组态王温度采集.pdf

邮局订阅号 8 2 9 4 63 6 0元 年 技 术 创 新 嵌 入 式 系 统 应 用 P L C技术应用2 0 0 例 您的论文得到两院院士关注 基于组态王的无线温度采集系统 Wireless temperature gathering system based on kingview 辽宁工程技术大学 汪玉凤王胜辉 WA N GY u f e n g WA N GS h e n g h u i 摘要 针对有线温度测量系统布线带来的诸多不便 本文设计了基于组态王 Kingview 的CC2430无线温度采集系统 采用直 接在CC2430上挂载DS18B20实现温度数据的采集 上位机采用通用组态软件 组态王 具有图形界面丰富 开发周期短 效 率高等特点 该系统具有集成度高 可靠性高和成本低等优点 关键词 组态王 CC2430 DS18B20 无线温度采集 中图分类号 TP393文献标识码 A Abstract For the inconvenience of temperature measurement system cable wiring this paper is designed CC2430 wireless temperature gathering system based on Kingview Mounted directly on the CC2430 with the realization of the temperature data collection DS18B20 and host computer using a common configuration software Kingview with a rich graphical interface the development cy cle is short and high efficiency The system has high integration high reliability and low cost Key words Kingview CC2430 DS18B20 Wireless Temperature Collection 文章编号 1008 0570 2010 09 2 0065 02 引言 环境条件中温度测量在仓储管理 自动化生产线 温棚 温 室以及日常生活中被广泛应用 传统的多点分布式温度测量系 统多采用有线传输方式 在现场要进行大量布线 大大增加了系 统成本 降低了系统的灵活性 可维护性与扩展性 ZigBee作为 一种新兴的近距离 低复杂度 低功耗 低数据速率 低成本的 无线网络技术越来越被人们所重视 本文设计一个基于组态王 的无线温度采集系统 采用在Chipcon公司的CC2430芯片上 挂载DSl8B20温度传感器构建分布式无线温度采集系统 可以 完全解决有线系统的各种不便 上位机采用国内公司的工业自 动化通用组态软件 组态王 具有工作性能稳定可靠 图形界面 丰富 硬件配置方便以及编程简单等特点 1系统功能和硬件设计 系统主要由3个部分组成 温度监测节点 无线协调器节 点和监测终端 系统的总体结构如图1所示 图1总体结构 系统工作流程如下 第一部分是在CC2430芯片上挂载 DSl8B20温度传感器构建无线温度监测节点 实现对温度数据 采集 处理和发送功能 通过DS18B20实时获得温度浓度数据 然后连同节点位置信息生成数据包发送到无线协调器节点 第 二部分是无线协调器节点 主要负责温度监测节点数据的收集 其硬件电路仍采用CC2430芯片 通过其串行接口实现了将温 度数据发送到监测终端 第三部分是安装组态王软件的PC主 机作为监测终端 本系统为主机设计一个RS 485串行通信卡 从而实现由RS 232串行接口标准到RS 485串行接口标准的 转换 主机通过RS 485完成与CC2430芯片之间的命令和数 据传送 实现对整个系统进行监测 控制 实时的显示并记录温 度数据 1 1温度监测节点硬件设计 温度监测节点硬件设计包括 温度采集模块 无线通信模块 和电源功能模块 实现对温度信息的采集 处理和无线传输 本 设计采用CC2430和DS18B20作为主要芯片实现传感器节点 DS18B20将各种数字转换电路集成在一起 省去了电路中的转 换和放大等部分 节约了大量的引线和控制通道切换的逻辑电 路 且DS18B20在使用中不需要任何外围元件仅需要一条口线 即可实现与微处理器的双向通讯 这大大简化了温度采集节点 的设计 降低了产品的成本 CC2430芯片是Chipcon公司生产 的 首 款 符 合ZigBee技 术 的2 4GHz射 频 系 统 单 芯 片 在 CC2420RF收发器的基础上绑定了ZigBee协议栈 并集成了增 强工业标准的MCU 8051 128KB闪存和8 KB SRAM等高性能 模块 CC2430集成的805l MCU 核心使用标准805l指令集 8051不仅负责控制芯片内部的射频电路以完成无线数据传输 而且负责控制温度传感器 完成数据的采集 由于CC2430的高 集成度 它只需要很少的外围器件就能搭建好它的应用系统 本 设计中采用5 V电池供电 并提供了标准直流供电接口 1 2无线协调器节点硬件设计 协调器节点负责接收来自传感器节点的温度信息并将接 收到的温度信息连同温度传感器节点信息传输给监测终端 考 虑到协调器和监测终端的距离 采用RS 485串行接口 它的最 大传输距离可达1200米 传送速度可达100Kbps 目前将串行 通信接口转换成RS 485接口的芯片较多 本文用的Maxim公 司生产的MAX485芯片 协调器有稳定的电源供应 不需考虑汪玉凤 教授 硕士生导师 65 技 术 创 新 微计算机信息 嵌入式与S O C 2 0 1 0年第2 6卷第9 2期 3 6 0元 年 邮局订阅号 8 2 9 4 6 现场总线技术应用2 0 0 例 嵌 入 式 系 统 应 用 功耗 2软件设计 由 于CC2430单 片 机 具 有 较 大 的 存 储 空 间 如 果 将 IEEE802 15 4的协议软件放进去 大约只需要l 4存储空间 将 完整ZigBee无线网络协议栈放入进去 也只需要1 2空间 还有 足够空间存储用户应用程序 协议簇和应用固件常驻芯片内存 来保证整个ZigBee模块紧凑且高效 2 1温度监测节点软件设计 上电以后 首先调用初始化子程序包括看门狗 定时器和 DS18B20等的初始化 协议栈初始化主要设置协议栈各层初始 状态 然后查找协调器节点并建立与协调器节点的连接 接下来 采用定时采集温度数据以节约能量 对读取的温度数据需进行 预处理使之适合通信模块的数据结构要求 然后调用数据发送 子程序将温度数据发送给协调器节点 如图2所示 图2温度监测节点软件流程图 2 2无线协调器节点软件设计 无线协调器节点主要完成两个功能 一是负责汇集温度监 测节点的监测数据 二是与监测终端之间的消息传递 原始监测 数据的预处理 首先初始化CC2430 然后程序开始初始化硬件 和协议栈并打开中断 协调器节点负责管理传感器节点的联网 当监听到温度监测节点的数据请求后 建立连接并将接收到的 温度信息连同传感器节点信息传输给监测终端 流程图如图3 图3协调器节点软件流程图 2 3协调器节点与组态王的通信协议 协调器节点的程序必须按照组态王提供的通信协议编写 组态王提供与单片机通讯的命令格式有2种 ASCII模式和 HEX模式 本文采用了效率高的ASCII模式 通讯参数包括数 据位 停止位 波特率 校验方式 数据位 停止位 波特率由单片 机决定 组态王中的设定和单片机一致即可 通讯方式选用RS 485 波特率9 600 bps读写格式除字头 字尾外所有字节均为 ASCII码 见表1 表1读写格式 读写格式具体说明 字头 1字节1个ASCII码 40H 设备地 址 1字节2个ASCII码 0 255 即0 x0ffH 标志 1字节2个 ASCII码 bit0 bit7 bit0 0 读 bit0 1 写 bit1 0 不打包 bit3bit2 00 数据类型为字节 bit3bit2 01 数据类型为字 bit3bit2 1x 数据类型为浮点数 数据地址 2字节4个ASCII码 0 x0000 0 xffff 数据字节数 1字节2个ASCII码 1 100 实际读写的数据 的字节数 数据 为实际的数据转换为ASCII码 个数为字节数 乘2 异或 异或从设备地址到异或字节前 异或值转换成2个 ASCII 码 CR 0 x0d 通讯尝试恢复命令 COMERROR 请求地址 为0的一个BYTE数据 上位机发送读命令后若正常 下位机应答格式为 字头 设 备地址 数据字节数 数据 异或 CR 若不正常 格式为 字头 设 备地址 两个16进制数 异或 CR 上位机发送写命令后若正常 下位机应答格式为 字头 设 备地址 两个16进制数 异或 CR 若不正常 格式为 字头 设备地址 两个16进制数 异或 CR 3上位机组态王的设置 在组态王设备栏中选择机选择COM1 新建设备选择智能 模块中的单片机机 通用单片机ASCII码 组态王中单片机地 址的格式为 前两个字符是设备地址 后面的一个字符是用 户设定是否打包 O 为不打包 1 为打包 建好设备后 双击设 备 COM1 对通讯参数进行设置 这里的设置要与下位机一致 4系统测试结果 系统测试是将三个传感器节点分布到一个空旷的大房间 的角落里 传感器节点与协调器节点之间的距离在15 m左右 通过组态王软件监视采集到的实时温度信息 可观察温度实时 曲线 并具有查询历史曲线 查询历史数据库和打印功能 信息 采集定时设定为2分钟 先启动协调器节点 然后启动温度传感 器节点 监视到的信息如图4所示 图4测试结果 5结束语 系统采用CC2430构建无线网络采集温度信息 上位机采 用组态王 把组态软件丰富的画面 控制的简易性和CC2430的 小型化 灵活性有机地结合了起来 组合成一套经济可靠的数据 采集 存储系统 系统性能较好 成本低 而且便于设计 易于扩充 能够方便够的布设到需要监控温度的应用场所 具有较高的推 广价值 本文的创新点 ZigBee作为一种新兴的近距离 低功耗 低 成本的无线网络技术 避免了传统温度采集系统的布线难问题 上位机采用通用组态软件 组态王 具有图形界面丰富 开发周 期短 效率高等特点 系统便于设计 易于扩充 增加其它传感器 或者控制器模块即可成为对应领域的智能检测或者智能控制 系统 参考文献 1 吕强 刘玉华 刘志军等 基于 ZigBee 技术的环境检测报警系 统设计 J 微计算机信息 2009 6 2 51 53 下转第77页 66 邮局订阅号 8 2 9 4 63 6 0元 年 技 术 创 新 嵌 入 式 系 统 应 用 P L C技术应用2 0 0 例 您的论文得到两院院士关注 如图2所示 使用紫外LED作为光源 LED发出中心波长 为260nm的紫外光 在聚光镜的作用下形成一束平行光 紫外光 束透过待测区域的气体时被尼古丁挥发气体充分吸收 吸收后 的紫外光束入射到紫外光敏管上 光敏管响应波长为 185 nm 260nm 是一种高灵敏度 高可靠性的窄光谱探测器 避免了传统 探测器易受干扰的弱点 如图3是使用此紫外光敏管制成的探 测器 可以探测17米的距离 经过紫外光敏管将光信号转化为 电信号后 使用A D采集卡将信号采集到计算机中 进一步采用 数字滤波 曲线拟合等算法进行处理 最后得到检测结果 由此 可判定是否为尼古丁气体存在区域 为了提高对尼古丁的检测 灵敏度 同时避免吸收波长相近的其他成分对尼古丁检测的交 叉干扰问题 使用一个中心波长位于尼古丁吸收峰的滤光片滤 除其它波长成分 从而大大提高了尼古丁检测的灵敏度和抗干 扰能力 图3 紫外探测器 3现场安装 此探测仪器安装在高速路收费口是其中最理想的场所之 一 如图4所示 首先在收费口出车辆须停车交费 此时车辆内 运送大量烟草将会散发出尼古丁挥发气体 并且比较集中 其次 紫外光对人体等具有一定的杀伤力 收费站往往人员稀少 安全 性好 再次 收费站安装后 可以长期使用 并且车辆都可以通过 收费站拍照以及车牌记录等方式反馈给烟草管理相关人员 便 于及时处理 另外 车载式安装仪器同样可以发挥灵活机动的优势 如图 5所示 基于尼古丁检测的烟草贩运车辆模糊定位仪可以做成 车载模式 安装与稽查车辆顶部 当载有大量烟草的车辆驶过后 会有大量尼古丁气体挥发 被车载定位仪检测到后可以收到报 警 从而为稽查人员提供必要的判断依据 图4高速路收费站安装方式图5车载尼古丁检测仪安装示意图 4结论 本文针对目前烟草市场私烟和走私烟大量存在 而稽查违 规烟草贩运缺乏必要检测手段的现状 研究了一种判断运输违 规香烟车辆的监测系统 依据烟草中含有的尼古丁挥发气体在 紫外波段具有较强吸收 使用紫外LED作为光源 由尼古丁紫外 吸收光谱 可以定性判断出挥发于空气中的尼古丁含量 并用滤 波片滤除不必要的其他波段的紫外光 可以减少其它气体交叉 干扰 提高检测灵敏度 该系统对于协助烟草缉私人员对重大可 疑车辆进行有重点地拦截检查 减小扰乱普通车辆运行 规范烟 草市场的发展具有重要的意义 本文作者创新点 本文基于尼古丁紫外吸收光谱 可以定性判断出挥发于空 气中的尼古丁含量 并用滤波片滤除不必要的其他波段的紫外 光 可以减少其它气体交叉干扰 提高检测灵敏度 该系统对于 协助烟草缉私人员对重大可疑车辆进行有重点地拦截检查 减 小扰乱普通车辆运行 规范烟草市场的发展具有重要的意义 参考文献 1 郑龙江 李鹏 秦瑞峰等 气体浓度检测光学技术的研究现状和 发展趋势 J 激光与光电子学进展 2008 45 8 24 32 2 沈轶 周斌 王珊珊 等 差分光学吸收光谱法研究卷烟主流烟 气 NO2 J 光学学报 2008 28 10 1934 1937 3 吴琼 刘先勇 袁长迎等 单片机控制的光声光谱气体检测系统 的设计 J 微计算机信息 2008 24 2 107 108 4 练文柳 何智慧 吴名剑等 AOTF NIR 技术用于烟草化学成分 分析的探讨 J 中国烟草学会 2004 年学术年会 作者简介 赵燕杰 1981 女 汉 山东阳谷人 硕士 助理研究员 主要从事光电检测 光纤传感方面的研究 Biography ZHAO Yan jie femal the Han nationality master assistant researcher was born in Yanggu of Shandong Proviance in 1981 She is intrested in optoelectronics measuring technology and fiber optic sensor 250014济南 山东省科学院激光研究所山东省光纤传感技术 重点实验室 赵燕杰 倪家升 王昌 王 黔 刘统玉 Laser Institute of Shandong Academy of Science The Key Laboratory of Optical Fiber Sensing Technology of Shandong Province Jian 250014 China ZHAO Yan jie NI Jia sheng WANG Chang WANG Qin LIU Tong yu 通讯地址 250014山东济南 山东省科学院激光研究所 赵燕杰 收稿日期 2009 11 21 修稿日期 2010 02 25 上接第66页 2 Trung Kien Nguyen Chung Hwan Kim Gook Ju Ihm CMOS bw noise amplifier design optimization techniques J Microwave Theory and Techniques IEEE Transactions 2004 52 5 1433 1442 3 孟庆斌 潘勇 基于 CC243