溫濕度監(jiān)測與控制

溫濕度監(jiān)測與控制

1基于移動(dòng)設(shè)備的溫濕度監(jiān)控為了確保所有工作在一定的溫度和濕度范圍內(nèi)安全，應(yīng)確定每個(gè)溫度和濕度范圍。比如電力、電信設(shè)備及各類運(yùn)輸工具組件的過熱故障預(yù)知監(jiān)控,空調(diào)系統(tǒng)的溫濕度監(jiān)控,醫(yī)療與健診的溫濕度監(jiān)控,化工、機(jī)械、溫室、大棚等設(shè)備溫濕度監(jiān)控等。對這些場合的溫濕度監(jiān)控,如果采用人工方式,不僅耗費(fèi)大量的人力、物力,而且實(shí)時(shí)性差,準(zhǔn)確度低,特別在一些存在熱源的生產(chǎn)基地,在短時(shí)間內(nèi)溫濕度可能發(fā)生劇烈的變化,無法采用人工進(jìn)行準(zhǔn)確測量和管理,否則可能造成重大事故。本系統(tǒng)采用無線方式可以實(shí)現(xiàn)對多點(diǎn)溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)控,具有可無人值守,節(jié)約資源,可靠性高,成本低,便于擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)數(shù)等優(yōu)點(diǎn)。2系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和操作原則2.1溫濕度顯示及限制報(bào)警模塊本系統(tǒng)由監(jiān)控中心MC(MonitorCenter)和遠(yuǎn)程監(jiān)控終端RTU(RemoteTerminalUnit)共同組成(如圖1所示)。監(jiān)控中心MC由監(jiān)控主機(jī)Master、無線通信模塊、溫濕度顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、溫濕度超限報(bào)警模塊及輸入輸出設(shè)備構(gòu)成,實(shí)現(xiàn)對各監(jiān)控點(diǎn)數(shù)據(jù)的集中和顯示,并根據(jù)所設(shè)閾值判斷監(jiān)控點(diǎn)溫濕度是否超限,超限則向RTU下位機(jī)Slave發(fā)出控制信號,命令RTU控制現(xiàn)場溫濕控制裝置,使得溫濕度重新進(jìn)入閾值范圍之內(nèi),同時(shí)MC上位機(jī)給出語音報(bào)警信號。遠(yuǎn)程控制終端RTU由監(jiān)控從機(jī)Slave、溫濕度采集模塊、無線通信模塊及溫濕度控制模塊構(gòu)成,通過溫濕度傳感器采集溫濕度數(shù)據(jù),通過無線數(shù)傳模塊發(fā)送至監(jiān)控中心MC,根據(jù)MC命令改變被監(jiān)測環(huán)境的溫濕度。2.2監(jiān)控控制系統(tǒng)監(jiān)控中心(如圖1所示),采用冗余配置的雙機(jī)控制,以提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。輔助機(jī)作為主控機(jī)的熱備用,與主控機(jī)具有完全相同的數(shù)據(jù)庫,運(yùn)行指定的應(yīng)用軟件監(jiān)視主控機(jī),一旦發(fā)現(xiàn)主控機(jī)故障,即自動(dòng)切換到運(yùn)行主用程序,接替原主控機(jī)工作,同時(shí)系統(tǒng)報(bào)警。在需要的時(shí)候,雙機(jī)可以通過操作員的雙機(jī)切換命令,進(jìn)行人工切換。無線數(shù)傳模塊經(jīng)RS485/RS232轉(zhuǎn)換接頭轉(zhuǎn)換成RS232協(xié)議,接入工業(yè)PC機(jī)的串行接口。LED顯示屏實(shí)時(shí)顯示各監(jiān)控點(diǎn)的溫濕度值。另外,工業(yè)PC機(jī)的外掛設(shè)備還有顯示器、打印機(jī)、UPS電源等。2.3溫濕度顯示及超控制率分析遠(yuǎn)程監(jiān)控終端(如圖1所示),采用單片機(jī)(如AT89C51)擔(dān)當(dāng)下位機(jī)Slave。通過溫濕度傳感器(如SHT11)采集監(jiān)控點(diǎn)的溫濕度信號,并通過無線數(shù)傳模塊(如DTD465B)傳遞給監(jiān)控中心主機(jī)進(jìn)行LED顯示和超限判斷。RTU根據(jù)MC發(fā)來的控制信號,控制溫濕度控制裝置,調(diào)節(jié)監(jiān)控點(diǎn)溫濕度。3無線數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)在實(shí)際工作中,我們以AT89C51作為下位機(jī),SHT11作為數(shù)字溫濕度傳感器,DTD465B作為無線數(shù)傳模塊進(jìn)行了監(jiān)控試驗(yàn),硬件電路圖如圖2所示。其中MAX813L為看門狗,30EPH06為整流二極管,RelayT和RelayH分別為接溫度控制裝置和濕度控制裝置的繼電器。3.1u3000蝦器溫濕度測量我們選用的SH11型數(shù)字溫濕度傳感器由瑞士Sensirion公司生產(chǎn),該芯片通過CMOSensTM技術(shù)將溫濕度傳感器、放大和A/D電路、串行通信接口以及傳感器標(biāo)定數(shù)據(jù)集成在一個(gè)芯片上,無需外圍元器件。具有溫濕度一體、測量精度高、響應(yīng)時(shí)間快、可靠性高、穩(wěn)定性好、接口簡單等優(yōu)點(diǎn)。其測量原理是首先利用兩只傳感器分別產(chǎn)生相對濕度、溫度的信號,然后經(jīng)過放大,分別送至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯(cuò),最后通過二線串行接口將相對濕度及溫度的數(shù)據(jù)送至微控制,再利用微控制器完成非線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償。SHT11的相對濕度測量范圍為0~100%,精度為±(3~5%);溫度測量范圍為-40oC~120oC,精度為±(0~5oC)。3.2高效前向糾錯(cuò)信道編碼技術(shù)DTD465B最大發(fā)射功率為500mW,自由空間可靠傳輸距離可達(dá)1.5km(9600bps);使用ISM頻段,無需申請頻點(diǎn);由于DTD465B基于FSK調(diào)制,采用高效前向糾錯(cuò)信道編碼技術(shù),具有高抗干擾能力和低誤碼率的優(yōu)點(diǎn),當(dāng)信道誤碼率為時(shí),可得到實(shí)際誤碼率。再者,該模塊提供多信道無線通信功能,其標(biāo)準(zhǔn)配置提供8個(gè)信道,如果用戶需要,可擴(kuò)展到16/32信道,滿足多點(diǎn)無線監(jiān)控系統(tǒng)需求。在實(shí)際應(yīng)用中,可以根據(jù)需要選擇滿足一定溫濕度監(jiān)控范圍和精度的溫濕度傳感器,選擇一定功率的無線數(shù)傳模塊,以求滿足監(jiān)控距離的需求。4溫濕度自適應(yīng)測試控制中心軟件采用VC++編程,軟件流程如圖3所示。主程序啟動(dòng)并實(shí)現(xiàn)初始化后,依次向各從機(jī)發(fā)送地址信號,實(shí)現(xiàn)尋址,從機(jī)應(yīng)答正確后等待接收從機(jī)發(fā)來的溫濕度數(shù)據(jù),然后將接收到的數(shù)據(jù)顯示在LED顯示屏上,同時(shí)將其與預(yù)先設(shè)置的溫濕度閾值進(jìn)行比較,判斷被監(jiān)控點(diǎn)溫濕度是否超限,超限則報(bào)警,同時(shí)向從機(jī)發(fā)送控制信號,實(shí)現(xiàn)溫適度調(diào)節(jié)。RTU從機(jī)軟件采用KeilC51編程,軟件流程如圖4所示。程序啟動(dòng)且實(shí)現(xiàn)初始化后,隨時(shí)等待MC的尋址信號,接到自身的地址后即判斷數(shù)據(jù)類型,是數(shù)據(jù)請求信號還是控制信號,如果為數(shù)據(jù)請求信號,則發(fā)送溫濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)流,數(shù)據(jù)流中包含地址幀;如果為控制信號,則在發(fā)送數(shù)據(jù)流的同時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)的溫濕度控制裝置。5多點(diǎn)溫濕度遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)本文研究的多點(diǎn)溫濕度遠(yuǎn)程無線監(jiān)控系統(tǒng),采用分散集中的控制方式,節(jié)點(diǎn)數(shù)可擴(kuò)展性強(qiáng),可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對多監(jiān)控點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)視與控制。系統(tǒng)采用溫濕度一體化的數(shù)字傳感器同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度和濕度的測量,并通過無線數(shù)傳模塊實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的通信。系統(tǒng)具有可無人值守,節(jié)約資源,可靠性高,成本低的優(yōu)點(diǎn),試驗(yàn)運(yùn)行良好,具有廣闊的應(yīng)用和推廣前景。本文創(chuàng)新點(diǎn):(1)采