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无线式网络化智能温度监控仪的设计与实现
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作者：刘小康 彭东林 王先全 唐海燕 转贴自：微计算机信息
1 引言
在制造业领域，为保证产品质量，需要对生产现场的许多大型热加工设备的工作温度进行实时监控。工业现场温度高、噪音大，环境恶劣，但是目前很多企业仍采用传统的人工值守方式作业，操作人员现场工作环境差，不仅效率低，而且难以实现长时间的实时监控。装备制造业是国家的基础工业，国家中长期发展规划将支持发展一批重点产品，其中在基础产品领域就包括智能化、网络化的测量和监控系统。因此，针对性地开发一种网络化的智能温度监控系统对提升我国制造业水平具有重要意义。Intranet/Internet具有广泛的开放性、通用性与软硬件支持，其在工业中的应用是测控领域的新热点。让现场级的智能仪器实现TCP/IP协议，使工业测控数据能直接在Intranet/Internet上动态发布和共享，供相关技术人员、管理人员参考，这样就把测控网和信息网有机地结合了起来，使得工厂拥有一个一体的网络平台，从成本、管理、维护等方面考虑，都是一个最佳的选择。
2 总体方案
基于Internet/Intranet技术构建的网络化温度监控系统如图1所示。网络化智能温度监控仪实时测量生产车间每台加工设备的工作温度，并将采集到的数据以无线通信方式传输给网关,网关的控制命令先送给智能温度监控仪，经其分析处理后，对加工设备的工作温度进行设定。即由网关统一管理生产车间的所有设备。网关与多台智能温度监控仪之间采用无线通信方式进行数据传输，以避免复杂的现场布线和由此带来的不便。网关接Internet/Intranet后，监控中心、技术中心和管理中心等部门就可共享现场测试数据，并可通过网关对加工设备进行远程控制，在线修改工作参数。
网络化智能温度监控仪是构成图1所示系统的一个关键部分，其主要功能是自动测量工作温度和根据网关的命令对温度进行控制。图2为网络化智能温度监控仪的硬件结构框图。采用若干热电偶作为高温测量传感器，同时感知加工设备的多点工作温度。通过ISL43741差分多路模拟开关选择一路信号送入热电偶数字转换器MAX6675进行转换，微处理器AT89C52读取转换结果后，进行相关运算处理如数字滤波、非线性软件自校正等，得到的数据经PS2000A网络接口电路进行格式转换后，由nRF401无线收发电路传送给网关，测量出的温度值也由MAX7219电路实时显示。nRF401无线收发电路接收到来自网关的数据后，同样要经PS2000A网络接口电路进行格式转换，MCU对接收到的数据进行分析处理后，通过RS-232接口对加工设备工作温度进行控制。上述整个工作过程由X5043看门狗电路进行监控，以使仪器在电磁环境较为恶劣的车间现场可靠工作。
3 硬件设计
网络化智能温度监控仪的硬件设计以一块8位MCU为核心，重点是网络接口电路和测量电路设计两部分。
3.1 MCU与PS2000A接口电路
MCU与网络控制芯片PS2000A的接口电路如图3所示。PS2000A内部固化了MCUNetTM协议（MCUNet协议是MCU电子设备与计算机平台上的网关建立联系的一种软件协议）， MCU与PS2000A之间的通信通过MCUnetTM协议实现，而MCUapTM协议处理PS2000A和网关之间的数据通信。即通过PS2000A处理MCU与网关之间的通信，它将来自MCU的数据编译成符合协议规定的格式后传给网关，而网关下传的命令和数据由PS2000A解释。因此，智能温度监控仪内部嵌入的MCU无需运行复杂的TCP/IP网络协议，只需解释和执行PS2000A传送过来的指令和数据就可以实现与Internet/Intranet网络连接。这就解决了8位MCU的系统资源和运算速度根本无法运行TCP/IP协议的问题。
AT89C52与PS2000A的硬件连接采用SPI接口方式。PS2000A与nRF401之间采用串行接口方式进行连接，通信波特率通过PS2000A设置。
3.2 MCU与MAX6675接口电路
C，而实际上冷端温度通常为室温，所以需要冷端补偿。有多种冷端补偿方法，如冷端冰点法、PN节补偿法和电桥补偿法等，这些方法的共同缺点是电路调试比较麻烦。°温度传感元件选用K型热电偶，因其线性度好、价格便宜、测量范围宽而得到广泛的使用。由于热电偶电压输出取决于热端与冷端的温度差，理论上应使冷端温度为基点即0
C°MAX6675是美国MAXIM公司生产的带有冷端补偿和热电偶断线检测功能的串行K型热电偶数转换器。温度测量范围为0 C~+80℃，工作电压为3.0~5.5V。内部自带有12位A/D转换器，转换结果直接以SPI接口方式输出。工作可靠性高，使用更方便。图4为MCU与MAX6675的接口电路。°C，冷端补偿范围为-20°C，分辨率为0.25°~+1024
4 软件设计
软件设计主要包括温度测量、非线性自校正、LED显示、温度控制、仪器网络化、无线通信和看门狗监控等几部分。其中难点是网络化程序设计，用PS2000A进行智能温度监控仪网络化设计的流程如图5所示，主要包括以下四个步骤：
(1) 定义智能温度监控仪中需要远程控制的对象，并建立对象属性表,
(2) 利用开发工具生成设备属性表并下载到PS2000A中,
(3) 设计智能温度监控仪用户通信接口程序UCI,
(4) 硬件连接和调试。
5 结束语
网络化智能温度监控仪能与Internet/Intranet上有通信能力的节点直接进行通信，实现温度测量数据的实时发布和共享，在Internet/Intranet上的任何地方都能对智能温度监控仪进行管理和控制。该仪器已在重庆某大型摩托企业中得到成功应用，用于车间多台高温铸造炉的远程监控，自动定时采集数据，大大提高了工作效率，工作人员无需长时间现场操作，工作环境得到改善。
本文作者创新点: 提出了一种基于Internet/Intranet和无线通信的远程温度监控方法。
参考文献：
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