船舶机舱电机温度实时在线监测系统开发

　　摘要：本文针对船舶机舱电机温度监测手段智能化水平不高的现状, 利用VB串口通信技术和单片机技术, 设计开发了一套电机温度实时在线监测报警系统, 给出了单片机系统的软硬件设计过程, 重点对VB应用程序的设计过程进行描述。通过测试, 该系统可以将电机温度以数值和趋势图的形式在PC上位机上直观显示, 当温度超过给定的报警上下限值时可以及时发出报警提示, 实现了船舶机舱电机温度实时在线监测报警的功能。

　　关键词：电机; 温度测量; 单片机; VB; 串口通信;

　　Abstract：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.

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

　　船舶机舱电机众多, 以发电柴油机海水冷却泵电机为例, 当电机长期过载运行或电机轴承工况不良时, 电机轴承部位的温度短时间内会明显升高, 若不及时发现这一情况并进行处置将会使电机损坏, 直接影响发电柴油机的冷却降温。因此, 设计一套电机温度实时在线监测系统显得很有必要。

　　1、电机温度监测现状

　　某船机舱自动化程度虽然很高, 但是电机温度监测手段落后, 主要靠点温计和人手感触进行测量。由于电机众多和人力有限, 平均每台电机的巡视间隔时间为1小时, 若电机温度因故短时间内快速升高, 工作人员无法及时发现这一情况并进行处置, 这就使设备发生故障损坏的概率大大增加。

　　2、方案设计

　　文中运用主从分布式思想, 由一台上位机 (PC机) 和下位机 (单片机) 组成两级分布式温度测量监测系统, 通过上位机 (PC) 控制下位机 (单片机) 进行现场温度采集, 并将温度值发送至PC机进行数据处理和显示[1]。下位机采用的是单片机基于数字温度传感器DS18B20的系统[2], 可以方便地实现电机温度的测量, 系统框图如图1所示[3]。

图1 方案设计系统框图

　　3、硬件设计

　　文中设计的电机温度实时在线监测报警系统由温度传感器DS18B20、单片机、驱动电路, 串口通信及PC上位机等构成[4]。

　　3.1、单片机最小系统设计

　　文中运用宏晶公司的STC89C52单片机进行系统控制, 运用到了复位电路, 时钟电路, 串口, I/O口[5]。单片机上电后, 由于电容充电, 使RST持续一段高电平时间即可是系统复位。当已在运行时, 按下K1复位键也能使RST持续一段时间的高电平, 从而实现上电且开关复位的操作[6]。

图2 单片机最小系统

　　3.2、通信模块设计

　　3.2.1、RS-232接口简介

　　RS232是目前异步串行通信中应用最广泛的标准总线, 使用时可利用电平转换芯片MAX232把微处理器的信号电平 (TTL电平) 转换为RS232电平[7]。

　　3.2.2、PC机与单片机的串行通信接口电路

　　采用MAX232作为PC机与单片机的串行通信接口芯片时, 可从MAX232中的2路发送器和接收器中任选一路, 只要注意发送与接收的引脚对应关系即可。接口电路如图3所示。

　　3.3、DS18B20温度传感器电路设计

　　STC89C52单片机通过1-Wire协议与DS18B20进行通信时, 只需把DS18B20的数据引脚和单片机的一个IO口接上即可[8]。DS18B20的温度测量范围是从-55度到+125度, 增量值为0.5度, 可在1 s (典型值) 内把温度变换成数字[9]。设计中将DQ引脚通过一个上拉电阻接到了单片机的P2.4口上, VCC引脚与+5 V电源相连接, GND引脚接地, 如图4所示。

图3 PC机与单片机通信接口电路

图4 DS18B20温度传感器接线图

　　4、软件设计

　　4.1、单片机测温软件实现

　　根据整个系统的要求, 单片机接收传感器的温度信号, 通过MAX232驱动转换, 然后利用串口通信将数据传至PC机[10]显示和报警, 单片机测温系统主程序流程图[11]如图5所示。

图5 单片机测温系统主程序流程图

　　4.2、通信模块程序设计

　　单片机通过串口与上位机通信, 可以实时向上位机发送温度值[12], 相应的程序如下:

　　单片机通过串口与上位机通信, 可以实时向上位机发送温度值, 接收上位机控制指令的相应的程序如下:

　　当enable=1时启动测温程序, enable=0时停止测温程序, 上位机停止刷新温度显示。

　　4.3、VB程序设计

　　利用VB中的MSComm的通讯控件, 可以轻松地实现串口通讯[13]。文中设计的VB电机温度显示应用程序, 既可以在文本窗口显示温度值, 也能在X和Y坐标平面中显示温度变化趋势, 并能对温度报警上下限值进行设定。

　　4.3.1、串口设置

　　为了使单片机与PC机串行通讯时有足够的串口号供选择, 需对MSComm控件中的Comm Port属性进行设置。编程时利用Addltems方法向串口设置列表框中添加COM1、COM2、COM3、COM4 4个串口号, 并且将List Index的索引值设为0, 这样设置后COM1、COM2、COM3、COM4的索引值分别为0、1、2、3。由于Comm Port的属性值为1 (默认值) 时对应的是PC机的COM1, 因此在将Combo1.List Index赋值给Comm Port时加上1就能使选择的串口号与实际串口号相一致[14]。对应的VB程序如下:

　　4.3.2、控制按钮设置

　　控制按钮设启动、停止、退出3个。当按下启动按钮时, VB程序将&H1赋值给buff (0) , 然后执行MSComm.output=buff, 将1发送给下位机。下位机接收到1后, 即开始运行测温程序, 并将测得的温度数据按千位、百位、十位、个位的顺序发送给上位机。当按下停止按钮时, VB程序将&H2赋值给buff (0) , 然后执行MSComm.output=buff, 将2发送给下位机。下位机接收到2后, 停止运行测温程序, 上位机显示的温度值不再变化。当按下退出按钮时, VB程序将停止运行并关闭。

　　4.3.3、温度显示与报警设置

　　单片机发送给PC上位机的电机温度值为4位不带小数点的数据, 当VB程序判定4位数据接收完毕后, 首先用Val函数将接收到的数据转换为数值, 然后再除以10得到带小数点的与实际温度相符合的温度值, 并在文本框显示出来[15], 当高于给定的上限值或低于给定的下限值时均能发出报警提示, 对应的指示灯会由绿色变成红色。对应的VB程序如下:

　　4.3.4 温度变化趋势图显示设置

　　由于从单片机发送过来的数据为4位数, 设计时将X坐标均分为300等份, 对应时间值;将Y坐标均分为1 250等份, 对应电机温度值。当时间每递增一个单位时, 就有一个电机温度值与之对应, 将这些不断变化的点连接起来就形成温度变化趋势图。因为VB中Y轴的方向是向下的, 为了使显示的温度变化曲线与实际相符, 设计时Y轴显示的温度值实际上是1 250与实际温度值的差值, X轴的时间值则不需改变。对应的VB程序如下:

　　图6即为本文设计的电机温度实时在线监测报警系统软件运行界面, 其中串行通信的串口为COM4, 给定温度报警下限值为20℃, 上限值为80℃。当电机温度从40℃逐渐升高时温度曲线逐渐往上走, 超过80℃时“过高”指示灯由绿变红, 从而发出高温报警提示。

　　5、结束语

　　文中设计的基于VB的电机温度实时在线监测报警系统, 利用DS18B20高精度温度传感器检测电机温度, 通过VB的MSComm控件实现下位机和上位机的数据通信, 可以将电机温度以数值和趋势图的形式直观显示出来, 当温度超过给定的报警上下限范围值时可以发出报警提示, 具有实时、直观的优点。利用该系统, 工作人员可以在第一时间发现电机故障, 及早开展有针对性的检查维护, 从而将故障消除在萌芽状态。

图6 上位机温度显示界面

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