具有在線監控功能的智能計量儀器技術分析

蔡敏

（金鳳科技投資集團,天津，300384）

1 硬件模塊設計

主控板CPU的型號是TA89C52，還需要配備作為輸入設備使用的輸入按鈕，鍵盤以及使用溫濕度傳感器。針對輸出系統則要使用循環風機，排氣風扇，報警系統等硬件設備結構。硬件系統的設計目的是為了實現基本的溫濕度參數顯示功能，進行聲光預警，鍵盤輸入設置，A/D轉換等功能。溫度檢測的技術參數范圍應處于零下十度至85度之間。在進行溫度檢測的時候要保持精度在0.5度上下。在進行濕度檢測的時候整體的模擬輸出電壓信號在0～3V之間。整體的濕度檢測范圍需要在10%～95%之間。利用三維液晶實現濕度顯示且輸出的數據信號為單總線。

1.1 整體構成

主要構成為一個聚合體電容式濕敏元件、1個能隙式材料溫敏元件.1個數字接口以及A/D轉化區。為了實現系統在多個環境下進行環境的溫濕度監控，實現一鍵中央集控，在實際中使用的單片機系統數量可能要比之前的人工數量還要大。型號為STC89C52的單片機在進行編程之后具有性能高效，能耗低的特點主要的元件構成包括定時器，8k字節閃存和512字節的隨機存儲等同時還配備有外部中斷系統且支持省電運營。整個系統在工作時的電壓在5.5V～3.3V之間。為了節約成本也可選擇3V的單片機，此時的設備工作頻率大概在48MHz左右。對于整個系統的無線傳輸模塊可以使用3.3V供電的方法，并為了提升整個系統的現實應用價值，保證兩個模塊之間的穩定性可以將設計轉化為電路。系統采用Labview作為上位機開發軟件，在系統設計中系統內的溫濕度數據,在經過系統的無線傳輸模塊傳輸到系統內,經STM32F103RBT6單片機解析之后,就可以通過串口形式將STM32F103RBT6單片機數據傳送給PC上位機。濕度采集模塊采用了CHTM-02NA型濕度傳感器，模擬電壓信號通過單片機的PCI.口進行A/D轉換。

具體硬件模塊設計參數要求詳見下表1。

表1 性能參數

1.2 液晶顯示屏設置

顯示屏設定為LED，這樣就能保證系統的耗電量處于一個合理的范圍，實現節能環保的效果且LED顯示屏的使用壽命以及穩定性都要明顯優于其他類型的顯示器。在進行數據顯示模式上則采用BCD編碼模式，保證輸出結果的精確程度的同時性價比和對操作實驗環境的要求也明顯優于同類別的顯示器，實現經濟性和實用性的統一。RT12864M漢字圖形點陣是單片機溫室溫濕度檢測系統的液晶顯示模塊，利用這個系統可以實現漢字和圖形的顯示。該點陣內置了64x256點陣顯示RAM(GDRAM)、128個字符(8X 16點陣)、8192個中文漢字(16x16點陣)可以實現即時展示當下的溫濕度情況，也可以展示預設好的溫濕度情況直觀的表現結果的真實現狀。

1.3 硬件上位機部件選擇

選擇Labview作為上位機的應用軟件。系統內采集收集道德溫濕度數據主要是經過系統的無線傳輸模塊利用STM32F103RBT6單片機進行分析解讀，通過串口的形式得以將STM32F103RBT6單片機的數據順利傳輸。

1.4 硬件系統內部的其他輔助線路

拿測量溫室內部CO2濃度的需要進行舉例說明，針對這一項目的數據采集可以選取測量范圍在350ppm至1000ppm之間的MG811型傳感器。這種類型的傳感器輸出的模擬電壓大概在30mV至50mV之間。外部的電壓會給兩端的加熱元件進行加熱，當元件的表面溫度能夠達到需要溫度的時候，MG811元件可以被視作一個電池他的兩端會輸出電壓信號，可以依據電壓信號的數值變化表示具體的CO2濃度變化。如果想測量日照程度則可以使用光電池，光電池作為依靠光輻射作用特質而成的光能轉化為電能的元件，可以根據光信號轉換為電信號的程度來進行日照程度檢測。對欠缺日照時長的植物可以利用LED燈有針對性的對植物進行補光照射，為了方便有計劃的結合不同種類的植物的生長習性進行具體的光照調節，應該在日后的采集系統中開發光譜可調節的光照控制調節系統。

2 軟件系統設計

實現相關的基于Internct 的遠程數據采集才能實現的遠程控制、傳輸數據文件、自動發送Email 等功能。這就和和PC機接入Intenet 一樣，嵌入式系統接入Intemet 最后一定會通過TCP/IP接入相關線路。嵌入式系統對信息處理是會進行TCP/IP協議處理的這樣會使其變成可以在Intemet上傳輸的IP數據包。運算速度等尤其是運算速度要快速誤差小，速率的一定性還能得到保證的要求比較高。在嵌入式系統中，可以使用TCP/IP等的Internet 協議將占用大量系統資源，這會直接影響本來的功能或根本直接導致無法運行。當下相關于嵌入式以太網的設計方案多數是選用單片機，他的成本造價高且運算速率并不符合經濟效益需要。而LPC2114微處理器作為一種特殊的嵌入式微處理器他擁有可以更快的處理數據提高整體系統的運行的速度，而在處理影音信號方面也有很大的優勢。在嵌入式網絡設備中使用LPC2114微處理器，推進了內容擴充速率和因特網的運行速度。達到如虎添翼的效果。

對代碼規模有精準的控制的應用可應用16位Thumb模式將代碼大小降低多過30%，相對應的性能損耗較少。這樣就能夠帶來更好的用戶體驗和經濟效益。由于LPC2114/2124極小的64腳封裝、和他本身極低的功能消耗、4路10位ADC、PWM輸出、46個GPIO以及數量多達9個的外部中斷讓它們特別適用于工廠機器、醫療網絡系統的訪問控制和電子收款機(POS)中進行現實應用。又因為內置了寬范圍的串行通信接口也同樣符合通信網關、協議轉換器、嵌入式軟件調制解調器以及除此之外更多不同的應用設計。基于LPC2114微處理器的嵌入式系統中的應用很有必要也能夠起到很大的作用。LPC2114微處理器本身就是具有運算速率快，運算穩定等適合于解決嵌入式系統實現的難題的各種對應的優點。而且他本身耗能小已經相應的被應用于現實中的各種pos機當中了，已經是一種可以算得上是成熟的技術了。

CFD技術就是一種依靠計算機進行數據計算以及圖像顯示進而實現對流體的流動以及傳熱的物理現象進行系統的分析討論。基本原理就是依據具體環境中的流體流動情況以及傳熱現象進行合理的模型選擇。一般會用到的流動基本方程有質量守恒方程，能量守恒方程以及動量守恒方程式。

LPC2114是一個在支持實時仿真和跟蹤的16/32位ARM7TDMI-S 的CPU的基礎之上，并附帶有128/256 k字節(KB)嵌入的高速Flash存儲器。128位寬度的存儲器接口和他所特有的加速結構使32位代碼能夠始終在最高的時鐘速率下運行。對代碼規模有精準的控制的應用可應用16位Thumb模式將代碼大小降低多過30%，相對應的性能損耗較少。這樣就能夠帶來更好的用戶體驗和經濟效益。由于LPC2114/2124極小的64腳封裝、和他本身極低的功能消耗、4路10位ADC、PWM輸出、46個GPIO以及數量多達9個的外部中斷讓它們特別適用于溫控設備、醫療網絡系統的訪問控制和電子收款機(POS)中進行現實應用。又因為內置了寬范圍的串行通信接口也同樣符合通信網關、協議轉換器、嵌入式軟件調制解調器以及除此之外更多不同的應用設計。在使用CFD進行數據分析的時候主要步驟是首先要做的是簡化實際問題，明確解決問題的實際需要，去除不必要的計算，進而建立起可以反應本質問題的求解模型。然后準備好各個變量之間的數學表達式，直觀展示各個變量的微分方程以及對應的求解條件。適當的進行難點拆分對數據求解的需要進行合理的拆分離散使得難以求解的微積分方程都變成了容易求解的數學公式可以在更便捷快速的過程中獲得更加準確的數據。

3 模擬實驗結果分析

將溫度預設在十五攝氏度至三十攝氏度之間，濕度則預設在百分之三十至百分之五十之間。設置好禁止外部中斷的模式，并開啟外部事件計數器。在規定的時間內利用溫度脈沖數據進行數據統計。利用軟件延時的方式方法來實現時間間隔，系統照常會因為溫濕度超過測量范圍內數值而發生系統中斷的現象。根據仿真訓練的數據統計結果顯示，將溫度合理的控制在20攝氏度左右，整個溫度，濕度數據采集模塊正常工作且結果顯示正常。當溫度升到32攝氏度的時候，傳感器LED——Green 二極管發亮提醒溫度傳感器已經向單片機傳遞數據結果。CFD氣流組織建模、CFD模型分析、溫室氣流組織物理層改造等技術手段。優化溫室氣流組織環境布局，提升溫室環境溫濕度檢測系統效率。從而起到整體PUE能耗的有效降低作用。要對溫室溫濕度檢測管理進行數據建模不僅需要CFD模型還是需要其他的工具對溫室的環境進行數據模擬。FLUENT的用戶界面清晰操作項目簡單明確，計算算法覆蓋范圍廣闊，功能模塊涉獵的范圍廣泛可以適用于數據溫室溫濕度檢測現實情況的復雜的數據計算分析之中。

Fhuent可以通過計算模擬密閉的溫室內部不同植物生長需要的溫濕度實際情況檢測其作用于溫室的溫濕度檢測管理數據。由于自然因素作用于溫室設備內部的效果不明顯所以暫且不予考慮，根據溫室內部的植物的整體排布情況來進行模擬分析制單片機的溫室溫濕度檢測系統的輸出功率大小，安放位置，型號大小選擇等問題。

4 結語

將顯示屏設定為LED，這樣就能保證系統的耗電量處于一個合理的范圍，實現節能環保的效果且LED顯示屏的使用壽命以及穩定性都要明顯優于其他類型的顯示器。在進行數據顯示模式上則采用BCD編碼模式，保證輸出結果的精確程度的同時性價比和對操作實驗環境的要求也明顯優于同類別的顯示器，實現經濟性和實用性的統一。科學利用智能計量儀器的實時監控功能，保證生產安全的同時還能優化生產條件。期待在未來能有更好的發展。