【多点温度监测与存储系统设计与实现】卵泡监测什么时候做

　　[摘 要]针对远程和室外无人值守实验环境,设计了一种温度存储测试系统。采用DS18B20数字式温度传感器与C8051F410单片机相结合组建了多点温度信号采集和存储系统,配以高速、大容量的存储模块,来实现温度数据的采集、传输与存储。本文给出了测温系统的电路设计以及监测软件的控制流程,并用试验检验了系统的实际工作性能,结果显示所设计系统达到了预期目的。
　　[关键词]单片机 数字式温度传感器 铁电存储器 单总线
　　[中图分类号]TP[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)02-0060-03
　　
　　引言
　　环境温度的监测和控制是许多试验的必要条件,传统的温度监测系统多采用前端温度采集电路和后端上位机数据处理的方式,比如利用单片机对传感器输出信号进行采集,将采集到的数据送往PC机进行处理和实时显示[1]。然而这种方式由于持续的温度数据传输占用了大量的总线资源,受到PC机性能的影响,同时PC终端的不可移动性和安全性则无法满足无人值守或远程的实验。
　　针对这个问题,本文提出了一种具有数据存储功能的多通道温度监测系统。系统设置了数据存储功能,可以将检测到得数据存储在本地存储器中,实验完成后再和上位机联接将数据读出,也可以进行实时的数据传输而并不受到上位机的影响。这样就提高了系统的灵活性,并拓宽了其使用范围。
　　1 温度监测系统的构成
　　温度监测系统有前端多路温度采集电路和上位机数据库管理软件两部分构成。前端多路温度采集电路由温度采集模块和数据存储模块组成,如图1组成。电路由单片机C8051F410为控制核心,实现温度数据的实时采集、存储、阈值判断及报警、数据传输等功能。传感器输出的数据经电路调理后进入单片机进行处理,并存储在数据存储模块中,同时在单片机内
　　设置阈值并进行判断实现超限报警,如果与上位机联机时,单片机通过联线实现数据的传输控制。
　　2 温度采集模块设计
　　传统的温度传感器输出的都是模拟量,信号处理电路结构复杂,并且在实验中,往往需要同时监测多个不同点的温度变化,这会导致整个系统规模庞大而降低系统的稳定性。本系统选用美国Dallas公司出品的单总线数字式温度传感器DS18B20作为温度检测器件。DS18B20内部集成了温度信号调理和模数转换电路,可直接输出温度的数字信号,大大简化了应用电路的设计。并且数据接口采用 “1-wire”专利技术,可以在一条单总线上可以挂接多个传感器,节省了微处理器的端口资源和外围电路,非常适合多点组网测温。
　　DS18B20的检测温度范围为-55～+125℃;可以通过编程选择9-12位数据格式,选择9位时温度分辨率为0.35℃,转换时间小于100ms。每个DS18B20内部有一个64bit的标识码固化在ROM中,并且每个DS18B20的标识码都是唯一的,使用标识码,可对指定的DS18B20进行操作。
　　本系统由8个传感器组成测温网络。进行温度采集时,控制软件利用SKIP ROM命令,同时激活所有在线温度传感器,进行一次温度转换。转换完成后,利用MATCH ROM命令和唯一的标识码逐一读取相应的传感器温度值,直至将所有传感器的温度值都读取完,再进行下一次温度转换。
　　3 数据存储模块设计
　　根据测温系统的工作特性要求,系统采用非易失存储器,同时满足数据读写的方便,在复杂的环境中有一定的抗干扰能力,能多次重复使用等要求。系统采用具有SPI的铁电存储器FM25L512作为系统的数据存储芯片。这是一款512Kb的非易失性存储器,串行外围接口时钟频率可达20MHz,且数据以总线速度进行写操作,无写入延时,操作较EEPROM和FLASH存储器更为简便。此外,器件真正提供了无限次的写入次数,供电范围3.0V~3.6V,可以在-40℃~+85℃范围内工作。
　　将存储器的存储空间划分为若干独立的小块,分开存放各个采样通道的数据。其中,开始的256字节空间用来记录本次测试的一些条件参数,如采样起始时间,采样频率等。每个温度采集通道可以获得最大8160字节的数据存储空间。若采样频率为每分钟一次,则最多能存储68小时的温度测试数据,可以满足一般的存储测试测试要求。
　　4 系统控制流程设计
　　多通道温度监测系统的控制主要涉及系统的初始化,温度数据的采集、存储,温度超限报警、与上位机通信等功能,由一片低功耗混合信号单片机C8051F410实现。系统控制电路主要包括电压转换电路、单片机最小系统、传感器接口、上位机通信接口等部分组成,电路如图2所示。
　　单片机通过软件控制系统工作过程。完成一次温度采集后,单片机先将采集到的温度数据与预设的温度报警上限进行比较,若测得的温度值大于预设值,则利用蜂鸣器发声警报。比较结束后,根据所选的工作模式将温度数据通过UART接口发给PC机由相应的PC机程序进行处理和显示,或按通道存入相应的存储空间。测试完成后由PC机发布命令将数据读出,利用相应PC机程序进行处理和分析。
　　5 系统验证实验
　　利用本系统对高低温交变湿热试验箱的温度进行测量。将8个传感器分别布设在试验箱内的不同位置,当试验箱开始工作时开始测温,存储器记录试验箱的工作时间及相应的温度。实验结束后,将温度监测系统的记录数据和试验箱显示数据进行比对,从而检验系统的实际效果。
　　试验中,试验箱的起始温度为25℃,以10℃为单位升温,到预设值后保持一段时间再次进行升温,当温度达到55℃时结束。温度监测系统设定的采样频率为1次/秒,测试时间为15分钟。
　　实验时高低温试验箱温度记录如表1。
　　温度监测系统采集并存储的是DS18B20的12位数字化的温度信息,其中前面5位是符号位,如果测得的温度大于0,这5位为0,只要将测到的数值乘以0.0625即可得到实际温度;如果温度小于0,这5位为1,测得的数据需要取反加1再乘以0.0625即可得到实际温度。将读出的数据转换成温度值后作图得试验箱内部温度随时间变化的曲线(图3)。
　　比较试验箱显示温度以及系统所测数据值可以发现,系统所测数据较好地表现了试验箱内温度随时间变化的规律,所得数据与试验箱显示温度有0.8℃左右的误差,产生误差的原因可能有试验箱自身的温度显示误差,温度传感器自身精度及滞后效应等。
　　6 结语
　　本文设计一种多通道温度监测系统,利用数字式温度传感器DS18B20的“1-wire”接口技术组成传感器网络,采用单片机控制,并在此基础上增加了数据存储模块。与传统的实时温度监测系统相比,本系统实现了对温度环境的存储测试,可以在脱离上位机的情况下独立运行,特别适合远程和无人值守实验的环境温度监测。通过实验验证,系统能够很好地实现对温度环境的存储测试,工作稳定可靠。同时,该系统具有一定的可扩展性,如增加传感器的数目或替换更大容量的存储器,可以使系统实现更复杂的实验环境下,更长时间温度监测,具有一定的应用前景。
　　
　　[参考文献]
　　[1] 罗文广,兰红莉,陆子杰.基于单总线的多点温度测量技术[J].传感器技术,2002,21(3).
　　[2] 罗来邦,王述琪.小型多通道数据采集与回放测量系统[J].探测与控制学报,2005,27(1):38-40.
　　[3] 李群芳,肖看.单片机原理、接口及应用――嵌入式系统技术基础[M].北京:清华大学出版社,2005,3.
　　[4] 肖志飞,张铁肩,孙秋桐.基于DS18B20的单总线温度巡检系统[J].电子工程师,2005,31(12).
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