基于嵌入式计算机的温湿度智能监控系统设计

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1　系统需求分析及总体设计系统需求分析封存环境中每个封套代表一个湿度测点,放置一个温湿度传感器,由于各封套之间的温度差很小, 只需要一个温度测点,考虑转轮除湿机容量的限制, 封存过程中以15个封套为一组构成一个封存系统, 这样监控系统需要16个采集通道,其中1个温度采集通道, 15个湿度采集通道。温湿度为慢变信号, 采样频率要求不高,单通道大于100 Hz即可。各测点的温湿度需实时显示,同时在异常情况下给出标志以方便管理人员直观地了解封存环境中的温湿度状态。系统需对除湿机进行控制,以实现温湿度的自动监控。

为了使管理人员清晰地掌握整个封存过程中温湿度的变化情况,系统需对监控过程的温湿度数据进行存储。系统总体设计温湿度智能监控系统主要由PC104工控主板、 PC104数据采集卡、控制板、温湿度传感器、液晶屏、电源模块和SD卡等组成。其基本工作过程为:温湿度传感器输出的电流信号经过调理后送入数据采集卡;采集到的温湿度信号通过PC104总线传送到PC104嵌入式工控主板;嵌入式系统对采集的数据进行处理,与设置的阈值进行判断;主板集成的GPIO口发出控制信号,通过控制板对除湿机的启停进行控制。同时,系统利用SD卡海量存储采集的温湿度数据,通过液晶屏实时显示每个通道的温湿度值,给出异常状态的报警信息等。系统工作原理如图2所示。 　

2　系统硬件构成 PC104嵌入式工控主板监测系统采用广州致远公司的EPC-8600工控主板作为主计算机。EPC-8600是基于PXA270 处理器(XScale架构)的PC104嵌入式工控主板, 该主板具有资源丰富、接口齐全、低功耗、可靠性高等特点;堆栈式连接,去掉总线底板和插板滑道,总线以“针”和“孔”形式层叠连接,这种层叠封装有极好的抗震性。采用PC104嵌入式工控主板作为主计算机,硬件电路设计简单,同时在监控系统中可以方便地外挂CF卡将系统采集的数据存入外部存储体,可避免在测量数据时将上一次测量数据冲掉,为管理人员进行过程分析提供了充分的数据依据。信号调理模块信号调理模块的作用是将传感器的输入信号转换为适宜数据采集卡采集的信号。为了降低信号在电缆线上传输时的损耗,系统选用的温湿度传感器为电流输出型,输出信号为4~20 mA,在信号调理模块上使用精度为0·1%的250Ω电阻,用于将4~ 20 mA的电流信号转换为1~5 V的电压信号,以满足数据采集卡的输入信号要求。