1序言

糧食是人類生存的必需品，而溫度是保存好糧食的先決條件之一，我國(guó)的公糧現(xiàn)均集中存放在國(guó)家或地方的糧庫(kù)中，最大的糧庫(kù)方圓幾公里，倉(cāng)庫(kù)房為數(shù)十個(gè)測(cè)點(diǎn)大約數(shù)十個(gè)。按照國(guó)家糧庫(kù)保護(hù)法規(guī)，必須定期抽樣檢查各點(diǎn)的糧食溫度。糧食的保存需要一定的溫度和濕度，否則糧食就會(huì)變質(zhì)。但我國(guó)的大部分糧庫(kù)還采用人工測(cè)溫的方法，不僅效率低，勞動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)試的實(shí)時(shí)性不能滿足，而且抽樣不徹底，不能發(fā)現(xiàn)局部糧食溫度過高，致使部分糧食變質(zhì)，從而引起大面積的糧食變質(zhì)，每年造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的后果。鑒于此，在糧食部門的要求下，我們開發(fā)了此溫度檢測(cè)系統(tǒng)。

2系統(tǒng)簡(jiǎn)介

2.1系統(tǒng)功能

(l)能實(shí)時(shí)測(cè)定糧倉(cāng)的溫度。

(2)能對(duì)以前的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)告、繪圖和輸出。

(3)能對(duì)某一點(diǎn)溫度進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，給出不同時(shí)期的曲線變化并輸出。

(4)可人工或自動(dòng)測(cè)試。

(5)可進(jìn)許遠(yuǎn)距離可靠通訊。

2.2系統(tǒng)的特點(diǎn)

(l)硬件系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，由于采取一系列抗干擾措施，能經(jīng)受無惡劣環(huán)境的考驗(yàn)。

(2)通訊硬件及軟件可靠，可達(dá)到實(shí)時(shí)操作的要求。

(3)圖表、繪圖功能齊全，可滿足各種需要。

2.3技術(shù)指標(biāo)

測(cè)溫范圍:一30一+50℃;

誤差范圍:(土0.6℃;

測(cè)量精度:蕊0.75%;

功耗:最大功耗不大于row。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)可分為三個(gè)主要部分。

第一部分:下拉主控機(jī)硬件電路板設(shè)計(jì)，包括復(fù)位電路、前放、電流環(huán)通訊、a/d轉(zhuǎn)換、串行控制驅(qū)動(dòng)等電路。

第二部分:微機(jī)通訊路板設(shè)計(jì)，包括完成電流環(huán)轉(zhuǎn)換電路。

第三部分:多路轉(zhuǎn)換分線盒電路板設(shè)計(jì)，包括完成串行轉(zhuǎn)換控制數(shù)據(jù)的傳送電路。

由以上三部分組成系統(tǒng)整體硬件，硬件框圖如圖1所示。

3.1系統(tǒng)主控機(jī)主板設(shè)計(jì)

(1)a/d通道設(shè)計(jì)

因?yàn)闄z測(cè)范圍為一30一+50℃，模數(shù)轉(zhuǎn)換采用八位a/ d0809，則對(duì)應(yīng)a/d轉(zhuǎn)換值為oxffoxooh，則溫度分辨率為80/256 } 0. 3℃，滿足溫度的變化誤差范圍士1 9c，這就滿足了測(cè)溫的精度要求。考慮到整個(gè)系統(tǒng)和測(cè)溫的精度要求，選擇通用放大器lm224，因起失調(diào)電壓、失調(diào)電流、電壓漂移、共摸抑制比、開環(huán)電壓增益等特性參數(shù)滿足精度要求。并采用曲線擬合的方法來對(duì)熱敏電阻的電壓—溫度進(jìn)行線性擬合，不但節(jié)省大量的硬件開支，使測(cè)量電路簡(jiǎn)單，而且提高了精度。

(2)主控機(jī)與多路轉(zhuǎn)換分線盒通訊設(shè)計(jì)由于主控機(jī)與多路轉(zhuǎn)換分線盒進(jìn)行連接，所以主控機(jī)如何控制多個(gè)多路轉(zhuǎn)換器就成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

在設(shè)計(jì)中，我們采用串行控制多路轉(zhuǎn)換的技術(shù)，即數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)的送出采用串行方式，把復(fù)雜的硬件轉(zhuǎn)化為軟件設(shè)計(jì)。這樣不僅節(jié)省了硬件費(fèi)用，而且簡(jiǎn)化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的可靠性。

在主控機(jī)中，我們采用串行信號(hào)鎖存、每個(gè)多路轉(zhuǎn)換分線盒分配唯一地址的方法來實(shí)現(xiàn)。具體措施如下:

①由于采用串形方式，則對(duì)應(yīng)的多路轉(zhuǎn)換分線盒中必然有串一并轉(zhuǎn)換器，這樣主控機(jī)必須要送出串行數(shù)據(jù)信號(hào)和串行時(shí)鐘信號(hào)，以滿足串一并轉(zhuǎn)換器的要求;

②由于每個(gè)多路轉(zhuǎn)換分線盒有一個(gè)唯一的地址，系統(tǒng)共有16個(gè)多分線盒。因此我們采用密碼的方法，利用四個(gè)數(shù)據(jù)位，經(jīng)過譯碼，送給16個(gè)多分線盒，以滿足地址選擇，即分線盒選擇的唯一性。

(3)與微機(jī)進(jìn)行電流環(huán)通訊電路設(shè)計(jì)

采用電流環(huán)進(jìn)行通訊。由于電流環(huán)的通訊是以通訊中電流的有無來決定信號(hào)的有無，因而抗干擾強(qiáng)。主控機(jī)通訊電路主要將8031的接受和發(fā)送信號(hào)由ttl電平轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，這種轉(zhuǎn)換主要通過光禍器件來完成。通過光禍器件的隔離和轉(zhuǎn)換，即滿足了通訊的要求，又提高了系統(tǒng)通訊的可靠性。

3. 2系統(tǒng)多路轉(zhuǎn)換分線盒的設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)際情況，采用一個(gè)多路轉(zhuǎn)換分線盒來檢測(cè)一個(gè)糧垛，每個(gè)糧垛中采用犯點(diǎn)檢測(cè)的方案。由于是采用串行輸出來控制多個(gè)多路轉(zhuǎn)換分線盒。這樣進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送控制，既可節(jié)省硬件資源，又能滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求。而要使多路轉(zhuǎn)換正常工作，必須有串并轉(zhuǎn)換器件及譯碼器來完成某個(gè)確定傳感器的選擇。分線盒電路中，主要通過74ls164串一并移位寄存器和74is138譯碼器及四個(gè)模擬開關(guān)cd4051來完成多路轉(zhuǎn)換功能。

3. 3上位管理機(jī)通訊電路板的設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)中，上位管理機(jī)與下位主控機(jī)之間的通訊非常關(guān)鍵。我們采用電流環(huán)進(jìn)行光隔離通訊，以保證通訊的可靠性?？紤]到下位主控機(jī)的電流環(huán)通訊電路以及驅(qū)動(dòng)和長(zhǎng)線傳輸，微機(jī)通訊電路主要由驅(qū)動(dòng)電路和光禍器件構(gòu)成。其中微機(jī)提供電源十12 v和+sv來完成電壓到電流的轉(zhuǎn)換，以保證回路有電流通過，其中發(fā)送回路的電源為十1z v，這是因?yàn)榭紤]到一臺(tái)上位機(jī)要帶多臺(tái)下位機(jī)，高電壓可增大帶載能力，又由于上位管理機(jī)與下位主控機(jī)之間的通訊的距離遠(yuǎn)，因此要考慮兩者之間的長(zhǎng)線電阻ro

4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)糧食部門提出的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了系統(tǒng)管理軟件，采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法、整個(gè)程序由四個(gè)子模塊構(gòu)成，各模塊之間相互獨(dú)立又相輔相成，從而使整個(gè)系統(tǒng)有條不紊，急緩有序地達(dá)到實(shí)時(shí)控制生產(chǎn)過程的要求。其中系統(tǒng)管理軟件框圖如圖2所示;快速測(cè)溫軟件流程圖如圖3所示。

5結(jié)束語

本系統(tǒng)采用熱敏電阻組成的電纜來測(cè)量空間溫度場(chǎng)，在技術(shù)上采用串行輸出控制進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換功能，在通訊和多路轉(zhuǎn)換中采取了一系列可靠性措施，從而完成了大規(guī)模測(cè)量點(diǎn)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

考慮到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及外界的干擾，除了在軟、硬件方面采取必要的抗干擾措施外，經(jīng)過分析，在系統(tǒng)電源單元還采取了去噪、濾波以及電流環(huán)通訊電路的抗干擾等，取得了理想的效果。

另外，本系統(tǒng)由于涉及硬件及軟件設(shè)計(jì)，因而高度周期長(zhǎng)，經(jīng)多次試運(yùn)行，現(xiàn)已完成設(shè)計(jì)，投人運(yùn)行中，在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，系統(tǒng)可達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
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