多路温度检测显示与报警系统设计

1、课程设计报告课题多路温度检测、显示与报警系统设计小组成员指导老师目录一、 前言···········································

2、83;····1二、 方案论证············································1

3、2.1测温元件的选择····································12.1.1热电偶和热电阻的选择·········

4、3;················12.1.2热电偶的分类·······························

5、3;··22.2采集模块的选择····································32.2.1多功能采集卡········

6、;··························32.2.2 USB采集卡·····················

7、3;··············42.2.3采集模块ADAM-4000系列························42.2.4采集模块ADAM-5000系列····

8、3;···················5三、硬件电路设计·····························&

9、#183;·············63.1系统结构方框图··································&#

10、183;·73.2采集模块与主机电路································73.3采集模块与设备电路············

11、····················8四、软件设计·····························

12、;··················94.1组态界面的设计······························

13、······94.2报警系统的设计····································94.3实时温度数据曲线的设计···

14、3;·······················11多路温度检测、显示与报警系统设计一、 概述 随着现代信息技术的飞速发展，温度测量控制系统在工业、农业和人们的日常生活中扮演着越来越重要的角色，它对人们的生活具有巨大的意义。 在工业生产和日常生活中，经常要对温度进行测量和控制，并且有时是多个点进行温度测量，比如冷库温度监控、环境温度测量等。在这种情况下多点温度检测系

15、统应运而生。多点温度检测系统通常能对多个工作点进行温度检测，显示当前温度，并且能够对温度进行存储和报警，还能将温度上传到PC机上进行后续处理。本次课程设计将采用研华数据采集卡ADAM-5000,选用K型镍铬-镍硅热电偶，利用组态软件MCGS和通过计算机，完成6点温度的检测、显示和报警系统。 任务要求：采用研华数据采集卡ADAM-5000，选用合适的测温元件，利用组态软件MCGS和通过计算机，完成10点温度的检测、显示与报警系统。测温范围及报警要求温度范围温度测点上限报警下限报警010006点600400自动连续读取并显示温度测量值，测绘测量温度实时变化曲线；统计采集的温度平均值，最大值与最小值

16、；实现温度上、下限报警。二、方案论证2.1测温元件的选择2.1热电偶和热电阻的选择 热电阻温度计是基于热电阻效应而工作的。所谓热电阻效应，是指电阻体阻值随温度变化而变化的性质。热电阻温度计由热电阻温度传感器、连接导线和显示仪表等组成。 热电偶温度计是基于热点效应而工作的。所谓热点效应，是指两种不同的导体或半导体材料组成闭合回路，如果两个节点处的温度不一样，则回路中就会产生电流。热电偶具有结构简单、制作方便、测量范围广、准确度高等优点。 一般在T<500的中、低温区，如家用及汽车行业用的较多的是热电阻或热敏电阻。在T>500高温区，如冶金炉窑等热工设备的在线检测中选用较多的是热电偶。

17、本次设计要求在0至1000中进行多点温度检测，基于以上原因宜选用热电偶温度计。2.1.2热电偶的分类 长期以来，各国先后生产的热电偶的种类就几百种，应用较广的有几十种，而国际电工委员会推荐的工业用标准热电偶分为八种，其分度号为S、R、B、K、N、T、E、J。 A 铂铑10-铂热电偶（分度号为S）该热电偶正极的名义成分为含铑10%的铂铑合金，负极为纯铂。它的特点是热点性能稳定，抗氧化性强，宜在氧化性，惰性气氛中连续使用。长期使用温度为1400，短期使用为1600。但是该热电偶的热电势率较小，灵敏度低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，所以不宜采用。B 镍铬-铜镍热电偶（分度号为

18、E）在常用热电偶中其热电动势率最大，在-200时其热电动势率喂25µV/,至700时为80µV/，比K型热电偶高一倍，它在-250870范围内的氧化性，惰性气氛中连续使用。但是不能在高温中直接作用于硫，还原性气氛中，热电势均匀性交叉，因此也不宜采用。C镍铬-镍硅热电偶（分度号为K）该热电偶的正极为10%的镍铬合金，负极为3%的镍硅合金。它的负极亲磁，因此用磁铁可鉴别出热电偶的正负极。它的特点是使用温度范围宽，高温下性能较稳定，热电动势与温度的关系近似线性，价格便宜。长期使用温度为1000摄氏度。因为本次设计的温度范围在0至1000之间，又因为K型热电偶使用温度广，高温下性能

19、稳定，而价格又便宜，综合考虑本次试验采用K型热电偶较为合适。2.2采集模块的选择采集模块是将温度信号转换成模拟信号，提供给显示仪表，和上位机以及温度探头通讯。上位机可以实时的从模块中读取n路温度值。采集模块有许多类型，比如ADAM-5000系列、ADAM-4000系列、多功能采集卡、USB采集卡等等。2.2.1多功能采集卡 PCI-1711多更能经济型采集卡是一款功能强大的多功能低成本的PCI总线数据采集卡。PCI-1711没有模拟量输出通道，用户可以在PCI-1711和PCI-1711L之间选择能够满足实际需求而又节约成本的数据采集卡。它的主要特点是12位A/D转换器，采样速率可达100kH

20、z，16路单端模拟量输入，板载1K采样，FIFO缓冲器，每个输入通道的增益可编程。2.2.2 USB采集卡USB采集卡是一种基于USB总线的数据采集卡，可直接插在计算机的USB接口上，构成实验室、产品质量检测中心等各种领域的数据采集、波形分析和处理系统。USB-4700 系列由各种即插即用数据采集设备组成。 您无须打开您的计算机机箱安装板卡，只需要将此模块插入计算机 USB 端口即可获取数据，非常高效实用。 USB4718 提供 16位分辨率 8 路热电偶输入，0.1% 输入范围精度，或 420

21、mA 输入。USB-4718 工作可靠，结构坚固，适合各种工业应用。同时它使用经济，完全可以用于家居项目。USB-4716 是为任何具有 USB 端口的计算机增加测量和控制功能的最佳选择。 USB-4718 完全即插即用，使用起来非常方便。 它可以从 USB 端口供电，因此无须提供外部电源。它支持USB 2.0、支持电压、电流和热电偶输入，具有总线供电、8通道热电偶输入、2,500VDC隔离保护、支持420mA电流输出、带有接线端子、8通道隔离保护DI和8通道隔离保护DO、适合DIN导轨安装、锁紧式USB

22、电缆用于紧固连接等特点。2.2.3采集模块ADAM-4000系列 研华ADAM-4000系列模块是通过传感器到计算机的便携式接口模块，专为恶劣环境下可靠操作而设计。它在数据采集、传输、控制等方面有显著优点。通过执行主机的命令可以远端选择类型和范围，对不同的任务可使用同一模块，极大地简便的设计和维护工作。 ADAM-4018 8路热电偶输入模块的模拟量输入模块使用微处理器控制整合A/D转换芯片，将电压、电流、热电偶或者热电阻信号转化为数字量信号。然后根据模块的设置将数字量表示为工程单位、16进制格式或者满量程的百分比。当主机请求的时候，数据通过RS-485 界面传输。模拟量输入模块提供信号调理、

23、A/D转换、量程转化和RS-485数字通讯功能。通过提供 A/D输入光偶隔离和高达3001V的变压器隔离，模块可以保护用户设备免受接地环流和电源浪涌的危害。2.2.4采集模块ADAM-5000系列 ADAM-5000系列能够通过多通道I/O模块进行数据采集和过程控制。每个系统由两部分组成：基座（主单元）和I/O模块。每个基座可以安装4个I/O模块（最多64个I/O点）。ADAM-5000系统模拟量输入模块可以配置为电压、电流、热电偶、热电阻等不同类型的输入。计数器/频率模块还可以设置为加/减计数、双向和频率模式。除了节点地址外，所有其它参数（包括通讯速度、高低限报警和校准等）均可通过远程进行设

24、定。ADAM的灵活设计摆脱了传统机械式设置的操作方式，避免了由于采用固定量程而需要购置大量模块的负担。通过将设置参数储存在EEPROM中，即使在掉电的情况下，系统也可以保存这些参数。ADAM-5000系统内集成了16位微处理器和FIFO电路，可以显著提高系统的通讯速度。它的通讯速度可达115.2Kpbs,比普通RS-485网络要快的多。ADAM-5000还支持10/100Mbps的标准以太网。ADAM-5000系统能够完成现场设备与主机之间的所有软件处理，包括信号调理、数据转换、校准、报警监测、内部诊断及通讯。在对ADAM-5000升级时，只需要升级系统核心，而无须改变I/O模块。 ADAM-

25、5018是一个16位7频的热电偶输入设备，可设计的输入在所有的频道上的范围为特色的组件。它接受毫伏输入 (±15mV、±50mV、±100mV、±500mV),电压输入 (±1V,±2.5V),现在的输入(±20个MA、需要 125个欧姆电阻)和热电偶输入。(J、K、T、R、S、E、B) 组件转寄数据到工程单位(mV、V、MA或温度°C)的主机。在插件终端机上的外部 CJC 为正确的温度测量而设计。特别的ADAM-5018可以直接和热电偶相连不需要用变送器。不过选择时需要考虑现场状况，因为ADAM-5018模块上不

26、同通道之间没有隔离，如果模块与热电偶之间的距离较远时，容易出现问题。 因为本次试验是设计0至1000的六点温度检测，并且采用K型热电偶，综上所述，所以采用ADAM-5000系列中ADAM-5018热电偶输入模块。三、硬件电路设计 本系统的硬件电路包括主机、温度与检测与控制、人机对话（键盘/显示/报警）和其它扩展电路几个主要部分。图3.1为系统的硬件电路原理图。3.1系统结构方框图图3.1系统的结构框图 本系统结构简单，由ADAM-5018采集各点温度信号转换成模拟量信号传给主机，再由组态软件对模拟信号进行记录和运算，以达到对温度的测量、显示和报警。3.2采集模块与主机电路 ADAM-5018是一个16位7频的热电偶输入设备