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溫度控制儀范文第1篇

吉林省腫瘤醫(yī)院超聲科，吉林長春 130000

[摘要] 本文從熱療系統(tǒng)溫度測控方法、基于人工神經(jīng)網(wǎng)的新型溫度控制算法和超聲腫瘤熱療儀溫控系統(tǒng)程序編制三個(gè)方面分析了依托神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為探討超聲腫瘤熱療儀溫度控制算法。

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關(guān)鍵詞 ] 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；腫瘤；熱療儀；溫度測控

[中圖分類號(hào)] R197.39　[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A　[文章編號(hào)] 1672-5654（2014）05（b）-0197-02

1熱療系統(tǒng)溫度測控方法

1.1溫度測量

溫度是自然界任何物體的基本屬性參數(shù)，被廣泛應(yīng)用于各種物理檢測中。幾乎所有的物理和化學(xué)檢測都需要考慮溫度在其中所發(fā)生的影響和作用。溫度因此在現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用。在醫(yī)學(xué)檢測上溫度同樣是十分重要的檢測項(xiàng)目。從最簡單的體溫測量和更加復(fù)雜體內(nèi)局部器官溫度檢測，溫度測量被廣泛運(yùn)用到醫(yī)學(xué)檢測的各個(gè)方面，各個(gè)環(huán)節(jié)。從檢測的手段來看，可以根據(jù)測量儀器與測量體之間是否直接發(fā)生接觸而分成接觸式測量和非接觸式測量兩種測量方法。接觸式測量的優(yōu)點(diǎn)在于測量的結(jié)果更加準(zhǔn)確，測量的方法更加簡單，缺點(diǎn)在于必須與被測介質(zhì)發(fā)生接觸，而且由于測量時(shí)必須與被測介質(zhì)接觸一段時(shí)間后才能達(dá)到熱平衡所以測量結(jié)果與實(shí)際被測介質(zhì)溫度存在時(shí)間上的滯后差異。非接觸式測量的優(yōu)點(diǎn)在于具有更快的檢測速度，并且可以檢測移動(dòng)的物體，但由于檢測時(shí)與被檢測體存在一段空間上的距離，因此檢測結(jié)果的誤差較大。在實(shí)際的醫(yī)學(xué)臨床溫度測量當(dāng)中，通常根據(jù)需要檢測的實(shí)際部位以及檢測的環(huán)境對于溫度測量方式和方法進(jìn)行選擇。

1.2溫度控制的作用

溫度由于是物質(zhì)的重要參數(shù)屬性，能夠反應(yīng)物質(zhì)內(nèi)部和外部的狀態(tài)，因此經(jīng)常被用作監(jiān)測和控制儀器操作的重要指標(biāo)。通過監(jiān)測溫度可以對儀器的操作進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，使得儀器的工作始終處在正常的狀況和水平下。如果監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)溫度發(fā)生變化，則需要對于溫度變化的原因進(jìn)行分析和判斷，從而做出適當(dāng)?shù)牟僮鳌?/p>

在超聲腫瘤熱療儀器中，需要進(jìn)行溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測的是患者需要治療的腫瘤，正常的溫度范圍應(yīng)該是在25℃~50℃度之間。如果監(jiān)測到的腫瘤溫度超過正常范圍，則需要對儀器所發(fā)出的超聲熱度進(jìn)行調(diào)整，從而避免由于治療時(shí)溫度的過低或者過高而對人體組織結(jié)構(gòu)造成損害。為了保證溫度監(jiān)測的準(zhǔn)確性和可靠性，對腫瘤的溫度監(jiān)測采用接觸式監(jiān)測方法。即將監(jiān)測溫度儀器深入到腫瘤內(nèi)部進(jìn)行監(jiān)測。這就需要在監(jiān)測時(shí)選擇靈敏度高、運(yùn)行穩(wěn)定、體積較小的電偶傳感器來完成對于溫度的監(jiān)測。通常選用針形的電偶傳感器來對腫瘤內(nèi)部的溫度進(jìn)行監(jiān)測。

1.3溫度測控系統(tǒng)的方法

超聲腫瘤熱療儀的溫度監(jiān)測對象是人體內(nèi)的腫瘤。由于人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變，人體內(nèi)的腫瘤組織結(jié)構(gòu)同樣在組織結(jié)構(gòu)和病理性質(zhì)上存在較大的差別。即使是同樣類型的腫瘤在不同的人體內(nèi)也會(huì)呈現(xiàn)處不同的性狀變化。此外，超聲腫瘤熱療儀在治療的過程中也會(huì)使得腫瘤的內(nèi)部性狀進(jìn)行變化。因此對于腫瘤建立較為精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型無疑是非常困難的，因此采用自適應(yīng)控制是一種相對合理的選擇。自適應(yīng)控制是一種能夠根據(jù)監(jiān)測到的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)對于系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控的計(jì)算方法。由于超聲腫瘤熱療儀在治療過程中，腫瘤溫度變化的頻率和強(qiáng)度都相對復(fù)雜，因此采用自適應(yīng)控制通常可以對于溫度的判斷和控制更加實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確。

2基于人工神經(jīng)網(wǎng)的新型溫度控制算法

2.1人工神經(jīng)網(wǎng)

人的大腦是最復(fù)雜的計(jì)算和控制系統(tǒng)，人的大腦通過人體內(nèi)的多條神經(jīng)線路完成對于人體的操作和控制。人工神經(jīng)網(wǎng)是一種基于人體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行所抽象出來的新型信息處理系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)的系統(tǒng)從模型上來看盡可能模擬人體真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)控制系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)是一種集成人工智能和信息傳感等多門學(xué)科的新型知識(shí)體系。人工神經(jīng)網(wǎng)通過各種不同的傳感器采集相應(yīng)的信號(hào)，再經(jīng)過不同的傳輸介質(zhì)傳導(dǎo)到計(jì)算機(jī)中心處理器上進(jìn)行計(jì)算和處理。人工神經(jīng)網(wǎng)模型的提出和構(gòu)建是計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史上的一次重大變革。它為計(jì)算機(jī)進(jìn)行復(fù)雜的信息采集和信息處理提供了更加科學(xué)、合理的模型。

2.1 BP人工神經(jīng)網(wǎng)的動(dòng)態(tài)控制結(jié)構(gòu)

BP算法是誤差反傳訓(xùn)練算法的簡稱。

誤差反傳算法的主要思想是把學(xué)習(xí)過程分為兩個(gè)階段：第一階段正向傳播過程，人給出輸入信息通過輸入層經(jīng)隱含層逐層處理并計(jì)算每個(gè)單元的實(shí)際輸出值；第二階段反向傳播過程人若在輸出層未能得到期望的輸出值，則逐層遞歸地計(jì)算實(shí)際輸出與期望輸出之差值用誤差人以便根據(jù)此差調(diào)節(jié)權(quán)值，具體些說，就是可對每一個(gè)權(quán)重計(jì)算出接收單元的誤差值與發(fā)送單元的激活值的積。因?yàn)檫@個(gè)積和誤差對權(quán)重的(負(fù))微商成正比(又稱梯度下降算法，又可把它稱做權(quán)重誤差微商)。權(quán)重的實(shí)際改變可由權(quán)重誤差徽商一個(gè)模式一個(gè)模式地計(jì)算出來，即它們可以在這組模式集上進(jìn)行累加。

BP網(wǎng)絡(luò)不僅有輸入層結(jié)點(diǎn)，輸出層結(jié)點(diǎn)，而且有一層或多層隱含結(jié)點(diǎn)。對于輸入信息，要先向前傳播到隱含層的結(jié)點(diǎn)上，經(jīng)過各單元的特性為Sigmod型的激活函數(shù)(又稱作用函數(shù)、轉(zhuǎn)換函數(shù)或映射函數(shù)等)運(yùn)算后，把隱含結(jié)點(diǎn)的輸出信息傳播到輸出結(jié)點(diǎn)，最后給出輸出結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)過程由正向和反向傳播兩部分組成。在正向傳播過程中，每一層神經(jīng)元的狀態(tài)只影響下一層神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，如果輸出層不能得到期望輸出，就是實(shí)際輸出值與期望輸出值之間有誤差，那么轉(zhuǎn)入反向傳播過程，將誤差信號(hào)沿原來的連接通路返回，通過修改各層神經(jīng)元的權(quán)值，逐次地向輸入層傳播去。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行推理訓(xùn)練，并用動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)BP網(wǎng)絡(luò)校正現(xiàn)有的控制參數(shù)的方法，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)則自組織，達(dá)到在控制過程中不斷優(yōu)化控制性能之目的。

3超聲腫瘤熱療儀溫控系統(tǒng)程序編制

3.1超聲腫瘤熱療儀溫控系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)要求

首先是統(tǒng)一性原則。超聲腫瘤熱療儀是為患者提供腫瘤治療服務(wù)的一種新型手段，其溫控系統(tǒng)運(yùn)行情況的好壞直接影響到最終的治療效果。因此溫控系統(tǒng)在程序設(shè)計(jì)上必須首先保證整體運(yùn)算的可靠性和準(zhǔn)確性，才能使得儀器在運(yùn)行過程中能夠面對復(fù)雜的人體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的變化而正常運(yùn)行。由于熱療儀溫控系統(tǒng)涉及到的電子元件都是非常精細(xì)和縝密，因此程序的設(shè)計(jì)必須從整體上考慮元件之間信號(hào)傳輸和銜接問題，使得不同的元件能夠有效、有序地工作。

其次是可靠性原則。溫度是監(jiān)測超聲腫瘤熱療儀的最基礎(chǔ)、最重要的參數(shù)。從某種程度上說超聲腫瘤熱療儀的所有工作都是圍繞溫控系統(tǒng)而進(jìn)行的。溫控系統(tǒng)對于溫度的監(jiān)測和判斷是熱療儀進(jìn)行操作的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)。因此系統(tǒng)程序編制必須保證數(shù)據(jù)在采集和傳輸時(shí)的可靠性，通過合理、有效的數(shù)據(jù)驗(yàn)證是保障溫控系統(tǒng)可靠性的重要方法。

最后是實(shí)時(shí)性原則。超聲腫瘤熱療儀溫控系統(tǒng)要求對腫瘤在治療過程中所發(fā)生的溫度變化實(shí)時(shí)采集并進(jìn)行分析和處理，以便能夠及時(shí)調(diào)整治療儀的功率，達(dá)到最可靠、最有效的治療效果。因此在溫控系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)時(shí)必須堅(jiān)持實(shí)時(shí)性原則，對于采集到的數(shù)據(jù)在最短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢驗(yàn)和校正，在傳輸數(shù)據(jù)的過程中也同樣盡可能避免由于程序重復(fù)運(yùn)行而造成的時(shí)間上的延誤。

3.2超聲腫瘤熱療儀溫控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

超聲腫瘤熱療儀溫控系統(tǒng)是一個(gè)集成溫度采集、篩選、分析和控制的復(fù)合操作系統(tǒng)，因此是一個(gè)集成軟件和硬件的綜合系統(tǒng)。其主要結(jié)構(gòu)由溫度采集模塊、傳輸模塊、信號(hào)處理模塊和信號(hào)顯示模塊。溫度采集模塊即選用針式點(diǎn)偶傳感器進(jìn)入腫瘤內(nèi)部進(jìn)行實(shí)時(shí)性的溫度采集，并對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的數(shù)據(jù)校驗(yàn)，校驗(yàn)通過以后傳遞給傳輸模塊。傳輸模塊的作用主要是保障采集到的數(shù)據(jù)能夠在不同的電子元件和傳輸介質(zhì)之間快速、有效地傳輸。信號(hào)處理模塊則主要是用于對采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，從而做出有效的判斷和控制。信號(hào)顯示模塊是根據(jù)系統(tǒng)操作人員的需要將信號(hào)以波形或者其他的表示形式顯示到終端顯示器上。

3.3上位機(jī)的程序設(shè)計(jì)功能

超聲熱療系統(tǒng)上位機(jī)完成溫度的各種圖形顯示、加溫控制的計(jì)算、控制數(shù)據(jù)的管理和通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn)等功能，以使熱療儀各個(gè)子系統(tǒng)能夠正常、合理地運(yùn)行。上位機(jī)軟件不僅是整個(gè)超聲熱療系統(tǒng)的控制核心，而且是醫(yī)療人員在治療過程中進(jìn)行人機(jī)交互的主要手段，因此，它必須具備如下功能：

①參數(shù)設(shè)置．設(shè)置治療的時(shí)間、溫度、頻率、測量點(diǎn)、加溫單元；②溫度顯示．采用多種顯示方式，直觀形象地顯示實(shí)測溫度值；③功率控制； ④數(shù)據(jù)通信．實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間各類數(shù)據(jù)的正確傳輸；⑤出錯(cuò)控制．儀器故障或執(zhí)行非法操作時(shí)，提示出錯(cuò)信息，進(jìn)行出錯(cuò)處理。

為了能使這些功能協(xié)調(diào)運(yùn)行，必須對軟件的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行合理規(guī)劃與設(shè)計(jì)。

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參考文獻(xiàn)]

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溫度控制儀范文第2篇

關(guān)鍵詞： 溫度測量； 溫差控制； 遠(yuǎn)程傳輸； DS18B20

中圖分類號(hào)： TN92?34； TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）07?0105?03

0 引 言

溫度測量儀器的用途相當(dāng)廣泛，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和人們生活的方方面面都起到重要作用。而隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)溫度測量和控制設(shè)備，在溫室測溫、冷庫測溫、冷鏈物流控溫等領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。在無線通信技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，更是有必要設(shè)計(jì)和研究支持實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控溫度的模塊、設(shè)備和系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)并研制了一種遠(yuǎn)程室內(nèi)外溫度差值監(jiān)控系統(tǒng)，支持實(shí)時(shí)并行監(jiān)測多個(gè)溫室的溫度值并維持其在一定范圍內(nèi)，通過GPRS無線模塊接入電信網(wǎng)絡(luò)，與服務(wù)器軟件交互測量數(shù)據(jù)，支持人工下達(dá)溫差控制命令。目前該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于某研究所的生態(tài)研究項(xiàng)目中。

1 系統(tǒng)工作原理

為了研究某地某種海洋植物在同一地區(qū)同一時(shí)期不同氣溫、水溫環(huán)境下的生長變化情況，某研究小組在海邊建設(shè)若干溫室棚區(qū)對實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行模擬，其中要求設(shè)計(jì)一種溫度監(jiān)控系統(tǒng)以自動(dòng)地保持溫室內(nèi)外的溫度差值在一定范圍內(nèi)。因?yàn)樵撜n題的研究室與溫室棚區(qū)現(xiàn)場相距數(shù)十公里遠(yuǎn)，為了支持研究室小組成員實(shí)時(shí)地監(jiān)視溫室內(nèi)外溫度的變化情況以及調(diào)控溫室與室外溫差范圍等參數(shù)，設(shè)計(jì)了一種遠(yuǎn)程室內(nèi)外溫差監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的組成如圖1所示。其中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場的四個(gè)溫室棚區(qū)呈“井”字形排列，分別編號(hào)為溫室A，B，C，D；4個(gè)溫度探測點(diǎn)和4個(gè)加熱管分別位于各溫室中心，負(fù)責(zé)探測室內(nèi)溫度及加熱升溫。棚內(nèi)溫度探測點(diǎn)與室外溫度探測點(diǎn)放置溫度傳感器連接到中心控制器，加熱管的開和關(guān)由控制器電路板上的繼電器控制?？刂破魍ㄟ^GPRS收發(fā)無線信號(hào)，以UDP包格式定時(shí)交互溫度測量數(shù)據(jù)，支持短信格式的溫差范圍控制命令。

遠(yuǎn)程室內(nèi)外溫差監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

其中溫室內(nèi)外溫差控制需要一定的準(zhǔn)則。假設(shè)室內(nèi)溫度為T，室外溫度To，希望室內(nèi)外溫度差值在[Min DT， Max DT]范圍內(nèi)。當(dāng)T-ToMax DT后，加熱管斷電，停止加溫，室內(nèi)溫度T會(huì)緩慢下降；而后當(dāng)T-To

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的測溫器件DS18B20是美國DALLAS公司的智能溫度傳感器，具有簡單接口線路和簡潔的數(shù)字式溫度讀數(shù)方式[1]，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)溫度測量的電子系統(tǒng)中[2?5]。本系統(tǒng)的溫室現(xiàn)場中心控制器采用意法半導(dǎo)體公司的STM32微控制器，它采用了高性能、低功耗、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的Cortex?M3內(nèi)核，支持豐富的I/O口和USART，USB，CAN等多種通信協(xié)議[6?7]。STM32能很好地滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，利用GPIO口連接多個(gè)DS18B20實(shí)現(xiàn)同時(shí)讀取測量到的溫度值，利用GPIO口控制多個(gè)繼電器的開關(guān)以實(shí)現(xiàn)對4個(gè)溫室內(nèi)加熱管的通電斷電控制，中心控制器通過USART口與GPRS模塊進(jìn)行測量、控制數(shù)據(jù)的收發(fā)處理。GPRS（General Packet Radio Service）能提供比現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)的9.6 Kb/s更高的數(shù)據(jù)速率[6?9]。GPRS模塊支持通過UDP包格式和短信方式與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)上的軟件進(jìn)行交互。硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

溫室現(xiàn)場中心控制器單元電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 中心控制器主流程

為中心控制器中的程序基本流程，其中定時(shí)器1被用于周期性地觸發(fā)發(fā)送溫度測量數(shù)據(jù)和處理遠(yuǎn)程控制命令的本地調(diào)整。為了保證溫度控制現(xiàn)場的控制器穩(wěn)定性，開啟STM32的看門狗設(shè)置，且在進(jìn)行溫度探測點(diǎn)的溫度更新時(shí)，采用3點(diǎn)中值濾波以防止數(shù)據(jù)抖動(dòng)。GPRS模塊采用短信方式接收遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的IP地址和端口號(hào)等控制命令，初始化后，以UDP包發(fā)送溫度測量值。

溫室現(xiàn)場控制器流程圖

3.2 溫差控制子程序

溫差控制子程序的主要流程如圖4所示。圖中T[0]表示室外溫度，T[I]， I=1，2，3，4為溫室A，B，C，D中心的DS18B20測量到的室內(nèi)溫度值。通過溫差控制子程序及升溫降溫設(shè)備配合，可將溫室溫度控制在與室外溫度差值[Min DT，Max DT]范圍內(nèi)。

溫差控制流程圖

3.3 遠(yuǎn)程服務(wù)器

遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上的服務(wù)器軟件采用Microsoft公司的VC 6.0進(jìn)行設(shè)計(jì)。該軟件的實(shí)際運(yùn)行圖如圖5所示。

遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)運(yùn)行圖

MFC上應(yīng)用WinSock控件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)套接字編程以支持UDP包的收發(fā)。采用短信的方式將服務(wù)器的IP地址和端口號(hào)發(fā)送給溫室現(xiàn)場的中心控制器。WinSock從該端口接收到符合軟件自定義格式的數(shù)據(jù)包后，解析出相應(yīng)的室外溫度、4個(gè)溫室的溫度和其余狀態(tài)值，在曲線圖和文本框中動(dòng)態(tài)更新當(dāng)前溫度測量情況。然后以時(shí)間戳+溫度測量值的方式追加溫度數(shù)據(jù)到記錄文件中，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析。

4 運(yùn)行測試結(jié)果

目前本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程室內(nèi)外溫度差值監(jiān)控系統(tǒng)已在某研究所順利運(yùn)行了八個(gè)多月并獲得了多組測量數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)對記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和分析，表明了該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地滿足溫室內(nèi)外溫差的監(jiān)控要求。圖6是某段時(shí)間的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)記錄情況。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)記錄

從記錄結(jié)果中截取某段局部數(shù)據(jù)如圖7所示，以便查看短時(shí)間內(nèi)通過繼電器控制加熱管后，室內(nèi)溫度隨室外溫度的變化情況。

升溫降溫過程與溫差分析

生態(tài)研究人員在這段時(shí)間內(nèi)，遠(yuǎn)程設(shè)定室內(nèi)外溫度差值范圍控制在[1，2]℃內(nèi)。那么，在圖7中可以發(fā)現(xiàn)，這段時(shí)間內(nèi)測量到的室外溫度在14 ℃左右波動(dòng)。而通過中心控制器的繼電器的開關(guān)動(dòng)作，使得加熱管通斷電，4個(gè)室內(nèi)溫度各自在升溫到16 ℃左右后，降到15 ℃左右，繼續(xù)該升溫降溫過程。整個(gè)升溫降溫過程中能保持室內(nèi)外的溫度差值在[1，2]℃之間變化。本系統(tǒng)很好地實(shí)現(xiàn)了溫室內(nèi)外溫度差值的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。

5 結(jié) 語

隨著信息時(shí)代的電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和無線通信技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的溫度測量和調(diào)節(jié)方式，已經(jīng)越來越適應(yīng)不了現(xiàn)代溫度測控的需求。本文設(shè)計(jì)了一種遠(yuǎn)程室內(nèi)外溫差監(jiān)控系統(tǒng)，通過簡單便捷的方式實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外溫度的測量、溫室溫度的智能調(diào)節(jié)、溫度測量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程查看，遠(yuǎn)程交互溫差控制命令。實(shí)際測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)可以長期穩(wěn)定地工作，并滿足遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控的設(shè)計(jì)需求。該系統(tǒng)為某地海洋植物的生態(tài)研究提供了便利，也可以作為一種遠(yuǎn)程測量監(jiān)控的原型方案，為更加復(fù)雜的應(yīng)用提供設(shè)計(jì)參考。

參考文獻(xiàn)

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溫度控制儀范文第3篇

關(guān)鍵詞：大體積混凝土 溫度裂縫 施工措施 監(jiān)測

1前言

大體積混凝土結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代工程建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用。但當(dāng)大體積混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)中出現(xiàn)有害裂縫后，一部分會(huì)引起結(jié)構(gòu)滲水影響正常使用，一少部分會(huì)引起結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的降低。但在絕大部分混凝土工程當(dāng)中，裂縫的出現(xiàn)是不可避免的，過嚴(yán)的裂縫控制要求會(huì)付出很大的代價(jià)，況且，當(dāng)裂縫在 0.1～0.2mm 左右，水頭壓力不大（水頭

1工程概況

某醫(yī)院綜合樓二區(qū)①～⑨軸線，地下二層部分大體積混凝土?；炷馏w積為2100m3?；炷翝仓r(shí)間為11月中旬。本工程地上六層，地下一層，局部地下二層，建筑高度29.9m，總建筑面積12555m2。

地上六層A―C軸采用框架（厚墻、厚板結(jié)構(gòu)），D―H軸采用框剪結(jié)構(gòu)。樓蓋為梁板式結(jié)構(gòu)，整個(gè)結(jié)構(gòu)采用全現(xiàn)澆。A―C軸基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土板筏基礎(chǔ)，D―H軸基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土梁筏基礎(chǔ)。

根據(jù)施工圖要求，基礎(chǔ)地板混凝土標(biāo)號(hào)為C45S8，剪力墻和柱為C35S8，頂板C30S8?；炷僚浜媳葹椋?/p>

2施工措施

1）材料的選擇

在本工程中擬采用普通水泥中摻加30%的磨細(xì)礦渣的方法來控制混凝土水化熱，摻加可以推遲水化熱高峰的的外加劑以避免水化熱的集中發(fā)生，降低混凝土的溫升；在混凝土中設(shè)置循環(huán)水管以降低混凝土內(nèi)部溫度，抑制混凝土溫升。

為了減少混凝土的收縮，主要選擇了合適的水泥品種，摻加了適當(dāng)?shù)呐蛎泟┮约斑x擇不增加收縮的外加劑。

2）改善約束條件

為改善約束條件，對高地板交接處使用聚苯泡沫塑料作垂直隔離。

3）混凝土澆筑溫度控制

控制混凝土溫升和降低混凝土的初始溫度，這樣就可以減少混凝土在降溫階段的降溫差，從而減少混凝土的溫度收縮。為控制澆筑溫度，盡量縮短混凝土的運(yùn)輸時(shí)間，車輛配備數(shù)量保證滿足了連續(xù)澆筑混凝土的時(shí)間要求，到現(xiàn)場能及時(shí)卸料，泵送管用草袋包裹來防日光暴曬而升溫，輸送泵、攪拌臺(tái)全部搭棚以防日光照射，現(xiàn)場用編織袋遮陽，通過采取這些措施，保證了現(xiàn)場混凝土澆筑溫度為25℃左右。

4）混凝土的澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)措施

根據(jù)混凝土泵送時(shí)自然形成坡度的實(shí)際情況，在每個(gè)澆筑帶的前、后布置兩道振動(dòng)器，第一道布置在混凝土卸料點(diǎn)，主要解決上部的振實(shí)，第二道布置在混凝土坡角處，確保下部的密實(shí)，為防止混凝土集中堆積，先振搗出料口處混凝土，形成自然流淌坡度，然后全面振搗。二區(qū)底板混凝土C35，墻體混凝土C45，頂板C30為大體積混凝土施工，按設(shè)計(jì)要求留置施工縫進(jìn)行施工。為保證混凝土連續(xù)澆筑，現(xiàn)場布置3臺(tái)混凝土泵，混凝土的澆筑由一端向另一端分段推進(jìn)，分三層一個(gè)坡度澆筑到頂，層與層之間進(jìn)行兩次振搗。每層分三組平行推進(jìn)，按圖1所示順序分層分段澆筑，根據(jù)計(jì)算這樣能保證混凝土接槎處，在2小時(shí)左右能夠進(jìn)行二次振搗，可避免造成施工冷縫。

混凝土的分層振搗應(yīng)順著混凝土的塌鋪范圍全面振搗，不能漏振，要嚴(yán)控振搗時(shí)間，移動(dòng)間距和插入深度，進(jìn)入下層50mm即可，確保每層振搗密實(shí)。

施工中混凝土的泌水，可由原設(shè)計(jì)的集水坑和預(yù)留坑及后澆帶處收集

后用潛水泵排出（如圖2所示）。

混凝土表面處理：由于泵送混凝土表面水泥漿較厚，在澆筑后2-8小時(shí)，初步按標(biāo)高用長杠尺刮平，用平板振搗器進(jìn)行二次振搗后，用木抹子反復(fù)搓壓數(shù)遍，在初凝前用鐵抹子再搓壓面層，閉合收水裂縫，減少混凝土表面水分的散發(fā)，促進(jìn)養(yǎng)護(hù)。

混凝土養(yǎng)護(hù)：本方案采用兩層草袋覆蓋養(yǎng)護(hù)，局部截面尺寸超大部分增加附加層保溫，并根據(jù)測溫情況決定厚度，覆蓋要求達(dá)到保濕的目的，養(yǎng)護(hù)15天。

5）混凝土澆筑后的測溫及溫控

溫度控制是大體積混凝土施工中的一個(gè)重要要環(huán)節(jié)，也是防止溫度裂縫的關(guān)鍵。而在引起裂縫產(chǎn)生的諸多因素中，混凝土水化熱和外界氣溫造成的構(gòu)件內(nèi)部溫度應(yīng)力是一個(gè)很主要的因索，為了控制裂縫的產(chǎn)生，這不僅要在混凝土成型之后，對混凝土的內(nèi)部溫度進(jìn)行監(jiān)測，而且應(yīng)在

一開始，就對原材料、混凝上拌和，入模和澆筑溫度進(jìn)行系統(tǒng)的實(shí)測。混凝土的測溫采用熱電偶電子測溫儀測量，平面測點(diǎn)見圖3，垂直測溫點(diǎn)布置見圖4。測溫從混凝土澆筑3小時(shí)后開始，24小時(shí)不間斷。監(jiān)測頻率為：第1-9天，每2小時(shí)測溫一次；第10-15天，每24小時(shí)測溫一次。測溫過程發(fā)現(xiàn)溫度變化異常則相應(yīng)采取保溫措施，將溫度變化控制在25℃以下。測溫由專人檢測、監(jiān)控。這些監(jiān)測工作給施工組織者及時(shí)提供信息反映大體積混凝土澆筑塊體內(nèi)溫度變化的實(shí)際情況及所采取的施工技術(shù)措施效果，為施工組織者在施工過程中及時(shí)準(zhǔn)確采取溫控對策提供科學(xué)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)情報(bào)化施工。

3 結(jié)語

綜上所述，通過本工程的具體實(shí)施，可以看到，在工程實(shí)際施工中完全可以通過設(shè)計(jì)、材料選擇、施工等方面的綜合措施來降低溫差、提高混凝土的抗拉能力來控制溫度裂縫，從而取消變形縫。本工程的實(shí)際施工效果說明，應(yīng)用的大體積混凝土溫控措施是有效和簡便易行。

作者簡介：

溫度控制儀范文第4篇

在院領(lǐng)導(dǎo)的高度重視下，為推動(dòng)我院護(hù)理水平再上新臺(tái)階，提高專科護(hù)理水平，組織了二名護(hù)理骨干到上海市精神衛(wèi)生中心進(jìn)修，一名重點(diǎn)是三級(jí)護(hù)理管理，另一名是護(hù)理質(zhì)控管理，同時(shí)組織全院業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，請外出進(jìn)修護(hù)士談外院的先進(jìn)理念及管理模式，查找我院的薄弱環(huán)節(jié)。繼以上項(xiàng)目的開展，對提高護(hù)理系教師整體素質(zhì)和學(xué)歷水平、開展雙語教學(xué)、學(xué)習(xí)和吸收國外先進(jìn)的教育思想、教學(xué)模式和教學(xué)方法；對提升我校的辦學(xué)影響，加速護(hù)理專業(yè)發(fā)展，拉動(dòng)我校護(hù)理教育的國際化進(jìn)程等方面具有重要意義。

二、開展護(hù)理安全分析，加強(qiáng)人性化意識(shí)

第一季度的重點(diǎn)是護(hù)理安全分析，針對我院在過渡醫(yī)院工作，病人多，大約有150名左右，且男女混合，在管理方面存在很大難度，但是，大家齊心協(xié)力，克服困難，沒有發(fā)生差錯(cuò)事故。然而，在最近，有一位癲癇性格的精神病患者，為要一只被套，與工務(wù)員爭執(zhí)，在拉扯過程中摔了一跤，造成第五腰錐骨裂，要臥床休息，加大了護(hù)理難度。通過這一意外發(fā)生，針對科室存在的護(hù)理問題護(hù)士長們也不回避，主動(dòng)提出來讓大家進(jìn)行討論、分析、總結(jié)，共同吸取教訓(xùn)，達(dá)成共識(shí)，大家一致認(rèn)為這次意外提示我們做任何操作都要根據(jù)制度及流程，但在執(zhí)行過程中要注意人性，一是嚴(yán)格崗前培訓(xùn)。培訓(xùn)中從小事做起，從洗手、更衣到如何進(jìn)行完整的工作流程操作均無問題，才能進(jìn)入臨床工作，習(xí)慣成自然，良好習(xí)慣的門戶，是確保護(hù)理安全的重要舉措。二是合理分工。護(hù)理管理者必須抓好工作中薄弱環(huán)節(jié)并了解護(hù)理人員的優(yōu)缺點(diǎn)，合理安排工作，用人之長補(bǔ)人之短。把工作嚴(yán)謹(jǐn)、責(zé)任心強(qiáng)的護(hù)士放在傳染性強(qiáng)的病房護(hù)理比較妥當(dāng)。對工作粗疏、思想不集中、責(zé)任心不強(qiáng)的護(hù)士只能放在自己眼皮下工作，分工上做到有的放矢，確保護(hù)理管理上的安全。作為管理者，面面都要考慮到醫(yī)護(hù)患三方面的利益和安全，用先進(jìn)的理論和良好的服務(wù)態(tài)度照顧病人，確保平安。

三、開展專項(xiàng)檢查，加強(qiáng)安全管理

一方面，為加強(qiáng)醫(yī)療機(jī)構(gòu)醫(yī)療安全管理，根據(jù)患者十大安全目標(biāo)和“以病人為中心”的醫(yī)療安全百日專項(xiàng)檢查活動(dòng)方案的要求，我院于**開展了醫(yī)療安全百日專項(xiàng)檢查活動(dòng)。我院堅(jiān)持以科學(xué)發(fā)展為指導(dǎo)，堅(jiān)持“以病人為中心”，開展全員醫(yī)療安全教育，提高醫(yī)療安全意識(shí)，落實(shí)醫(yī)療安全監(jiān)督、分析、評(píng)價(jià)和改進(jìn)工作，。建立醫(yī)療糾紛防范和處置機(jī)制，制定重大醫(yī)療安全事件、醫(yī)療事故防范預(yù)案和處理程序，按照規(guī)定報(bào)告重大醫(yī)療過失行為和醫(yī)療事故，健全的醫(yī)療質(zhì)量和醫(yī)療安全管理體系。通過開展醫(yī)療安全百日專項(xiàng)檢查活動(dòng)，促進(jìn)醫(yī)療機(jī)構(gòu)深入查找醫(yī)療安全隱患，提高醫(yī)療安全意識(shí)，改進(jìn)醫(yī)療安全管理，提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量，努力實(shí)現(xiàn)為人民群眾提供安全、有效、方便、價(jià)廉的醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)的總體目標(biāo)。另一方面，根據(jù)世博前期**要求，我院加強(qiáng)對精神病患者的管理目標(biāo)實(shí)施安全護(hù)理措施。一是加強(qiáng)安全管理。經(jīng)常檢查實(shí)際落實(shí)情況，對發(fā)現(xiàn)的不安全苗子要進(jìn)行分析、討論，尋找原因，預(yù)防和消除這些因素，必須對這些問題進(jìn)行改進(jìn)，對新護(hù)士、責(zé)任心不強(qiáng)、專業(yè)技術(shù)素質(zhì)差的護(hù)士要進(jìn)行幫、帶工作，同時(shí)做好護(hù)士人力資源的合理配置。二是創(chuàng)造安全的環(huán)境。給予人力物力的投入，改善硬件條件，保持病房整潔和地面干燥，隨時(shí)檢查有無危險(xiǎn)物品和設(shè)施，消除安全隱患。

溫度控制儀范文第5篇

關(guān)鍵詞： STM32； Modbus RTU； Modbus TCP； 組態(tài)軟件

中圖分類號(hào)： TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）20?0102?05

0 引 言

隨著信息化進(jìn)程的加快，工廠、企業(yè)及現(xiàn)代化樓宇都要求其現(xiàn)場設(shè)備接入信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一管理?，F(xiàn)有工廠企業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備大多只支持RS 232，RS 485串行鏈路形式的通訊。串行鏈路應(yīng)用廣泛，但由于傳輸距離的限制，只能應(yīng)用在小型局域控制網(wǎng)絡(luò)。要將現(xiàn)場設(shè)備接入信息網(wǎng)絡(luò)必須解決不同網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議轉(zhuǎn)接問題。要構(gòu)建大型信息控制網(wǎng)絡(luò)必須要采用分層次管理的形式，將一個(gè)局域網(wǎng)分為若干子局域網(wǎng)，子局域網(wǎng)內(nèi)部采用串行鏈路方式進(jìn)行連接，對子局域網(wǎng)配置一個(gè)信息中轉(zhuǎn)裝置，不同局域網(wǎng)信息通過轉(zhuǎn)換裝置最終連接到控制中心PC，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將控制中心信息到互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)信息連入互聯(lián)網(wǎng)。

本文根據(jù)組建大型控制網(wǎng)絡(luò)方案，實(shí)現(xiàn)一種支持遠(yuǎn)程訪問的智能溫濕度控制系統(tǒng)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對分區(qū)域、分層多點(diǎn)溫濕度信息的采集，并通過每一處放置的風(fēng)機(jī)設(shè)備對溫濕度情況進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，支持遠(yuǎn)程用戶對控制系統(tǒng)的訪問，遠(yuǎn)程用戶同步對整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。智能溫濕度控制系統(tǒng)由智能溫濕度控制模塊、嵌入式橋接網(wǎng)關(guān)及上位計(jì)算機(jī)組成，其中智能溫濕度控制模塊及嵌入式網(wǎng)關(guān)都是基于STM32平臺(tái)的嵌入式系統(tǒng)，支持Modbus RTU串行方式數(shù)據(jù)傳輸，嵌入式橋接網(wǎng)關(guān)支持Modbus RTU與Modbus TCP轉(zhuǎn)接功能，上位機(jī)利用組態(tài)軟件的組態(tài)功能與控制系統(tǒng)進(jìn)行無縫連接。本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)為工廠企業(yè)控制網(wǎng)路的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集中化提供了一種切實(shí)可行的技術(shù)路徑。

1 系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能溫濕度控制系統(tǒng)分為4層，分別從底層傳感層、網(wǎng)關(guān)層、上位機(jī)到最上層的互聯(lián)網(wǎng)層，分層原則按物理鏈路傳輸路徑劃分。傳感層由智能溫濕度控制模塊及其控制的溫濕度傳感器和繼電器組成，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)環(huán)境溫濕度信息采集及風(fēng)機(jī)設(shè)備控制。網(wǎng)關(guān)層為連接傳感層與上位機(jī)的中轉(zhuǎn)層，實(shí)現(xiàn)鏈路協(xié)議轉(zhuǎn)換，它相對于智能溫濕度控制模塊作為Modbus主機(jī)節(jié)點(diǎn)，相對于PC是服務(wù)器端。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境溫濕度信息及風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控，并將監(jiān)控軟件的實(shí)時(shí)畫面通過Web到遠(yuǎn)程客戶端?；ヂ?lián)網(wǎng)層通過Web瀏覽器對監(jiān)控系統(tǒng)畫面同步監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

每個(gè)嵌入式網(wǎng)關(guān)與其相連的智能溫濕度控制模塊分布在同一范圍內(nèi)，組成一個(gè)子局域網(wǎng)，負(fù)責(zé)在局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集、風(fēng)機(jī)設(shè)備控制。不同的子局域網(wǎng)之間不會(huì)產(chǎn)生干擾，有利于整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)的模塊化管理。在整個(gè)控制系統(tǒng)中，嵌入式橋接網(wǎng)關(guān)只起到協(xié)議橋接作用，并不對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所以上位機(jī)掛載智能模塊數(shù)量需要根據(jù)Modbus RTU模式規(guī)定有所限制，同時(shí)，掛載過多的子節(jié)點(diǎn)也會(huì)影響系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。本文智能溫控系統(tǒng)使用5個(gè)嵌入式網(wǎng)關(guān)，每個(gè)網(wǎng)關(guān)搭載10個(gè)智能溫濕度控制模塊節(jié)點(diǎn)，保證了傳輸可靠性及實(shí)時(shí)性。

2 系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 智能溫濕度控制模塊硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能溫濕度控制模塊通過溫濕度傳感器的信息采集，將系統(tǒng)所需要的環(huán)境信息轉(zhuǎn)化為可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，針對這些數(shù)字信號(hào)的值及狀態(tài)來決定智能溫濕度控制模塊的繼電器動(dòng)作，繼電器可控制風(fēng)機(jī)、閥門等設(shè)備的狀態(tài)。智能溫濕度控制模塊的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

在智能溫濕度控制模塊中，處理器采用ARM公司低功耗、高性價(jià)比32位Cotex?M3內(nèi)核處理器STM32F103VET6，可搭載UCOS，Linux等嵌入式操作系統(tǒng)，F(xiàn)103是屬于“增強(qiáng)型”系列，最高工作頻率可達(dá)72 MHz，512 KB的FLASH存儲(chǔ)器，其豐富的時(shí)鐘系統(tǒng)為外設(shè)提供多種時(shí)鐘選擇，溫濕度控制模塊擴(kuò)展外設(shè)包括溫濕度采集、繼電器驅(qū)動(dòng)、RS 485接口模塊及其他電路。溫度采集模塊采用SHT10溫濕度傳感器，通訊采用I2C協(xié)議，即單片機(jī)I/O引腳模擬I2C總線協(xié)議方式與傳感器通訊。

利用STM32的I/O管腳通過控制三極管的開關(guān)來驅(qū)動(dòng)繼電器模塊作為風(fēng)機(jī)、閥門控制開關(guān)。溫濕度控制模塊除溫濕度模塊與繼電器模塊外，還包括BOOT電路、時(shí)鐘電路、電源電路及串行接口電路，保證系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

嵌入式網(wǎng)關(guān)與智能溫濕度控制模塊類似，都是采用STM32處理器作為處理核心，外設(shè)要增加LCD模塊及網(wǎng)絡(luò)接口模塊，但不需要傳感器及繼電器控制模塊。其中，LCD模塊為用戶提供人機(jī)交換接口，LCD采用觸摸屏方式，提供比按鍵更加靈活的操作方式。LCD由STM32的FSMC接口、液晶驅(qū)動(dòng)芯片及觸屏驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。以太網(wǎng)模塊提供RJ45接口與計(jì)算機(jī)通訊，RJ45接口接到10 Mb/s的以太網(wǎng)是通過網(wǎng)絡(luò)變壓器HR911105+SPI接口的獨(dú)立以太網(wǎng)控制器ENC28J60完成。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 智能溫濕度控制模塊程序設(shè)計(jì)

3.1.1 智能溫濕度控制程序流程

智能溫濕度控制模塊主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：環(huán)境溫濕度監(jiān)測和數(shù)據(jù)上傳。智能溫濕度控制模塊的程序設(shè)計(jì)是在STM32函數(shù)庫支撐下實(shí)現(xiàn)的，調(diào)用庫函數(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化及其外設(shè)接口的程序編寫。溫濕度控制模塊程序流程見圖4。

溫濕度數(shù)值及風(fēng)機(jī)的狀態(tài)是在每一次While（）主循環(huán)都會(huì)進(jìn)行讀取，這種方式可以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，在上位機(jī)發(fā)來讀取命令時(shí)可以直接將溫濕度及風(fēng)機(jī)狀態(tài)取走，而不必等待溫濕度傳感器相對漫長的讀取過程。

風(fēng)機(jī)的狀態(tài)由智能溫濕度控制模塊自身進(jìn)行控制，當(dāng)檢測其溫濕度數(shù)值超標(biāo)時(shí)自動(dòng)打開風(fēng)機(jī)設(shè)備，當(dāng)溫濕度達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。

在數(shù)據(jù)傳輸中ModbusInput（）與ModbusOutput（）實(shí)現(xiàn)Modbus協(xié)議的解碼與編碼。

3.1.2 基于Modbus RTU實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸

Modbus是Modicon（現(xiàn)為施耐德電氣公司的一個(gè)品牌）開發(fā)的報(bào)文傳輸協(xié)議，Modbus通信協(xié)議在OSI模型中屬于數(shù)據(jù)鏈路層[1]。Modbus串行通訊有RTU和ASCII兩種模式，相對于ASCII模式，RTU模式表達(dá)相同的信息需要較少的位數(shù)，且在相同通訊速率下具有更大的數(shù)據(jù)流量[2]，RTU模式的具體每個(gè)字節(jié)的格式[3]：編碼系統(tǒng)：8位二進(jìn)制，16進(jìn)制0～9，A～F；數(shù)據(jù)位：1起始位；8數(shù)據(jù)位，低位先送；奇/偶校驗(yàn)時(shí)1位，無奇/偶校驗(yàn)時(shí)0位；帶校驗(yàn)時(shí)1位停止位，無校驗(yàn)時(shí)2位停止位；錯(cuò)誤校驗(yàn)區(qū)：循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）。

Modbus協(xié)議定義了一個(gè)與基礎(chǔ)通信層無關(guān)的簡單協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）。特定總線或網(wǎng)絡(luò)上的Modbus協(xié)議映射能夠在應(yīng)用數(shù)據(jù)單元（ADU）上引入一些附加域。圖5為Modbus RTU下的ADU格式。

ModbusInput（）與ModbusOutput（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包解析與打包工作，全部要遵循ADU的格式進(jìn)行編寫。功能碼與數(shù)據(jù)組成了基本的PDU單元，Modbus支持15個(gè)功能碼，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行刪減，設(shè)計(jì)中只應(yīng)用到3個(gè)相應(yīng)功能碼如表1所示。

表1 系統(tǒng)Modbus功能碼及地址對應(yīng)關(guān)系

Modbus協(xié)議除了規(guī)定其數(shù)據(jù)幀格式外，還需要滿足其時(shí)序要求，在RTU模式下信息幀開始前必須有至少3.5個(gè)字符的靜止時(shí)間t3.5，發(fā)送完畢后也需要t3.5時(shí)間間隔，即兩個(gè)幀之間要有3.5個(gè)字符的靜止時(shí)間來保證一幀的信息已發(fā)送完成。

在一幀發(fā)送期間，如果出現(xiàn)1.5字符時(shí)間以上的間隔，則會(huì)認(rèn)為該信息幀不完整，系統(tǒng)會(huì)刷新不完整的幀，并認(rèn)為下一個(gè)接收為下一幀的器件地址，這個(gè)時(shí)間一般由串口的波特率來保證。

當(dāng)系統(tǒng)波特率大于19 200 b/s時(shí)用1.75 ms代替3.5字符靜止時(shí)間，通過對定時(shí)器計(jì)數(shù)值及預(yù)分頻的設(shè)定達(dá)到定時(shí)時(shí)間=1.75 ms，程序如下：

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =175；

//計(jì)數(shù)值：175 定時(shí)1.75 ms

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=720；

//預(yù)分頻，除數(shù)：720 100 kHz

3.2 嵌入式網(wǎng)關(guān)程序設(shè)計(jì)

3.2.1 網(wǎng)關(guān)程序?qū)崿F(xiàn)流程

嵌入式網(wǎng)關(guān)相對于智能溫濕度控制模塊是Modbus的主機(jī)，相對于上位機(jī)PC是服務(wù)器端，所以嵌入式網(wǎng)關(guān)不但要支持兩種模式下的數(shù)據(jù)傳輸，還要解決協(xié)議轉(zhuǎn)換的任務(wù)，即Modbus RTU到Modbus TCP/IP之間的相互轉(zhuǎn)換。圖6為一次轉(zhuǎn)換流程圖。

3.2.2 Lwip在STM32上的移植

Modbus/TCP是運(yùn)行在TCP/IP協(xié)議之上的協(xié)議，所以移植了一輕量級(jí)的TCP/IP協(xié)議棧：Lwip。Lwip是一開放源碼的TCP/IP協(xié)議棧，相較于現(xiàn)流行的Uip協(xié)議棧，更加適合在32位嵌入式平臺(tái)上應(yīng)用。

在使用Lwip之前，需要對協(xié)議棧的相關(guān)文件進(jìn)行修改，以便其可以支持STM32平臺(tái)，移植主要在以下幾個(gè)方面：

（1）數(shù)據(jù)類型的定義，這與移植的硬件平臺(tái)及編譯環(huán)境緊密相關(guān)。

（2）協(xié)議棧底層函數(shù)的修改，這里主要是底層的數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，主要與使用的網(wǎng)卡芯片有關(guān)。

（3）需要編寫網(wǎng)卡的相關(guān)驅(qū)動(dòng)，需要在數(shù)據(jù)收發(fā)過程中由Lwip協(xié)議棧進(jìn)行調(diào)用。

要實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)TCP通訊，還需要編寫相關(guān)的用戶應(yīng)用程序，主要包括初始化及服務(wù)端程序的編寫，其中初始化程序負(fù)責(zé)初始化網(wǎng)絡(luò)硬件MAC地址、選定通訊方式等；服務(wù)端程序負(fù)責(zé)完成與上位機(jī)通訊，包括指定主機(jī)IP及監(jiān)聽端口等任務(wù)。

3.2.3 Modbus RTU到Modbus TCP轉(zhuǎn)換

Modbus已實(shí)現(xiàn)應(yīng)用TCP在通訊層進(jìn)行通訊[4]，即Modbus協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)版：Modbus TCP，它的基本PDU單元與RTU模式相同，其數(shù)據(jù)幀的格式與RTU稍有不同。

字節(jié)0：事務(wù)處理標(biāo)識(shí)符，通常設(shè)為0；

字節(jié)1：事務(wù)處理標(biāo)識(shí)符，通常設(shè)為0；

字節(jié)2：協(xié)議標(biāo)識(shí)符等于0；

字節(jié)3：協(xié)議標(biāo)識(shí)符等于0；

字節(jié)4：長度字段（上半部分字節(jié)）等于0（所有的消息長度小于256）；

字節(jié)5：長度字段（下半部分字節(jié)）等于后面字節(jié)的數(shù)量；

字節(jié)6：單元標(biāo)識(shí)符；

字節(jié)7：MODBUS功能代碼；

字節(jié)8：寄存器數(shù)據(jù)。

其中Byte 0～Byte 4一般取0x00即可，Byte 5為Byte 6～Byte 8的字節(jié)數(shù)，Byte 6單元標(biāo)識(shí)符及RTU模式下的設(shè)備地址，所以Byte 6～Byte 8與RTU模式下的ADU相同，去除了CRC校驗(yàn)，TCP幀的校驗(yàn)通過TCP/IP校驗(yàn)實(shí)現(xiàn)。Modbus RTU轉(zhuǎn)為Modbus TCP只需將幀前加上請求響應(yīng)列，去除末尾的CRC校驗(yàn)字節(jié)。如RTU幀01 03 00 01 00 02 95 F8轉(zhuǎn)換為Modbus TCP數(shù)據(jù)包為00 00 00 00 00 06 01 03 00 01 02即可，然后通過lwip協(xié)議棧打包為tcp傳輸包在網(wǎng)絡(luò)鏈路進(jìn)行傳輸通訊，響應(yīng)幀采取同樣策略。其中Modbus TCP數(shù)據(jù)包管理是通過結(jié)構(gòu)體pbuf實(shí)現(xiàn)的，其結(jié)構(gòu)如下：

struct pbuf {

struct pbuf *next；

void *payload；

u16_t tot_len；

u16_t len；

u8_t

u8_t flags；

u16_t ref；

}；

其中payload為指向Modbus TCP數(shù)據(jù)包的指針，len表示數(shù)據(jù)包的長度，通過改寫pbuf指針指向管理數(shù)據(jù)流向，將接收到數(shù)據(jù)包交給處理器處理，由嵌入式網(wǎng)關(guān)處理器實(shí)現(xiàn)鏈路協(xié)議的轉(zhuǎn)換。

3.3 上位機(jī)軟件

上位機(jī)PC是溫控系統(tǒng)人機(jī)交換核心：一方面利用上位機(jī)組態(tài)軟件對局域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控，在工廠或企業(yè)的工作人員可以對溫濕度信息進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。在系統(tǒng)沒有連入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的情況下，在工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行操作；另一方面PC作為外網(wǎng)訪問的服務(wù)器端，通過組態(tài)軟件的Web功能，使得遠(yuǎn)端監(jiān)控PC通過IE客戶端可以與Web服務(wù)端保持高度的數(shù)據(jù)同步，使得遠(yuǎn)程用戶可以獲得組態(tài)王運(yùn)行系統(tǒng)相同的控制畫面，通過網(wǎng)絡(luò)用戶可以與Web服務(wù)器上獲得工廠及企業(yè)現(xiàn)場相同的數(shù)據(jù)顯示、報(bào)表顯示、報(bào)警顯示、趨勢曲線顯示以及方便快捷的控制功能。

4 試驗(yàn)與結(jié)果分析

取兩個(gè)溫濕度控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試。圖7（a）為未加裝風(fēng)機(jī)設(shè)備，不能自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)溫濕度；圖7（b）為加裝風(fēng)機(jī)，能自動(dòng)調(diào)節(jié)的節(jié)點(diǎn)溫濕度。在連續(xù)72 h采樣過程中，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，并且加裝調(diào)節(jié)設(shè)備后可以獲得較好的調(diào)節(jié)效果，溫濕度曲線在規(guī)定值范圍內(nèi)波動(dòng)，可以獲得穩(wěn)定的溫濕度環(huán)境，滿足現(xiàn)場對溫濕度環(huán)境控制的要求。

5 結(jié) 語

設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種支持遠(yuǎn)程監(jiān)控的智能溫濕度控制系統(tǒng)，具備溫濕度監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)節(jié)及分布式多節(jié)點(diǎn)控制功能。利用STM32處理器設(shè)計(jì)了智能溫濕度控制模塊及嵌入式橋接網(wǎng)關(guān)，支持Modbus RTU協(xié)議傳輸及Modbus RTU與Modbus TCP之間的轉(zhuǎn)換功能。在嵌入式網(wǎng)關(guān)上實(shí)現(xiàn)了Lwip協(xié)議的移植，使其支持Modbus TCP協(xié)議的傳輸，并通過Modbus TCP與組態(tài)王軟件實(shí)現(xiàn)無縫連接。本系統(tǒng)可以解決大型分布式控制系統(tǒng)鏈路轉(zhuǎn)化問題，支持遠(yuǎn)程訪問操作，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的集中化、智能化及網(wǎng)絡(luò)化管理。

參考文獻(xiàn)

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