远程温湿度实时监测系统

1、绪论

1.1、背景

　　测试技术是测量和试验(实验)技术的简称，在长期的科学技术和生产发展中，测试技术已趋于完善和成熟。一般物理“量”、化学“量”均有相适应的测试手段。然而，传统的测试手段大多只适用于各种量的静态测量(被测量不随时间而变化或变化的频率不高)。随着科学技术的迅猛发展，新技术革命把人类社会从工业化社会推进到信息化社会。这就要求人们对时间而变化的各种参量，甚至是变化频率很高的动态量进行实时测量。当前电子技术、半导体技术以及计算机技术的不断发展与成熟，各种动态量的测试技术也得到迅速发展。它的高精确度、高灵敏度、高响应速度，以及耗能少、机构小、可以连续测量、自动控制等特点使得测试技术发展到一个全新的水平。“现代测控技术”就是这一全新的综合技术的总称。

　　一个完整的测控过程一般应包括：

　　信息的采集——用传感器来完成：

　　信息的变换和传输——用中间变换装置来完成：

　　信息的处理和分析——用信息处理设备或计算机软件来处理：

　　信息的显示和记录——用信息显示记录装箴或计算机外围设备来完成;

　　信息的调节和控制——通过调节、控制和执行装置来实现。

　　现代测控技术实质上在测控过程的每一个环节都可能而且应该采刚各种现代化的新技术。尤其计算机技术与测试技术结合以后，测控过程各环节的结构、功能、性能等都能出现革命性的变化。

2、系统简介

        2.1、系统的组成

        温湿度实时监测系统主要由温湿度采集器，温湿度监测平台，控制器(箱)，执行机构，远程测控终端RTU和控制中心软件等部分组成，系统采用总线结构，模块化设计，各部分既可独立工作，又可联网工作，组建方便，并具有良好的扩充性。智能型温、湿度采集器采用国际上先进的温敏和湿敏元件，传递温湿度参数;温、湿度’铡控平台内置微处理器，智能化设计，可独立工作又可方便组网，还可监测并管理各个温湿度控器的工作，指令各相应机构，实现环境温、湿度检测和控制，同时，控制平台的通讯功能使其可作为下位机接受上位机和计算机的管理和控制，通过电力载波或电话线(无线)等通讯手段可接入总体测控系统中心网络。

        2.1.1、系统组成图

        2.1.2、系统各部分说明

　　1)温湿度采集器(信号采集)

　　用于测量环境温湿度，采用温敏电阻和高分子湿敏电容高精度测温测湿，智能化设计，自动校准温湿度基准。

　　2)控制器

　　接受温湿度测控平台指令，控制执行机构起停;

　　3)执行机构

　　指用于实现加热、制冷、加湿、除湿等功用的设备，如加热器、制冷机、加湿机、湿机等;

　　4)监测平台

　　是温湿度实时监测系统的重要组成部分，是联系温、湿度测控及信号采集器和计算机管理控制中心(上位机)的枢纽。一方面传送报警设定参数给测量头，并获取各点的温湿度值和开关变量：另一方面将温湿度值、状态和开关变量上传给计算机管理控制中心。巡检测控仪提供晶显示器显示时间、通道号、温度、湿度以及抽风除湿等状态。测控平台由硬件提供实时时间，时钟电路内含后备电池，具有掉电保护功能。系统时间不仅提供显示，还用于打印，使各点数据方便查询。通道号的数目取决于，测控平台能最多支持多少个测量头。温度显示取决于测试范围，湿度三位数码显示，范围是1RH%——99RH%，分辨率为0.5RH%。系统状态有通风、强制通风、抽湿、强制抽湿、故障、锁定、查询。可连续设定温湿度控制值，根据设定指令自动监控温湿度测控器的工作，控制整个系统的运行，同时可通过通讯模块与计算机管理控制中心(上位机)通讯联网，接受计算机管理控制中心(上位机)的工作指令。(可选带汉字打印机)。

　　5)通讯(链路)模块

　　连接计算机管理控制中心(上位机)与测控平台，使监测平台纳入整体计算的控制管理中心体系。

　　6)计算机管理控制中心

　　1、可对多个监测平台进行远程实时显示、检测：当点击选定的测控平台时，计算机将实时并以表格形式和曲线形式显示、检测该平台‘F的每个温、湿度采集器的温度、相对湿度、绝对湿度、自动抽风除湿状态、强制抽风除湿状态以及自动控制设定值等。对于超标的值给予特殊颜色的显示。

　　2、可对各个测控平台的历史数据进行存储分析，并进行相应的处理。汁算机管理控制中心对各个测控平台的每一个温、湿度测控及信号采集器每天的数据进行存储。每次启动软件，该软件便会自动的从测控系统中读出历史数据并计算。

        2.2、系统的特性

　　1)系统采用总线结构，积木式组建，一个监测区的多个湿度测控器用一根电缆连接即可，设置多少个测试点(温湿度测控器)，即可加多少个控制点;

　　2)监测平台采用液晶显示，可读取备温湿度测控器测出的湿度数，控制状态一E下限设定值等;

　　3)平台显示当前时间年月日

　　4)系统具有掉电记忆功能

　　5)测控平台冒通过RS232、485总线或电力载波等通讯模块通讯;

　　6)系统其通过流过热保护装置，并带有抗雷击保护模块(以免引起火灾);

　　7)系统模块化设计，维护简便，扩容性强，组网方便;

　　8)系统可接入控制中心计算机网，可在计算机上实现远程测控。

        2.3、远程测控终端特点

　　远程测控终端提供设备状态指示灯，方便设备维护;宽电压供电范围：7V-30V;带RS232、RS485(232也转为485的情况下，可以有两路485);内置大容量SPI-flash(容量可选1Mbit-64Mbit)，实现数据的长时间本机保存(需定制);6路AD仿真量输入(12位)，输入电压为0-30V，也可以测量4-20mA工业电流信号;6路继电器输出控制、4路光耦输入输出控制(输入和输出的位数自选);内置RTC，掉电可自动计时，定时定点唤醒，需定制;高效的电源管理设计，在对功耗要求严格的场合，实现低功耗节能，延长工作时间，需定制;传输支持多种协议，我公司自定协议和Modbus协议(ASCII、RTU、Modbus TCP)完美支持;Modbus从机工作模式：标准从机、从机主动回传; 数据远程传输支持GPRS、以太网等;数据传输采用GSM模块可实现功能：

　　GPRS断线自动重连;根据需要最多可同时连接6个中心服务器;支持固定IP、域名解析和APN专网的寻址方式;

　　支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等协议;

　　支持的节点数，只要服务器资源允许，理论上为无数个;

　　减少布线的成本和施工的麻烦;

　　支持短信数据传输、短信参数配置功能;

　　支持电话和短信唤醒功能;

　　数据传输采用以太网模块可实现功能：

　　支持10Mbps/100Mbps两种方式接入Internet，数据传输速度加快，适合大数据量传输;

　　支持TCP、UDP、PPP、ICMP、DNS、FTP等协议;

　　支持的节点数，只要服务器资源允许，理论上为无数个;

　　根据服务器的需要，协议可以支持更加丰富;

　　支持网络数据唤醒功能;

　　支持专用软件进行本地和远程参数配置及维护;

　　支持本地和远程固件升级;

3、以太网通讯方式

　　以太网是目前应用最为广泛的局域网络传输方式，它采用基带传输，通过双绞线和传输设备，实现10m/100m/1000m的网络传输。由于应用广泛，各大网络设备生产商均投入极大精力用于这类技术产品的研究和开发，技术不断创新。从最初的同轴电缆上的共享10m传输技术，发展到现在的在双绞线和光纤上的100m甚至1000m的传输技术、交换技术等。可以肯定，以太网络技术还将以更高的速度不断发展和提高。目前，基本上所有的局域网络均采用以太网，在大型网络系统中的各个子网也多数构成以太网，从应用来看，办公室自动化、证券、校园网、控制系统等各类应用均以以太网为主要的通讯传输方式，应用非常广泛，可以预见，将来的局域网仍将以以太网为主流技术。随着广泛的应用和深入的研究，以太网技术已完全成熟，采用这种技术已不存在技术风险和不稳定因素。

　　同样是由于应用广泛，市场销售量大，产品生产厂家多，竞争激烈，使得以太网产品价格较低，己形成很成熟的市场，应用单位在构建网络时的投入已被限制在较低的水平。从工程实施的角度来说，目前已被广泛采用的综合布线系统为网络的实施提供了一整套规范的操作规程。按规范操作，系统的性能将得到完全保证，而系统的工程造价也是较为低廉的。应用在智能小区方面，网络及施工总计每户增加投入约600元～800元。总而言之，以太网是目前网络技术中先进成熟，实时性强，应用广泛，性能稳定，价格低廉的通讯技术。

系统的软件设计及控制流程

        整个系统采用了能实现对多点监控管理的分布式系统的组成方式和主、从机的体系结构。软件系统由两个相对独立的上位机软件和下位机软件部分组成。

        3.1、上位机监控软件设计

        本系统的上位机监控软件模块结构图如图4—8所示。

　　上位机监控软件主要实现以下功能：

　　①串行通信：完成上位机的通信配置，实现上位机与下位枫之间通信。

　　②数据显示：提供三维立体图、曲线走势图和表格三种方式显示。

　　③数据存储：对实时数据(包括最夫值、最小值、平均值)按用户要求存储到数据库的一张历史数据表中;也可导出数据到文件，以文本方式保存到一个文本文件中。

　　④数据查询：允许用户根据情况对实时数据、历史数据进行查询或进行走势曲线分析。

　　⑤数据打印：根据用户要求，以表格方式打印实时数据和历史数据。

　　⑥异常报警：当实时温湿度数据超越设定的上下限温湿度数值时，报警铃响。

　　⑦系统设置：为保证用户在任何情况下，都能良好地运行，允许用户对系统的测量时间间隔、温湿度上下限、存盘时间间隔、登录用户名、口令等参数进行设置。上位机应用软件包括主程序、接收中断子程穿、显示子程序、数据转存子程序等4个主要模块。

        3.2、下位机程序设计

        系统的下位机主控模块通过监控模块，人际交互模块和通信模块来完成实时监控与管理任务。并且所有工作又分解在报警处理、控制决策、信息显示、命令处理、参数设置和信息输出子模块来运行。图4—10是下位机软件模块结构图。

        下位机应用软件包括主程序、数据采集子程序、数据处理子程序、发送子程序和显示子程序等5个主要模块。主程序流程图如图4一11。

4、总结

        远程温湿度监测系统解决了远距通讯关键技术;对常用的传感器进行分析。归纳了四种测量结构(点结构、线结构、二维平面结构和三维立体结构)：温湿度的控制采用了基于Smith一模糊的复合控制;比较了多种通讯方式，实现了双重配置(串口通讯和阚卡接口);并最终提供了一整套软硬件设计方案。在为工业及家庭提供有效、实用的温湿度测控系统。这一方面是对当前工业温湿度测控技术的更新，另一方面也为人们的家庭生活更加舒适提供了条件。