基于無線和UDP協(xié)議的空間溫度采集系統(tǒng)

劉漢民

摘 要：該文提出了一種應(yīng)用無線模塊、溫度采集模塊和單片機(jī)等組成溫度采集發(fā)送單元，將溫度采集模塊得到的溫度數(shù)據(jù)組成特定協(xié)議字符串，通過無線信號(hào)發(fā)送；應(yīng)用無線模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊和單片機(jī)等構(gòu)成核心處理單元，接收無線信號(hào)后，進(jìn)行解析，并把處理結(jié)果通過網(wǎng)絡(luò)傳送給PC機(jī)；應(yīng)用VB軟件編寫上位機(jī)PC顯示單元，對(duì)采集到的空間多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)直觀顯示，組成一套基于無線、UDP協(xié)議的空間溫度采集系統(tǒng)，滿足大型機(jī)房對(duì)室溫、機(jī)器溫度的準(zhǔn)確實(shí)時(shí)監(jiān)控。

關(guān)鍵字：NRF905 DS18B20 UDP 溫度

中圖分類號(hào)：TP274.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）03（c）-0090-01

在大型設(shè)備機(jī)房，由于空間大、機(jī)器功率大、散熱量大，空間溫度分布不均勻，需要借助溫度采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)溫度進(jìn)行研究來調(diào)查整個(gè)機(jī)房的散熱狀況，進(jìn)而調(diào)整風(fēng)機(jī)和空調(diào)的安裝位置、方式，改善散熱，使機(jī)器更好地運(yùn)轉(zhuǎn)；尤其是夏季和冬季溫度變化，通過溫度采樣，可以更好地控制散熱系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，節(jié)省電能，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效應(yīng)；更進(jìn)一步地說，通過空間分布多點(diǎn)采樣，如果某個(gè)點(diǎn)的溫度偏高，說明機(jī)器的局部運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)生異常，從而可以及早發(fā)現(xiàn)、查找、解決問題，避免事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的單點(diǎn)人工監(jiān)測(cè)溫度無法滿足需求，該文目的在于提供一種在空間中不同位置分布多點(diǎn)監(jiān)測(cè)溫度，通過無線通訊將數(shù)據(jù)傳回核心處理單元整理后，再通過網(wǎng)絡(luò)模塊傳給PC端監(jiān)測(cè)軟件顯示出來，直觀、全面。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

如圖1所示，系統(tǒng)由多個(gè)溫度采集模塊、核心處理單元和PC端上位機(jī)軟件組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)機(jī)房的空間溫度的集中控制。在同一機(jī)房?jī)?nèi)，溫度采集模塊與核心處理單元之間采用無線信號(hào)通訊，避免了在空間中布線工程。機(jī)房之間位置存在墻壁等隔閡，且存在一定距離，因此采用網(wǎng)絡(luò)連接方式實(shí)現(xiàn)核心處理單元和PC端上位機(jī)軟件的通訊。

溫度采集模塊由NRF905無線模塊、ATMEGA48單片機(jī)和溫度采集模塊DS18B20、供電模塊構(gòu)成。

2 系統(tǒng)原理

整個(gè)系統(tǒng)采用查詢方式進(jìn)行工作。首先，核心處理單元對(duì)分布在立體空間里的溫度采集模塊逐一發(fā)送帶地址碼的查詢命令，每一條命令發(fā)出后，都有唯一符合地址的對(duì)應(yīng)溫度采集模塊將采集到的溫度信息發(fā)送給核心處理單元，核心處理單元收到信息處理后反饋給PC上位機(jī)軟件，接著繼續(xù)發(fā)送查詢命令給下一個(gè)溫度采集模塊。同一查詢命令，如果發(fā)送后，核心處理單元未收到正確回復(fù)，會(huì)反復(fù)發(fā)送，超過3次仍未收到回復(fù)則向系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)，及早發(fā)現(xiàn)有問題的溫度采集模塊，然后繼續(xù)向下一個(gè)地址的溫度采集模塊發(fā)送查詢指令。

如圖2所示，ATMEGA48單片機(jī)通過單條線通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)DS18B20的初始化和溫度讀取，然后通過NRF905無線模塊發(fā)送。如圖3所示，ATMEGA128通過NRF905接收到完整的信號(hào)鏈后，通過RTL8019網(wǎng)絡(luò)模塊以UDP協(xié)議包形式傳送到PC上位機(jī)軟件。

3 無線傳送格式和UDP協(xié)議

無線傳送統(tǒng)一采用32字節(jié)，包括前綴、地址ID、傳送內(nèi)容、校驗(yàn)、后綴。如圖4所示。

UDP協(xié)議，即用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議。UDP協(xié)議適用于一次性發(fā)送少量數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，具有高效快速的特點(diǎn)。UDP協(xié)議是建立在IP協(xié)議基礎(chǔ)上。要實(shí)現(xiàn)UDP協(xié)議的正確發(fā)送，首先要正確理解UDP/IP協(xié)議頭。如圖5所示。

通過正確理解并給協(xié)議頭變量正確賦值，如圖6所示，實(shí)現(xiàn)了UDP/IP協(xié)議包的正確發(fā)送，實(shí)現(xiàn)核心處理單元和PC上面機(jī)軟件的正常通訊。實(shí)物圖如圖7所示。

4 結(jié)語

通過該套系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了該單位不同機(jī)房室溫和設(shè)備溫度的空間全方面采集系統(tǒng)，將溫度數(shù)據(jù)在PC端上位機(jī)軟件界面上顯示，使維護(hù)人員全面掌握溫度信息，根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)采取措施改善機(jī)房通風(fēng)方式，并及時(shí)排查設(shè)備隱患。

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