基于在线监控的智能计量仪器技术

基于在线监控的智能计量仪器技术

曾红军 兰海

河池市计量测试研究所 广西河池 547000

摘要：从当前智能计量仪器的应用情况来看，能够广泛应用的各个领域，将其中加入实时监控功能，更是能够有效完成各种危险预警工作。文章具体分析了基于在线监控的智能计量仪器技术的架设与应用，从硬件设计、软件构造两大方面进行分别展开，以期为相关人员提供一定的参考与借鉴。

关键词:在线监控；智能计量仪器；技术

引言：基于在线监控的智能计量仪器技术，能够在危险品运输、工农业生产、智能化制造等众多领域得到有效应用。例如，在危险品运输中，借助智能计量仪器上的在线实时监控，能够更好地对危险情况进行预警。而在工农业上应用在线监控功能下的智能计量仪器，能够有效保障安全生产。基于在线监控的智能计量仪器技术的应用，具有重要的经济价值和社会效益。

1智能计量仪器的介绍与说明

智能仪器是内含微型计算机或处理器的测量仪器，能够对数据的运输、储存逻辑进行自动化判断。智能仪器具有操作自动化、数据处理、可编程控操作能力等特点，并且，智能计量仪器具有自动检测功能，能够对实现自动调零，自动故障状态检测自动校准，这种自动检测能够在仪器启动时就进行运行，也能够在仪器工作时进行展开，有利于仪器的使用与维护，提升了仪器使用的便捷性。

2基于在线监控的智能计量仪器的硬件设计

2.1整体构成

在智能计量仪器主控板 CPU的设计上，主要型号采用的是 TA89C52，同时还需要输入按钮、键盘以及传感器作为配备。其主要针对的输出设备采用了循环风机，排气风扇以及报警系统等，主要目的在于显示温湿度参数，并进行声光预警。在温度检测的技术范围上，主要设计为-10°~85°，在设置精度上控制在0.5度，整体的湿度检测环境控制在10%~90%之内。在显示上，借助了三维液晶，输出信号线控制为单总线。整体的构建包括聚合体电容式湿敏元件，数字接口 A/D 转化区，以及能隙式材料温敏元件。在使用单派单片机型号上，采用了 STC89C52 ，由于这种元件编程以后，这种单片机在编程以后效能更高，能耗更低，因此选用。在系统工作时，工作电压需要满足在5.5V~3.3V之间。工作频率控制在85赫兹。同时，为提升系统实现的应用价值，也为了更好的保障不同模块之间的稳定性，可以将整体设计转化为电路设计，并采用了 Labview作为开发软件，在系统设计上主要通过单片机解析，以串口的形式将其传输到 PC上位机，同时在采集模块上应用了适度传感器，借助PCI口进行 A/D 转换。

2.2液晶显示屏

在液晶显示屏上设计为LED，这一考量主要是出于节能环保的效果，并且LED屏本身使用寿命更长，再进行数据显示模式应用时，选择了 BCD 模式，这种模式既保证输出结果的精准性，也能够更好的保证选择的性价比，实现了经济效益与实用效益的统一。

2.3硬件内部部件以及线路搭建

从硬件上为机部件来看，主要采用了Labview作为应用软件，其系统内数据的采集应用了无线传输模块，通过单片机进行分析解读，并最终以串口的形式对数据进行传输。在硬件系统中其他部件的辅助配合上，主要根据实际情况，选择了相应型号的传感器，在传感器的模拟电压上，控制在30mV到50mV之间，由于外部电压会使两端的加热元件升温，一旦温度达到了相应的范畴，就可以将传感器元件作为电池两端输出的电压信号。例如，在测量温室内部二氧化碳浓度的时候，采用MG811型传感器。而如果想要测试光照程度，则可以采用光电池，由于光电池本身依靠电光辐射将光能转化为电能，因此可以根据光信号的程度来检测日照程度。

3基于在线监控的智能计量仪器的软件构造

3.1整体说明

整体软件系统的构建是基于internet的远程数据采集功能，通过远程控制数据传输自动发送Email，使PC机在接入internet之后，能够实现嵌入式的系统设计。在借助 TCP/IP 接入相关的线路应用嵌入式的系统时，能够使数据处理最终成为internet中的IP数据包。但是，需要注意的是，嵌入式系统中使用 TCP/IP 的internet协议，将会大量占用系统资源，也会直接影响到后期功能的应用和实现。目前嵌入式以太网的方案设计多采用单片机，但是单片机成本造价高，且运作效率与经济效益的需求不相符合，因此，在本次设计中主要选用了IPC2114微处理器，将其作为特殊的嵌入形式，能够在提升处理数据速度的同时，在影音信号处理方面也更加具有优势，实现如虎添翼的效果。

3.2代码控制

在代码控制方面，应用16位 Thumb 模式能够使代码运用过程中的大小降低，同时，也会使其性能损耗降低，能够带来更好的用户体验和经济效益。在应用 TP C2114的极小64脚封装，和其他本身较低的功能，特别适用于工厂机器和医疗网络，因为其内置了宽范围的串行通讯接口，也能够有效契合通讯网关、协议转化器的需要。因此，基于LP C2114的微型处理器嵌入式系统，能够有效符合使用需要，且运算速率快，运算稳定，加之能耗小，是一种比较成熟可靠的代码控制系统

^[1]。

3.3CFD 技术的运用

CFD技术借助计算机进行的数据计算和图像显示，能够对监控流体中的流动情况和传热的物理效应进行有效分析，其基本原理是借助具体环境下的流体流动情况和导热情况进行模型选择，而主要运用到的方程，包括质量守恒，能量守恒以及动量守恒的相应方程式。

应用CFD的主要步骤，包括简化问题，明确问题，去除不必要的计算步骤，从而建立起能够反映出问题本质的求解模型。应用CFD，能够直观展现各变量的微积分方程，并与相应的求解条件一一对应，通过对难点进行拆分，使原本复杂难解的微积分方程变为易于求解的数字方程，实现了在快速解答的基础上获得准确数据的现实需要。

3.4LPC2114的应用

LP2114主要支持了实时仿真和跟踪，并配置有高速的flash储存器，加之128位的宽度储存器接口和独特的加速构造，使其能够在32位代码下保持高速运作。这一优势使其在用户体验和经济效益上更加突出，格外适用于温控设备，医疗网络系统和电子收款机，LP C2114又内置了宽范围的串行通信接口，因此在网关通讯协议转换器嵌入式软件调制调配器等方面能够同样符合应用需要。

4模拟实验结果分析

首先在环境控制上，湿度控制在35%~55%之间，对外部模式进行设置，开启外部事件计数器，通过软件延时的方式来进行时间间隔。在仿真训练的数据结果中，显示出当温度控制在20℃左右时，温度湿度数据采集模块能够正常工作，且结果正常；而当温度显示在32℃时，传感器的LED显示屏会出现二极管发亮提醒，并展示相应的数据结果。借助CFD 的模型分析功能，能够对温室气流组织环境布局进行优化，提升了温室环境下温湿度检测系统的整体效率。FLUENT可以通过计算模拟封闭温室内部不同植物生物生长所需要的温、湿度情况来检测其他温室的管理数据，但由于自然因素的影响，对温室设备内部的效果不明显，因此予以排除。最后，要结合温室内部的整体植物排布情况，来模拟分析制单片机的检测输出功率和安放位置。

小结：将显示屏设定为LED屏，能够保障系统的节能性，突出节能环保价值，并且LED屏本身稳定性和使用寿命更高，在显示屏模式上采用了 BCD编码模式，能够保证结果的精确性以及使用的性价比。运用在线监控功能的智能计量仪器能够实现安全生产的基础上，更好地优化生产条件，有较大的应用空间和发展前景。

参考文献：

[1]蔡敏.具有在线监控功能的智能计量仪器技术分析[J].电子测试,2021(01):97-99.