遠程溫濕度實時監測系統

1、緒論

1.1、背景

　　測試技術是測量和試驗(實驗)技術的簡稱，在長期的科學技術和生產發展中，測試技術已趨于完善和成熟。一般物理“量”、化學“量”均有相適應的測試手段。然而，傳統的測試手段大多只適用于各種量的靜態測量(被測量不隨時間而變化或變化的頻率不高)。隨著科學技術的迅猛發展，新技術革命把人類社會從工業化社會推進到信息化社會。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量進行實時測量。當前電子技術、半導體技術以及計算機技術的不斷發展與成熟，各種動態量的測試技術也得到迅速發展。它的高精確度、高靈敏度、高響應速度，以及耗能少、機構小、可以連續測量、自動控制等特點使得測試技術發展到一個全新的水平。“現代測控技術”就是這一全新的綜合技術的總稱。

　　一個完整的測控過程一般應包括：

　　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——用信息處理設備或計算機軟件來處理：

　　信息的顯示和記錄——用信息顯示記錄裝箴或計算機外圍設備來完成;

　　信息的調節和控制——通過調節、控制和執行裝置來實現。

　　現代測控技術實質上在測控過程的每一個環節都可能而且應該采剛各種現代化的新技術。尤其計算機技術與測試技術結合以后，測控過程各環節的結構、功能、性能等都能出現革命性的變化。

2、系統簡介

        2.1、系統的組成

        溫濕度實時監測系統主要由溫濕度采集器，溫濕度監測平臺，控制器(箱)，執行機構，遠程測控終端RTU和控制中心軟件等部分組成，系統采用總線結構，模塊化設計，各部分既可獨立工作，又可聯網工作，組建方便，并具有良好的擴充性。智能型溫、濕度采集器采用國際上先進的溫敏和濕敏元件，傳遞溫濕度參數;溫、濕度’鍘控平臺內置微處理器，智能化設計，可獨立工作又可方便組網，還可監測并管理各個溫濕度控器的工作，指令各相應機構，實現環境溫、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接受上位機和計算機的管理和控制，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中心網絡。

        2.1.1、系統組成圖

        2.1.2、系統各部分說明

　　1)溫濕度采集器(信號采集)

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

　　2)控制器

　　接受溫濕度測控平臺指令，控制執行機構起停;

　　3)執行機構

　　指用于實現加熱、制冷、加濕、除濕等功用的設備，如加熱器、制冷機、加濕機、濕機等;

　　4)監測平臺

　　是溫濕度實時監測系統的重要組成部分，是聯系溫、濕度測控及信號采集器和計算機管理控制中心(上位機)的樞紐。一方面傳送報警設定參數給測量頭，并獲取各點的溫濕度值和開關變量：另一方面將溫濕度值、狀態和開關變量上傳給計算機管理控制中心。巡檢測控儀提供晶顯示器顯示時間、通道號、溫度、濕度以及抽風除濕等狀態。測控平臺由硬件提供實時時間，時鐘電路內含后備電池，具有掉電保護功能。系統時間不僅提供顯示，還用于打印，使各點數據方便查詢。通道號的數目取決于，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，濕度三位數碼顯示，范圍是1RH%——99RH%，分辨率為0.5RH%。系統狀態有通風、強制通風、抽濕、強制抽濕、故障、鎖定、查詢。可連續設定溫濕度控制值，根據設定指令自動監控溫濕度測控器的工作，控制整個系統的運行，同時可通過通訊模塊與計算機管理控制中心(上位機)通訊聯網，接受計算機管理控制中心(上位機)的工作指令。(可選帶漢字打印機)。

　　5)通訊(鏈路)模塊

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

　　6)計算機管理控制中心

　　1、可對多個監測平臺進行遠程實時顯示、檢測：當點擊選定的測控平臺時，計算機將實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、自動抽風除濕狀態、強制抽風除濕狀態以及自動控制設定值等。對于超標的值給予特殊顏色的顯示。

　　2、可對各個測控平臺的歷史數據進行存儲分析，并進行相應的處理。汁算機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據進行存儲。每次啟動軟件，該軟件便會自動的從測控系統中讀出歷史數據并計算。

        2.2、系統的特性

　　1)系統采用總線結構，積木式組建，一個監測區的多個濕度測控器用一根電纜連接即可，設置多少個測試點(溫濕度測控器)，即可加多少個控制點;

　　2)監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，控制狀態一E下限設定值等;

　　3)平臺顯示當前時間年月日

　　4)系統具有掉電記憶功能

　　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)系統其通過流過熱保護裝置，并帶有抗雷擊保護模塊(以免引起火災);

　　7)系統模塊化設計，維護簡便，擴容性強，組網方便;

　　8)系統可接入控制中心計算機網，可在計算機上實現遠程測控。

        2.3、遠程測控終端特點

　　遠程測控終端提供設備狀態指示燈，方便設備維護;寬電壓供電范圍：7V-30V;帶RS232、RS485(232也轉為485的情況下，可以有兩路485);內置大容量SPI-flash(容量可選1Mbit-64Mbit)，實現數據的長時間本機保存(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(輸入和輸出的位數自選);內置RTC，掉電可自動計時，定時定點喚醒，需定制;高效的電源管理設計，在對功耗要求嚴格的場合，實現低功耗節能，延長工作時間，需定制;傳輸支持多種協議，我公司自定協議和Modbus協議(ASCII、RTU、Modbus TCP)完美支持;Modbus從機工作模式：標準從機、從機主動回傳; 數據遠程傳輸支持GPRS、以太網等;數據傳輸采用GSM模塊可實現功能：

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

　　支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等協議;

　　支持的節點數，只要服務器資源允許，理論上為無數個;

　　減少布線的成本和施工的麻煩;

　　支持短信數據傳輸、短信參數配置功能;

　　支持電話和短信喚醒功能;

　　數據傳輸采用以太網模塊可實現功能：

　　支持10Mbps/100Mbps兩種方式接入Internet，數據傳輸速度加快，適合大數據量傳輸;

　　支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等協議;

　　支持的節點數，只要服務器資源允許，理論上為無數個;

　　根據服務器的需要，協議可以支持更加豐富;

　　支持網絡數據喚醒功能;

　　支持專用軟件進行本地和遠程參數配置及維護;

　　支持本地和遠程固件升級;

3、以太網通訊方式

　　以太網是目前應用最為廣泛的局域網絡傳輸方式，它采用基帶傳輸，通過雙絞線和傳輸設備，實現10m/100m/1000m的網絡傳輸。由于應用廣泛，各大網絡設備生產商均投入極大精力用于這類技術產品的研究和開發，技術不斷創新。從最初的同軸電纜上的共享10m傳輸技術，發展到現在的在雙絞線和光纖上的100m甚至1000m的傳輸技術、交換技術等。可以肯定，以太網絡技術還將以更高的速度不斷發展和提高。目前，基本上所有的局域網絡均采用以太網，在大型網絡系統中的各個子網也多數構成以太網，從應用來看，辦公室自動化、證券、校園網、控制系統等各類應用均以以太網為主要的通訊傳輸方式，應用非常廣泛，可以預見，將來的局域網仍將以以太網為主流技術。隨著廣泛的應用和深入的研究，以太網技術已完全成熟，采用這種技術已不存在技術風險和不穩定因素。

　　同樣是由于應用廣泛，市場銷售量大，產品生產廠家多，競爭激烈，使得以太網產品價格較低，己形成很成熟的市場，應用單位在構建網絡時的投入已被限制在較低的水平。從工程實施的角度來說，目前已被廣泛采用的綜合布線系統為網絡的實施提供了一整套規范的操作規程。按規范操作，系統的性能將得到完全保證，而系統的工程造價也是較為低廉的。應用在智能小區方面，網絡及施工總計每戶增加投入約600元～800元。總而言之，以太網是目前網絡技術中先進成熟，實時性強，應用廣泛，性能穩定，價格低廉的通訊技術。

系統的軟件設計及控制流程

        整個系統采用了能實現對多點監控管理的分布式系統的組成方式和主、從機的體系結構。軟件系統由兩個相對獨立的上位機軟件和下位機軟件部分組成。

        3.1、上位機監控軟件設計

        本系統的上位機監控軟件模塊結構圖如圖4—8所示。

　　上位機監控軟件主要實現以下功能：

　　①串行通信：完成上位機的通信配置，實現上位機與下位楓之間通信。

　　②數據顯示：提供三維立體圖、曲線走勢圖和表格三種方式顯示。

　　③數據存儲：對實時數據(包括最夫值、最小值、平均值)按用戶要求存儲到數據庫的一張歷史數據表中;也可導出數據到文件，以文本方式保存到一個文本文件中。

　　④數據查詢：允許用戶根據情況對實時數據、歷史數據進行查詢或進行走勢曲線分析。

　　⑤數據打印：根據用戶要求，以表格方式打印實時數據和歷史數據。

　　⑥異常報警：當實時溫濕度數據超越設定的上下限溫濕度數值時，報警鈴響。

　　⑦系統設置：為保證用戶在任何情況下，都能良好地運行，允許用戶對系統的測量時間間隔、溫濕度上下限、存盤時間間隔、登錄用戶名、口令等參數進行設置。上位機應用軟件包括主程序、接收中斷子程穿、顯示子程序、數據轉存子程序等4個主要模塊。

        3.2、下位機程序設計

        系統的下位機主控模塊通過監控模塊，人際交互模塊和通信模塊來完成實時監控與管理任務。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、參數設置和信息輸出子模塊來運行。圖4—10是下位機軟件模塊結構圖。

        下位機應用軟件包括主程序、數據采集子程序、數據處理子程序、發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

        遠程溫濕度監測系統解決了遠距通訊關鍵技術;對常用的傳感器進行分析。歸納了四種測量結構(點結構、線結構、二維平面結構和三維立體結構)：溫濕度的控制采用了基于Smith一模糊的復合控制;比較了多種通訊方式，實現了雙重配置(串口通訊和闞卡接口);并最終提供了一整套軟硬件設計方案。在為工業及家庭提供有效、實用的溫濕度測控系統。這一方面是對當前工業溫濕度測控技術的更新，另一方面也為人們的家庭生活更加舒適提供了條件。