，採用溫溼度測 量、無線通信、誤差修正等技術，以溫溼度傳感器作為測量元件，構成智能 溫溼度測量系統。該系統包括了溫度測量電路、溼度測量電路、無線收發通 信電路、A/D轉換及濾波電路，根據需要還可以擴展LCD液晶顯示電路、報 警電路等，通過安裝的LCD液晶顯示器能夠顯示溫溼度數值以及溫溼度超標 報警，還可以通過測控終端上的鍵盤對數據進行修正。
測控終端5及中間機2的單片機採用AT89C52晶片作為核心控制單元。 AT89C52晶片是一種低電壓、高性能的CMOS 8位單片機，內含8kbytes的 可反覆擦寫只讀程序存儲器(PEROM)和256 bytes的隨機存取數據存儲器 (RAM)，擁有32個I/0口線，3個16位定時/計數器， 一個6向量兩級中斷 結構， 一個全雙工串行通信口，以及振蕩器和時鐘電路。
測控終端5的傳感器採用DS18B20晶片的溫度傳感器和HS1101晶片的 溼度傳感器。DS18B20是美國Dallas公司推出的單線數字式溫度傳感器，工 作電壓3.0 5.5V，溫度測量範圍-55""C 125"C，在-10°。 +85°<:範圍內 測量時精度為士0.5。C， DS1犯20選用12位測量精度，傳感器完成一次溫度值 轉換的時間最多為750 ms，本系統通過DS18B20晶片將現場採集到的溫度數 據直接轉換成數字量輸入到單片機AT89C52。 HS1101溼度傳感器是HUMIREL公司生產的變容式相對溼度傳感器，工作電壓3.5 12V,該傳感 器具有檢測速度快、精度高、可靠性好、長期穩定和使用方便、體積小等特 點。HS1101傳感器在不同的相對溼度中的電容值不同，利用這個特點構成的 電路能夠產生頻率隨溼度變化的脈衝信號，可直接被單片機所採集。
測控終端5和中間機2均採用nRF401無線收發模塊。nRF401無線收發 模塊是一種超小型、超低功耗、高速率的無線數傳MODEM，價格低廉，應 用廣泛，編程簡單、工作穩定，而且所需的外圍元件少，產品開發成本低， 管腳少、封裝小，因而有利於減小PCB板的面積和降低成本。nRF401無線收 發模塊專為在433MHzISM (工業、科研和醫療)頻段工作而設計，使用具 有較強抗幹擾能力的FSK頻率(Frequency Shift Keying)調製方式，改善了 噪聲環境下的系統性能，採用DSS+PLL頻率合成技術，工作頻率穩定可靠。
在測控終端5的MCU單片機7內嵌入有控制程序，MCU單片機7接收 到用戶終端發出的工作指令後根據程序控制傳感器進行數據採集，並及時向 用戶終端傳輸數據。
用戶終端的上位機1採用MSComm控制項與RS-232串口進行數據傳輸， MSComm控制項是Windows作業系統平臺下最常用的對串行通信進行操作的通 用控制項，通過MSComm控制項上位機可以操作多種軟體對測控系統進行控制， 從而實現真正意義上的功能擴展。
在上位機1內安裝有基於VB編程設計的界面溫溼度資料庫管理系統，該 系統經過了實際操作調試論證，其界面能夠滿足設計的需求，系統內還設計 有資料庫進行管理，通過分析，可根據實際情況對資料庫的容量進行擴展， 以達到系統資源優化使用的目的。通過溫溼度資料庫管理系統界面能夠對數 據進行讀取、顯示和報警，並對溫溼度的上、下限進行設置，管理系統的界面設計大方、美觀，操作簡單，程序設計維護方便，也便於軟體的改進和升 級，能夠隨時滿足用戶的需要。 具體工作流程
用戶通過上位機1的溫溼度資料庫管理系統發出工作指令，工作指令通 過RS-232串口發送至中間機2，中間機2通過無線收發模塊4將控制信號傳 遞至測控終端5 ，測控終端5的無線收發模塊6接收到控制信號後傳遞給MCU 單片機7， MCU單片機7控制傳感器開始工作。
溫度傳感器8和溼度傳感器9採集溫度和溼度的實時信號並輸入MCU單 片機7， MCU單片機7將信號處理後通過無線收發模塊6又發送至中間機2 的無線收發模塊4，無線收發模塊4將數據輸入MCU單片機3， MCU單片機 3將數據信號轉換後通過RS-232串口輸入上位機1，上位機1對接收到的數 據進行計算處理，再通過RS-232串口發出溫溼度控制信號，控制信號經中間 機2反饋回測控終端5的MCU單片機7， MCU單片機7控制溫度控制器10 和溼度控制器11調節空氣的溫度和溼度。
權利要求1、無線溫溼度測控網絡系統，包括上位機(1)，上位機(1)為放置於主控室的PC機，其特徵在於，上位機(1)通過RS-232串口與中間機(2)通信，中間機(2)由MCU單片機(3)和無線收發模塊(4)組成，中間機(2)通過無線收發模塊(4)與測控終端(5)實現無線通信，測控終端(5)內設置有無線收發模塊(6)、MCU單片機(7)、溫度傳感器(8)、溼度傳感器(9)、溫度控制器(10)以及溼度控制器(11)；溫度傳感器(8)和溼度傳感器(9)採集溫度和溼度的實時信號並輸入MCU單片機(7)，MCU單片機(7)將處理後的數據通過無線收發模塊(6)發送至中間機(2)的無線收發模塊(4)，無線收發模塊(4)將數據輸MCU單片機(3)，MCU單片機(3)將數據信號轉換後通過RS-232串口輸入上位機(1)，上位機(1)對接收的數據進行處理並通過RS-232串口發出控制信號，控制信號經中間機(2)反饋回測控終端(5)的MCU單片機(7)，MCU單片機(7)控制溫度控制器(10)和溼度控制器(11)調節空氣的溫度和溼度。
2、 根據權利要求1所述的無線溫溼度測控網絡系統，其特徵在於，所述 測控終端(5)內還設置有鍵盤、LCD液晶顯示器以及聲光報警裝置。
3、 根據權利要求1所述的無線溫溼度測控網絡系統，其特徵在於，所述 溫度傳感器(8)是採用熱電偶或熱敏電阻來檢測空氣溫度；所述溼度傳感器(9)是採用溼敏電阻或溼敏電容來檢測空氣溼度。
4、 根據權利要求1所述的無線溫溼度測控網絡系統，其特徵在於，所述 溫度控制器(10)是採用空調、風扇和電爐來增加或降低空氣溫度；所述溼 度控制器(11)是採用除溼機和加溼器來增加或降低空氣溼度。
專利摘要無線溫溼度測控網絡系統，包括上位機，上位機為放置於主控室的PC機，上位機通過RS-232串口與中間機通信，中間機由MCU單片機和無線收發模塊組成，中間機通過無線收發模塊與測控終端實現無線通信，測控終端內設置有無線收發模塊、MCU單片機、溫度傳感器、溼度傳感器、溫度控制器以及溼度控制器。本實用新型的溫溼度測控網絡系統採用多級分布式結構，能夠實現快速移動檢測和無障礙大容量通信，可以隨時架設，隨時改變使用環境，通信覆蓋範圍大，幾乎不受地理環境限制，系統安裝、升級、擴容方便，擴展性強、穩定性能好、成本低，系統設備投入使用快、工程周期短。
文檔編號G05B19/418GK201413484SQ20092012764
公開日2010年2月24日 申請日期2009年6月12日 優先權日2009年6月12日
發明者周楠林, 時百峰, 曾宇丹, 邢鐵鈴, 馬文俊 申請人:重慶理工大學