微波机房温度巡检报警系统

李肖群 李广顺

辽宁省广播电视传输发射中心 （沈阳 110016）

彩电塔微波机房有着各类广播电视传输和发射设备，这些设备在运行中都散发一定的热量。监测温度，可以间接了解设备的运行状况。如果温度长时间过高，就会导致设备出现保护、死机、甚至部件故障等现象，从而造成停播事故的严重后果。

为了掌握设备的温度变化情况，在设备的各个主要部位设置了监测点。值班员定时巡视和检测，一旦发现异常，立即进行处理。这种人工和定时的巡检方式，常常会产生发现问题的滞后现象，对设备的安全运行带来一定的隐患。

如何能实时监测各点温度变化情况，在第一时间发现和处理问题，采用自动监测的方法势在必行。针对这一想法，我们自主研发了基于单片机技术的多路温度巡检报警系统。

该系统用于对设备温度的实时自动监测和显示。一旦发现温度超限，便能立即报警。

1 系统设计

本系统设计主要由硬件和软件两大部分组成。硬件部分以单片机为核心，软件部分则用C语言编程。

1.1 系统硬件设计

硬件部分是整个系统的重要部分，其设计的好坏直接影响到整机的性能。

系统以STC 89C52RC单片机为核心，整个系统分为以下几个模块：采集处理、A/D转换、存储器、键盘及显示、单片机系统及报警控制，硬件系统结构框图如图1所示。

系统以一定的采样时间间隔对所传进来的多个通道温度样值电压进行逐次读取，经数模转换和单片机处理后，将数据用数码显示出来。如果某一路的温度超限，便立即发出报警信号。

图1 硬件系统结构框图

1.1.1 温度采样变送器

温度采样变送器主要包括温度传感器、采样电路和通道选择电路三部分。

（1）温度传感器

用于检测温度的传感器有热电偶、热电阻和半导体集成温度传感器。本设计采用PT100铂热电阻温度传感器。

热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器，它的主要特点是测量精度高、性能稳定、测量范围广，结构简单，使用方便，其中铂热电阻的测量精度是最高的。PT100测温范围为-200℃~650℃，被广泛用于温度数据实时监测系统中。

热电阻温度传感器的测温是利用导体或者半导体的电阻随温度的变化而变化的原理而制成的。即如果已知电阻和温度的变化关系，就可以利用测量电阻的方法来推算出温度。

Pt100是正温度系数热敏电阻传感器，它的电阻在0～100度之间随温度变化的线性非常好（最大非线性变差小于0.5度）。Pt100温度传感器0℃时电阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃。

（2）温度采样电路

温度是一种非电量信号，温度传感器的作用是采集检测点的温度样值。温度采样电路是利用传感器的电阻和温度的变化关系，首先将传感器采样得到的温度的变化转换为传感器电阻的变化，进而转换为电压或电流的变化。

在多点检测时，检测距离的不同，传感器的引线长度或电阻也不同。由于Pt100电阻值小，灵敏度高，所以引线的阻值不能忽略不计。

温度采样电路采用三线制电桥法接线方式，即可消除传感器引线线路电阻带来的测量误差。

(3）通道选择电路

本系统为16路的温度信号采样，而ADC电路只需要一路信号输入。采用多路模拟开关，实现多路采样信号通道的选择。

设计中，采用了多片CD4051组成了16通道的选择输出。

1.1.2 A/D转换模块

为了把温度采样电路输出的模拟信号转换成数字信号送单片机处理，本设计选用了高性能的A/D转换芯片CS5550。CS5550使得系统成本低，结构简单，使用方便，抗干扰能力强，适用于各类微弱信号的变换，是一种便于设计、性价比高的小体积高集成解决方案。CS5550通过SPI接口与单片机进行通信。

1.1.3 存储器电路

由于单片机内部的存储器容量有限，又由于所需储存的数据大于单片机内部的存储容量，所以外接一个存储器是非常必要的。本设计采用串行EEPROM FM24C02来进行采集数据的存储，它内含256×8位存储空间，具有工作电压低（2.5V~5.5V）、擦写次数多（大于100000次）、写入速度快（小于10 ms）等特点。FM24C02采用IC总线，通过SDA（串行数据线）及SCL（串行时钟线）两根线连接总线上的器件，相互传送信息，并根据地址识别每个器件。

FM24C02是一个非易失性的存储器件， 可以在断电的情况下长久保持内部的数据不被丢失。

1.1.4 单片机系统模块

本设计采用51内核的单片机STC 89C52RC。

STC 89C52RC单片机具有系统结构简单、成本低、可靠性高、低功耗等特点，特别是内部集成了8KB的FLASH程序存储器，使单片机系统的结构更加简单，也使其得到了广泛的应用。同时，它还具有高级语言编程的特点，指令丰富，软件开发简单。

STC 89C52RC是一个8位（数据线是8位）的单片机，片内有8K ROM和512B RAM。中央处理器单元完成运算和控制功能。内部数据存储器共256个单元，它们的访问地址是00H～FFH，其中用户使用前128个单元（00H～7FH），后128个单元被专用寄存器占用。内部的2个16位定时/计数器用作定时或计数，并可用定时或计数的结果实现控制功能。片内还有一个时钟振荡器，外部只需接入石英晶体即可振荡。

4个八位并行口（P0、P1、P2、P3），用于实现地址输出和数据输入/输出。P3口的第2、4、5口线接双通道数模转换芯片CS5550的通道选择端口，第6、7口线接报警电路；P1口的第0、1、2口线接五片八通道模拟开关CD4051的地址端，第3、4、5、6、7口线分别接五片CD4051的使能端；P2口接动态数码显示电路和键盘控制电路；P0口的0、1口线接设置存储器FM24C02，2、3口线接CS5550串口数据输入端。

1.1.5 键盘、显示模块

键盘、显示模块主要由以下几个部分组成，即键盘电路、LED数码管和二极管显示阵列、位选电路和片选电路等。

键盘控制电路由按键及其接口构成，键盘是单片机最简单的输入设备。本系统的输入控制采用独立式键盘及接口电路。键盘采用3个操作按钮，用于功能切换和参数设置等。每个通道的工作参数都可以通过键盘设定。

显示电路采用6位LED数码管和18只LED指示灯，其中，4位数码管用于显示数据，2位数码管显示功能号或通道号；16只指示灯作为报警通道的指示，2只指示灯用作高低温超限原因的报警指示。

显示电路采用串行输出的动态显示方式。单片机89C52RC的P2口与显示电路的相应端口相连接。利用1片74LS164将控制器输出的串行数据转换成并行数据输出，作为各显示器的段选信号输出；利用1片4线—10线译码器/驱动器74LS145N，作为各显示器指示灯的位选控制。

1.1.6 报警控制模块

本模块主要由触发电路、语音电路及显示电路、静音及复位电路等组成。

把计算机采样的数据与预先设定的温度上下限参数进行比较，如果高于上限值或低于下限值，则进行触发报警。

单片机STC 89C52RC的P3.6和P3.7口做上限报警和下限报警的输出信号。报警触发信号通过光电耦合器和三极管，推动继电器动作，继电器接点闭合，触发报警电路的语音芯片发出语音报警信息。同时，在显示电路中，发光二级管分别指示超限报警的类型（上限或下限报警）和报警的通道号。

在报警时，通过静音按键启动静音电路送出触发信号，停止语音输出。待故障解除后，可再次按动静音按键使静音电路复位。

延时复位电路的作用是，在故障解除后，延时复位电路开始计时，10分钟后自动发出触发信号给复位电路，使复位电路恢复常态，以防止故障恢复后，处理人员忘记人工复位，影响下一次的报警

1.2 系统软件设计

整个软件分为主程序和子程序两种，主程序通过对各个子程序调用实现巡回检测装置的全部功能。

子程序包括温度通道及A/D转换子程序、键盘子程序、显示子程序和报警中断子程序等。

A/D转换是通过每次转换完成后，单片机延时接收转换结果，并送入处理器的存储器中保存。键盘子程序采用查询方式，以保证处理器始终都在监视键盘的动作。显示模块采用单独的子程序，作为主程序的调用子程序，以保证LED的连续显示。中断子程序用来产生巡回速度、报警中断和采样间隔。

2 性能特点

2.1 技术指标

测温范围：0～100℃；显示分辨率：0.1℃；温度误差：±0.1℃

2.2 系统功能

2.2.1 密码锁

系统参数由指定人员设定，加密后，其他人员无权自行改动。

2.2.2 温度上、下限设定

温度上、下限值可单独设定。当测量温度超过设定值后，即报警。

2.2.3 温度显示精度可调

温度显示为整数和小数两种格式，小数显示时，小数点后为1位。

2.2.4 巡检路数可调

巡检路数最大为16路，当实际使用路数小于16时，巡检路数按实际路数设定，剩余路数则被系统自动屏蔽。

2.2.5 自动巡检时间间隔可调

根据实际需要，可对自动巡检的时间间隔进行精确调整，在4到120秒范围内可任意取值。

2.2.6 传感器误差修正

由于温度取样点到检测装置有一定的距离，所以对温度的测量结果会带来一定的影响。各点的距离不同，产生的影响也不同。为了正确反应各监测点的温度，可对每一路取样结果分别进行补偿。经过补偿后，数码管显示的温度即是监测点的真实温度。

2.2.7 自动和手动巡检

温度的巡检分为自动和手动两种方式。在自动巡检时，对各个监测点按顺序周而复始地进行扫描检测；在手动方式下，可任意按前进或后退的顺序进行扫描检测。

2.2.8 语音报警

报警时，声音部分采用了语音的形式，即反复播放一段女声的录音。

2.2.9 自动复位

报警后，报警电路如果未做手动复位，可在一定的时间内自动复位。

3 结语

在开发设计中，我们结合实际需要，注重实用性和可靠性，使系统简洁、高效。去除可有可无的功能，比如考虑到打印机基本用不上，所以最终去掉了这一功能；增加必要的功能，比如报警电路的自动复位；摒弃复杂、冗繁的设计，比如机房对监测温度的精度要求并不高，所以设计的温度显示精度只为整数和小数点后一位的小数，并没有去做显示小数点后更多位的考虑。本系统投入使用后，运行稳定、可靠，达到了设计要求。用自动巡检的方式取代过去由人工巡检的方式，提高了监测的效率，能做到即时发现、准确定位，有效地提高了安全优质播出的可靠性。