恶劣环境下的无线温度采集系统的设计

论文摘要

水泥工业是我国基础设施建设的重要支柱产业,每年我国都需要大量的高质量的水泥以保证我国基础设施建设的发展。回转窑作为水泥生料至熟料加工过程中的重要生产设备,为熟料加工提供了良好的生产环境。水泥熟料的生产过程十分复杂,通常按熟料在回转窑内所需加工温度的不同将回转窑划分为几个工艺带,以便完成不同的生产要求。生产过程中需要控制的工艺参数较多,如温度、压力等。我们知道水泥熟料是在高温下慢慢生成的,所以其中最重要的工艺参数是温度,可见准确的测量和控制回转窑内各生产工艺带的温度,对水泥熟料的生产质量、燃料消耗以及设备安全运转都有着决定性的作用。回转窑是一种大型的,结构复杂的设备,当其工作时需要不停地旋转并且向外辐射高温,如此就给回转窑内的温度测量带来了困难。本文在综合分析当前各种回转窑测温方法的优缺点后,提出了一种基于射频技术的无线温度数据采集系统。该系统能够有效的克服当前各种温度测量方法的缺点,具有灵活性强,测温精度高,抗干扰能力强等优点。本系统主要用于测量回转窑内各生产工艺带的温度,并与上位机配合完成窑内多点温度的监控。本文论述了该系统的总体设计思路和实现方法并分析了各部分电路的组成原理,详细介绍了系统各模块的设计过程。系统的下位机部分主要由无线温度采集发送模块和无线温度接收显示模块组成,上位机系统是一个温度监控软件,负责监控回转窑内的温度情况。温度采集发送模块用热电偶检测窑内温度,将毫伏电压信号经放大后送入微处理器进行处理转换成数字值,并检测DS18B20处的温度用于热电偶冷端补偿,然后由微处理器控制nRF2401芯片将采集到的热电偶温度和冷端温度一同发送给温度接收显示模块,温度接收显示模块接收到发送端发送的数据后,将数据经通过微处理器进行解码,解码后的温度可以在本地数码管显示,也可直接将温度数字通过RS232串口发送给PC机,通过PC机上的温度监控软件更好地显示采集点的温度情况。本系统具有可很强可扩展性,只需搭配不同功能的传感器及相应的信号调理电路模块即可实现各种功能的无线数据采集装置,可以广泛的应用于小型无线数据采集终端、防火报警监控等领域。如果将多台PC上位机通过RS485总线或CAN总线连接起来,则可以将该无线温度采集系统升级成无线局域网络,让主机能与多台PC上位机之间实现数据共享,使系统具有更广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的背景与意义
• 1.3 回转窑内温度测量法的研究现状
• 1.4 短距离无线通信的发展现状
• 1.5 本论文研究内容的安排
• 第二章 水泥回转窑的结构与工艺简介
• 2.1 水泥回转窑简介
• 2.2 窑内水泥熟料生产过程简介
• 2.2.1 窑外预热分解
• 2.2.2 窑内煅烧
• 2.3 水泥回转窑内的主要温度参数
• 2.4 回转窑应用中需解决的问题
• 2.5 本章小结
• 第三章 回转窑无线测温的总体设计
• 3.1 温度数据采集发送模块
• 3.1.1 模块的结构与功能简介
• 3.1.2 模块的功耗分析
• 3.1.3 模块的现场应用情况
• 3.2 温度数据接收显示模块
• 3.3 本系统设计要求和相关参数
• 3.4 系统相关器件的选型
• 3.4.1 热电偶的选型及冷端补偿方法
• 3.4.2 微控制器（MCU）的选择
• 3.4.3 射频芯片的选择
• 3.5 本章小结
• 第四章 系统的硬件设计
• 4.1 温度采集发送模块的硬件设计
• 4.1.1 电源电路设计
• 4.1.2 主控制器MSP430F2274
• 4.1.3 热电偶信号调理放大电路
• 4.1.4 DS18B20温度传感器
• 4.1.5 DS18B20与MSP430F2274的接口连接
• 4.1.6 射频芯片nRF2401
• 4.1.7 nRF2401接口电路
• 4.2 温度接收显示模块设计
• 4.2.1 主控制器STC89C52
• 4.2.2 显示部分电路
• 4.2.3 按键电路
• 4.2.4 串行通信与RS232接口
• 4.3 本章小结
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 采集发送模块软件设计
• 5.1.1 主程序
• 5.1.2 热电偶及冷端温度补偿子程序
• 5.1.3 发送数据子程序
• 5.2 接收显示模块程序设计
• 5.2.1 主程序
• 5.2.2 接收数据子程序
• 5.2.3 数据处理子程序
• 5.2.4 数据显示子程序
• 5.2.5 按键处理子程序
• 5.3 系统的上位机软件设计
• 5.3.1 Visual Basic简介
• 5.3.2 无线温度检测系统的上位机界面设计
• 5.3.3 VB串口通信设计
• 第六章 系统的抗干扰分析与设计
• 6.1 本系统的抗干扰设计
• 6.1.1 硬件抗干扰措施
• 6.1.2 软件抗干扰措施
• 6.2 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 结论
• 7.2 需进一步研究的内容
• 参考文献
• 附录1 温度采集发送模块硬件原理图
• 附录2 温度接收显示模块硬件原理图
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文