多路溫度檢測(cè)顯示與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題多路溫度檢測(cè)、顯示與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)小組成員指導(dǎo)老師目錄一、 前言···········································

2、83;····1二、 方案論證············································1

3、2.1測(cè)溫元件的選擇····································12.1.1熱電偶和熱電阻的選擇·········

4、3;················12.1.2熱電偶的分類·······························

5、3;··22.2采集模塊的選擇····································32.2.1多功能采集卡········

6、;··························32.2.2 USB采集卡·····················

7、3;··············42.2.3采集模塊ADAM-4000系列························42.2.4采集模塊ADAM-5000系列····

8、3;···················5三、硬件電路設(shè)計(jì)·····························&

9、#183;·············63.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖··································&#

10、183;·73.2采集模塊與主機(jī)電路································73.3采集模塊與設(shè)備電路············

11、····················8四、軟件設(shè)計(jì)·····························

12、;··················94.1組態(tài)界面的設(shè)計(jì)······························

13、······94.2報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)····································94.3實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)曲線的設(shè)計(jì)···

14、3;·······················11多路溫度檢測(cè)、顯示與報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、 概述 隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，溫度測(cè)量控制系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和人們的日常生活中扮演著越來越重要的角色，它對(duì)人們的生活具有巨大的意義。 在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，經(jīng)常要對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量和控制，并且有時(shí)是多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行溫度測(cè)量，比如冷庫(kù)溫度監(jiān)控、環(huán)境溫度測(cè)量等。在這種情況下多點(diǎn)溫度檢測(cè)系

15、統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)通常能對(duì)多個(gè)工作點(diǎn)進(jìn)行溫度檢測(cè)，顯示當(dāng)前溫度，并且能夠?qū)囟冗M(jìn)行存儲(chǔ)和報(bào)警，還能將溫度上傳到PC機(jī)上進(jìn)行后續(xù)處理。本次課程設(shè)計(jì)將采用研華數(shù)據(jù)采集卡ADAM-5000,選用K型鎳鉻-鎳硅熱電偶，利用組態(tài)軟件MCGS和通過計(jì)算機(jī)，完成6點(diǎn)溫度的檢測(cè)、顯示和報(bào)警系統(tǒng)。 任務(wù)要求：采用研華數(shù)據(jù)采集卡ADAM-5000，選用合適的測(cè)溫元件，利用組態(tài)軟件MCGS和通過計(jì)算機(jī)，完成10點(diǎn)溫度的檢測(cè)、顯示與報(bào)警系統(tǒng)。測(cè)溫范圍及報(bào)警要求溫度范圍溫度測(cè)點(diǎn)上限報(bào)警下限報(bào)警010006點(diǎn)600400自動(dòng)連續(xù)讀取并顯示溫度測(cè)量值，測(cè)繪測(cè)量溫度實(shí)時(shí)變化曲線；統(tǒng)計(jì)采集的溫度平均值，最大值與最小值

16、；實(shí)現(xiàn)溫度上、下限報(bào)警。二、方案論證2.1測(cè)溫元件的選擇2.1熱電偶和熱電阻的選擇 熱電阻溫度計(jì)是基于熱電阻效應(yīng)而工作的。所謂熱電阻效應(yīng)，是指電阻體阻值隨溫度變化而變化的性質(zhì)。熱電阻溫度計(jì)由熱電阻溫度傳感器、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。 熱電偶溫度計(jì)是基于熱點(diǎn)效應(yīng)而工作的。所謂熱點(diǎn)效應(yīng)，是指兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料組成閉合回路，如果兩個(gè)節(jié)點(diǎn)處的溫度不一樣，則回路中就會(huì)產(chǎn)生電流。熱電偶具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、測(cè)量范圍廣、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。 一般在T<500的中、低溫區(qū)，如家用及汽車行業(yè)用的較多的是熱電阻或熱敏電阻。在T>500高溫區(qū)，如冶金爐窯等熱工設(shè)備的在線檢測(cè)中選用較多的是熱電偶。

17、本次設(shè)計(jì)要求在0至1000中進(jìn)行多點(diǎn)溫度檢測(cè)，基于以上原因宜選用熱電偶溫度計(jì)。2.1.2熱電偶的分類 長(zhǎng)期以來，各國(guó)先后生產(chǎn)的熱電偶的種類就幾百種，應(yīng)用較廣的有幾十種，而國(guó)際電工委員會(huì)推薦的工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶分為八種，其分度號(hào)為S、R、B、K、N、T、E、J。 A 鉑銠10-鉑熱電偶（分度號(hào)為S）該熱電偶正極的名義成分為含銠10%的鉑銠合金，負(fù)極為純鉑。它的特點(diǎn)是熱點(diǎn)性能穩(wěn)定，抗氧化性強(qiáng)，宜在氧化性，惰性氣氛中連續(xù)使用。長(zhǎng)期使用溫度為1400，短期使用為1600。但是該熱電偶的熱電勢(shì)率較小，靈敏度低，高溫下機(jī)械強(qiáng)度下降，對(duì)污染非常敏感，貴金屬材料昂貴，所以不宜采用。B 鎳鉻-銅鎳熱電偶（分度號(hào)為

18、E）在常用熱電偶中其熱電動(dòng)勢(shì)率最大，在-200時(shí)其熱電動(dòng)勢(shì)率喂25µV/,至700時(shí)為80µV/，比K型熱電偶高一倍，它在-250870范圍內(nèi)的氧化性，惰性氣氛中連續(xù)使用。但是不能在高溫中直接作用于硫，還原性氣氛中，熱電勢(shì)均勻性交叉，因此也不宜采用。C鎳鉻-鎳硅熱電偶（分度號(hào)為K）該熱電偶的正極為10%的鎳鉻合金，負(fù)極為3%的鎳硅合金。它的負(fù)極親磁，因此用磁鐵可鑒別出熱電偶的正負(fù)極。它的特點(diǎn)是使用溫度范圍寬，高溫下性能較穩(wěn)定，熱電動(dòng)勢(shì)與溫度的關(guān)系近似線性，價(jià)格便宜。長(zhǎng)期使用溫度為1000攝氏度。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的溫度范圍在0至1000之間，又因?yàn)镵型熱電偶使用溫度廣，高溫下性能

19、穩(wěn)定，而價(jià)格又便宜，綜合考慮本次試驗(yàn)采用K型熱電偶較為合適。2.2采集模塊的選擇采集模塊是將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，提供給顯示儀表，和上位機(jī)以及溫度探頭通訊。上位機(jī)可以實(shí)時(shí)的從模塊中讀取n路溫度值。采集模塊有許多類型，比如ADAM-5000系列、ADAM-4000系列、多功能采集卡、USB采集卡等等。2.2.1多功能采集卡 PCI-1711多更能經(jīng)濟(jì)型采集卡是一款功能強(qiáng)大的多功能低成本的PCI總線數(shù)據(jù)采集卡。PCI-1711沒有模擬量輸出通道，用戶可以在PCI-1711和PCI-1711L之間選擇能夠滿足實(shí)際需求而又節(jié)約成本的數(shù)據(jù)采集卡。它的主要特點(diǎn)是12位A/D轉(zhuǎn)換器，采樣速率可達(dá)100kH

20、z，16路單端模擬量輸入，板載1K采樣，F(xiàn)IFO緩沖器，每個(gè)輸入通道的增益可編程。2.2.2 USB采集卡USB采集卡是一種基于USB總線的數(shù)據(jù)采集卡，可直接插在計(jì)算機(jī)的USB接口上，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心等各種領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、波形分析和處理系統(tǒng)。USB-4700 系列由各種即插即用數(shù)據(jù)采集設(shè)備組成。 您無須打開您的計(jì)算機(jī)機(jī)箱安裝板卡，只需要將此模塊插入計(jì)算機(jī) USB 端口即可獲取數(shù)據(jù)，非常高效實(shí)用。 USB4718 提供 16位分辨率 8 路熱電偶輸入，0.1% 輸入范圍精度，或 420

21、mA 輸入。USB-4718 工作可靠，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，適合各種工業(yè)應(yīng)用。同時(shí)它使用經(jīng)濟(jì)，完全可以用于家居項(xiàng)目。USB-4716 是為任何具有 USB 端口的計(jì)算機(jī)增加測(cè)量和控制功能的最佳選擇。 USB-4718 完全即插即用，使用起來非常方便。 它可以從 USB 端口供電，因此無須提供外部電源。它支持USB 2.0、支持電壓、電流和熱電偶輸入，具有總線供電、8通道熱電偶輸入、2,500VDC隔離保護(hù)、支持420mA電流輸出、帶有接線端子、8通道隔離保護(hù)DI和8通道隔離保護(hù)DO、適合DIN導(dǎo)軌安裝、鎖緊式USB

22、電纜用于緊固連接等特點(diǎn)。2.2.3采集模塊ADAM-4000系列 研華ADAM-4000系列模塊是通過傳感器到計(jì)算機(jī)的便攜式接口模塊，專為惡劣環(huán)境下可靠操作而設(shè)計(jì)。它在數(shù)據(jù)采集、傳輸、控制等方面有顯著優(yōu)點(diǎn)。通過執(zhí)行主機(jī)的命令可以遠(yuǎn)端選擇類型和范圍，對(duì)不同的任務(wù)可使用同一模塊，極大地簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)和維護(hù)工作。 ADAM-4018 8路熱電偶輸入模塊的模擬量輸入模塊使用微處理器控制整合A/D轉(zhuǎn)換芯片，將電壓、電流、熱電偶或者熱電阻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)。然后根據(jù)模塊的設(shè)置將數(shù)字量表示為工程單位、16進(jìn)制格式或者滿量程的百分比。當(dāng)主機(jī)請(qǐng)求的時(shí)候，數(shù)據(jù)通過RS-485 界面?zhèn)鬏?。模擬量輸入模塊提供信號(hào)調(diào)理、

23、A/D轉(zhuǎn)換、量程轉(zhuǎn)化和RS-485數(shù)字通訊功能。通過提供 A/D輸入光偶隔離和高達(dá)3001V的變壓器隔離，模塊可以保護(hù)用戶設(shè)備免受接地環(huán)流和電源浪涌的危害。2.2.4采集模塊ADAM-5000系列 ADAM-5000系列能夠通過多通道I/O模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和過程控制。每個(gè)系統(tǒng)由兩部分組成：基座（主單元）和I/O模塊。每個(gè)基座可以安裝4個(gè)I/O模塊（最多64個(gè)I/O點(diǎn)）。ADAM-5000系統(tǒng)模擬量輸入模塊可以配置為電壓、電流、熱電偶、熱電阻等不同類型的輸入。計(jì)數(shù)器/頻率模塊還可以設(shè)置為加/減計(jì)數(shù)、雙向和頻率模式。除了節(jié)點(diǎn)地址外，所有其它參數(shù)（包括通訊速度、高低限報(bào)警和校準(zhǔn)等）均可通過遠(yuǎn)程進(jìn)行設(shè)

24、定。ADAM的靈活設(shè)計(jì)擺脫了傳統(tǒng)機(jī)械式設(shè)置的操作方式，避免了由于采用固定量程而需要購(gòu)置大量模塊的負(fù)擔(dān)。通過將設(shè)置參數(shù)儲(chǔ)存在EEPROM中，即使在掉電的情況下，系統(tǒng)也可以保存這些參數(shù)。ADAM-5000系統(tǒng)內(nèi)集成了16位微處理器和FIFO電路，可以顯著提高系統(tǒng)的通訊速度。它的通訊速度可達(dá)115.2Kpbs,比普通RS-485網(wǎng)絡(luò)要快的多。ADAM-5000還支持10/100Mbps的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)。ADAM-5000系統(tǒng)能夠完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與主機(jī)之間的所有軟件處理，包括信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)、報(bào)警監(jiān)測(cè)、內(nèi)部診斷及通訊。在對(duì)ADAM-5000升級(jí)時(shí)，只需要升級(jí)系統(tǒng)核心，而無須改變I/O模塊。 ADAM-

25、5018是一個(gè)16位7頻的熱電偶輸入設(shè)備，可設(shè)計(jì)的輸入在所有的頻道上的范圍為特色的組件。它接受毫伏輸入 (±15mV、±50mV、±100mV、±500mV),電壓輸入 (±1V,±2.5V),現(xiàn)在的輸入(±20個(gè)MA、需要 125個(gè)歐姆電阻)和熱電偶輸入。(J、K、T、R、S、E、B) 組件轉(zhuǎn)寄數(shù)據(jù)到工程單位(mV、V、MA或溫度°C)的主機(jī)。在插件終端機(jī)上的外部 CJC 為正確的溫度測(cè)量而設(shè)計(jì)。特別的ADAM-5018可以直接和熱電偶相連不需要用變送器。不過選擇時(shí)需要考慮現(xiàn)場(chǎng)狀況，因?yàn)锳DAM-5018模塊上不

26、同通道之間沒有隔離，如果模塊與熱電偶之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，容易出現(xiàn)問題。 因?yàn)楸敬卧囼?yàn)是設(shè)計(jì)0至1000的六點(diǎn)溫度檢測(cè)，并且采用K型熱電偶，綜上所述，所以采用ADAM-5000系列中ADAM-5018熱電偶輸入模塊。三、硬件電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的硬件電路包括主機(jī)、溫度與檢測(cè)與控制、人機(jī)對(duì)話（鍵盤/顯示/報(bào)警）和其它擴(kuò)展電路幾個(gè)主要部分。圖3.1為系統(tǒng)的硬件電路原理圖。3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖圖3.1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由ADAM-5018采集各點(diǎn)溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量信號(hào)傳給主機(jī)，再由組態(tài)軟件對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行記錄和運(yùn)算，以達(dá)到對(duì)溫度的測(cè)量、顯示和報(bào)警。3.2采集模塊與主機(jī)電路 ADAM-5018是一個(gè)16位7頻的熱電偶輸入設(shè)備