毛升

摘 要：本設(shè)計(jì)分別利用NXP的LPC932單片機(jī)做下位機(jī)，對(duì)電纜溫度進(jìn)行采集，SRWF無線模塊實(shí)現(xiàn)無線通信，Luminary公司的LM3S1138 ARM處理器做中繼站，對(duì)下位機(jī)實(shí)行監(jiān)管，最后通過VB監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析管理，完成基于ARM的嵌入式技術(shù)的智能無線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：嵌入式；無線通信；LM3S1138；SRWF508；VB串口通信

一、項(xiàng)目的背景及應(yīng)用領(lǐng)域

我國經(jīng)過改革開放三十多年發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展階段尤其是工業(yè)發(fā)展取得了很大的進(jìn)步，但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)安全現(xiàn)狀卻令人擔(dān)憂。尤其是礦業(yè)、石化、天然氣、化工企業(yè)這些重工業(yè)，行業(yè)危險(xiǎn)因素很多，安全管理難度大。傳統(tǒng)的安全監(jiān)控依靠大量的人員進(jìn)行定期的巡檢測(cè)量，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的匯總，分析報(bào)告。費(fèi)時(shí)費(fèi)力，生產(chǎn)效率時(shí)分低，不能滿足生產(chǎn)中監(jiān)控的實(shí)時(shí)性、快速性。例如井下的瓦斯檢測(cè)，主要依靠瓦斯員定期的進(jìn)行瓦斯測(cè)量，但是地質(zhì)條件的變化往往是一瞬間的事情，稍有耽誤，可能就會(huì)造成嚴(yán)重的事故，因此在高危廠礦企業(yè)的安全監(jiān)控系統(tǒng)必須滿足實(shí)時(shí)性、快速性。隨著科技革新發(fā)展，越來越多的科技元素注入工業(yè)領(lǐng)域，使工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)快速前進(jìn)的時(shí)代。目前企業(yè)的安全實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能化，集成化，本文通過利用NXP的LPC932單片機(jī)做下位機(jī)，對(duì)電纜溫度進(jìn)行采集，SRWF無線模塊實(shí)現(xiàn)無線通信，LM3S1138 ARM處理器做中繼站，對(duì)下位機(jī)實(shí)行監(jiān)管，最后通過VB監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析管理，完成基于

ARM的嵌入式技術(shù)的智能無線溫度監(jiān)測(cè)。

二、系統(tǒng)的主要功能：

（1）數(shù)據(jù)采集及顯示功能：完成與下位機(jī)的通訊，采集每臺(tái)下位機(jī)檢測(cè)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)以表格或模擬庫區(qū)的三維立體圖的方式在屏幕上顯示。（2）分析功能：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，例如繪制電纜溫度統(tǒng)計(jì)值的曲線，變化曲線，并分析歸納變化的趨勢(shì)，提出決策的依據(jù)。（3）報(bào)警功能：當(dāng)超出已設(shè)定的溫度及時(shí)報(bào)警。（4）機(jī)械通風(fēng)控制功能：根據(jù)實(shí)測(cè)的溫度和參數(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫，通過溫度數(shù)學(xué)模型實(shí)時(shí)計(jì)算分析電纜的溫度，并參照已獲得的環(huán)境參數(shù)自動(dòng)地按照通風(fēng)目的來實(shí)施通風(fēng)降溫控制。（5）信息處理功能：能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、檢索、打印輸出、通過網(wǎng)絡(luò)輸出和共享，其中包括各種計(jì)量和管理的信息

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較與選用

（一）設(shè)計(jì)思路。該項(xiàng)目的主要任務(wù)是開發(fā)出新一代電纜測(cè)溫?zé)o線傳輸系統(tǒng)，其關(guān)鍵內(nèi)容是用無線來代替有線，基本原理是應(yīng)用低功耗單片機(jī)，采集敷設(shè)在電纜上的數(shù)字溫度傳感器的信號(hào)，發(fā)送給進(jìn)行統(tǒng)一管理的中轉(zhuǎn)站，該中轉(zhuǎn)站將電纜上的下位機(jī)測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)通過小功率的集成無線收發(fā)芯片統(tǒng)一發(fā)送到中控室。由于采用無線技術(shù)，所以徹底摒除了密如蜘蛛網(wǎng)的傳統(tǒng)的測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，是對(duì)原有系統(tǒng)的一項(xiàng)重大革新。用VB設(shè)計(jì)人機(jī)界面，易于重復(fù)性操作觀測(cè)。

（二）應(yīng)用的技術(shù)分析。（1） 上位機(jī)的設(shè)計(jì)。在該設(shè)計(jì)中，我們通過SRWF無線收發(fā)模塊接收中繼站傳送上來的溫度數(shù)據(jù)，然后利用VB監(jiān)控軟件，對(duì)其進(jìn)行分析管理。由于SRWF是TTL接口，而一般的PC機(jī)都是RS232串行接口或者USB接口，因而我們利用USB 總線轉(zhuǎn)接芯片 CH341實(shí)現(xiàn)TTL電平接口到

USB接口的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的接收和處理。（2）中繼站的設(shè)計(jì)。在本系統(tǒng)中我們利用ARM1138開發(fā)板作為中繼站，對(duì)4個(gè)下位機(jī)進(jìn)行控制，對(duì)下位機(jī)測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。中繼站，其主要功能是與下位機(jī)和上位機(jī)通信， RM1138開發(fā)板作為中轉(zhuǎn)站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，處理和暫存數(shù)據(jù)量較大，我們考慮選用具有最新Cortex-M3內(nèi)核的Luminary公司的LM3S11

38處理器，它是一種高性能的 ARM處理器，在之上運(yùn)行COS

-II操作系統(tǒng)系統(tǒng)，具有較高的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。從節(jié)能降低功耗和無線管理委員會(huì)對(duì)民用無線電功率和頻率限制的雙重考慮，不能使用功率型的無線收發(fā)裝置，所以要想用小功率無線發(fā)送實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳送，只能采用接力式的中繼方案。（3）下位機(jī)的設(shè)計(jì)。下位機(jī)是采用NXP LPC932單片機(jī)設(shè)計(jì)的測(cè)溫器。每個(gè)單片機(jī)連接一條測(cè)溫電纜，上面并接測(cè)溫傳感器

DS18B20，將測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。

測(cè)溫器，它的功能主要是采集溫度數(shù)據(jù)，并將采集的數(shù)據(jù)通過485總線收發(fā)發(fā)送給下位機(jī)，所需存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不多，由于安裝于電纜上隨時(shí)進(jìn)行溫度的測(cè)量，因而需要結(jié)構(gòu)較為精巧且運(yùn)行速度較高，同時(shí)還要具備足夠的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所以我們采用了NXP的 LPC932 單片機(jī)。它采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行時(shí)間只需2到4個(gè)時(shí)鐘周期。6倍于標(biāo)準(zhǔn)的80C5器件。它集成了許多系統(tǒng)級(jí)的功能，這樣可大大減少元件的數(shù)目、電路板面積以及系統(tǒng)的成本。且具有在電路編程的功能，可以隨時(shí)對(duì)程序進(jìn)行修改升級(jí)而不用將微控制器從系統(tǒng)中移除。用DS18B20的多點(diǎn)溫度檢測(cè)，DS18B20數(shù)字式溫度傳感器，溫度測(cè)量范圍為-55℃～+125℃，可編程為9位～12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測(cè)溫分辨率可達(dá)0.0625℃，被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的16位數(shù)字量方式串行輸出， 在1-wire總線上掛4個(gè)DS18B20測(cè)溫點(diǎn)，能很好的滿足本設(shè)計(jì)的需求。（4）總體設(shè)計(jì)。與一般的系統(tǒng)類似，整個(gè)系統(tǒng)由上位機(jī)、中繼站和下位機(jī)組成，本質(zhì)的區(qū)別是中繼站和上位機(jī)之間采用無線的方式進(jìn)行信息的傳送，如下圖所示：

用SRWF508實(shí)現(xiàn)近距離無線通信，SRWF508為通用透明傳輸模塊，能適應(yīng)任何標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)的用戶協(xié)議，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，低功耗，多信道，本身提供8個(gè)可選信道，可提供三種接口方式，分別為TTL，RS232，RS485，本設(shè)計(jì)使用的是TTL接口。（5）VB界面的使用

四、系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

在本設(shè)計(jì)中系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，四個(gè)下位機(jī)每一個(gè)小時(shí)向上位機(jī)發(fā)送一次數(shù)據(jù)。測(cè)試圖表如下所示：

五、總結(jié)

在本設(shè)計(jì)中，通過合理的擴(kuò)展，把嵌入式無線通信的技術(shù)結(jié)合在一起，設(shè)計(jì)了基于LM3S1138的智能溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在溫度監(jiān)測(cè)上有了進(jìn)一步的創(chuàng)新。但由于環(huán)境設(shè)備受到限制，時(shí)間有限，在實(shí)際應(yīng)用中還有待進(jìn)一步擴(kuò)展和完善，如用于井下時(shí)，可加裝瓦斯氣體傳感器，濕度傳感器、流量傳感器進(jìn)行功能擴(kuò)展。

參考文獻(xiàn)：

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