【优质文档】物联网温度检测报警系统设计与实现概要.pdf
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1、物联网温度检测报警系统设计与实现 摘要 物联网的定义是:通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信 息传感设备,按约定的协议,把任何物品与互联网连接起来,进行信息交换和通讯, 以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 从技术上理解, 物联网理解是指物体通过智能感应装置,经过传输网络, 到达指 定的信息处理中心, 最终实现物与物、 人与物之间的自动化信息交互与处理的智能网 络。 从应用上理解, 物联网是指把世界上所有的物体都连接到一个网络中,形成“物 联网” ,然后“物联网”又与先有的互联网结合,实现人类社会与物理系统的整合, 达到更加精细和生动的方式管理生产和生活。 对
2、全部的硬件电路进行了详细的讨论,包括串行LED 驱动器的控制方式和工作 原理,A/D 转换器,查询式键盘,温度传感器的应用等。接着对软件部分也作了仔细 的思考,按模块进行结构化程序设计,包括显示、键盘、A/D 转换、温度控制和温度 传感器的程序说明并画出各子程序流程图等。最后进行了系统整体调试。 温度控制系统可以实现将温度经过热敏电阻转换为电压信号,经放大器放大后进入单 片机进行 A/D 转换成数字量后,通过LED 静态显示电路以十进制形式显示出来,同 时显示电路还将显示设定的恒温值且通过键盘可以改变设定值的大小。物联网应该具 备三个特征,一是全面感知,即利用RFID、传感器、二维码等随时随地
3、获取物体的 信息;二是可靠传递, 通过各种电信网络与互联网的融合,将物体的信息实时准确地 传递出去;三是智能处理,利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术,对海量数据 和信息进行分析和处理,对物体实施智能化的控制。 在业界,物联网大致被公认为有三个层次,底层是用来感知数据的感知层,第二 层是数据传输的网络层,最上面则是内容应用层。 感知层是物联网的皮肤和五官识别物体,采集信息。感知层包括二维码标签 和识读器、 RFID 标签和读写器、摄像头、 GPS、传感器、终端、传感器网络等,主 要是识别物体,采集信息,与人体结构中皮肤和五官的作用相似。 网络层是物联网的神经中枢和大脑信息传递和处理。网络层包
4、括通信与互联 网的融合网络、 网络管理中心、 信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的 信息进行传递和处理,类似于人体结构中的神经中枢和大脑。 应用层是物联网的 “ 社会分工 ” 与行业需求结合, 实现广泛智能化。 应用层是物联 网与行业专业技术的深度融合,与行业需求结合, 实现行业智能化,这类似于人的社 会分工,最终构成人类社会。 物联网的核心技术 物联网核心技术包括射频识别(RFID)装置、WSN 网络、红外感应器、 传感器、 全球定位系统、 Internet 与移动网络,网络服务,行业应用软件。在这些技术中,又 以底层嵌入式设备芯片开发最为关键,引领整个行业的上游发展。 RFID技
5、术 RFID(Radio Frequency Identification 的),即射频识别,俗称电子标签。 RFID 射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标 对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID 技术 可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。 RFID 是一种简单的无线系统,只有两个基本器件,该系统用于控制、检测和跟 踪物体。系统由一个询问器(或阅读器)和很多应答器(或标签)组成。 一套完整的RFID 系统, 是由阅读器 (Reader)与电子标签 (TAG)也就是所谓的应答器 (Transponder) 及应用软件
6、系统三个部份所组成, 其工作原理是Reader 发射一特定频 率的无线电波能量给Transponder, 用以驱动Transponder电路将内部的数据送出, 此 时 Reader 便依序接收解读数据 , 送给应用程序做相应的处理。 WSN 技术 WSN 是 wireless sensor network的简称,即无线传感器网络。 无线传感器网络 (Wireless Sensor Network, WSN )就是由部署在监测区域内大量的廉 价微型传感器节点组成, 通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其 目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息,并发送给观察者。
7、传感器、感知对象和观察者构成了无线传感器网络的三个要素。 传感器 温度传感器是一种将温度变化转换为电量变化装置。将温度变化转换为热电势变 化的称热电偶传感器。 将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器;金属热电阻 式传感器简称为热电阻, 半导体热电阻式传感器简称为热敏电阻。温度传感在工业生 产、科学研究、民用生活等许多领域得到广泛应用。电阻式传感器广泛被用于-200 960范围内的温度。是利用导体或半导体的电阻随温度变化而变化的性质而工作的, 用仪表测量出热电阻的阻值变化,从而得到与电阻值对应的温度值。电阻式传感器分 为金属热电阻传感器和半导体热电阻传感器两大类。前者称为热电阻, 后者称为热
8、敏 电阻。 对于热敏电阻,需要了解以下几点: (1)测温原理及特性 NTC 热敏电阻研制的较早,也较成熟。最常见的是由金属氧化物组成。根据不 同的用途, NTC 又可以分为两大类。第一类用于测量温度。它的电阻值与温度之间 呈负的指数关系。 第二类为负的突变型, 当其温度上升到某设定值时,其电阻值突然 下降,多用于各种电子电路中抑制浪涌电流,起保护作用。 典型的 PTC热敏电阻通常是在钛酸钡陶瓷中加入施主杂质以增大电阻温度系数。 (2)热敏电阻的应用 热敏电阻具有尺寸小、响应速度快、阻值大、灵敏度高等特点,因此它在许多领 域被广泛应用。 (3)热敏电阻的温度补偿 热敏电阻可以在一定的温度范围内对
9、某些元件进行温度补偿。 热敏电阻可以用于温度控制: 温度传感器的作用是将温度经过热敏电阻Rt 转换为电压信号。 设计要求 设计任务和要求 检测温度范围为0o 100 o ,采用箔电阻、精密电阻及电位器组成测量电桥作为温 度传感器; 可设定报警温度上限值0o 100 o ,我们选的是超过60 摄氏度的时候报警; 当检测温度超过设定上限值时,发出蜂鸣器报警声,要求报警声喃喃间断发声, 频率约 1Hz; 系统组成及工作原理 1.1 温度采集和放大 首先,通过温度传感器 (PT100,I35MA)将温度模拟信号转化成一定的电信号,由 于这个信号是一个相对较小和变化相对缓慢的信号,此时就需要一个对该信号
10、放大的 电路,考虑到有一定的干扰信号, 而又要避免对干扰信号的放大,所以我们将采取差 分放大电路,通过理伦计算当温度100的时候,对应的电信号最大,约等于0.15 , 所以我们的差分放大倍数在30-100 内可调节。 1.2 信号的过滤 信号采集和放大处理好了, 我们知道任何一个信号的采集都会夹杂着一些干扰信 号,所以这个时候要对这个信号进行过滤了,而我们需要的信号是一个变化很缓慢的 信号,所以我们选择2 阶低通滤波器,上限频率约为100HZ ,根据 fh=1/2piRC ,于是 我们取 R=5.1k,C=0.33uF. 1.3 信号的控制 如图所示我们用到的是最普通的比较器,通过设定相应的阈
11、值(0-5.6V 可调) , 然后与采集到的信号做比较, 当大于设置的信号时输出低电平,当小于设置的信号输 出高电平。其中跟随器是输出电压稳定,增加带负载的能力。 1.4 蜂鸣器的驱动 根据设计要求当超过一定的温度时蜂鸣器要以1HZ的频率响,因此我们选了一个 周期为 1 秒的方波振荡器,根据公式我们选R3=1.39M ,C=0.33uF.当温度超过设定的 温度时,比较器输出低电平,有方波产生,蜂鸣器响,反之不响。 1.5 电源 先通过变压器变压,然后通过整流,滤波,问呀,最终我们得到正负12V和 5V 的电压。 图 2-1 直流电源电路方框图 信号的采集及报警电路的设计 2.1 温度采集检测
12、图 3-1 PT100实物图 pt100 是铂热电阻, 它的阻值会随着温度的变化而改变。PT 后的 100即表示它在 0 时阻值为 100欧姆 , 在 100时它的阻值约为138.5欧姆。 它的工业原理:当 PT100 在 0 摄氏度的时候他的阻值为100欧姆,它的阻值会随着温度上升而成匀速增长的。 PT100 分度表 温度 /度阻值 /欧姆温度 /度阻值 /欧姆温度 /度阻值 /欧姆 0 100.00 40 115.54 80 130.90 10 103.90 50 119.40 90 134.71 20 107.79 60 123.24 100 138.51 30 111.67 70 12
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