1、-. z化工學院信息與控制工程學院畢業設計外文翻譯糧食倉儲無線測溫系統的設計Design of wireless temperature measurement system for grain storage學生*： 10540108 學生： 王憲忠 專業班級： 測控1001 指導教師： 艾學忠 職 稱： 教授 起止日期：2021.2.252021.3.16 吉 林 化 工 學 院Jilin Institute of Chemical Technology- PAGE II . z激光切割工藝中無線溫度采集系統的設計摘要本文提出了一種先進的工程材料的激光切割加工的無線溫度采集系統的開發。該無

2、線系統可以有效的進展自動溫度監測。該系統包括硬件，軟件，和一臺計算機。該無線系統的包括電源子系統，傳感器子系統，和一個主要基于無線射頻RF技術的主節點系統。該系統的優點是簡單的數據管理溫度報警和所需文件的準確性。該集成無線溫度傳感器的有用性是在馬來西亞理科大學機械工程學院制造實驗室進展測試的。在實驗室收集的數據用來評估該系統的實用性。數據說明，該系統可以測量和監測在硬頂的的時間和距離的圍的溫度。這項工作是使用無線網絡系統監控激光切削過程WSN溫度的一個重要的開場。關鍵詞：溫度監測；無線傳感器；激光切割；過程監控1 簡介該過程監控系統具有防止意外故障的優點，大大提高了系統的可靠性和可維護性。其獲

3、取更大的工藝參數也給出了更好的可視性和更好的決策權。這些系統通常與數據采集系統使用傳感器測量相關的參數。傳感器測得的數據通過有線通信傳輸給處理系統。然而，這些系統可以是非常昂貴和不靈活的。隨著通信技術的開展，數據已經可以通過無線方式來傳輸。目前，無線技術，特別是無線傳感器網絡綜合了傳感器技術，MEMS技術，無線通信技術，嵌入式計算技術、分布式信息管理技術，得到了迅速的開展。無線傳輸的重要優勢就是簡化了系統的布線和管理。否則，在一些危險，或者偏遠的區域和地點不可能實現傳感器的應用。更快的部署和安裝各種各樣的傳感器，可以使多點測量，低本錢，低功耗，小體積，和便攜成為可能。 在工業上激光切割金屬的發

4、現和應用是由于其加工復雜的工件時可以非接觸式加工，并且精度高，外表光潔度高，易于數控C。另外，這項技術已被用于先進的工程材料的研究，例如，鎢，鈦，瓷，鋁合金，鉻鎳鐵合金，鉭，和金屬基復合材料。激光切割要到達良好的切削性能涉及許多操作參數，如激光功率，切割速度，頻率，占空比，焦距，間隔距離，輔助氣體壓力，束噴嘴，和切割鏡片。應該在切削過程中監測測這些參數，來控制切削的動作，以到達預期的切削效果。然而，目前的技術已被用來監測過程中切削是基于有線通信的，它缺乏靈活性。例如，為了滿足要求需要部署固定的連線來供電和傳輸數據。另外，這個系統時面臨著現有設施被用于新的加工業務改造的困難必須獨立的分析每個切削

5、參數。為了解決這個問題，無線監控系統應該應用在先進的金屬材料激光切割的過程中。許多類型的無線技術發的展從簡單的紅外數據協議IrDA該協議利用紅外光的短距離的點對點通信，短距離的無線個人區域網WPAN的一點對多點的通信，如藍牙和ZigBee；中距離的多跳無線局域網WLAN遠程蜂窩系統，如全球移動/通用分組無線效勞系統GSM/GPRS和碼分多址CDMA。其中，紅外，藍牙，ZigBee，和GSM是為激光切割數據監測系統的無線數據遙測的潛在的選擇。其中紅外線是一種需要一個發射機和一個接收機的但總顯得無許可的通信技術。ZigBee廣泛應用于網絡數據采集監測溫度，氣體，和其他。ZigBee是一個不耗電的系

6、統，但它不能在大面積和遠距離傳輸。藍牙只能在10米的距離傳輸數據。然而，高耗能使得藍牙不是一種普通的數據傳輸方式。另一種無線傳輸技術是GSM。盡管GSM可以大圍和遠距離傳輸數據，但是它花費很高。GSM通過SIM卡來傳輸數據，SIM卡里的資金每發送一條信心將被運營商扣除相應的金額。為了到達檢測的目的，我們的程序將持續發送數據。因此，GSM不是本設計的最正確選擇。在433 MHz的射頻RF傳輸在數據傳輸距離，系統功耗和單元尺寸方面擁有很大的優勢。*些射頻模塊可以傳輸超過4公里的距離，并且只消耗很少的功率。在我們的應用中，433MHz的射頻傳輸是最好的選擇，應為其低功耗，低本錢，維護方便，傳輸距離遠

7、。以前的研究人員選擇了射頻傳輸系統基于其傳輸距離遠，本錢低，可靠性高，低功耗，智能化，安裝靈活，便于移動和小型化等優點。目前，馬來西亞理工大學已經研究了激光切割技術在先進工程材料切割過程中的應用，使用的是有線的監控系統。在本文中，我們初步研究一個激光切割工藝中無線溫度監測系統的的設計，制造。這對于在激光金屬切割過程中使用無線溫度監測系統有重要的意義。2 無線溫度監控系統的設計A 無線模塊圖2-1表示了一個無線傳感器節點構造框圖。該系統由兩個主要局部：傳感元件和數據采集系統。該傳感節點是一個組合的多類型傳感器，包括模數轉換器ADC，存儲器，控制器，和射頻收發器。無線收發器通常特定圍的數據傳輸。無

8、線傳感器網絡中的主要問題是電源使用。一般來說，電池是為數據處理計算和數據傳輸提供能量。由于該裝置在實驗室的應用，我們決定使用從電源的12V電源。圖2-1無線傳感器節點構造框圖B 傳感器節點的硬件熱電偶是一種結合了兩種不同的金屬鋁，鉻的特殊的合金，產生的溫度差引起的電壓。K型熱電偶是一個寬圍的溫度檢測器件，檢測圍從-200C到1200C。它用于激光切削過程溫度監測是非常適宜的。K型熱電偶殘剩的是一個非常小的線性模擬輸出啊信號，需要用放大器來把這個輸出信號放大到05V的圍。一種穩定的小信號放大器是AD595(如圖二)。圖2-2 AD595完整系統根據圖2-2，銅鋁和鐵鎳鉻連接到AD595的14引腳

9、和1引腳。AD595放大過程開場于247.3這個固定的增益 。從AD9595輸出10mV/C的穩定的增益。該輸出信號輸入到微控制器中進展處理，然后以一個適宜的圍發送出去。在這個系統中，可編程微控制器PSoC選擇從AD595輸出的數據進展處理。工作在5V使PSoC芯片適宜應用在溫度監測中。該應用程序由兩局部組成：傳送局部和接收局部。數據從傳感器傳出，單片機使用收發模塊接收并處理數據后發送給接收機，然后該接收器接收數據。電源是在選擇收發模塊的共同因素。在這個工程中，我們使用了508射頻模塊它工作在433mhz下可以傳輸的距離超過500m。C PCB板的設計一個設計適當的印刷電路板PCB對于傳感器與

10、接口的操作是非常重要的。印刷電路板是一個2層0.95毫米厚的標準的FR-4板，PCB的輪廓尺寸為89mm71毫米。下列圖圖2-3是使用ORCAD Family Release 9.2軟件設計的PCB板。為了維持PCB板的布局LED，MA*232西片，和PSoC芯片都安裝在PCB板的外表。圖2-3 PCB的設計視圖D 節點軟件本局部介紹如何通過軟件的編程來開發系統。該系統被劃分為幾個局部：傳感器的信號采集，傳感器的數據顯示，從傳感器通過無線發送數據，接收數據進展處理，存儲，并進展進一步的分析。圖2-4表示了從傳感器讀取數據到接收機接收數據的過程。本工程采用K型熱電偶傳感器監測溫度。熱電偶在一個很

11、小的圍呢輸出一個很小的電壓。AD595是熱電偶冷端補償放大器，可以放大輸出電壓的，可以與單片機連接如圖2-5。AD595產生的輸出電壓為10mV/。最大輸出電壓為15V，但是也要取決于電源的電壓。AD595電路能使輸出電壓的圍保持在05V。為了獲得和AD595輸出一樣的電壓，圖2-5中R2上的電壓應該是其三倍。之所以使用這種方法是因為ADC的輸出電壓圍只能是05V。在控制局部，一個12位的ADC把輸入的模擬電壓信號進展轉換，轉換成表示溫度的數字信號。所有的數據可以通過液晶顯示模塊顯示，他們是通過一個通用異步接收發送模塊UART發送的。每隔一分鐘發送一次測試數據。 讀取溫度 開場 傳感器數據 讀

12、取完畢 顯示 發送數據 完畢圖2-4發射機節點軟件實現流程圖圖2-5 AD595單片熱電偶冷端補償放大器圖2-6顯示的傳感器數據庫接收流程圖。介紹了無線接收模塊的系統與計算機系統集成。在接收端，允許用戶通過使用數據記錄器軟件監視傳感器的數據，對數據進展處理和加工然后顯示出來。原始數據可以以文本的形式存儲和記錄，可進一步的用其他的軟件進展加工，如微軟的E*CEL。數據顯示保存數據數據排列 和處理 數據 接收開場完畢圖2-6接收器節點的軟件實現流程圖E數據記錄軟件數據記錄軟件是用來監測從傳感器輸出的數據的。該軟件可以在微軟Windows *P和微軟的Windows Vista系統運行。可以在960

13、0bps的速率下進展串行數據通信。它可以直接通過串口或市售的RS-232接口連接到PC的端口。它可以可以實時監測傳感器輸出的數據，并并把數據以文本的形式記錄在一個表格中，如表1所示 。表2-1 實驗數據資料3實驗方法這個實驗裝置是由發射機和接收機組成的。發射局部由溫度控制器，傳感器節點發射機，加熱器，和支架構成，如圖3-1所示。接收局部由接收模塊和一個筆記本電腦組成，如圖3-2所示。溫度控制器可以工作在0-400C的圍。溫度傳感器中的熱電偶在加熱器中可以把溫度信號轉變成電信號。支架是用來安裝熱電偶溫度傳感器和加熱器的。溫度控制器設置一定的溫度，加熱器加熱，熱電偶感受熱信號并把溫度信號以電信號的

14、形式傳送出去，溫度信號經過處理后將在顯示屏上實時顯示。 數據發送模塊 溫度控制 加熱器圖3-1實驗裝置的發射局部 計算機數據接收模塊圖3-2實驗裝置的接收器在接收機中，發射機發射的數據由接收節點接收。在筆記本上使用數據庫軟件進展登陸和數據的存儲。通過USB來連接數據接收模塊和筆記本電腦。每隔一分鐘在液晶顯示器上實時顯示溫度的監測值。發射局部和接收局部的距離大約為5米，因此數據的無線傳輸距離也是在5米的圍進展的。這個實驗是在馬來西亞理工大學的機械工程實驗室里進展的。4 結果與討論 圖4-1顯示了在一分鐘，5米的遠的距離傳輸數據的結果。結果說明，該裝置能夠測量溫度，并且能夠把溫度數據通過無線的方式傳輸到電腦上。在該試驗中用的是型號為2021T的K型熱電偶，并將測量的溫度數據在數碼管上顯示出來。圖4-1溫度與時間5結論在本文中，對激光切割過程中