全数字组态测温系统设计

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1、全 数 字 组 态 测 温 系 统 设 计!江 海 航 藏 英 新 陶 友 传（ 武 汉 数 字 工 程 研 究 所 武 汉 430074）摘 要本 文 提 出 了 由 数 字 温 度 传 感 器 组 成 的 组 态 测 温 系 统 。 它 可 使 用 手 持 设 备 调 试 器 进 行 现 场 调 试 ， 并 采 用OPC 和 组 态 技 术 进 行 集 成 。 文 中 详 细 阐 述 了 系 统 组 成 原 理 ， 组 件 对 象 模 型 接 口 技 术 及 组 态 软 件 。 在 本 文 基础 上 设 计 的 测 温 单 元 已 能 在 实 际 中 应 用 。关 键 词 ： 数 字 温

2、度 传 感 器 CAN 总 线 OPC 实 时 数 据 库 组 态 软 件中 图 法 分 类 号 ： TM932Design of Digital and Module- able Temperature Measurement SystemJiang Haihang Zang Yingxin Tao Youchuan（ Wuhan DigitaI Engineering Institute， Wuhan 430074）Abstract： A digitaI moduIe - abIe temperature measurement system composed by digitaI tem

3、perature sensor issuggested in this articIe. The hand- handIing instrument can be used in the system debugging. To be convenient forsystem extension and integration， OPC technigue and moduIe- abIe software are used.In this articIe the principIes ofsystem design， OPC technigue and moduIe- abIe softwa

4、re are described in detaiI.Furthermore the temperature mea-surement unit based on this articIe works weII in practice.Key words： digitaI temperature sensor， CAN bus， OPC， RTDB， moduIe- abIe softwareClass number： TM9321 引 言温 度 测 量 在 精 密 制 造 、 天 气 预 报 、 航 空 航天 、 环 境 监 测 等 诸 多 领 域 中 发 挥 着 越 来 越 重要 的 作

5、用 ， 与 此 同 时 各 种 各 样 的 测 量 手 段 也层 出 不 穷 。 其 中 有 一 类 温 度 测 量 ， 如 对 大 型粮 仓 、 油 库 的 温 度 监 测 ， 用 户 需 要 对 远 距 离 多点 温 度 进 行 测 量 。 本 系 统 的 设 计 目 的 是 为 这类 用 户 提 供 一 个 经 济 、 可 靠 、 准 确 的 测 温 系统 。随 着 半 导 体 技 术 的 不 断 发 展 ， 将 半 导 体温 度 传 感 器 、 转 换 电 路 、 接 口 电 路 以 及 各 种 其它 功 能 电 路 集 成 在 一 起 的 数 字 温 度 传 感 器 应运 而 生 。

6、 与 传 统 温 度 传 感 器 不 同 ， 数 字 温 度传 感 器 具 有 灵 敏 度 高 、 自 热 温 升 小 、 体 积 小 及抗 干 扰 能 力 强 等 优 点 ， 已 开 始 在 实 际 应 用 中崭 露 头 角 。 数 字 温 度 传 感 器 按 其 接 口 方 式 可分 为 总 线 协 议 输 出 型 和 单 线 输 出 型 。总 线 协 议 输 出 型 数 字 温 度 传 感 器 的 输 出格 式 和 时 序 必 须 遵 守 总 线 协 议 ， 比 单 线 输 出14第 31 卷 （ 2003） 第 5 期 计 算 机 与 数 字 工 程!收 到 本 文 时 间 ： 200

7、3 年 3 月 25 日型 数 字 温 度 传 感 器 需 要 更 多 的 连 线 来 实 现 连接 。 单 线 输 出 型 数 字 温 度 传 感 器 仅 需 要 一 根数 据 线 就 能 实 现 外 部 通 讯 。 依 据 其 不 同 的 输出 方 式 单 线 输 出 型 数 字 温 度 传 感 器 可 分 为 ：时 间 输 出 型 、 频 率 输 出 型 及 数 字 输 出 型 。 时间 输 出 型 单 线 温 度 传 感 器 通 过 输 出 不 同 占 空比 的 矩 形 波 传 递 温 度 值 。 频 率 输 出 型 单 线 温度 传 感 器 通 过 输 出 不 同 频 率 的 方 波

8、 传 递 温 度值 。 这 两 种 方 式 还 需 要 对 信 号 做 进 一 步 处 理才 能 得 到 温 度 值 。 而 数 值 输 出 型 单 线 温 度 传感 器 可 以 直 接 输 出 温 度 值 。本 系 统 使 用 DaIIaS 公 司 的 DSISABZO 型传 感 器 就 是 一 种 单 总 线 数 值 输 出 型 数 字 温 度传 感 器 ， 其 通 过 I - Wire 总 线 实 现 与 处 理 机通 讯 。 I - Wire 总 线 是 一 种 基 于 PC 或 微 控制 器 低 成 本 总 线 ， 它 能 将 基 于 通 信 能 力 和 单线 自 供 电 设 备 结

9、 合 在 一 起 ， 并 能 支 持 最 大 距离 为 5OOm， 速 率 在 IOOkb/S 以 下 测 控 通 讯 网络 应 用 。 该 总 线 可 以 通 过 普 通 双 绞 线 将 配 有一 个 上 拉 电 阻 的 主 机 和 多 点 从 机 相 连 接 ， 主机 和 从 机 都 配 置 有 收 发 器 ， 能 进 行 位 数 据 的半 双 工 传 输 。 DSISBZO 传 感 器 具 有 较 大 的温 度 测 量 范 围 ， 较 高 的 温 度 测 量 精 度 和 较 宽的 工 作 电 压 能 满 足 一 般 常 温 测 量 的 要 求 ， 每片 DSISBZO 具 有 唯 一 的

10、 地 址 码 ， 微 处 理 器 通过 地 址 码 对 传 感 器 进 行 寻 址 并 进 行 相 应 的 操作 。 因 此 DSISBZO 适 宜 于 应 用 到 远 距 离 多点 常 温 测 量 系 统 中 。Z 系 统 结 构为 了 适 应 不 同 规 模 温 度 测 量 的 需 求 ， 系统 采 用 3 层 设 备 、 Z 层 网 络 的 系 统 结 构 。 3 层设 备 是 ： 位 于 底 层 的 现 场 设 备 （ 测 量 单 元 ） 对各 点 的 温 度 进 行 测 量 ， 当 温 度 超 过 阈 值 时 发报 警 信 号 ； 位 于 中 间 层 的 智 能 网 桥 实 时 采

11、集和 存 贮 测 量 数 据 ； 监 测 员 通 过 上 层 的 监 测 计算 机 获 得 测 量 结 果 和 各 设 备 状 态 。 Z 层 网 络是 ： 由 现 场 总 线 将 现 场 设 备 与 智 能 网 桥 连 接起 来 的 控 制 网 ， 其 具 有 全 数 字 化 、 网 络 结 构 简单 等 优 点 ， 并 实 现 了 底 层 设 备 的 无 缝 连 接 ； 由以 太 网 将 智 能 网 桥 与 上 位 监 控 计 算 机 连 接 起来 的 企 业 网 ， 除 了 完 成 企 业 内 部 数 据 交 换 外 ，用 户 还 可 方 便 地 获 得 底 层 的 测 量 数 据 和

12、设 备图 I 系 统 结 构 原 理 图工 作 状 态 。 系 统 结 构 原 理 图 如 图 I 所 示 。 针对 不 同 的 测 量 要 求 ， 用 户 通 过 组 态 软 件 对 系统 进 行 灵 活 的 组 态 。 除 此 之 外 异 地 用 户 可 以使 用 浏 览 器 通 过 Internet 实 现 对 温 度 进 行 远程 监 测 。 测 量 单 元 结 构 原 理 图 如 图 Z 所 示 。图 Z 测 温 单 元 结 构 原 理 图为 了 使 系 统 能 适 应 不 同 地 区 供 电 电 压 ，智 能 网 桥 和 测 量 单 元 中 均 采 用 了 可 靠 性 高 、外 围

13、 电 路 简 单 、 效 率 高 、 发 热 少 、 适 应 性 强 的宽 电 压 输 入 单 片 开 关 电 源 取 代 了 传 统 的 线 性Z4 全 数 字 组 态 测 温 系 统 设 计 第 3I 卷电 源 。3 手 持 器在 远 程 温 度 测 量 应 用 中 ， 现 场 调 试 人 员需 要 一 种 携 带 方 便 的 设 备 调 试 仪 器 。 通 过 这种 仪 器 调 试 人 员 能 方 便 地 了 解 现 场 各 测 量 单元 的 运 行 情 况 。 在 系 统 中 ， 我 们 设 计 了 一 种体 积 小 巧 ， 调 试 功 能 较 强 ， 操 作 灵 活 简 单 的 手持

14、 器 ， 其 原 理 如 图 3 所 示 。 该 手 持 器 可 采 用电 池 供 电 ， 配 有 LCD 显 示 屏 和 键 盘 进 行 人 机交 互 。图 3 手 持 设 备 管 理 器 原 理 图CAN 总 线 调 试 功 能 是 手 持 器 调 试 的 一项 重 要 功 能 。 根 据 CAN 协 议 ， CAN 网 络 结构 可 划 分 为 两 层 ： 数 据 链 路 层 和 物 理 层 。 数据 链 路 层 又 可 划 分 为 逻 辑 链 路 控 制 子 层（ LLC） 和 媒 体 访 问 控 制 子 层 （ MAC） 。 物 理层 包 括 物 理 信 令 、 物 理 媒 体 附

15、属 装 置 和 媒 体相 关 接 口 。 CAN 的 层 次 结 构 如 图 4 所 示 。图 4 CAN 的 分 层 结 构4 OPC 接 口 技 术计 算 机 现 场 监 测 系 统 中 ， 计 算 机 与 不 同的 底 层 设 备 通 信 协 议 是 不 同 的 ， 而 且 不 同 的应 用 软 件 与 同 一 设 备 驱 动 程 序 的 接 口 也 不 一定 相 同 。 这 样 就 会 使 应 用 软 件 开 发 者 要 为 不同 的 设 备 编 写 大 量 驱 动 程 序 ， 而 硬 件 开 发 者也 要 为 不 同 应 用 软 件 编 写 不 同 的 驱 动 程 序 。为 了 降

16、低 开 发 成 本 和 维 护 费 用 ， 使 监 控 系 统与 企 业 信 息 系 统 间 进 行 灵 活 的 数 据 访 问 和 管理 ， OPC（ OLE for Process CoHIroI） 正 是 在 这种 需 求 下 产 生 的 。OPC 是 利 用 对 象 链 接 与 嵌 入 技 术 为 工业 应 用 提 供 高 效 信 息 集 成 和 交 互 功 能 的 组 件对 象 模 型 接 口 标 准 。 其 实 质 是 在 硬 件 供 应 商和 软 件 开 发 商 之 间 建 立 一 套 完 整 的 “ 规 则 ” 。只 要 遵 循 这 套 规 则 ， 数 据 交 互 对 两 者 来 说 都是 透 明 的 。 硬 件 开 发 者 就 无 需 考 虑 不 同 应 用程 序 需 求 和 传 输 协 议 ， 软 件 开 发 者 也 无 需 了解 硬 件 的 实 质 和 操 作 过 程 。 OPC 用 户 可 以实 现 在 线 数 据 监 测 、 报 警 和 事 件 处 理 、 历 史 数据 访 问 、 远 程 数 据 访 问 等 功 能 。 通 过 在 数 据