分布式远程温度及湿度监控系统的设计与实现

摘要

水产品加工的生产车间是有着特定要求的场所，对环境的温度和湿度等条件提出了很高的要求，并且要控制在一定的范围内，因此对这些领域的环境温度和湿度进行有效的实时监测是一个必须解决的问题，同时，在运输、加工、存储过程中也必须要保持冷链不断，以使水产品保持原有的鲜度和水分，这也是对温度湿度控制的一个要求。所以对冷藏库(-18℃以下)、单冻机(-38℃以下)、平板机(-38℃以下)、速冻间(-20℃以下)及加工车间(12-16℃)的温度和湿度的实时监测就变得至关重要。 除了要对环境的温度和湿度进行实时监测，对环境温度和湿度的调节也同样重要。通常对环境温度的调节是利用空调机的制冷或制热来实现。需要制冷时，环境温度高于设定的温度值，系统开启制冷功能，其过程为：系统内的低温、低压制冷气体经压缩机吸入气缸，压缩成高温、高压蒸汽，通过四通换向阀，在室外热交换器中被风扇吹风冷却变为高压饱和液气，经电子节流阀与毛细管再被压缩排出，如此往复进行，达到不断降温的目的。需要制热时，环境温度低于设定温度值，压缩机排出的高温、高压蒸汽先经室内机的热交换器冷却、换热，使环境温度上升。冷却后的高压流体流入室外机，经节流、蒸发返回压缩机，再经压缩机排出，以此反复使环境温度上升。对湿度进行调节时，利用水加热后产生蒸汽，以此来增加湿度。当蒸发器的表面湿度低于空气的露点温度时，与之接触的空气中的水蒸汽被冷却成水而被带走。对湿度要求不是一个定值，而是一个区间，一般在30﹪-70﹪之间，最适宜的一般在40﹪-60﹪。 针对上述问题，本文提出了一种基于CAN总线技术的分布式远程温度湿度监控系统的设计方案。该系统将先进的计算机技术、嵌入式应用技术及现代通信技术相结合，对水产品加工的生产车间的环境温度和湿度进行自动化管理，可以对水产品加工的生产车间的环境温度和湿度进行实时监测，当现场的温度或湿度值超出设置的上下限时，系统会自动报警，同时在现场有LED显示，并配有键盘对现场的参数进行及时设置，此外，CAN总线网络上利用一上位机完成系统现场参数的远程操作，并配合远程控制来对现场环境温度和湿度进行调节。当现场环境温度和湿度要求变化时，使用者还可根据不同车间的具体情况，随时修改环境设定要求，将适合于自己的环境要求方案下载至系统的各个节点，实现温度湿度监控系统的远程智能自动化管理。该系统由一个上位机节点和若干个智能节点组成，各个节点通过CAN总线连接。智能节点包括控制节点和现场设备，控制节点划分为微控制器、CAN控制器模块以及电源等部分。而现场设备又包括一定数量的传感器设备和环境调节设备，传感器包括温度传感器和湿度传感器，而环境调节设备则用来对温度和湿度进行调节。本文给出了基于现场总线技术的分布式远程温度湿度监控系统的总体设计方案，阐述了系统设计中涉及到的关键技术。在此基础上，本文重点介绍了智能节点的硬件设计及软件实现，详细讨论了系统的初始化设计；特别时CAN网络的软件实现过程，传感器信号的检测；定时器管理的软件实现等。 本课题设计的突出特点是： 采用了多主方式工作的CAN现场总线和由增强型单片机实现的嵌入式技术，为实现该温度湿度监控系统提供了高效的通信网络、高速的处理能力、强大的嵌入式功能，以及丰富的软、硬件平台。 采用了灵活的配置方案和修改方法。用户可以通过上位机随时设计或修改适合现场的环境要求方案，然后通过CAN总线对系统智能节点的环境要求方案进行上传和下载操作。同时用户也可对环境要求方案进行现场的设定操作。 采用了模块化设计，在设计中考虑了系统的通用性和可移植性，并预留了开发空间，使该系统可以灵活地移植到不同的温度湿度监控系统中，并为下一步拓展系统的功能，进一步开发数字化、智能化、刚络化的温度湿度环境监控系统奠定了基础。

目录

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章绪论

1.1智能远程温度湿度监控系统

1.2选题的意义

1.3本文的主要工作

第二章基于现场总线技术的分布式远程温度湿度监控系统的整体设计方案

2.1远程温度湿度监控系统的总体结构

2.2远程温度湿度智能监控系统的设计要求

2.3管理软件的功能要求

2.4远程温度湿度智能监控系统的主要性能指标

第三章系统的软硬件相关技术

3.1 P87LPC769 OTP单片机

3.1.1 P87LPC769的介绍

3.1.2 P87LPC769的主要功能及特性

3.2 CAN的介绍

3.2.1 CAN的主要技术特点：

3.2.2关于CAN

3.2.3 CAN通信技术：

3.2.4 CAN的帧类型：

3.2.5 CAN总线的特点及工作原理

3.3独立的CAN通信控制器-SJA1000

3.3.1 SJA1000的工作原理介绍

3.3.2 SJA1000与CPU的接口

3.3.3 SJA1000对CAN通迅的控制

3.4通用CAN收发器PCA82C250

3.5传感器技术

3.5.1温度传感器介绍

3.5.2系统所选用的温度传感器-WZ系列热电阻

3.5.3湿度传感器介绍

3.5.4系统使用的湿度传感器-HM1500

第四章硬件设计

4.1智能节点的基本结构

4.2 CAN接口的硬件设计

4.3传感器及信号调理电路设计

4.4 LED数码管显示驱动电路

4.5键盘输入模块的电路设计

4.6 PC机并口与现场总线CAN通讯的实现

第五章软件设计

5.1主程序流程设计

5.2 CAN通讯的实现

5.2.1初始化

5.2.2传输

5.2.3接收

5.2.4验收滤波器程序的设计

5.3上位机管理软件的设计

5.4现场节点分布的具体实现

小结

参考文献

致谢