冷庫溫度實時巡回檢測系統(tǒng)設(shè)計

王亞文 李方元 劉凱強

摘要：針對冷庫溫度實時檢測的需要，設(shè)計了一個冷庫溫度實時巡回檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分主要包括D518820檢測電路、顯示電路、報警電路、晶振電路、復(fù)位電路等，軟件部分主要包括串口溫度采集與顯示、超限報警、用戶信息管理等。實驗表明，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，達到預(yù)期的目的。

關(guān)鍵詞：溫度檢測；實時巡回；D518820；報警電路

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2016.1.008

引言

隨著社會的發(fā)展、人們對冷藏、冷凍食品質(zhì)量要求不斷提高，而食品外觀及營養(yǎng)成分的變化與冷庫的溫度密切相關(guān)，不同的食品有不同的冷藏或冷凍溫度，不同的保存時間有不同的保存溫度，因此設(shè)計開發(fā)一個符合實際需要的冷庫溫度實時巡回檢測系統(tǒng)，檢測冷庫不同位置的溫度，以輔助管理人員及時對冷庫溫度進行調(diào)節(jié)，顯得十分必要。

在傳統(tǒng)的冷庫溫度檢測系統(tǒng)中，經(jīng)常應(yīng)用熱敏電阻之類的溫度傳感器件，利用它的感溫效應(yīng)，把被測溫度轉(zhuǎn)換為電壓或電流的形式采集進來，然后進行A/D轉(zhuǎn)換，把模擬的溫度值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字溫度值，再把數(shù)字溫度值通過顯示設(shè)備顯示出來，這種需要A/D轉(zhuǎn)換的電路相對來說比較復(fù)雜。通過對目前各種溫度傳感設(shè)備的分析研究，本系統(tǒng)對溫度傳感器件做出合理選擇，優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)，提高溫度檢測精度，同時使系統(tǒng)便于維護，并通過對各種信號傳輸方式的分析和研究，在保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔、具有較高性價比的基礎(chǔ)上，延長數(shù)據(jù)傳輸距離。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2單片機最小系統(tǒng)

單片機最小系統(tǒng)是指用最少的元件組成的可以工作的單片機系統(tǒng)。對單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機、晶振電路、復(fù)位電路等。

采用STC89C52作為控制芯片設(shè)計單片機最小系統(tǒng)、設(shè)計電路包括時鐘電路、復(fù)位電路和中斷電路。PO口在實際應(yīng)用時需要加上拉電阻，PO口內(nèi)部是漏極開路型（作I/O口用時）。因為PO口內(nèi)部結(jié)構(gòu)是開漏極的，相當于I/O輸出口接在輸出三極管的集電極，由于集電極是懸空的，因此不可能輸出高電平，只有給集電極加上電壓，才能輸出高電平。PO口內(nèi)部沒有上拉電阻的，而其他三個口有內(nèi)部上拉電阻。如果PO口作為分時復(fù)用口使用，就不需要上拉電阻了，但是作為輸入/輸出口，PO口要在外電路設(shè)計有上拉電阻，這樣通過加個上拉電阻就能兼容不同的電平標準。上拉電阻一般用10KΩ，一端接PO口，一端接VCC。

單片機的復(fù)位由外部的復(fù)位電路實現(xiàn)，最簡單的是外部按鍵復(fù)位電路。本設(shè)計中選用時鐘頻率為12MHz。單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖2所示。

1.3溫度檢測電路

數(shù)字型DS18820溫度傳感器有三根引線：單線數(shù)據(jù)傳輸總線端口DQ，外供電源線VDD，共用地線GND。DS18820供電方式有兩種：①是數(shù)據(jù)線供電方式，此時VDD必須接地，通過內(nèi)部電容器在空閑時從數(shù)據(jù)線獲得能量，從而完成溫度轉(zhuǎn)換，相應(yīng)地需較長的時間完成溫度轉(zhuǎn)換。這種情況下，用單片機的一個I/O口來完成對DS18820總線的上拉。②是外部供電方式（VDD接+5V），相應(yīng)地較短時間就可以完成溫度的測量。

本設(shè)計中采用外部供電方式，DS18820傳感器與單片機接口電路如圖3所示。

1.4顯示電路

顯示電路根據(jù)顯示內(nèi)容和方式的不同可以分為點陣字符LCD、數(shù)顯LCD、點陣圖形LCD。本設(shè)計中采用點陣字符LCD，這里采用常用的16個字2行的LCD1602液晶模塊。顯示電路如圖4所示。

1.5報警電路

此系統(tǒng)的報警電路采用兩個LED和一個蜂鳴器實現(xiàn)，單片機的P1.7和P3.3分別接紅色LED和綠色LED，當所采集的冷庫所有部位的溫度都處于安全溫度范圍內(nèi)時D1和D2都不亮，有任何一路溫度低于安全溫度范圍時D1亮而且蜂鳴器響，有任何一路溫度高于安全溫度范圍時D2亮而且蜂嗚器響。報警電路如圖5所示。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1軟件功能框架

系統(tǒng)軟件功能架構(gòu)如圖6所示。

2.2系統(tǒng)軟件客戶端

客戶端主要包括選擇串口、打開串口、測試、溫度曲線圖顯示、溫度值顯示、溫度上下限設(shè)置、聲音報警、指示燈變化、用戶登錄9大功能模塊。

（1）選擇串口模塊：設(shè)備采用USB接口連接上機位，電腦隨機分配一個未占用的com串口，所以需要設(shè)置一個靈活的可選擇的串口。

（2）打開串口模塊：打開串口，采集單片機傳輸過來的溫度數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行解析、過濾和處理。

（3）測試模塊：自定義一些溫度數(shù)據(jù)放到文件中，從文件中進行讀取，現(xiàn)實溫度變化范圍較小、測試模塊可以展示系統(tǒng)的性能，讓用戶更加了解本系統(tǒng)。

（4）溫度曲線顯示模塊：將處理后的溫度數(shù)據(jù)畫成一個曲線圖，方便管理人員觀察，此模塊采用了雙緩沖技術(shù)。

（5）溫度值顯示模塊：將處理后的溫度值進行顯示，小數(shù)點后保存兩位，與單片機的顯示屏上的數(shù)據(jù)保持一致，此模塊用了雙緩沖技術(shù)。

（6）溫度上下限設(shè)置模塊：根據(jù)具體情況設(shè)置對應(yīng)溫度上下限，此上下限隨時可改，具有靈活性。

（7）聲音報警模塊：當溫度超過上下限時，進行聲音報警，能夠及時提醒工作人員。

（8）指示燈變化模塊：當溫度為正常值時，指示燈為灰色，

超過上下限時，指示燈變紅。此模塊采用雙緩沖技術(shù)和圖片分割技術(shù)。

（9）用戶登錄模塊：客戶端將用戶名和密碼，發(fā)送到服務(wù)器端，服務(wù)器端進行數(shù)據(jù)驗證，成功則登陸，反之報錯。

系統(tǒng)軟件客戶端主界面如圖7所示。

2.3系統(tǒng)軟件服務(wù)器端

系統(tǒng)軟件服務(wù)器端主要包括啟動服務(wù)器、停止服務(wù)器、用戶在線信息顯示、用戶信息管理4大功能模塊。

（1）啟動服務(wù)器模塊：啟動服務(wù)器后，服務(wù)器開始監(jiān)聽和接收來自客戶端的數(shù)據(jù)。

（2）停止服務(wù)器模塊：停止服務(wù)器后，服務(wù)器給每個在線的客戶端發(fā)送“服務(wù)器正在維護中”消息，然后刪除所有的客戶端Socket，關(guān)閉服務(wù)器端Socket。

（3）用戶在線信息顯示模塊：服務(wù)器端顯示每個用戶登陸時間或者下線時間。

（4）用戶信息管理模塊：查詢用戶信息，增加用戶信息，刪除用戶信息，主要用于對客戶端登陸模塊的管理。

系統(tǒng)軟件服務(wù)器端主界面如圖8所示。

3 實驗結(jié)果分析

我們采用4個溫度傳感器分別置于某冷庫的不同位置，驗證了冷庫溫度實時巡回檢測系統(tǒng)的實用性。表1為測試所得到的部分數(shù)據(jù)和結(jié)果。

由表1可以看到，溫度從硬件傳到上位機軟件后，軟件上顯示的溫度和硬件上顯示的一致，當溫度高于設(shè)置的上限溫度和低于設(shè)置的下限溫度時系統(tǒng)硬件和軟件均進行了報警。

多次實驗測試證明，本系統(tǒng)能夠很好地進行溫度檢測和報警，效果良好。

4 結(jié)束語

本文采用數(shù)字型DS18820溫度傳感器進行溫度采集，溫度精度為±0.5℃，具有較好的性能。設(shè)計開發(fā)的冷庫溫度實時巡回檢測系統(tǒng)在冷庫環(huán)境中進行多點測試，準確性高、部署靈活、適應(yīng)性強，達到了預(yù)期的設(shè)計目標，值得推廣。

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