基于传感器SHT75和以太网实现现场环境温湿度数据采集系统的设计凤凰平台ph1

  • 栏目:视觉设计 时间:2020-05-14 06:17
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  正在工业现场,卓殊是那些境况要素对分娩历程影响斗劲大的车间,对现场境况要素的监测很首要,而跟着工业主动化的缓慢兴盛,工业正在工业中使用的普及,它能运用户对现场的少许境况要素实行一个长途的监测,突显其便当性和应时性。本体例便是基于SHT75温

  正在工业现场中运用温湿度传感器,为了抵达长途监测的宗旨,就少不了与工业以太网或其它工业现场总线搜集相连,本体例就欺骗工业以太网本领,由传感器SHT75搜集工业现场的温湿度,源委CPU统治,通过工业以太网举行通讯,实行上位机对现场境况温湿度的数据搜集、监测。

  本温湿度衡量体例蕴涵了微统治器(C8051F120)、存储器、传感器模块、搜集通讯接口、串口通讯等首要构成局限。正在该打算中,电源运用了以太网供电摆设,该摆设除了用于网口通讯,还供给打算中所必要的电源。该电源源委电平转换,为微统治器、存储器、传感器模块等供给所需的+5V和+3.3V电压。微统治器C8051F120通过I/O口与传感器模块举行数据相易。温湿度衡量体例的硬件框图如图1所示

  C8051F120是美邦Cygnal公司的一款掌握芯片,它运用 Silicon Lab 的专利 CIP-51 微掌握器内核,具有64个数字I/O 引脚、片内VDD 监督器、时钟振荡器,它使C8051F120器件成为真正能独立就业的片上体例;FLASH 存储用具有正在体例从头编程才力,可用于非易失性数据存储,并允诺现场更新 8051固件;片内 JTAG 调试电途允诺运用装配正在最终使用体例上的产物MCU举行非侵入式(不占用片内资源)、全速、正在体例调试,该调试体例声援巡视和删改存储器和寄存器,声援断点、巡视点、单步及运转和停机号令;它能正在工业温度领域(-45℃到+85℃)处就业,这些齐全满意正在工业现场运用的央浼。

  微统治器局限的打算蕴涵体例硬件的启动与复位、地方总线、数据总线的分拨和界说、与外设传感器的联贯等;体例由外部的22M钟振行为时钟源向CPU输入时钟信号;复位电途由10μF的电容、10K电阻构成低电平复位电途,该复位电途可实行上电低电平主动复位。

  SHTxx 系列单芯片传感器是由瑞士Sensirion的一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。传感器征求一个电容式集结体测湿元件和一个能隙式测温元件,并与一个 14 位的 A/D 转换器以及串行接口电途正在统一芯片上实行无缝联贯。SHTxx采用串行接口,它的诀别率可能依据对现场的搜集速度而举行调解,通常情状下默认的衡量诀别率区分为 14bit(温度)、12bit(湿度),倘若正在高速采纠合就可区分降至 12bit 和 8bit,对温度的量程领域:-40~123.8℃,湿度的量程领域:0~100%RH。它操作斗劲简陋,只需用一组“ 启动传输”时序,就能实行传感器数据传输的初始化,同时,正在衡量和通信遣散后,SHTxx 会主动转入歇眠形式,这大大的削减了功耗。咱们选拔的是SHT75,它的机闭框图如图2所示。

  SHT75与微统治器的联贯,是通过C8051F120的两个I/O口来区分与传感器SHT10的SCK引脚和DATA引脚相连,来实行数据的相易;VDD与3.3V电压相连。为避免信号冲突,微统治器应驱动DATA 正在低电平,因此还务必正在I/O电途中,DATA引脚上加上一个上拉电阻将信号提拉至高电平,用一个10kΩ的电阻接至3.3V电压。

  正在打算中采用搜集接口将温湿度传感器接入工业以太网,数据由以太网转达到上位机中,实行工业现场的摆设和上位机的通讯。搜集分隔器采用的是HR61H50L,网卡芯片运用的是RTL8019AS。

  RTL8019AS 是REALTEK公司的高度集成以太网掌握器,它可以简陋的解答即插即用 NE2000兼容适配器,这种适配用具有二重和功率低重特点。通过三电平掌握特点,RTL8019AS是对搜集摆设 GREEN PC 理念的选拔。全二重性能可以模仿鼓吹和给与正在双绞线到全二重以太网相易机。这个特点不光使带宽从10到20MBPS,并且避免了因为以太网频道夺取特点导致的读轶群途存取赞同的题目。为了供给齐全处分即插即用计划,RTL8019AS集成10BASET收发器,BNC,和AUI接口之间的主动检测性能。另外,8条IRQ 总线条根基地方总线为大资源情状下供给了宽松的境况。RTL8019AS用 16k字节 SRAM打算正在单片芯片上,它的打算不光供给了更友爱的性能,并且撙节了 SRAM 存储资源。RTL8019AS的地方总线]与数据总线的地方/数据总线相连。

  电源采用的是以太网供电摆设,该摆设采用相符802.3受电摆设法式,输出法式的+24V,源委LM2576-5(Motorola分娩)和AS1117-3.3(ALPHA分娩)电源芯片,电平转换后,输出温湿度衡量体例中的微统治器、存储器、网卡芯片和传感器模块上所需的5V和3.3V电源。

  主圭外机闭要紧由CPU与SHT75之间的数据转达和传感器与上位机的数据转达并正在上位机显示两局限构成。正在数据转达局限,最初必要对CPU与SHT75对应I/O口以及相干寄存器的初始化,然后通过CPU发送死令启动数据的传输,之后,传感器初步举行信号的搜集和数据的相易,CPU对数据举行统治,当举行完一次搜集和转达后,再通过通讯复位来轮回就业;正在上位机显示局限,只需找一入口地方,把CPU统治好的数据传给上位机,再通过EPA组态软件来对数据举行客观的显示。圭外机闭如图3所示。

  正在本体例数据转达历程中,要紧源委的是启动传输、字节的读与写、形态寄存器的读与写、最终数据的读取和通讯的复位几局限。下面列出温湿度数据的读取圭外的局限代码:

  图4它是一个搜集拓扑图,摆设挂正在集线器上,集线器正在给温湿度传感器供电的同时,还对传感器搜集的数据音讯举行转达;集线器通过工业以太网来与上位机相连,数据音讯就通过工业以太网传送到上位机。通过上位机用户可能长途监测现场的温度与湿度。

  正在工业现场,此摆设是直接通过工业以太网的有线搜集举行数据传输的,通过正在重庆重钢集团的一个月试用结果来看,它的巩固性和准确度满意央浼。图5是正在重庆钢铁集团中板厂监测室的监测界面。

  图5 监测弧线是一监测弧线图,通过直观的弧线图来显示工业现场的温湿度转移,它具有报警性能,用户可能依据现场的全部央浼自助设定上限与下限,当温湿度值抢先控制时,就会显示血色,并闪光未必,以示报警。

  正在重庆钢铁集团中板厂一连高温车间里的运用恶果来看,传感器的衡量精度根基维持巩固,依据

  室职员的反应,监控界面所显示的数据与车间实质数据偏差很小,而且它能应时性的显示车间的温度与湿度,鼎新速度很速,满意打算央浼。然而工业现场通常境况斗劲的阴毒,正在运用历程中发明,摆设自己的发烧量以及深远运用对自己的损耗直接影响着传感器对外界境况要素的聪慧度,因此,何如使传感器模块具有更好的聪慧度、更低的功耗、更广的就业领域,这些对硬件打算和软件优化提出了更高的央浼。

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