具有在线监控功能的智能计量仪器技术分析

蔡敏

（金凤科技投资集团,天津，300384）

1 硬件模块设计

主控板CPU的型号是TA89C52，还需要配备作为输入设备使用的输入按钮，键盘以及使用温湿度传感器。针对输出系统则要使用循环风机，排气风扇，报警系统等硬件设备结构。硬件系统的设计目的是为了实现基本的温湿度参数显示功能，进行声光预警，键盘输入设置，A/D转换等功能。温度检测的技术参数范围应处于零下十度至85度之间。在进行温度检测的时候要保持精度在0.5度上下。在进行湿度检测的时候整体的模拟输出电压信号在0～3V之间。整体的湿度检测范围需要在10%～95%之间。利用三维液晶实现湿度显示且输出的数据信号为单总线。

1.1 整体构成

主要构成为一个聚合体电容式湿敏元件、1个能隙式材料温敏元件.1个数字接口以及A/D转化区。为了实现系统在多个环境下进行环境的温湿度监控，实现一键中央集控，在实际中使用的单片机系统数量可能要比之前的人工数量还要大。型号为STC89C52的单片机在进行编程之后具有性能高效，能耗低的特点主要的元件构成包括定时器，8k字节闪存和512字节的随机存储等同时还配备有外部中断系统且支持省电运营。整个系统在工作时的电压在5.5V～3.3V之间。为了节约成本也可选择3V的单片机，此时的设备工作频率大概在48MHz左右。对于整个系统的无线传输模块可以使用3.3V供电的方法，并为了提升整个系统的现实应用价值，保证两个模块之间的稳定性可以将设计转化为电路。系统采用Labview作为上位机开发软件，在系统设计中系统内的温湿度数据,在经过系统的无线传输模块传输到系统内,经STM32F103RBT6单片机解析之后,就可以通过串口形式将STM32F103RBT6单片机数据传送给PC上位机。湿度采集模块采用了CHTM-02NA型湿度传感器，模拟电压信号通过单片机的PCI.口进行A/D转换。

具体硬件模块设计参数要求详见下表1。

表1 性能参数

1.2 液晶显示屏设置

显示屏设定为LED，这样就能保证系统的耗电量处于一个合理的范围，实现节能环保的效果且LED显示屏的使用寿命以及稳定性都要明显优于其他类型的显示器。在进行数据显示模式上则采用BCD编码模式，保证输出结果的精确程度的同时性价比和对操作实验环境的要求也明显优于同类别的显示器，实现经济性和实用性的统一。RT12864M汉字图形点阵是单片机温室温湿度检测系统的液晶显示模块，利用这个系统可以实现汉字和图形的显示。该点阵内置了64x256点阵显示RAM(GDRAM)、128个字符(8X 16点阵)、8192个中文汉字(16x16点阵)可以实现即时展示当下的温湿度情况，也可以展示预设好的温湿度情况直观的表现结果的真实现状。

1.3 硬件上位机部件选择

选择Labview作为上位机的应用软件。系统内采集收集道德温湿度数据主要是经过系统的无线传输模块利用STM32F103RBT6单片机进行分析解读，通过串口的形式得以将STM32F103RBT6单片机的数据顺利传输。

1.4 硬件系统内部的其他辅助线路

拿测量温室内部CO2浓度的需要进行举例说明，针对这一项目的数据采集可以选取测量范围在350ppm至1000ppm之间的MG811型传感器。这种类型的传感器输出的模拟电压大概在30mV至50mV之间。外部的电压会给两端的加热元件进行加热，当元件的表面温度能够达到需要温度的时候，MG811元件可以被视作一个电池他的两端会输出电压信号，可以依据电压信号的数值变化表示具体的CO2浓度变化。如果想测量日照程度则可以使用光电池，光电池作为依靠光辐射作用特质而成的光能转化为电能的元件，可以根据光信号转换为电信号的程度来进行日照程度检测。对欠缺日照时长的植物可以利用LED灯有针对性的对植物进行补光照射，为了方便有计划的结合不同种类的植物的生长习性进行具体的光照调节，应该在日后的采集系统中开发光谱可调节的光照控制调节系统。

2 软件系统设计

实现相关的基于Internct 的远程数据采集才能实现的远程控制、传输数据文件、自动发送Email 等功能。这就和和PC机接入Intenet 一样，嵌入式系统接入Intemet 最后一定会通过TCP/IP接入相关线路。嵌入式系统对信息处理是会进行TCP/IP协议处理的这样会使其变成可以在Intemet上传输的IP数据包。运算速度等尤其是运算速度要快速误差小，速率的一定性还能得到保证的要求比较高。在嵌入式系统中，可以使用TCP/IP等的Internet 协议将占用大量系统资源，这会直接影响本来的功能或根本直接导致无法运行。当下相关于嵌入式以太网的设计方案多数是选用单片机，他的成本造价高且运算速率并不符合经济效益需要。而LPC2114微处理器作为一种特殊的嵌入式微处理器他拥有可以更快的处理数据提高整体系统的运行的速度，而在处理影音信号方面也有很大的优势。在嵌入式网络设备中使用LPC2114微处理器，推进了内容扩充速率和因特网的运行速度。达到如虎添翼的效果。

对代码规模有精准的控制的应用可应用16位Thumb模式将代码大小降低多过30%，相对应的性能损耗较少。这样就能够带来更好的用户体验和经济效益。由于LPC2114/2124极小的64脚封装、和他本身极低的功能消耗、4路10位ADC、PWM输出、46个GPIO以及数量多达9个的外部中断让它们特别适用于工厂机器、医疗网络系统的访问控制和电子收款机(POS)中进行现实应用。又因为内置了宽范围的串行通信接口也同样符合通信网关、协议转换器、嵌入式软件调制解调器以及除此之外更多不同的应用设计。基于LPC2114微处理器的嵌入式系统中的应用很有必要也能够起到很大的作用。LPC2114微处理器本身就是具有运算速率快，运算稳定等适合于解决嵌入式系统实现的难题的各种对应的优点。而且他本身耗能小已经相应的被应用于现实中的各种pos机当中了，已经是一种可以算得上是成熟的技术了。

CFD技术就是一种依靠计算机进行数据计算以及图像显示进而实现对流体的流动以及传热的物理现象进行系统的分析讨论。基本原理就是依据具体环境中的流体流动情况以及传热现象进行合理的模型选择。一般会用到的流动基本方程有质量守恒方程，能量守恒方程以及动量守恒方程式。

LPC2114是一个在支持实时仿真和跟踪的16/32位ARM7TDMI-S 的CPU的基础之上，并附带有128/256 k字节(KB)嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和他所特有的加速结构使32位代码能够始终在最高的时钟速率下运行。对代码规模有精准的控制的应用可应用16位Thumb模式将代码大小降低多过30%，相对应的性能损耗较少。这样就能够带来更好的用户体验和经济效益。由于LPC2114/2124极小的64脚封装、和他本身极低的功能消耗、4路10位ADC、PWM输出、46个GPIO以及数量多达9个的外部中断让它们特别适用于温控设备、医疗网络系统的访问控制和电子收款机(POS)中进行现实应用。又因为内置了宽范围的串行通信接口也同样符合通信网关、协议转换器、嵌入式软件调制解调器以及除此之外更多不同的应用设计。在使用CFD进行数据分析的时候主要步骤是首先要做的是简化实际问题，明确解决问题的实际需要，去除不必要的计算，进而建立起可以反应本质问题的求解模型。然后准备好各个变量之间的数学表达式，直观展示各个变量的微分方程以及对应的求解条件。适当的进行难点拆分对数据求解的需要进行合理的拆分离散使得难以求解的微积分方程都变成了容易求解的数学公式可以在更便捷快速的过程中获得更加准确的数据。

3 模拟实验结果分析

将温度预设在十五摄氏度至三十摄氏度之间，湿度则预设在百分之三十至百分之五十之间。设置好禁止外部中断的模式，并开启外部事件计数器。在规定的时间内利用温度脉冲数据进行数据统计。利用软件延时的方式方法来实现时间间隔，系统照常会因为温湿度超过测量范围内数值而发生系统中断的现象。根据仿真训练的数据统计结果显示，将温度合理的控制在20摄氏度左右，整个温度，湿度数据采集模块正常工作且结果显示正常。当温度升到32摄氏度的时候，传感器LED——Green 二极管发亮提醒温度传感器已经向单片机传递数据结果。CFD气流组织建模、CFD模型分析、温室气流组织物理层改造等技术手段。优化温室气流组织环境布局，提升温室环境温湿度检测系统效率。从而起到整体PUE能耗的有效降低作用。要对温室温湿度检测管理进行数据建模不仅需要CFD模型还是需要其他的工具对温室的环境进行数据模拟。FLUENT的用户界面清晰操作项目简单明确，计算算法覆盖范围广阔，功能模块涉猎的范围广泛可以适用于数据温室温湿度检测现实情况的复杂的数据计算分析之中。

Fhuent可以通过计算模拟密闭的温室内部不同植物生长需要的温湿度实际情况检测其作用于温室的温湿度检测管理数据。由于自然因素作用于温室设备内部的效果不明显所以暂且不予考虑，根据温室内部的植物的整体排布情况来进行模拟分析制单片机的温室温湿度检测系统的输出功率大小，安放位置，型号大小选择等问题。

4 结语

将显示屏设定为LED，这样就能保证系统的耗电量处于一个合理的范围，实现节能环保的效果且LED显示屏的使用寿命以及稳定性都要明显优于其他类型的显示器。在进行数据显示模式上则采用BCD编码模式，保证输出结果的精确程度的同时性价比和对操作实验环境的要求也明显优于同类别的显示器，实现经济性和实用性的统一。科学利用智能计量仪器的实时监控功能，保证生产安全的同时还能优化生产条件。期待在未来能有更好的发展。