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智能流速传感器与PC机远程接口通讯的设计

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智能流速传感器与PC机远程接口通讯的设计①高志强　温殿忠　戴文江　方华军(黑龙江大学信息与电子科学系,哈尔滨,150080)

摘要　本文阐述一种新型的以AT89C2051单片机为核心的智能化测井流速传感器设计,该传感器采用TLC254312位串行A󰃗D转换器、MAX485E半双工收发器构成数据采集󰃗远程传输模块,有与PC机远距离传输的功能.实验结果表明,该设计方案具有模块功耗低、体积小、采样精度高、可靠性好、接口简便的特点.

关键词　智能化传感器　串行A󰃗D转换器　半双工收发器　串行数据传输

1　引　言 在智能化传感器或微机测控系统中,经常要用到A󰃗D转换.常用的方法是扩展一块或多块A󰃗D采集卡.当模拟量较少或是温度、压力等缓变信号场合,采用A󰃗D卡并不是最合适、最经济的方案.这里介绍一种以AT89C2051单片机为核心智能化测井流速传感器,它采用TLC254311位串行A󰃗D转换器、MAX485E半双工收发器构成数据采集󰃗远程传输模块,该模块采样的数据由单片机控制并将电平转换为TTL电平,再经MAX485E半双工收发器转换为RS232电平,实现远距离数据传输并送到上位机(IBMPC机)的串口COM1和

COM2,形成一种串行数据采集、远距离通讯的方式.经实践调试证明:该模块功耗低、体积小、采样精度高、可靠性好、接口简便,应用领域广泛.

2　智能测井流速传感器的设计[1,2] 国内的企业及有关的大专院校为满足石油工业的要求,也曾研制过涡轮式流量计、核子流量计、同位素流量计等.但这些液体流量计还不能完全满足井下液体测量流速范围在2～40cm󰃗s,使用温度范围60℃±5℃、压力范围在1200m水柱、传感器直径〈530mm

的要

求.井下流速测量采用不锈钢金属膜片结构的铂应变电阻式液体流速传感器制造技术以及该技术与单片机处理器、AD590、压力传感器设计为一体的能实现测井远距离传输的智能化多功能流速传感器的合成技术.采用电阻应变式不锈钢膜片作为流速传感元件的流速传感器,其外形结构如图1所示:

传感器的中部为信号处理板安装腔,内部安装整个传感器的模拟信号输入、数据采集及数据处理、载波电路.在传感器的尾部设计为与专用测井钢丝电缆相接的钢丝转接头.整个

2000年12月 传　感　技　术　学　报 第4期①来稿日期:1999212213

黑龙江省自然科学基金项目E9829

© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net传感器由不锈钢制成,导流管、安装腔、钢丝电缆转接头3个部分可灵活拆卸.传感器全长约1m左右,为减少传感器对流速场的影响,传感器直径设计为3cm.(油井管直径为6cm

或

8cm

).

图1　智能化测井流速传感器外观结构图测量时传感器由测试车通过测井钢丝电缆送至井下1200m左右深处,传感器经电缆与井口智能化检测仪相连接.不锈钢膜片结构的铂应变电阻式流速传感器的结构采用0.15

mm厚的不锈钢板冲制成525mm的钢杯,钢杯高度为10mm,在钢杯的膜片上采用多层膜溅射方法制成4个铂应变电阻,并用内电极将4个铂应变电阻连成惠斯通电桥,其结构如图2所示.不锈钢膜片上的4个铂电阻均设计在膜片的直径上,两个在0.635a之内,如图2所示.

这种结构实际上构成了不锈钢杯式压力传感器.它与扩散电阻式硅杯相比,其最大的优点是

图2　铂应变电阻式流速传感器剖面图抗过载能力极强.扩散电阻式硅杯不能胜任测井下注入液体的流速,其主要原因是井下注入液体流速低,液体对膜的冲压小,而测微压时硅杯膜片厚度薄,因操作不当过载而感压硅膜碎裂.不锈钢杯式电阻应变压力传感器采用多层膜溅射方法形成具有附着应力大、绝缘特性好的铂薄膜电阻.

由于不锈钢膜片上4个铂电阻连成惠斯通电桥,在井管中液体垂直向下流动时产生垂直于膜片表面的压力.使两个铂电阻受拉力作用,电阻变小,另外两个电阻变大,使电桥产生输出.

3　硬件电路设计智能化测井流速传感器硬件电路结构如图3所示.

由图3可知,单片机AT89C2051是整个系统的核心,TLC2543[3-4]对输入的模拟信号进行采集,转换结果由单片机输入到其内部的一个8位地址和控制寄存器,单片机采集的数据经MAT485E转换成RS2232电平,通过MAX485E向上位机传输.通过上位机控制采集的数据,并对各种模拟量进行监测.而TLC2543串行A󰃗D转换器模块采用美国TI公司的

013 传　感　技　术　学　报 2000年

© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.netTLC254312位串行A󰃗D转换器,使用开关电容逐次逼近技术完成A󰃗D转换过程.由于是串行输入结构,能够节省51系列单片机I󰃗O资源.

图3　智能化传感器数据采集与远距离通讯电路原理图MAX485E[3-5]是一种半双工的收发器,因为它只用一路双绞线传输信息,收2发都是这

一对线.它的数据传输速率可达2.5Mbps,总线上收发器可达32个.具有±15kV的ESD

保护.

一般来说,数字信号的传输随着距离的增加、信号传送速率的提高,在传输线上的反射、串扰、衰减和共地噪声等影响将引起信号的畸变,从而限制了通信距离.普通的TTL电路,

由于驱动能力差,输入阻抗小,灵敏度不高以及抗干扰性能差,因而传输信号的距离短.RS2232接口电路,其驱动输出信号摆幅比TTL电平大得多,使抗干扰能力大大提高,但RS2232标准规定,驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容的限制.传输距离的另一原因是RS2232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,故RS2232一般用于20m以内的通信.在要求通信距离为几十米到上千米时,广泛采用RS2485收发器.RS2485收发器采用平衡发送和差分接收.因此具有抑制共模干扰的能力.加上接收器具有高的灵敏度,能检测低达200mV的电压,故传输信号能在千米以外得到恢复.

4　单片机与PC机的软件设计在计算机中,一切由计算机处理的对象都是数据(包括文字、图形、声音等),这些数据对应于传感器采集的信息如温度、压力等,为了使传感器对模拟信号的处理智能化,必须使该传感器中的单片机AT89C2051对采集的数据按一定规律来组织、存放和输出.

TLC2544采集的数据由AT89C2051进行数据处理即数字滤波、代码变换等,然后再把接收的数据送给MAX485E,进行远程通讯.程序流程图见图4.

单片机通过串行时钟按时序发送与接收数据位,完成串行数据的写入和读出,发送数据子程序主要将存储在40H单元为首地址的数据发送到累加器中,并将累加器中的内容发送到数据缓冲区寄存器中,然后将数据发送给上位PC机.这里就不再描述.

上位机主要用来接收串行通信数据,即对串口的物理地址COM1(3F8)或COM2(2F8

)

进行编程操作同时配合BIOS调用,就可实现串行口数据的读写.本文采用二元线性插值算法,在计算机中建立起一个动态数据库(类似于动态数据表格),这样可对采集的数据进行实时处理或现场测量,PC机接收串行数据并处理的程序[6]流程图如图5所示.

113第4期 高志强、温殿忠、戴文江等:智能流速传感器与PC机远程接口通讯的设计

© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net图4　智能化测井流速传感器内部 图5　PC机接收数据并处理程序流程图固化程序流程图

图6　被测液体流速与传感器测量电压输出曲线5　系统的测试结果将智能化油井流体流速传感器送入含油工作层处,检测注入井下的聚合物水解液,测试的含油工作层约为距地面以下800～1200m,被测介质温度范围在45℃～60℃之间,用智能化液体流速传感器与PC机组成的通讯系统测试,

传感器输出结果如图6所示.

传感器采集并远距离传送到PC机串行断口COM1和COM2上,PC机可将井下流速传感器测得的电压值在不同温度下的误差得到进一步修正,并把电压值与流量的关系经计算处理直接显示为流速,实验结果表明,显示精度小于0.78%F・S.本系统能够较好地解决采集数据的测量与远距离数据传输问题,大大提高传感器的智能化,具有广泛的应用领域,并且该系统在1998年哈尔滨市科委重点攻关项目“智能化油井注入液体流速检测仪”中得到应用.

参考文献1　温殿忠.力学量敏感器件原理与应用.黑龙江科学技术出版社,1994;7:152～1612　DianzhongWen.Sensitivityanalysisofjunctionfieldeffeld2pressure.HalltranRevSciInstrum,1995;66(1):251～255

3　单片机的工作原理及其应用.武汉力源电子股份有限公司,1998;8:131～1494　1999年产品目录(第二期)武汉力源电子股份有限公司,1999:115　李华著.MCS251系列单片机实用接口技术.北京航空航天大学出版社,1993:504～5096　徐金梧等著.TURBOC实用大全.机械工业出版社,1996:366～370

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基于物联网的远程操控与监测系统设计

基于物联网的远程操控与监测系统设计

基于物联网的远程操控与监测系统设计随着物联网技术的不断发展和普及，远程操控与监测系统在各个领域得到了广泛应用。

这些系统可以有效地通过互联网连接设备与操作人员，实现远程控制和实时监测。

本文将详细探讨基于物联网的远程操控与监测系统的设计原理、实现步骤以及应用案例。

一、设计原理基于物联网的远程操控与监测系统主要由三个部分组成：传感器、通信网络和远程控制平台。

1. 传感器传感器是物联网系统的重要组成部分，它可以将环境中的物理量转换为电信号，并通过无线通信方式发送给远程控制平台。

传感器的种类与应用场景多种多样，如温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。

它们的功能是通过收集环境数据，并将数据传输给控制平台进行分析和处理。

2. 通信网络通信网络连接传感器和远程控制平台，确保数据的传输和实时控制的可靠性。

通信网络可以采用有线网络或者无线网络，如Wi-Fi、蓝牙、LoRa等。

选择合适的通信网络取决于应用场景的需求，比如覆盖范围、数据传输速率和能耗等。

3. 远程控制平台远程控制平台是整个系统的核心，它接收传感器发送的数据，并根据设定的规则和策略进行远程操控和监测。

通过远程控制平台，操作人员可以实时地获取传感器数据，远程操作设备并监测设备状态。

此外，远程控制平台还可以通过数据分析和算法模型实现故障预测与维修，提高设备的可靠性和效率。

二、实现步骤基于物联网的远程操控与监测系统的实现步骤可以总结为以下几个方面：1. 确定需求和系统规模在开始设计之前，需要明确系统的需求和目标，包括操控和监测的对象、所需的传感器种类和数量、通信网络的要求等。

根据实际情况，确定系统规模和可行性。

2. 选择合适的传感器和通信网络根据需求，选择合适的传感器和通信网络。

传感器的选择要考虑物理量测量的精度、响应速度、可靠性和功耗等因素；通信网络的选择要考虑覆盖范围、传输速率和可靠性等。

3. 开发远程控制平台根据系统需求，开发远程控制平台。

平台的功能包括数据接收和处理、远程控制操作和设备状态监测。

PC机与XMT-3000A智能仪器串口通信调试

PC机与XMT-3000A智能仪器串口通信调试

PC机与XMT-3000A智能仪器串口通信调试在进行串口开发之前，一般要进行串口调试，经常使用的工具是“串口调试助手”程序。

它是一个适用于Windows平台的串口监视、串口调试程序。

它可以在线设置各种通信速率、通信端口等参数，既可以发送字符串命令，也可以发送文件，可以设置自动发送/手动发送方式，可以十六进制显示接收到的数据等，从而提高串口开发效率。

“串口调试助手”程序是串口开发设计人员必备的调试工具。

1）线路说明观察所用计算机主机箱后RS-232C串口的数量、位置和几何特征；查看计算机与智能仪器的串口连接线及其端口。

在计算机与智能仪器通电前，按图A-2所示将传感器Cu50、上、下限报警指示灯与XMT-3000A智能仪器连接。

通过串口线将计算机与智能仪器连接起来：智能仪器的14端子（RXD）与计算机串口COM1的3脚（TXD）相连；智能仪器的15端子（TXD）与计算机串口COM1的2脚（RXD）相连；智能仪器的16端子（GND）与计算机串口COM1的5脚（GND）相连。

特别注意：连接仪器与计算机串口线时，仪器与计算机严禁通电，否则极易烧毁串口。

2）XMT-3000A智能仪器的参数设置XMT-3000A智能仪器在使用前应对其输入/输出参数进行正确设置，设置好的仪器才能图A-2 PC机与智能仪器串口通信线路投入正常使用。

请按表A-4设置仪器的主要参数。

表A-4 仪器的主要参数设置4154163）温度测量与控制（1）正确设置仪器参数后，仪器PV 窗显示当前温度测量值；（2）给传感器升温，当温度测量值大于上限报警值30℃时，上限指示灯L2亮，仪器SV 窗显示上限报警信息；（3）给传感器降温，当温度测量值小于上限报警值30℃，大于下限报警值20℃时，上限指示灯L2和下限指示灯L1均灭；（4）给传感器继续降温，当温度测量值小于下限报警值20℃时，下限指示灯L1亮，仪器SV 窗下限报警信息。

4）计算机串口设置进入WINDOWS “我的电脑”系统属性，在“设备管理器”列表中有端口COM 和LPT 设备信息，选中通讯端口COM1,查看其属性，在COM1端口属性的端口设置选项中，将其波特率（即每秒位数）设为4800，停止位设为2，如图A-3所示。

单片机远程通信接口的设计与实现

单片机远程通信接口的设计与实现


在远程 电子操 控体系 中， 单片机是 电子终端 信息收 集以及控制其交互 的重要执行者 。 计算机 的主要作用是 对数 据进 行接收和处理 ， 将通过远 程通信收到的数据进
的包括 串行通信及其改进模式 ， ￣ Ｉ Ｒ Ｓ ４ ２ ２ 以及 Ｒ Ｓ ４ ８ ５ 等。 ８
位单片机的功能接 口相对较少 ， 能够实现 的性 能也 比较
第３ ６卷第 １ 期
Ｖ０ ｌ ＿ ３ ６ Ｎ０ ． １
企 业 技 术 开 发
Ｔ Ｅ ＣＨＮＯＬ ＯＧＩ Ｃ ＡＬ ＤＥ ＶＥＬ Ｏ Ｐ ＭＥＮ Ｔ ＯＦ Ｅ ＮＴ Ｅ ＲＰ ＲＩ Ｓ Ｅ
２ ０ １ ７年 １月
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０１ ７
单 片机 远 程通信 接 口的设 计 与实现
王 夺
（ 渤海大学 工学 院 ， 辽 宁 锦州 １ ２ １ ０ ０ ０ ）
摘
要： 随着我 国信 息技 术的不断发展 ， 单片机 与计 算机之 间的远程通信技 术的运用范围越 来越 广泛 ， 涉
及到的领域和行业也越 来越 多。 文章简要 阐述 了单片机远程通信的 实现 ， 以及单片机远程 通信无 线 系统 ， 并在此基础 上 ， 详 细分析 了无线通信 系统的设计。 关键词 ： 单 片机 ； 远程通信 ； 设计与 实现
在校 园内可以刷 一卡通的 中端大多都 以单片机为主控 ，
卡控 中心则通过计算机进行集中管理 。 这一技术 的运用 ，
使得许多 高校在学生 管理方面的效率得到了大大提升 。
ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ｇ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ Ｓ ＣＭ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｍｏ ｒ ｅ ｗｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｂ ｒ ｉ ｅ ｌ ｆ ｙ ｄ ｅ ｓ ｃ ｉｂ ｒ ｅ ｄ ｈｅ ｔ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｍｏ ｔ ｅ
智能式传感器

智能式传感器


计算机软件在智能传感器中起着举足轻重的作用。由于 “电脑”的加入，智能传感器可通过各种软件对信息检测过程 进行管理和调节，使之工作在最佳状态，从而增强了传感器的 功能， 提升了传感器的性能。此外，利用计算机软件能够实现 硬件难以实现的功能，因为以软件代替部分硬件， 可降低传感 器的制作难度。
智能式传感器系统一般构成框图如图14 -1所示。其中作为 系统“大脑”的微型计算机，可以是单片机、单板机，也可以 是微型计算机系统。
传感器与微处理机结合可以通过以下两个途径来实现：一是 采用微处理机或微型计算机系统以强化和提高传统传感器的功能， 即传感器与微处理机可分为两个独立部分，传感器的输出信号经 处理和转化后由接口送到微处理机部分进行运算处理。这就是我 们指的一般意义上的智能传感器, 又称传感器的智能化。二是借 助于半导体技术把传感器部分与信号预处理电路、输入输出接口、 微处理器等制作在同一块芯片上，即成为大规模集成电路智能传 感器，简称集成智能传感器。集成智能传感器具有多功能、 一 体化、精度高、适宜于大批量生产、体积小和便于使用等优点， 它是传感器发展的必然趋势，它的实现将取决于半导体集成化工 艺水平的提高与发展。
例如，谐振式传感器具有高稳定性、高精度、准数字化输出等 许多优点，但以前频率信号检测需要较复杂的设备，限制了谐 振式传感器的应用和发展，现在利用同一硅片上集成的检测电 路，可以迅速提取频率信号，使得谐振式微机械传感器成为国 际上传感器领域的一个研究热点。
2. 数据融合理论
数据融合是智能传感器理论的重要领域，也是各国研究的 热点。数据融合通过分析各个传感器的信息，来获得更可靠、 更有效、更完整的信息，并依据一定的原则进行判ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，作出正 确的结论。对于由多个传感器组成的阵列，数据融合技术能够 充分发挥各个传感器的特点，利用其互补性、冗余性，提高测 量信息的精度和可靠性，延长系统的使用寿命，进而实现识别、 判断和决策。