CN101813933A - 一种分布式温湿度监测系统 - Google Patents

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刘大同
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Abstract

一种分布式温湿度监测系统，本发明涉及一种分布式的、能对多位置进行温度和湿度监控的系统，本发明通过三级结构的分布式设置，实现了在被监测装置上分布式设置多个监控点和能把多个被监测装置温湿度情况汇总到监控中心。它包括多组温湿度传感器，每组温湿度传感器分布在一个被监控装置的多个位置以实现多位置点的温湿度测量；多个信息处理及中间传递节点，每个信息处理及中间传递节点的信号输入端分别连接一组内所有的温湿度传感器的信号输出端，以实现一个信息处理及中间传递节点与一组温湿度传感器对应下的信息采集和处理；上位计算机，每个信息处理及中间传递节点的数据输出端分别连接在上位计算机的一个数据输入端，以实现被监控数据的集中。

Description

一种分布式温湿度监测系统
技术领域
本发明涉及一种分布式的、能对多空间位置进行温度和湿度监控的系统。
背景技术
目前市面上的温湿度测量模块一般都使用传统的温、湿度传感器，如热电阻、湿敏电容等，其中部分产品在25℃的条件下测温精度可以达到±0.2℃，测温范围可以达到-40℃～+123.8℃；测湿精度可以达到±1.5％RH，测湿范围可以达到0～100％RH。这些温湿度监控装置一般通过RS-485、RS-232等通讯接口向监控计算机传递数据，但是这些温湿度监控装置一般尺寸都比较大，仅适合在大环境场合应用。例如芬兰Vaisala公司的HMT330系列温湿度变送器，测湿最大量程为0～100％RH，20℃时湿度精度可达±1.7％RH，测温范围为-70～+180℃，20℃时温度精度可达±0.3℃，具有三个模拟输出通道，可选RS-232和RS-485数字输出接口，尺寸为183mm×119mm×77mm。
在实际工业应用中，往往对测量仪器的尺寸有严格限制，而且一个大的测量系统也需要测量装置进行分布式监控，例如在配电控制系统中，温湿度测量装置被应用于配电箱中以测量其温度和湿度。由于配电箱的特殊环境，箱体内各部分(顶部和底部、边缘和中心)温湿度差别较大，如果仅测量配电箱的一个位置，不能代表配电箱内的整体温度和湿度情况，而且配电箱箱体内体积有限，无法容纳大体积的测量装置，因此需要在被监测装置上分布式设置多个监控点。另外如果要实时监测一个大范围内的多个被监测装置的温湿度情况，需要一个能把被监测装置温湿度情况汇总到监控中心计算机的系统，但是目前还没有出现这种温湿度监测系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布式温湿度监测系统，以实现在被监测对象上分布式设置多个监控点和能把多个被监测装置温、湿度情况汇总到监控中心。
它包括：
多组温湿度传感器A：每组温湿度传感器A分布在一个被监控装置的多个位置以实现多位置点的温湿度测量；
多个信息处理及中间传递节点B：每个信息处理及中间传递节点B的信号输入端分别连接一组内所有的温湿度传感器A的信号输出端，以实现一个信息处理及中间传递节点B与一组温湿度传感器A对应下的温、湿度信息采集和处理；
上位计算机C：每个信息处理及中间传递节点B的数据输出端分别连接在上位计算机C的一个数据输入端，以实现被监控数据的集中。
本发明通过三级结构的分布式设置，实现了在被监测装置上分布式设置多个监控点和能把多个被监测装置温湿度情况汇总到监控中心。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，图2是实施方式二的结构示意图，图3是实施方式二中温湿度传感器1的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1具体说明本实施方式。
本实施方式包括
多组温湿度传感器A：每组温湿度传感器A分布在一个被监控装置的多个位置以实现多位置点的温湿度测量；
多个信息处理及中间传递节点B：每个信息处理及中间传递节点B的信号输入端分别连接一组内所有的温湿度传感器A的信号输出端，以实现一个信息处理及中间传递节点B与一组温湿度传感器A对应下的温、湿度信息采集和处理；
上位计算机C：每个信息处理及中间传递节点B的数据输出端分别连接在上位计算机C的一个数据输入端，以实现被监控数据的集中。
具体实施方式二：下面结合图2和图3具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：它还包括RS-485总线7，信息处理及中间传递节点B包括多个运算放大电路2、A/D转换电路3、缓存器5、控制器14和通信电路6，每个温湿度传感器1的信号输出端连接一个运算放大电路2的信号输入端，每个运算放大电路2的信号输出端分别连接A/D转换电路3的一个信号输入端，A/D转换电路3的数据输出端连接控制器14的数据输入端，控制器14的一个数据输出端连接缓存器5的数据输入端，缓存器5的数据输出端连接通信电路6的数据输入端，通信电路6的数据传送端口通过RS-485总线7连接在上位计算机C的通信端口上，控制器14的一个控制信号输出端连接在A/D转换电路3的受控端上以输出采样使能信号。温湿度传感器1选用一组八个，运算放大电路可以选用AD822型号的芯片，A/D转换电路的型号选用AD7891，通信电路6中的通信协议采用Modbus协议。
温湿度传感器1由集成电路温度传感器U1、集成电路湿度传感器U2、一号电容C1、二号电容C2、一号二极管D1、二号二极管D2和电阻R组成，集成电路温度传感器U1的正极电源端、集成电路湿度传感器U2的正极电源端连接+5V电压并与一号电容C1的一端、二号电容C2的一端相连接，集成电路湿度传感器U2的负极电源端连接一号电容C1的另一端、二号电容C2的另一端并接电源地GND，集成电路温度传感器U1的负极电源端连接一号二极管D1的阳极，一号二极管D1的阴极连接二号二极管D2的阳极，二号二极管D2的阴极接电源地GND；集成电路温度传感器U1的电压信号输出端VOUT作为温湿度传感器1的温度信号输出端，集成电路湿度传感器U2的电压信号输出端OUT作为温湿度传感器1的湿度信号输出端，电阻R连接在集成电路温度传感器U1的电压信号输出端VOUT和电源地GND之间。集成电路温度传感器U1的型号为LM35CZ，集成电路湿度传感器U2的型号为HIH4000。
本实施方式把配电箱作为被监测对象。工作时，每个温湿度检测单元设置在一个配电箱中，每个温湿度检测单元中的多个温湿度传感器1分别布置在配电箱内多个位置上，采集多处的温度和湿度信息。温度和湿度信号经过电压信号放大、A/D转换后通过RS-485总线传输到上位计算机C中。由于本发明在配电箱中设置多个温湿度传感器，能全面监控配电箱内各处的温湿度情况，单个温湿度传感器的体积小，适应配电箱内较小的环境。另外，由于上位计算机C与分别设置在配电箱内的各个温湿度检测单元之间通过RS-485总线7进行数据传递，利用485总线可以把多个配电箱内的温湿度检测单元共用一个上位计算机C来进行远程监控。
集成电路温度传感器和湿度传感器均为电压输出式，由于采用了集成电路芯片，单个温湿度传感器1的尺寸为15mm×15mm，可以方便地安装在配电箱的不同位置。传感器器件体积小，线性输出，稳定性好，精度高，外围电路简单，可以把-20℃～+80℃、10％～90％RH范围的温湿度转换成0～5V输出。
本实施方式采用异步通信方式，通信协议为使用Modbus协议，由Verilog HDL编写的固件程序在FPGA内实现。RS-485电平到TTL逻辑电平的转换器件是MAX491芯片，采用半双工工作方式。RS-485采用三线制，两根信号线，一根地线。
具体实施方式二：下面结合图2具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：信息处理及中间传递节点B还包括微处理器4、显示驱动电路9和LED数字显示屏10，微处理器4的双向数据传输端口连接在控制器14的双向数据传输端口上，控制器14的另一个数据输出端连接在显示驱动电路9的数据输入端上，显示驱动电路9的数据输出端连接LED数字显示屏10的数据输入端上。如此设置，微处理器4把A/D转换电路3传送到控制器14中的温、湿度数据转化成LED数字显示屏可以显示的数字信号，并返回给控制器14，然后通过显示驱动电路9在LED数字显示屏10上显示。各个温湿度传感器采集的数据可以依次在LED数字显示屏上显示出来。微控制器4选用AT89C52型号的芯片。所述缓存器5、控制器14和通信电路6、显示驱动电路9可以通过FPGA来实现。
具体实施方式三：下面结合图2具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式二的不同点是：它还包括声光报警装置11，通信电路6的信号输出端连接控制器14的信号输入端，控制器14的报警信号输出端口连接声光报警装置11的信号输入端。如此设置，当上位计算机C对接收到的温湿度数据经过判断后认为达到危险程度时，通过RS-485总线7、通信电路6、控制器14和声光报警装置11进行报警。

Claims (7)

1.一种分布式温湿度监测系统，其特征在于它包括：
多组温湿度传感器(A)：每组温湿度传感器(A)分布在一个被监控装置的多个位置以实现多位置点的温湿度测量；
多个信息处理及中间传递节点(B)：每个信息处理及中间传递节点(B)的信号输入端分别连接一组内所有的温湿度传感器(A)的信号输出端，以实现一个信息处理及中间传递节点(B)与一组温湿度传感器(A)对应下的温、湿度信息采集和处理；
上位计算机(C)：每个信息处理及中间传递节点(B)的数据输出端分别连接在上位计算机(C)的一个数据输入端，以实现被监控数据的集中。
2.根据权利要求1所述的一种分布式温湿度监测系统，其特征在于上位计算机(C)与每个多个信息处理及中间传递节点(B)之间采用Modbus通信协议。
3.根据权利要求1所述的一种分布式温湿度监测系统，其特征在于它还包括RS-485总线(7)，信息处理及中间传递节点(B)包括多个运算放大电路(2)、A/D转换电路(3)、缓存器(5)、控制器(14)和通信电路(6)，每个温湿度传感器(1)的信号输出端连接一个运算放大电路(2)的信号输入端，每个运算放大电路(2)的信号输出端分别连接A/D转换电路(3)的一个信号输入端，A/D转换电路(3)的数据输出端连接控制器(14)的数据输入端，控制器(14)的一个数据输出端连接缓存器(5)的数据输入端，缓存器(5)的数据输出端连接通信电路(6)的数据输入端，通信电路(6)的数据传送端口通过RS-485总线(7)连接在上位计算机(C)的通信端口上，控制器(14)的一个控制信号输出端连接在A/D转换电路(3)的受控端上以输出采样使能信号。
4.根据权利要求3所述的一种分布式温湿度监测系统，其特征在于温湿度传感器(1)由集成电路温度传感器(U1)、集成电路湿度传感器(U2)、一号电容(C1)、二号电容(C2)、一号二极管(D1)、二号二极管(D2)和电阻(R)组成，集成电路温度传感器(U1)的正极电源端、集成电路湿度传感器(U2)的正极电源端连接+5V电压并与一号电容(C1)的一端、二号电容(C2)的一端相连接，集成电路湿度传感器(U2)的负极电源端连接一号电容(C1)的另一端、二号电容(C2)的另一端并接电源地(GND)，集成电路温度传感器(U1)的负极电源端连接一号二极管(D1)的阳极，一号二极管(D1)的阴极连接二号二极管(D2)的阳极，二号二极管(D2)的阴极接电源地(GND)；集成电路温度传感器(U1)的电压信号输出端(VOUT)作为温湿度传感器(1)的温度信号输出端，集成电路湿度传感器(U2)的电压信号输出端(OUT)作为温湿度传感器(1)的湿度信号输出端，电阻(R)连接在集成电路温度传感器(U1)的电压信号输出端(VOUT)和电源地(GND)之间。
5.根据权利要求3所述的一种分布式温湿度监测系统，其特征在于它还包括微处理器(4)、显示驱动电路(9)和LED数字显示屏(10)，微处理器(4)的双向数据传输端口连接在控制器(14)的双向数据传输端口上，控制器(14)的另一个数据输出端连接在显示驱动电路(9)的数据输入端上，显示驱动电路(9)的数据输出端连接LED数字显示屏(10)的数据输入端上。
6.根据权利要求3所述的一种分布式温湿度监测系统，其特征在于信息处理及中间传递节点(B)基于嵌入式处理器实现，缓存器(5)、控制器(14)和通信电路(6)、显示驱动电路(9)通过FPGA来实现。
7.根据权利要求3所述的一种分布式温湿度监测系统，其特征在于它还包括声光报警装置(11)，通信电路(6)的信号输出端连接控制器(14)的信号输入端，控制器(14)的报警信号输出端口连接声光报警装置(11)的信号输入端。
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