楊斌斌，李 霏，黃振華，張松陽(yáng)，胡淋翔

（中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部 江蘇 江陰214431）

基于VB的電機(jī)溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

楊斌斌，李 霏，黃振華，張松陽(yáng)，胡淋翔

（中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部 江蘇 江陰214431）

本文針對(duì)船舶機(jī)艙電機(jī)溫度監(jiān)測(cè)手段智能化水平不高的現(xiàn)狀，利用VB串口通信技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套電機(jī)溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，給出了單片機(jī)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過(guò)程，重點(diǎn)對(duì)VB應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行描述。通過(guò)測(cè)試，該系統(tǒng)可以將電機(jī)溫度以數(shù)值和趨勢(shì)圖的形式在PC上位機(jī)上直觀顯示，當(dāng)溫度超過(guò)給定的報(bào)警上下限值時(shí)可以及時(shí)發(fā)出報(bào)警提示，實(shí)現(xiàn)了船舶機(jī)艙電機(jī)溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)報(bào)警的功能。

電機(jī)；溫度測(cè)量；單片機(jī)；VB；串口通信

船舶機(jī)艙電機(jī)眾多，以發(fā)電柴油機(jī)海水冷卻泵電機(jī)為例，當(dāng)電機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行或電機(jī)軸承工況不良時(shí)，電機(jī)軸承部位的溫度短時(shí)間內(nèi)會(huì)明顯升高，若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)這一情況并進(jìn)行處置將會(huì)使電機(jī)損壞，直接影響發(fā)電柴油機(jī)的冷卻降溫。因此，設(shè)計(jì)一套電機(jī)溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯得很有必要。

1 電機(jī)溫度監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

某船機(jī)艙自動(dòng)化程度雖然很高，但是電機(jī)溫度監(jiān)測(cè)手段落后，主要靠點(diǎn)溫計(jì)和人手感觸進(jìn)行測(cè)量。由于電機(jī)眾多和人力有限，平均每臺(tái)電機(jī)的巡視間隔時(shí)間為1小時(shí)，若電機(jī)溫度因故短時(shí)間內(nèi)快速升高，工作人員無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)這一情況并進(jìn)行處置，這就使設(shè)備發(fā)生故障損壞的概率大大增加。

2 方案設(shè)計(jì)

文中運(yùn)用主從分布式思想，由一臺(tái)上位機(jī)（PC機(jī)）和下位機(jī)（單片機(jī)）組成兩級(jí)分布式溫度測(cè)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)上位機(jī)（PC）控制下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度采集，并將溫度值發(fā)送至PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示[1]。下位機(jī)采用的是單片機(jī)基于數(shù)字溫度傳感器DS18B20的系統(tǒng)[2]，可以方便地實(shí)現(xiàn)電機(jī)溫度的測(cè)量，系統(tǒng)框圖如圖1所示[3]。

圖1 方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖

3 硬件設(shè)計(jì)

文中設(shè)計(jì)的電機(jī)溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)由溫度傳感器DS18B20、單片機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路，串口通信及PC上位機(jī)等構(gòu)成[4]。

3.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文中運(yùn)用宏晶公司的STC89C52單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)控制，運(yùn)用到了復(fù)位電路，時(shí)鐘電路，串口，I/O口[5]。單片機(jī)上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段高電平時(shí)間即可是系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)已在運(yùn)行時(shí)，按下K1復(fù)位鍵也能使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電且開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作[6]。

圖2 單片機(jī)最小系統(tǒng)

3.2 通信模塊設(shè)計(jì)

3.2.1 RS-232接口簡(jiǎn)介

RS232是目前異步串行通信中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線，使用時(shí)可利用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232把微處理器的信號(hào)電平（TTL電平）轉(zhuǎn)換為RS232電平[7]。

3.2.2 PC機(jī)與單片機(jī)的串行通信接口電路

采用MAX232作為PC機(jī)與單片機(jī)的串行通信接口芯片時(shí)，可從MAX232中的2路發(fā)送器和接收器中任選一路，只要注意發(fā)送與接收的引腳對(duì)應(yīng)關(guān)系即可。接口電路如圖3所示。

3.3 DS18B20溫度傳感器電路設(shè)計(jì)

STC89C52單片機(jī)通過(guò)1-Wire協(xié)議與DS18B20進(jìn)行通信時(shí)，只需把DS18B20的數(shù)據(jù)引腳和單片機(jī)的一個(gè)IO口接上即可[8]。DS18B20的溫度測(cè)量范圍是從-55度到+125度，增量值為0.5度，可在1 s（典型值）內(nèi)把溫度變換成數(shù)字[9]。設(shè)計(jì)中將DQ引腳通過(guò)一個(gè)上拉電阻接到了單片機(jī)的 P2.4口上，VCC引腳與+5 V電源相連接，GND引腳接地，如圖4所示。

圖3 PC機(jī)與單片機(jī)通信接口電路

圖4 DS18B20溫度傳感器接線圖

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 單片機(jī)測(cè)溫軟件實(shí)現(xiàn)

根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的要求，單片機(jī)接收傳感器的溫度信號(hào)，通過(guò)MAX232驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換，然后利用串口通信將數(shù)據(jù)傳至PC機(jī)[10]顯示和報(bào)警，單片機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)主程序流程圖[11]如圖5所示。

圖5 單片機(jī)測(cè)溫系統(tǒng)主程序流程圖

4.2 通信模塊程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)通過(guò)串口與上位機(jī)通信，可以實(shí)時(shí)向上位機(jī)發(fā)送溫度值[12]，相應(yīng)的程序如下：

單片機(jī)通過(guò)串口與上位機(jī)通信，可以實(shí)時(shí)向上位機(jī)發(fā)送溫度值，接收上位機(jī)控制指令的相應(yīng)的程序如下：

當(dāng)enable=1時(shí)啟動(dòng)測(cè)溫程序，enable=0時(shí)停止測(cè)溫程序，上位機(jī)停止刷新溫度顯示。

4.3 VB程序設(shè)計(jì)

利用VB中的MSComm的通訊控件，可以輕松地實(shí)現(xiàn)串口通訊[13]。文中設(shè)計(jì)的VB電機(jī)溫度顯示應(yīng)用程序，既可以在文本窗口顯示溫度值，也能在X和Y坐標(biāo)平面中顯示溫度變化趨勢(shì)，并能對(duì)溫度報(bào)警上下限值進(jìn)行設(shè)定。

4.3.1 串口設(shè)置

為了使單片機(jī)與PC機(jī)串行通訊時(shí)有足夠的串口號(hào)供選擇，需對(duì)MSComm控件中的CommPort屬性進(jìn)行設(shè)置。編程時(shí)利用Addltems方法向串口設(shè)置列表框中添加 COM1、COM2、COM3、COM4 4 個(gè)串口號(hào)，并且將ListIndex的索引值設(shè)為0，這樣設(shè)置后COM1、COM2、COM3、COM4 的索引值分別為0、1、2、3。由于CommPort的屬性值為1（默認(rèn)值）時(shí)對(duì)應(yīng)的是PC機(jī)的COM1，因此在將Combo1.ListIndex賦值給CommPort時(shí)加上1就能使選擇的串口號(hào)與實(shí)際串口號(hào)相一致[14]。對(duì)應(yīng)的VB程序如下：

4.3.2 控制按鈕設(shè)置

控制按鈕設(shè)啟動(dòng)、停止、退出3個(gè)。當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，VB程序?qū)?H1賦值給 buff（0），然后執(zhí)行MSComm.output=buff，將1發(fā)送給下位機(jī)。下位機(jī)接收到1后，即開(kāi)始運(yùn)行測(cè)溫程序，并將測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)按千位、百位、十位、個(gè)位的順序發(fā)送給上位機(jī)。當(dāng)按下停止按鈕時(shí)，VB程序?qū)?H2賦值給buff（0），然后執(zhí)行MSComm.output=buff，將2發(fā)送給下位機(jī)。下位機(jī)接收到2后，停止運(yùn)行測(cè)溫程序，上位機(jī)顯示的溫度值不再變化。當(dāng)按下退出按鈕時(shí)，VB程序?qū)⑼Ｖ惯\(yùn)行并關(guān)閉。

4.3.3 溫度顯示與報(bào)警設(shè)置

單片機(jī)發(fā)送給PC上位機(jī)的電機(jī)溫度值為4位不帶小數(shù)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，當(dāng)VB程序判定4位數(shù)據(jù)接收完畢后，首先用Val函數(shù)將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)值，然后再除以10得到帶小數(shù)點(diǎn)的與實(shí)際溫度相符合的溫度值，并在文本框顯示出來(lái)[15]，當(dāng)高于給定的上限值或低于給定的下限值時(shí)均能發(fā)出報(bào)警提示，對(duì)應(yīng)的指示燈會(huì)由綠色變成紅色。對(duì)應(yīng)的VB程序如下：

4.3.4 溫度變化趨勢(shì)圖顯示設(shè)置

由于從單片機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)為4位數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)將X坐標(biāo)均分為300等份，對(duì)應(yīng)時(shí)間值；將Y坐標(biāo)均分為1 250等份，對(duì)應(yīng)電機(jī)溫度值。當(dāng)時(shí)間每遞增一個(gè)單位時(shí)，就有一個(gè)電機(jī)溫度值與之對(duì)應(yīng)，將這些不斷變化的點(diǎn)連接起來(lái)就形成溫度變化趨勢(shì)圖。因?yàn)閂B中Y軸的方向是向下的，為了使顯示的溫度變化曲線與實(shí)際相符，設(shè)計(jì)時(shí)Y軸顯示的溫度值實(shí)際上是1 250與實(shí)際溫度值的差值，X軸的時(shí)間值則不需改變。對(duì)應(yīng)的VB程序如下：

圖6即為本文設(shè)計(jì)的電機(jī)溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)軟件運(yùn)行界面，其中串行通信的串口為COM4，給定溫度報(bào)警下限值為20℃，上限值為80℃。當(dāng)電機(jī)溫度從40℃逐漸升高時(shí)溫度曲線逐漸往上走，超過(guò)80℃時(shí)“過(guò)高”指示燈由綠變紅，從而發(fā)出高溫報(bào)警提示。

圖6 上位機(jī)溫度顯示界面

5 結(jié)束語(yǔ)

文中設(shè)計(jì)的基于VB的電機(jī)溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，利用DS18B20高精度溫度傳感器檢測(cè)電機(jī)溫度，通過(guò)VB的MSComm控件實(shí)現(xiàn)下位機(jī)和上位機(jī)的數(shù)據(jù)通信，可以將電機(jī)溫度以數(shù)值和趨勢(shì)圖的形式直觀顯示出來(lái)，當(dāng)溫度超過(guò)給定的報(bào)警上下限范圍值時(shí)可以發(fā)出報(bào)警提示，具有實(shí)時(shí)、直觀的優(yōu)點(diǎn)。利用該系統(tǒng)，工作人員可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)電機(jī)故障，及早開(kāi)展有針對(duì)性的檢查維護(hù)，從而將故障消除在萌芽狀態(tài)。

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Design of real time online monitoring and alarming system for motor temperature based on VB

YANG Bin-bin，LI Fei，HUANG Zhen-hua，ZHANG Song-yang，HU Lin-xiang
（China Satellite Maritime Tracking Control Department，Jiangyin 214431，China）

In this paper，the ship cabin motor temperature monitoring means the intelligence level is not high status，the use of VB serial communication and microcontroller technology，design and development of a real-time online monitoring of the motor temperature alarm system，software and hardware design process gives the SCM system，the focus for VB application design process is described.By testing，the system can be the motor temperature in the form of numerical values and trends of visual display on a PC host computer，when the temperature exceeds a given alarm upper and lower limit can timely alarm prompt,It realizes the functions of the motor ship cabin temperature line monitoring alarms.

electric motor； temperature measure； single chip processor； VB； serial communication

TN06

A

1674－6236（2017）16-0171-04

2016-07-08稿件編號(hào)：201607074

楊斌斌（1985—），男，湖南懷化人，助理工程師。研究方向：船舶電氣設(shè)備。