温度控制仪

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温度控制仪范文第1篇

吉林省肿瘤医院超声科，吉林长春 130000

[摘要] 本文从热疗系统温度测控方法、基于人工神经网的新型温度控制算法和超声肿瘤热疗仪温控系统程序编制三个方面分析了依托神经网络为探讨超声肿瘤热疗仪温度控制算法。

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关键词 ] 神经网络；肿瘤；热疗仪；温度测控

[中图分类号] R197.39　[文献标识码] A　[文章编号] 1672-5654（2014）05（b）-0197-02

1热疗系统温度测控方法

1.1温度测量

温度是自然界任何物体的基本属性参数，被广泛应用于各种物理检测中。几乎所有的物理和化学检测都需要考虑温度在其中所发生的影响和作用。温度因此在现代工业化生产的各个行业中发挥着巨大的作用。在医学检测上温度同样是十分重要的检测项目。从最简单的体温测量和更加复杂体内局部器官温度检测，温度测量被广泛运用到医学检测的各个方面，各个环节。从检测的手段来看，可以根据测量仪器与测量体之间是否直接发生接触而分成接触式测量和非接触式测量两种测量方法。接触式测量的优点在于测量的结果更加准确，测量的方法更加简单，缺点在于必须与被测介质发生接触，而且由于测量时必须与被测介质接触一段时间后才能达到热平衡所以测量结果与实际被测介质温度存在时间上的滞后差异。非接触式测量的优点在于具有更快的检测速度，并且可以检测移动的物体，但由于检测时与被检测体存在一段空间上的距离，因此检测结果的误差较大。在实际的医学临床温度测量当中，通常根据需要检测的实际部位以及检测的环境对于温度测量方式和方法进行选择。

1.2温度控制的作用

温度由于是物质的重要参数属性，能够反应物质内部和外部的状态，因此经常被用作监测和控制仪器操作的重要指标。通过监测温度可以对仪器的操作进行实时的控制，使得仪器的工作始终处在正常的状况和水平下。如果监测中发现温度发生变化，则需要对于温度变化的原因进行分析和判断，从而做出适当的操作。

在超声肿瘤热疗仪器中，需要进行温度实时监测的是患者需要治疗的肿瘤，正常的温度范围应该是在25℃~50℃度之间。如果监测到的肿瘤温度超过正常范围，则需要对仪器所发出的超声热度进行调整，从而避免由于治疗时温度的过低或者过高而对人体组织结构造成损害。为了保证温度监测的准确性和可靠性，对肿瘤的温度监测采用接触式监测方法。即将监测温度仪器深入到肿瘤内部进行监测。这就需要在监测时选择灵敏度高、运行稳定、体积较小的电偶传感器来完成对于温度的监测。通常选用针形的电偶传感器来对肿瘤内部的温度进行监测。

1.3温度测控系统的方法

超声肿瘤热疗仪的温度监测对象是人体内的肿瘤。由于人体内部结构复杂多变，人体内的肿瘤组织结构同样在组织结构和病理性质上存在较大的差别。即使是同样类型的肿瘤在不同的人体内也会呈现处不同的性状变化。此外，超声肿瘤热疗仪在治疗的过程中也会使得肿瘤的内部性状进行变化。因此对于肿瘤建立较为精准的数学模型无疑是非常困难的，因此采用自适应控制是一种相对合理的选择。自适应控制是一种能够根据监测到的动态数据对于系统进行动态调控的计算方法。由于超声肿瘤热疗仪在治疗过程中，肿瘤温度变化的频率和强度都相对复杂，因此采用自适应控制通常可以对于温度的判断和控制更加实时、动态、准确。

2基于人工神经网的新型温度控制算法

2.1人工神经网

人的大脑是最复杂的计算和控制系统，人的大脑通过人体内的多条神经线路完成对于人体的操作和控制。人工神经网是一种基于人体神经网络运行所抽象出来的新型信息处理系统。人工神经网的系统从模型上来看尽可能模拟人体真实的网络神经控制系统。人工神经网是一种集成人工智能和信息传感等多门学科的新型知识体系。人工神经网通过各种不同的传感器采集相应的信号，再经过不同的传输介质传导到计算机中心处理器上进行计算和处理。人工神经网模型的提出和构建是计算机发展历史上的一次重大变革。它为计算机进行复杂的信息采集和信息处理提供了更加科学、合理的模型。

2.1 BP人工神经网的动态控制结构

BP算法是误差反传训练算法的简称。

误差反传算法的主要思想是把学习过程分为两个阶段：第一阶段正向传播过程，人给出输入信息通过输入层经隐含层逐层处理并计算每个单元的实际输出值；第二阶段反向传播过程人若在输出层未能得到期望的输出值，则逐层递归地计算实际输出与期望输出之差值用误差人以便根据此差调节权值，具体些说，就是可对每一个权重计算出接收单元的误差值与发送单元的激活值的积。因为这个积和误差对权重的(负)微商成正比(又称梯度下降算法，又可把它称做权重误差微商)。权重的实际改变可由权重误差徽商一个模式一个模式地计算出来，即它们可以在这组模式集上进行累加。

BP网络不仅有输入层结点，输出层结点，而且有一层或多层隐含结点。对于输入信息，要先向前传播到隐含层的结点上，经过各单元的特性为Sigmod型的激活函数(又称作用函数、转换函数或映射函数等)运算后，把隐含结点的输出信息传播到输出结点，最后给出输出结果。网络的学习过程由正向和反向传播两部分组成。在正向传播过程中，每一层神经元的状态只影响下一层神经元网络，如果输出层不能得到期望输出，就是实际输出值与期望输出值之间有误差，那么转入反向传播过程，将误差信号沿原来的连接通路返回，通过修改各层神经元的权值，逐次地向输入层传播去。利用BP神经网络进行推理训练，并用动态结构BP网络校正现有的控制参数的方法，从而实现规则自组织，达到在控制过程中不断优化控制性能之目的。

3超声肿瘤热疗仪温控系统程序编制

3.1超声肿瘤热疗仪温控系统的程序设计要求

首先是统一性原则。超声肿瘤热疗仪是为患者提供肿瘤治疗服务的一种新型手段，其温控系统运行情况的好坏直接影响到最终的治疗效果。因此温控系统在程序设计上必须首先保证整体运算的可靠性和准确性，才能使得仪器在运行过程中能够面对复杂的人体内部组织结构的变化而正常运行。由于热疗仪温控系统涉及到的电子元件都是非常精细和缜密，因此程序的设计必须从整体上考虑元件之间信号传输和衔接问题，使得不同的元件能够有效、有序地工作。

其次是可靠性原则。温度是监测超声肿瘤热疗仪的最基础、最重要的参数。从某种程度上说超声肿瘤热疗仪的所有工作都是围绕温控系统而进行的。温控系统对于温度的监测和判断是热疗仪进行操作的基础性数据。因此系统程序编制必须保证数据在采集和传输时的可靠性，通过合理、有效的数据验证是保障温控系统可靠性的重要方法。

最后是实时性原则。超声肿瘤热疗仪温控系统要求对肿瘤在治疗过程中所发生的温度变化实时采集并进行分析和处理，以便能够及时调整治疗仪的功率，达到最可靠、最有效的治疗效果。因此在温控系统的程序设计时必须坚持实时性原则，对于采集到的数据在最短的时间内进行实时的检验和校正，在传输数据的过程中也同样尽可能避免由于程序重复运行而造成的时间上的延误。

3.2超声肿瘤热疗仪温控系统的结构

超声肿瘤热疗仪温控系统是一个集成温度采集、筛选、分析和控制的复合操作系统，因此是一个集成软件和硬件的综合系统。其主要结构由温度采集模块、传输模块、信号处理模块和信号显示模块。温度采集模块即选用针式点偶传感器进入肿瘤内部进行实时性的温度采集，并对采集到的数据进行初步的数据校验，校验通过以后传递给传输模块。传输模块的作用主要是保障采集到的数据能够在不同的电子元件和传输介质之间快速、有效地传输。信号处理模块则主要是用于对采集到的温度数据进行分析和处理，从而做出有效的判断和控制。信号显示模块是根据系统操作人员的需要将信号以波形或者其他的表示形式显示到终端显示器上。

3.3上位机的程序设计功能

超声热疗系统上位机完成温度的各种图形显示、加温控制的计算、控制数据的管理和通信协议的实现等功能，以使热疗仪各个子系统能够正常、合理地运行。上位机软件不仅是整个超声热疗系统的控制核心，而且是医疗人员在治疗过程中进行人机交互的主要手段，因此，它必须具备如下功能：

①参数设置．设置治疗的时间、温度、频率、测量点、加温单元；②温度显示．采用多种显示方式，直观形象地显示实测温度值；③功率控制； ④数据通信．实现上位机与下位机之间各类数据的正确传输；⑤出错控制．仪器故障或执行非法操作时，提示出错信息，进行出错处理。

为了能使这些功能协调运行，必须对软件的静态、动态模型进行合理规划与设计。

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参考文献]

[1] 鲍苏苏，王鸿樟.高强度相控聚焦超声肿瘤热疗仪与高精度相控实现[J].中国超声医学杂志，1997（5）:7-9.

[2] 鲍苏苏，王鸿樟.高强度相控聚焦超声肿瘤热疗仪研究和实现[J].樟声学技术， 1996/（1）:39.

[3] 须梅.高能聚焦超声肿瘤热疗仪治疗子宫肌瘤的护理[J].齐齐哈尔医学院学报，2002（12）:1407.

温度控制仪范文第2篇

关键词： 温度测量； 温差控制； 远程传输； DS18B20

中图分类号： TN92?34； TP368.1 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）07?0105?03

0 引 言

温度测量仪器的用途相当广泛，在工业、农业和人们生活的方方面面都起到重要作用。而随着现代电子技术和计算机技术的发展，自动温度测量和控制设备，在温室测温、冷库测温、冷链物流控温等领域中都得到了广泛的应用。在无线通信技术蓬勃发展的今天，更是有必要设计和研究支持实时远程监控温度的模块、设备和系统。本文设计并研制了一种远程室内外温度差值监控系统，支持实时并行监测多个温室的温度值并维持其在一定范围内，通过GPRS无线模块接入电信网络，与服务器软件交互测量数据，支持人工下达温差控制命令。目前该系统已成功应用于某研究所的生态研究项目中。

1 系统工作原理

为了研究某地某种海洋植物在同一地区同一时期不同气温、水温环境下的生长变化情况，某研究小组在海边建设若干温室棚区对实验环境进行模拟，其中要求设计一种温度监控系统以自动地保持温室内外的温度差值在一定范围内。因为该课题的研究室与温室棚区现场相距数十公里远，为了支持研究室小组成员实时地监视温室内外温度的变化情况以及调控温室与室外温差范围等参数，设计了一种远程室内外温差监控系统，该系统的组成如图1所示。其中，实验现场的四个温室棚区呈“井”字形排列，分别编号为温室A，B，C，D；4个温度探测点和4个加热管分别位于各温室中心，负责探测室内温度及加热升温。棚内温度探测点与室外温度探测点放置温度传感器连接到中心控制器，加热管的开和关由控制器电路板上的继电器控制。控制器通过GPRS收发无线信号，以UDP包格式定时交互温度测量数据，支持短信格式的温差范围控制命令。

远程室内外温差监控系统示意图

其中温室内外温差控制需要一定的准则。假设室内温度为T，室外温度To，希望室内外温度差值在[Min DT， Max DT]范围内。当T-ToMax DT后，加热管断电，停止加温，室内温度T会缓慢下降；而后当T-To

2 系统硬件设计

本系统采用的测温器件DS18B20是美国DALLAS公司的智能温度传感器，具有简单接口线路和简洁的数字式温度读数方式[1]，它已经广泛应用于各种自动温度测量的电子系统中[2?5]。本系统的温室现场中心控制器采用意法半导体公司的STM32微控制器，它采用了高性能、低功耗、实时性强的Cortex?M3内核，支持丰富的I/O口和USART，USB，CAN等多种通信协议[6?7]。STM32能很好地满足本系统的设计要求，利用GPIO口连接多个DS18B20实现同时读取测量到的温度值，利用GPIO口控制多个继电器的开关以实现对4个温室内加热管的通电断电控制，中心控制器通过USART口与GPRS模块进行测量、控制数据的收发处理。GPRS（General Packet Radio Service）能提供比现有GSM网络的9.6 Kb/s更高的数据速率[6?9]。GPRS模块支持通过UDP包格式和短信方式与远程监控计算机上的软件进行交互。硬件结构框图如图2所示。

温室现场中心控制器单元电路

3 系统软件设计

3.1 中心控制器主流程

为中心控制器中的程序基本流程，其中定时器1被用于周期性地触发发送温度测量数据和处理远程控制命令的本地调整。为了保证温度控制现场的控制器稳定性，开启STM32的看门狗设置，且在进行温度探测点的温度更新时，采用3点中值滤波以防止数据抖动。GPRS模块采用短信方式接收远程计算机的IP地址和端口号等控制命令，初始化后，以UDP包发送温度测量值。

温室现场控制器流程图

3.2 温差控制子程序

温差控制子程序的主要流程如图4所示。图中T[0]表示室外温度，T[I]， I=1，2，3，4为温室A，B，C，D中心的DS18B20测量到的室内温度值。通过温差控制子程序及升温降温设备配合，可将温室温度控制在与室外温度差值[Min DT，Max DT]范围内。

温差控制流程图

3.3 远程服务器

远程计算机上的服务器软件采用Microsoft公司的VC 6.0进行设计。该软件的实际运行图如图5所示。

远程监控计算机运行图

MFC上应用WinSock控件进行网络套接字编程以支持UDP包的收发。采用短信的方式将服务器的IP地址和端口号发送给温室现场的中心控制器。WinSock从该端口接收到符合软件自定义格式的数据包后，解析出相应的室外温度、4个温室的温度和其余状态值，在曲线图和文本框中动态更新当前温度测量情况。然后以时间戳+温度测量值的方式追加温度数据到记录文件中，方便后续的数据分析。

4 运行测试结果

目前本文设计的远程室内外温度差值监控系统已在某研究所顺利运行了八个多月并获得了多组测量数据。计算机对记录的数据进行读取和分析，表明了该系统能实时准确地满足温室内外温差的监控要求。图6是某段时间的远程数据记录情况。

远程数据记录

从记录结果中截取某段局部数据如图7所示，以便查看短时间内通过继电器控制加热管后，室内温度随室外温度的变化情况。

升温降温过程与温差分析

生态研究人员在这段时间内，远程设定室内外温度差值范围控制在[1，2]℃内。那么，在图7中可以发现，这段时间内测量到的室外温度在14 ℃左右波动。而通过中心控制器的继电器的开关动作，使得加热管通断电，4个室内温度各自在升温到16 ℃左右后，降到15 ℃左右，继续该升温降温过程。整个升温降温过程中能保持室内外的温度差值在[1，2]℃之间变化。本系统很好地实现了温室内外温度差值的远程监视和控制。

5 结 语

随着信息时代的电子技术、计算机技术和无线通信技术的发展，传统的温度测量和调节方式，已经越来越适应不了现代温度测控的需求。本文设计了一种远程室内外温差监控系统，通过简单便捷的方式实现室内外温度的测量、温室温度的智能调节、温度测量数据的远程查看，远程交互温差控制命令。实际测试结果表明，本系统可以长期稳定地工作，并满足远程温度监控的设计需求。该系统为某地海洋植物的生态研究提供了便利，也可以作为一种远程测量监控的原型方案，为更加复杂的应用提供设计参考。

参考文献

[1] 赵海兰，赵祥伟.智能温度传感器DS18B20的原理与应用[J].现代电子技术，2003，26（14）：32?34.

[2] 潘勇，孟庆斌.基于DS18B20的多点温度测量系统设计[J].电子测量技术，2008（9）：91?93.

[3] 平，高金定.基于ATmega16与DS18B20的智能温控系统的设计[J].现代电子技术，2011，34（4）：175?177.

[4] 陈生翰，刘其洪，丁柱.单总线数字温度传感器DS18B20自动识别的设计与实现[J].仪表技术与传感器，2010（5）：16?18.

[5] 吕建波.基于单总线数字温度传感器DS18B20的测温系统设计[J].现代电子技术，2012，35（19）：117?119.

[6] 季力.基于STM32芯片的电参数测量与数据传输[J].自动化与仪器仪表，2010（3）：137?139.

[7] 陈媛，郭志波.基于STM32的电网谐波检测仪的研究[J].现代电子技术，2012，35（18）：171?173.

温度控制仪范文第3篇

关键词：大体积混凝土 温度裂缝 施工措施 监测

1前言

大体积混凝土结构在现代工程建设中有着广泛的应用。但当大体积混凝土结构当中出现有害裂缝后，一部分会引起结构渗水影响正常使用，一少部分会引起结构强度的降低。但在绝大部分混凝土工程当中，裂缝的出现是不可避免的，过严的裂缝控制要求会付出很大的代价，况且，当裂缝在 0.1～0.2mm 左右，水头压力不大（水头

1工程概况

某医院综合楼二区①～⑨轴线，地下二层部分大体积混凝土。混凝土体积为2100m3。混凝土浇筑时间为11月中旬。本工程地上六层，地下一层，局部地下二层，建筑高度29.9m，总建筑面积12555m2。

地上六层A―C轴采用框架（厚墙、厚板结构），D―H轴采用框剪结构。楼盖为梁板式结构，整个结构采用全现浇。A―C轴基础采用钢筋混凝土板筏基础，D―H轴基础采用钢筋混凝土梁筏基础。

根据施工图要求，基础地板混凝土标号为C45S8，剪力墙和柱为C35S8，顶板C30S8。混凝土配合比为：

2施工措施

1）材料的选择

在本工程中拟采用普通水泥中掺加30%的磨细矿渣的方法来控制混凝土水化热，掺加可以推迟水化热高峰的的外加剂以避免水化热的集中发生，降低混凝土的温升；在混凝土中设置循环水管以降低混凝土内部温度，抑制混凝土温升。

为了减少混凝土的收缩，主要选择了合适的水泥品种，掺加了适当的膨胀剂以及选择不增加收缩的外加剂。

2）改善约束条件

为改善约束条件，对高地板交接处使用聚苯泡沫塑料作垂直隔离。

3）混凝土浇筑温度控制

控制混凝土温升和降低混凝土的初始温度，这样就可以减少混凝土在降温阶段的降温差，从而减少混凝土的温度收缩。为控制浇筑温度，尽量缩短混凝土的运输时间，车辆配备数量保证满足了连续浇筑混凝土的时间要求，到现场能及时卸料，泵送管用草袋包裹来防日光暴晒而升温，输送泵、搅拌台全部搭棚以防日光照射，现场用编织袋遮阳，通过采取这些措施，保证了现场混凝土浇筑温度为25℃左右。

4）混凝土的浇筑、振捣、养护措施

根据混凝土泵送时自然形成坡度的实际情况，在每个浇筑带的前、后布置两道振动器，第一道布置在混凝土卸料点，主要解决上部的振实，第二道布置在混凝土坡角处，确保下部的密实，为防止混凝土集中堆积，先振捣出料口处混凝土，形成自然流淌坡度，然后全面振捣。二区底板混凝土C35，墙体混凝土C45，顶板C30为大体积混凝土施工，按设计要求留置施工缝进行施工。为保证混凝土连续浇筑，现场布置3台混凝土泵，混凝土的浇筑由一端向另一端分段推进，分三层一个坡度浇筑到顶，层与层之间进行两次振捣。每层分三组平行推进，按图1所示顺序分层分段浇筑，根据计算这样能保证混凝土接槎处，在2小时左右能够进行二次振捣，可避免造成施工冷缝。

混凝土的分层振捣应顺着混凝土的塌铺范围全面振捣，不能漏振，要严控振捣时间，移动间距和插入深度，进入下层50mm即可，确保每层振捣密实。

施工中混凝土的泌水，可由原设计的集水坑和预留坑及后浇带处收集

后用潜水泵排出（如图2所示）。

混凝土表面处理：由于泵送混凝土表面水泥浆较厚，在浇筑后2-8小时，初步按标高用长杠尺刮平，用平板振捣器进行二次振捣后，用木抹子反复搓压数遍，在初凝前用铁抹子再搓压面层，闭合收水裂缝，减少混凝土表面水分的散发，促进养护。

混凝土养护：本方案采用两层草袋覆盖养护，局部截面尺寸超大部分增加附加层保温，并根据测温情况决定厚度，覆盖要求达到保湿的目的，养护15天。

5）混凝土浇筑后的测温及温控

温度控制是大体积混凝土施工中的一个重要要环节，也是防止温度裂缝的关键。而在引起裂缝产生的诸多因素中，混凝土水化热和外界气温造成的构件内部温度应力是一个很主要的因索，为了控制裂缝的产生，这不仅要在混凝土成型之后，对混凝土的内部温度进行监测，而且应在

一开始，就对原材料、混凝上拌和，入模和浇筑温度进行系统的实测。混凝土的测温采用热电偶电子测温仪测量，平面测点见图3，垂直测温点布置见图4。测温从混凝土浇筑3小时后开始，24小时不间断。监测频率为：第1-9天，每2小时测温一次；第10-15天，每24小时测温一次。测温过程发现温度变化异常则相应采取保温措施，将温度变化控制在25℃以下。测温由专人检测、监控。这些监测工作给施工组织者及时提供信息反映大体积混凝土浇筑块体内温度变化的实际情况及所采取的施工技术措施效果，为施工组织者在施工过程中及时准确采取温控对策提供科学依据，实现情报化施工。

3 结语

综上所述，通过本工程的具体实施，可以看到，在工程实际施工中完全可以通过设计、材料选择、施工等方面的综合措施来降低温差、提高混凝土的抗拉能力来控制温度裂缝，从而取消变形缝。本工程的实际施工效果说明，应用的大体积混凝土温控措施是有效和简便易行。

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温度控制仪范文第4篇

在院领导的高度重视下，为推动我院护理水平再上新台阶，提高专科护理水平，组织了二名护理骨干到上海市精神卫生中心进修，一名重点是三级护理管理，另一名是护理质控管理，同时组织全院业务学习，请外出进修护士谈外院的先进理念及管理模式，查找我院的薄弱环节。继以上项目的开展，对提高护理系教师整体素质和学历水平、开展双语教学、学习和吸收国外先进的教育思想、教学模式和教学方法；对提升我校的办学影响，加速护理专业发展，拉动我校护理教育的国际化进程等方面具有重要意义。

二、开展护理安全分析，加强人性化意识

第一季度的重点是护理安全分析，针对我院在过渡医院工作，病人多，大约有150名左右，且男女混合，在管理方面存在很大难度，但是，大家齐心协力，克服困难，没有发生差错事故。然而，在最近，有一位癫痫性格的精神病患者，为要一只被套，与工务员争执，在拉扯过程中摔了一跤，造成第五腰锥骨裂，要卧床休息，加大了护理难度。通过这一意外发生，针对科室存在的护理问题护士长们也不回避，主动提出来让大家进行讨论、分析、总结，共同吸取教训，达成共识，大家一致认为这次意外提示我们做任何操作都要根据制度及流程，但在执行过程中要注意人性，一是严格岗前培训。培训中从小事做起，从洗手、更衣到如何进行完整的工作流程操作均无问题，才能进入临床工作，习惯成自然，良好习惯的门户，是确保护理安全的重要举措。二是合理分工。护理管理者必须抓好工作中薄弱环节并了解护理人员的优缺点，合理安排工作，用人之长补人之短。把工作严谨、责任心强的护士放在传染性强的病房护理比较妥当。对工作粗疏、思想不集中、责任心不强的护士只能放在自己眼皮下工作，分工上做到有的放矢，确保护理管理上的安全。作为管理者，面面都要考虑到医护患三方面的利益和安全，用先进的理论和良好的服务态度照顾病人，确保平安。

三、开展专项检查，加强安全管理

一方面，为加强医疗机构医疗安全管理，根据患者十大安全目标和“以病人为中心”的医疗安全百日专项检查活动方案的要求，我院于**开展了医疗安全百日专项检查活动。我院坚持以科学发展为指导，坚持“以病人为中心”，开展全员医疗安全教育，提高医疗安全意识，落实医疗安全监督、分析、评价和改进工作，。建立医疗纠纷防范和处置机制，制定重大医疗安全事件、医疗事故防范预案和处理程序，按照规定报告重大医疗过失行为和医疗事故，健全的医疗质量和医疗安全管理体系。通过开展医疗安全百日专项检查活动，促进医疗机构深入查找医疗安全隐患，提高医疗安全意识，改进医疗安全管理，提高医疗服务质量，努力实现为人民群众提供安全、有效、方便、价廉的医疗卫生服务的总体目标。另一方面，根据世博前期**要求，我院加强对精神病患者的管理目标实施安全护理措施。一是加强安全管理。经常检查实际落实情况，对发现的不安全苗子要进行分析、讨论，寻找原因，预防和消除这些因素，必须对这些问题进行改进，对新护士、责任心不强、专业技术素质差的护士要进行帮、带工作，同时做好护士人力资源的合理配置。二是创造安全的环境。给予人力物力的投入，改善硬件条件，保持病房整洁和地面干燥，随时检查有无危险物品和设施，消除安全隐患。

温度控制仪范文第5篇

关键词： STM32； Modbus RTU； Modbus TCP； 组态软件

中图分类号： TN964?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）20?0102?05

0 引 言

随着信息化进程的加快，工厂、企业及现代化楼宇都要求其现场设备接入信息网络进行统一管理。现有工厂企业控制网络中的设备大多只支持RS 232，RS 485串行链路形式的通讯。串行链路应用广泛，但由于传输距离的限制，只能应用在小型局域控制网络。要将现场设备接入信息网络必须解决不同网络通讯协议转接问题。要构建大型信息控制网络必须要采用分层次管理的形式，将一个局域网分为若干子局域网，子局域网内部采用串行链路方式进行连接，对子局域网配置一个信息中转装置，不同局域网信息通过转换装置最终连接到控制中心PC，利用网络技术将控制中心信息到互联网，实现控制网络每个节点信息连入互联网。

本文根据组建大型控制网络方案，实现一种支持远程访问的智能温湿度控制系统，系统可实现对分区域、分层多点温湿度信息的采集，并通过每一处放置的风机设备对温湿度情况进行实时控制，支持远程用户对控制系统的访问，远程用户同步对整个控制系统进行监控。智能温湿度控制系统由智能温湿度控制模块、嵌入式桥接网关及上位计算机组成，其中智能温湿度控制模块及嵌入式网关都是基于STM32平台的嵌入式系统，支持Modbus RTU串行方式数据传输，嵌入式桥接网关支持Modbus RTU与Modbus TCP转接功能，上位机利用组态软件的组态功能与控制系统进行无缝连接。本系统的实现为工厂企业控制网路的智能化、网络化、集中化提供了一种切实可行的技术路径。

1 系统组网结构设计

智能温湿度控制系统分为4层，分别从底层传感层、网关层、上位机到最上层的互联网层，分层原则按物理链路传输路径划分。传感层由智能温湿度控制模块及其控制的温湿度传感器和继电器组成，负责实时环境温湿度信息采集及风机设备控制。网关层为连接传感层与上位机的中转层，实现链路协议转换，它相对于智能温湿度控制模块作为Modbus主机节点，相对于PC是服务器端。上位机实现计算机监控软件设计，实时监控环境温湿度信息及风机状态监控，并将监控软件的实时画面通过Web到远程客户端。互联网层通过Web浏览器对监控系统画面同步监控。系统结构如图1所示。

每个嵌入式网关与其相连的智能温湿度控制模块分布在同一范围内，组成一个子局域网，负责在局域网内的数据采集、风机设备控制。不同的子局域网之间不会产生干扰，有利于整个控制网络的模块化管理。在整个控制系统中，嵌入式桥接网关只起到协议桥接作用，并不对数据进行处理，所以上位机挂载智能模块数量需要根据Modbus RTU模式规定有所限制，同时，挂载过多的子节点也会影响系统实时性。本文智能温控系统使用5个嵌入式网关，每个网关搭载10个智能温湿度控制模块节点，保证了传输可靠性及实时性。

2 系统硬件系统设计

2.1 智能温湿度控制模块硬件结构设计

智能温湿度控制模块通过温湿度传感器的信息采集，将系统所需要的环境信息转化为可识别的数字信号，针对这些数字信号的值及状态来决定智能温湿度控制模块的继电器动作，继电器可控制风机、阀门等设备的状态。智能温湿度控制模块的结构框图如图2所示。

在智能温湿度控制模块中，处理器采用ARM公司低功耗、高性价比32位Cotex?M3内核处理器STM32F103VET6，可搭载UCOS，Linux等嵌入式操作系统，F103是属于“增强型”系列，最高工作频率可达72 MHz，512 KB的FLASH存储器，其丰富的时钟系统为外设提供多种时钟选择，温湿度控制模块扩展外设包括温湿度采集、继电器驱动、RS 485接口模块及其他电路。温度采集模块采用SHT10温湿度传感器，通讯采用I2C协议，即单片机I/O引脚模拟I2C总线协议方式与传感器通讯。

利用STM32的I/O管脚通过控制三极管的开关来驱动继电器模块作为风机、阀门控制开关。温湿度控制模块除温湿度模块与继电器模块外，还包括BOOT电路、时钟电路、电源电路及串行接口电路，保证系统正常运转。

2.2 嵌入式网关硬件结构设计

嵌入式网关与智能温湿度控制模块类似，都是采用STM32处理器作为处理核心，外设要增加LCD模块及网络接口模块，但不需要传感器及继电器控制模块。其中，LCD模块为用户提供人机交换接口，LCD采用触摸屏方式，提供比按键更加灵活的操作方式。LCD由STM32的FSMC接口、液晶驱动芯片及触屏驱动芯片进行驱动。以太网模块提供RJ45接口与计算机通讯，RJ45接口接到10 Mb/s的以太网是通过网络变压器HR911105+SPI接口的独立以太网控制器ENC28J60完成。

3 系统软件设计

3.1 智能温湿度控制模块程序设计

3.1.1 智能温湿度控制程序流程

智能温湿度控制模块主要实现两个功能：环境温湿度监测和数据上传。智能温湿度控制模块的程序设计是在STM32函数库支撑下实现的，调用库函数实现系统初始化及其外设接口的程序编写。温湿度控制模块程序流程见图4。

温湿度数值及风机的状态是在每一次While（）主循环都会进行读取，这种方式可以保证系统的实时性，在上位机发来读取命令时可以直接将温湿度及风机状态取走，而不必等待温湿度传感器相对漫长的读取过程。

风机的状态由智能温湿度控制模块自身进行控制，当检测其温湿度数值超标时自动打开风机设备，当温湿度达到要求标准时自动关闭。

在数据传输中ModbusInput（）与ModbusOutput（）实现Modbus协议的解码与编码。

3.1.2 基于Modbus RTU实现数据传输

Modbus是Modicon（现为施耐德电气公司的一个品牌）开发的报文传输协议，Modbus通信协议在OSI模型中属于数据链路层[1]。Modbus串行通讯有RTU和ASCII两种模式，相对于ASCII模式，RTU模式表达相同的信息需要较少的位数，且在相同通讯速率下具有更大的数据流量[2]，RTU模式的具体每个字节的格式[3]：编码系统：8位二进制，16进制0～9，A～F；数据位：1起始位；8数据位，低位先送；奇/偶校验时1位，无奇/偶校验时0位；带校验时1位停止位，无校验时2位停止位；错误校验区：循环冗余校验（CRC）。

Modbus协议定义了一个与基础通信层无关的简单协议数据单元（PDU）。特定总线或网络上的Modbus协议映射能够在应用数据单元（ADU）上引入一些附加域。图5为Modbus RTU下的ADU格式。

ModbusInput（）与ModbusOutput（）函数实现数据包解析与打包工作，全部要遵循ADU的格式进行编写。功能码与数据组成了基本的PDU单元，Modbus支持15个功能码，用户可以根据实际需要进行删减，设计中只应用到3个相应功能码如表1所示。

表1 系统Modbus功能码及地址对应关系

Modbus协议除了规定其数据帧格式外，还需要满足其时序要求，在RTU模式下信息帧开始前必须有至少3.5个字符的静止时间t3.5，发送完毕后也需要t3.5时间间隔，即两个帧之间要有3.5个字符的静止时间来保证一帧的信息已发送完成。

在一帧发送期间，如果出现1.5字符时间以上的间隔，则会认为该信息帧不完整，系统会刷新不完整的帧，并认为下一个接收为下一帧的器件地址，这个时间一般由串口的波特率来保证。

当系统波特率大于19 200 b/s时用1.75 ms代替3.5字符静止时间，通过对定时器计数值及预分频的设定达到定时时间=1.75 ms，程序如下：

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =175；

//计数值：175 定时1.75 ms

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=720；

//预分频，除数：720 100 kHz

3.2 嵌入式网关程序设计

3.2.1 网关程序实现流程

嵌入式网关相对于智能温湿度控制模块是Modbus的主机，相对于上位机PC是服务器端，所以嵌入式网关不但要支持两种模式下的数据传输，还要解决协议转换的任务，即Modbus RTU到Modbus TCP/IP之间的相互转换。图6为一次转换流程图。

3.2.2 Lwip在STM32上的移植

Modbus/TCP是运行在TCP/IP协议之上的协议，所以移植了一轻量级的TCP/IP协议栈：Lwip。Lwip是一开放源码的TCP/IP协议栈，相较于现流行的Uip协议栈，更加适合在32位嵌入式平台上应用。

在使用Lwip之前，需要对协议栈的相关文件进行修改，以便其可以支持STM32平台，移植主要在以下几个方面：

（1）数据类型的定义，这与移植的硬件平台及编译环境紧密相关。

（2）协议栈底层函数的修改，这里主要是底层的数据接收和发送，主要与使用的网卡芯片有关。

（3）需要编写网卡的相关驱动，需要在数据收发过程中由Lwip协议栈进行调用。

要实现与上位机TCP通讯，还需要编写相关的用户应用程序，主要包括初始化及服务端程序的编写，其中初始化程序负责初始化网络硬件MAC地址、选定通讯方式等；服务端程序负责完成与上位机通讯，包括指定主机IP及监听端口等任务。

3.2.3 Modbus RTU到Modbus TCP转换

Modbus已实现应用TCP在通讯层进行通讯[4]，即Modbus协议的网络版：Modbus TCP，它的基本PDU单元与RTU模式相同，其数据帧的格式与RTU稍有不同。

字节0：事务处理标识符，通常设为0；

字节1：事务处理标识符，通常设为0；

字节2：协议标识符等于0；

字节3：协议标识符等于0；

字节4：长度字段（上半部分字节）等于0（所有的消息长度小于256）；

字节5：长度字段（下半部分字节）等于后面字节的数量；

字节6：单元标识符；

字节7：MODBUS功能代码；

字节8：寄存器数据。

其中Byte 0～Byte 4一般取0x00即可，Byte 5为Byte 6～Byte 8的字节数，Byte 6单元标识符及RTU模式下的设备地址，所以Byte 6～Byte 8与RTU模式下的ADU相同，去除了CRC校验，TCP帧的校验通过TCP/IP校验实现。Modbus RTU转为Modbus TCP只需将帧前加上请求响应列，去除末尾的CRC校验字节。如RTU帧01 03 00 01 00 02 95 F8转换为Modbus TCP数据包为00 00 00 00 00 06 01 03 00 01 02即可，然后通过lwip协议栈打包为tcp传输包在网络链路进行传输通讯，响应帧采取同样策略。其中Modbus TCP数据包管理是通过结构体pbuf实现的，其结构如下：

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为指向Modbus TCP数据包的指针，len表示数据包的长度，通过改写pbuf指针指向管理数据流向，将接收到数据包交给处理器处理，由嵌入式网关处理器实现链路协议的转换。

3.3 上位机软件

上位机PC是温控系统人机交换核心：一方面利用上位机组态软件对局域网络设备进行现场监控，在工厂或企业的工作人员可以对温湿度信息进行监控，同时自动调节风机设备的运转。在系统没有连入互联网络的情况下，在工业现场进行操作；另一方面PC作为外网访问的服务器端，通过组态软件的Web功能，使得远端监控PC通过IE客户端可以与Web服务端保持高度的数据同步，使得远程用户可以获得组态王运行系统相同的控制画面，通过网络用户可以与Web服务器上获得工厂及企业现场相同的数据显示、报表显示、报警显示、趋势曲线显示以及方便快捷的控制功能。

4 试验与结果分析

取两个温湿度控制节点进行测试。图7（a）为未加装风机设备，不能自动调节节点温湿度；图7（b）为加装风机，能自动调节的节点温湿度。在连续72 h采样过程中，系统运行稳定，并且加装调节设备后可以获得较好的调节效果，温湿度曲线在规定值范围内波动，可以获得稳定的温湿度环境，满足现场对温湿度环境控制的要求。

5 结 语

设计实现了一种支持远程监控的智能温湿度控制系统，具备温湿度监控、自动调节及分布式多节点控制功能。利用STM32处理器设计了智能温湿度控制模块及嵌入式桥接网关，支持Modbus RTU协议传输及Modbus RTU与Modbus TCP之间的转换功能。在嵌入式网关上实现了Lwip协议的移植，使其支持Modbus TCP协议的传输，并通过Modbus TCP与组态王软件实现无缝连接。本系统可以解决大型分布式控制系统链路转化问题，支持远程访问操作，实现了系统的集中化、智能化及网络化管理。

参考文献

[1] RAMIREZ LEYVA F H， CUELLAR J P A， BASILIO R G M， et al. Wireless system for electrical networks testing based on MODBUS protocol [C]// Proceedings of 14th International Conference on Electronics， Communications and Computers. Veracruz， Mexico： ICECC， 2004： 58?62.

[2] 李英奇，吴桂初. Modbus?Modbus TCP/IP的网关设计[J].微型机与应用，2013，32（10）：48?50，53.

[3] Modicon Inc. Modicon modbus protocol reference guide [R]. USA： Modicon Inc.， 1996.

[4] GOLDENBERG Niv， WOOL Avishai. Accurate modeling of Modbus/TCP for intrusion detection in SCADA systems [J]. International Journal of Critical Infrastructure Protection，2013， 6（2）： 63?75.