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溫度控制儀范文第1篇

吉林省腫瘤醫院超聲科，吉林長春 130000

[摘要] 本文從熱療系統溫度測控方法、基于人工神經網的新型溫度控制算法和超聲腫瘤熱療儀溫控系統程序編制三個方面分析了依托神經網絡為探討超聲腫瘤熱療儀溫度控制算法。

[

關鍵詞 ] 神經網絡；腫瘤；熱療儀；溫度測控

[中圖分類號] R197.39　[文獻標識碼] A　[文章編號] 1672-5654（2014）05（b）-0197-02

1熱療系統溫度測控方法

1.1溫度測量

溫度是自然界任何物體的基本屬性參數，被廣泛應用于各種物理檢測中。幾乎所有的物理和化學檢測都需要考慮溫度在其中所發生的影響和作用。溫度因此在現代工業化生產的各個行業中發揮著巨大的作用。在醫學檢測上溫度同樣是十分重要的檢測項目。從最簡單的體溫測量和更加復雜體內局部器官溫度檢測，溫度測量被廣泛運用到醫學檢測的各個方面，各個環節。從檢測的手段來看，可以根據測量儀器與測量體之間是否直接發生接觸而分成接觸式測量和非接觸式測量兩種測量方法。接觸式測量的優點在于測量的結果更加準確，測量的方法更加簡單，缺點在于必須與被測介質發生接觸，而且由于測量時必須與被測介質接觸一段時間后才能達到熱平衡所以測量結果與實際被測介質溫度存在時間上的滯后差異。非接觸式測量的優點在于具有更快的檢測速度，并且可以檢測移動的物體，但由于檢測時與被檢測體存在一段空間上的距離，因此檢測結果的誤差較大。在實際的醫學臨床溫度測量當中，通常根據需要檢測的實際部位以及檢測的環境對于溫度測量方式和方法進行選擇。

1.2溫度控制的作用

溫度由于是物質的重要參數屬性，能夠反應物質內部和外部的狀態，因此經常被用作監測和控制儀器操作的重要指標。通過監測溫度可以對儀器的操作進行實時的控制，使得儀器的工作始終處在正常的狀況和水平下。如果監測中發現溫度發生變化，則需要對于溫度變化的原因進行分析和判斷，從而做出適當的操作。

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

1.3溫度測控系統的方法

超聲腫瘤熱療儀的溫度監測對象是人體內的腫瘤。由于人體內部結構復雜多變，人體內的腫瘤組織結構同樣在組織結構和病理性質上存在較大的差別。即使是同樣類型的腫瘤在不同的人體內也會呈現處不同的性狀變化。此外，超聲腫瘤熱療儀在治療的過程中也會使得腫瘤的內部性狀進行變化。因此對于腫瘤建立較為精準的數學模型無疑是非常困難的，因此采用自適應控制是一種相對合理的選擇。自適應控制是一種能夠根據監測到的動態數據對于系統進行動態調控的計算方法。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度都相對復雜，因此采用自適應控制通?？梢詫τ跍囟鹊呐袛嗪涂刂聘訉崟r、動態、準確。

2基于人工神經網的新型溫度控制算法

2.1人工神經網

人的大腦是最復雜的計算和控制系統，人的大腦通過人體內的多條神經線路完成對于人體的操作和控制。人工神經網是一種基于人體神經網絡運行所抽象出來的新型信息處理系統。人工神經網的系統從模型上來看盡可能模擬人體真實的網絡神經控制系統。人工神經網是一種集成人工智能和信息傳感等多門學科的新型知識體系。人工神經網通過各種不同的傳感器采集相應的信號，再經過不同的傳輸介質傳導到計算機中心處理器上進行計算和處理。人工神經網模型的提出和構建是計算機發展歷史上的一次重大變革。它為計算機進行復雜的信息采集和信息處理提供了更加科學、合理的模型。

2.1 BP人工神經網的動態控制結構

BP算法是誤差反傳訓練算法的簡稱。

誤差反傳算法的主要思想是把學習過程分為兩個階段：第一階段正向傳播過程，人給出輸入信息通過輸入層經隱含層逐層處理并計算每個單元的實際輸出值；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，則逐層遞歸地計算實際輸出與期望輸出之差值用誤差人以便根據此差調節權值，具體些說，就是可對每一個權重計算出接收單元的誤差值與發送單元的激活值的積。因為這個積和誤差對權重的(負)微商成正比(又稱梯度下降算法，又可把它稱做權重誤差微商)。權重的實際改變可由權重誤差徽商一個模式一個模式地計算出來，即它們可以在這組模式集上進行累加。

BP網絡不僅有輸入層結點，輸出層結點，而且有一層或多層隱含結點。對于輸入信息，要先向前傳播到隱含層的結點上，經過各單元的特性為Sigmod型的激活函數(又稱作用函數、轉換函數或映射函數等)運算后，把隱含結點的輸出信息傳播到輸出結點，最后給出輸出結果。網絡的學習過程由正向和反向傳播兩部分組成。在正向傳播過程中，每一層神經元的狀態只影響下一層神經元網絡，如果輸出層不能得到期望輸出，就是實際輸出值與期望輸出值之間有誤差，那么轉入反向傳播過程，將誤差信號沿原來的連接通路返回，通過修改各層神經元的權值，逐次地向輸入層傳播去。利用BP神經網絡進行推理訓練，并用動態結構BP網絡校正現有的控制參數的方法，從而實現規則自組織，達到在控制過程中不斷優化控制性能之目的。

3超聲腫瘤熱療儀溫控系統程序編制

3.1超聲腫瘤熱療儀溫控系統的程序設計要求

首先是統一性原則。超聲腫瘤熱療儀是為患者提供腫瘤治療服務的一種新型手段，其溫控系統運行情況的好壞直接影響到最終的治療效果。因此溫控系統在程序設計上必須首先保證整體運算的可靠性和準確性，才能使得儀器在運行過程中能夠面對復雜的人體內部組織結構的變化而正常運行。由于熱療儀溫控系統涉及到的電子元件都是非常精細和縝密，因此程序的設計必須從整體上考慮元件之間信號傳輸和銜接問題，使得不同的元件能夠有效、有序地工作。

其次是可靠性原則。溫度是監測超聲腫瘤熱療儀的最基礎、最重要的參數。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而進行的。溫控系統對于溫度的監測和判斷是熱療儀進行操作的基礎性數據。因此系統程序編制必須保證數據在采集和傳輸時的可靠性，通過合理、有效的數據驗證是保障溫控系統可靠性的重要方法。

最后是實時性原則。超聲腫瘤熱療儀溫控系統要求對腫瘤在治療過程中所發生的溫度變化實時采集并進行分析和處理，以便能夠及時調整治療儀的功率，達到最可靠、最有效的治療效果。因此在溫控系統的程序設計時必須堅持實時性原則，對于采集到的數據在最短的時間內進行實時的檢驗和校正，在傳輸數據的過程中也同樣盡可能避免由于程序重復運行而造成的時間上的延誤。

3.2超聲腫瘤熱療儀溫控系統的結構

超聲腫瘤熱療儀溫控系統是一個集成溫度采集、篩選、分析和控制的復合操作系統，因此是一個集成軟件和硬件的綜合系統。其主要結構由溫度采集模塊、傳輸模塊、信號處理模塊和信號顯示模塊。溫度采集模塊即選用針式點偶傳感器進入腫瘤內部進行實時性的溫度采集，并對采集到的數據進行初步的數據校驗，校驗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據能夠在不同的電子元件和傳輸介質之間快速、有效地傳輸。信號處理模塊則主要是用于對采集到的溫度數據進行分析和處理，從而做出有效的判斷和控制。信號顯示模塊是根據系統操作人員的需要將信號以波形或者其他的表示形式顯示到終端顯示器上。

3.3上位機的程序設計功能

超聲熱療系統上位機完成溫度的各種圖形顯示、加溫控制的計算、控制數據的管理和通信協議的實現等功能，以使熱療儀各個子系統能夠正常、合理地運行。上位機軟件不僅是整個超聲熱療系統的控制核心，而且是醫療人員在治療過程中進行人機交互的主要手段，因此，它必須具備如下功能：

①參數設置．設置治療的時間、溫度、頻率、測量點、加溫單元；②溫度顯示．采用多種顯示方式，直觀形象地顯示實測溫度值；③功率控制； ④數據通信．實現上位機與下位機之間各類數據的正確傳輸；⑤出錯控制．儀器故障或執行非法操作時，提示出錯信息，進行出錯處理。

為了能使這些功能協調運行，必須對軟件的靜態、動態模型進行合理規劃與設計。

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參考文獻]

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溫度控制儀范文第2篇

關鍵詞： 溫度測量； 溫差控制； 遠程傳輸； DS18B20

中圖分類號： TN92?34； TP368.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）07?0105?03

0 引 言

溫度測量儀器的用途相當廣泛，在工業、農業和人們生活的方方面面都起到重要作用。而隨著現代電子技術和計算機技術的發展，自動溫度測量和控制設備，在溫室測溫、冷庫測溫、冷鏈物流控溫等領域中都得到了廣泛的應用。在無線通信技術蓬勃發展的今天，更是有必要設計和研究支持實時遠程監控溫度的模塊、設備和系統。本文設計并研制了一種遠程室內外溫度差值監控系統，支持實時并行監測多個溫室的溫度值并維持其在一定范圍內，通過GPRS無線模塊接入電信網絡，與服務器軟件交互測量數據，支持人工下達溫差控制命令。目前該系統已成功應用于某研究所的生態研究項目中。

1 系統工作原理

為了研究某地某種海洋植物在同一地區同一時期不同氣溫、水溫環境下的生長變化情況，某研究小組在海邊建設若干溫室棚區對實驗環境進行模擬，其中要求設計一種溫度監控系統以自動地保持溫室內外的溫度差值在一定范圍內。因為該課題的研究室與溫室棚區現場相距數十公里遠，為了支持研究室小組成員實時地監視溫室內外溫度的變化情況以及調控溫室與室外溫差范圍等參數，設計了一種遠程室內外溫差監控系統，該系統的組成如圖1所示。其中，實驗現場的四個溫室棚區呈“井”字形排列，分別編號為溫室A，B，C，D；4個溫度探測點和4個加熱管分別位于各溫室中心，負責探測室內溫度及加熱升溫。棚內溫度探測點與室外溫度探測點放置溫度傳感器連接到中心控制器，加熱管的開和關由控制器電路板上的繼電器控制。控制器通過GPRS收發無線信號，以UDP包格式定時交互溫度測量數據，支持短信格式的溫差范圍控制命令。

遠程室內外溫差監控系統示意圖

其中溫室內外溫差控制需要一定的準則。假設室內溫度為T，室外溫度To，希望室內外溫度差值在[Min DT， Max DT]范圍內。當T-ToMax DT后，加熱管斷電，停止加溫，室內溫度T會緩慢下降；而后當T-To

2 系統硬件設計

本系統采用的測溫器件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字式溫度讀數方式[1]，它已經廣泛應用于各種自動溫度測量的電子系統中[2?5]。本系統的溫室現場中心控制器采用意法半導體公司的STM32微控制器，它采用了高性能、低功耗、實時性強的Cortex?M3內核，支持豐富的I/O口和USART，USB，CAN等多種通信協議[6?7]。STM32能很好地滿足本系統的設計要求，利用GPIO口連接多個DS18B20實現同時讀取測量到的溫度值，利用GPIO口控制多個繼電器的開關以實現對4個溫室內加熱管的通電斷電控制，中心控制器通過USART口與GPRS模塊進行測量、控制數據的收發處理。GPRS（General Packet Radio Service）能提供比現有GSM網絡的9.6 Kb/s更高的數據速率[6?9]。GPRS模塊支持通過UDP包格式和短信方式與遠程監控計算機上的軟件進行交互。硬件結構框圖如圖2所示。

溫室現場中心控制器單元電路

3 系統軟件設計

3.1 中心控制器主流程

為中心控制器中的程序基本流程，其中定時器1被用于周期性地觸發發送溫度測量數據和處理遠程控制命令的本地調整。為了保證溫度控制現場的控制器穩定性，開啟STM32的看門狗設置，且在進行溫度探測點的溫度更新時，采用3點中值濾波以防止數據抖動。GPRS模塊采用短信方式接收遠程計算機的IP地址和端口號等控制命令，初始化后，以UDP包發送溫度測量值。

溫室現場控制器流程圖

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測量到的室內溫度值。通過溫差控制子程序及升溫降溫設備配合，可將溫室溫度控制在與室外溫度差值[Min DT，Max DT]范圍內。

溫差控制流程圖

3.3 遠程服務器

遠程計算機上的服務器軟件采用Microsoft公司的VC 6.0進行設計。該軟件的實際運行圖如圖5所示。

遠程監控計算機運行圖

MFC上應用WinSock控件進行網絡套接字編程以支持UDP包的收發。采用短信的方式將服務器的IP地址和端口號發送給溫室現場的中心控制器。WinSock從該端口接收到符合軟件自定義格式的數據包后，解析出相應的室外溫度、4個溫室的溫度和其余狀態值，在曲線圖和文本框中動態更新當前溫度測量情況。然后以時間戳+溫度測量值的方式追加溫度數據到記錄文件中，方便后續的數據分析。

4 運行測試結果

目前本文設計的遠程室內外溫度差值監控系統已在某研究所順利運行了八個多月并獲得了多組測量數據。計算機對記錄的數據進行讀取和分析，表明了該系統能實時準確地滿足溫室內外溫差的監控要求。圖6是某段時間的遠程數據記錄情況。

遠程數據記錄

從記錄結果中截取某段局部數據如圖7所示，以便查看短時間內通過繼電器控制加熱管后，室內溫度隨室外溫度的變化情況。

升溫降溫過程與溫差分析

生態研究人員在這段時間內，遠程設定室內外溫度差值范圍控制在[1，2]℃內。那么，在圖7中可以發現，這段時間內測量到的室外溫度在14 ℃左右波動。而通過中心控制器的繼電器的開關動作，使得加熱管通斷電，4個室內溫度各自在升溫到16 ℃左右后，降到15 ℃左右，繼續該升溫降溫過程。整個升溫降溫過程中能保持室內外的溫度差值在[1，2]℃之間變化。本系統很好地實現了溫室內外溫度差值的遠程監視和控制。

5 結 語

隨著信息時代的電子技術、計算機技術和無線通信技術的發展，傳統的溫度測量和調節方式，已經越來越適應不了現代溫度測控的需求。本文設計了一種遠程室內外溫差監控系統，通過簡單便捷的方式實現室內外溫度的測量、溫室溫度的智能調節、溫度測量數據的遠程查看，遠程交互溫差控制命令。實際測試結果表明，本系統可以長期穩定地工作，并滿足遠程溫度監控的設計需求。該系統為某地海洋植物的生態研究提供了便利，也可以作為一種遠程測量監控的原型方案，為更加復雜的應用提供設計參考。

參考文獻

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溫度控制儀范文第3篇

關鍵詞：大體積混凝土 溫度裂縫 施工措施 監測

1前言

大體積混凝土結構在現代工程建設中有著廣泛的應用。但當大體積混凝土結構當中出現有害裂縫后，一部分會引起結構滲水影響正常使用，一少部分會引起結構強度的降低。但在絕大部分混凝土工程當中，裂縫的出現是不可避免的，過嚴的裂縫控制要求會付出很大的代價，況且，當裂縫在 0.1～0.2mm 左右，水頭壓力不大（水頭

1工程概況

某醫院綜合樓二區①～⑨軸線，地下二層部分大體積混凝土?；炷馏w積為2100m3。混凝土澆筑時間為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、厚板結構），D―H軸采用框剪結構。樓蓋為梁板式結構，整個結構采用全現澆。A―C軸基礎采用鋼筋混凝土板筏基礎，D―H軸基礎采用鋼筋混凝土梁筏基礎。

根據施工圖要求，基礎地板混凝土標號為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生，降低混凝土的溫升；在混凝土中設置循環水管以降低混凝土內部溫度，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，摻加了適當的膨脹劑以及選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輸時間，車輛配備數量保證滿足了連續澆筑混凝土的時間要求，到現場能及時卸料，泵送管用草袋包裹來防日光暴曬而升溫，輸送泵、攪拌臺全部搭棚以防日光照射，現場用編織袋遮陽，通過采取這些措施，保證了現場混凝土澆筑溫度為25℃左右。

4）混凝土的澆筑、振搗、養護措施

根據混凝土泵送時自然形成坡度的實際情況，在每個澆筑帶的前、后布置兩道振動器，第一道布置在混凝土卸料點，主要解決上部的振實，第二道布置在混凝土坡角處，確保下部的密實，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，按設計要求留置施工縫進行施工。為保證混凝土連續澆筑，現場布置3臺混凝土泵，混凝土的澆筑由一端向另一端分段推進，分三層一個坡度澆筑到頂，層與層之間進行兩次振搗。每層分三組平行推進，按圖1所示順序分層分段澆筑，根據計算這樣能保證混凝土接槎處，在2小時左右能夠進行二次振搗，可避免造成施工冷縫。

混凝土的分層振搗應順著混凝土的塌鋪范圍全面振搗，不能漏振，要嚴控振搗時間，移動間距和插入深度，進入下層50mm即可，確保每層振搗密實。

施工中混凝土的泌水，可由原設計的集水坑和預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，初步按標高用長杠尺刮平，用平板振搗器進行二次振搗后，用木抹子反復搓壓數遍，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，促進養護。

混凝土養護：本方案采用兩層草袋覆蓋養護，局部截面尺寸超大部分增加附加層保溫，并根據測溫情況決定厚度，覆蓋要求達到保濕的目的，養護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重要要環節，也是防止溫度裂縫的關鍵。而在引起裂縫產生的諸多因素中，混凝土水化熱和外界氣溫造成的構件內部溫度應力是一個很主要的因索，為了控制裂縫的產生，這不僅要在混凝土成型之后，對混凝土的內部溫度進行監測，而且應在

一開始，就對原材料、混凝上拌和，入模和澆筑溫度進行系統的實測?；炷恋臏y溫采用熱電偶電子測溫儀測量，平面測點見圖3，垂直測溫點布置見圖4。測溫從混凝土澆筑3小時后開始，24小時不間斷。監測頻率為：第1-9天，每2小時測溫一次；第10-15天，每24小時測溫一次。測溫過程發現溫度變化異常則相應采取保溫措施，將溫度變化控制在25℃以下。測溫由專人檢測、監控。這些監測工作給施工組織者及時提供信息反映大體積混凝土澆筑塊體內溫度變化的實際情況及所采取的施工技術措施效果，為施工組織者在施工過程中及時準確采取溫控對策提供科學依據，實現情報化施工。

3 結語

綜上所述，通過本工程的具體實施，可以看到，在工程實際施工中完全可以通過設計、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。本工程的實際施工效果說明，應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

在院領導的高度重視下，為推動我院護理水平再上新臺階，提高?？谱o理水平，組織了二名護理骨干到上海市精神衛生中心進修，一名重點是三級護理管理，另一名是護理質控管理，同時組織全院業務學習，請外出進修護士談外院的先進理念及管理模式，查找我院的薄弱環節。繼以上項目的開展，對提高護理系教師整體素質和學歷水平、開展雙語教學、學習和吸收國外先進的教育思想、教學模式和教學方法；對提升我校的辦學影響，加速護理專業發展，拉動我校護理教育的國際化進程等方面具有重要意義。

二、開展護理安全分析，加強人性化意識

第一季度的重點是護理安全分析，針對我院在過渡醫院工作，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，大家齊心協力，克服困難，沒有發生差錯事故。然而，在最近，有一位癲癇性格的精神病患者，為要一只被套，與工務員爭執，在拉扯過程中摔了一跤，造成第五腰錐骨裂，要臥床休息，加大了護理難度。通過這一意外發生，針對科室存在的護理問題護士長們也不回避，主動提出來讓大家進行討論、分析、總結，共同吸取教訓，達成共識，大家一致認為這次意外提示我們做任何操作都要根據制度及流程，但在執行過程中要注意人性，一是嚴格崗前培訓。培訓中從小事做起，從洗手、更衣到如何進行完整的工作流程操作均無問題，才能進入臨床工作，習慣成自然，良好習慣的門戶，是確保護理安全的重要舉措。二是合理分工。護理管理者必須抓好工作中薄弱環節并了解護理人員的優缺點，合理安排工作，用人之長補人之短。把工作嚴謹、責任心強的護士放在傳染性強的病房護理比較妥當。對工作粗疏、思想不集中、責任心不強的護士只能放在自己眼皮下工作，分工上做到有的放矢，確保護理管理上的安全。作為管理者，面面都要考慮到醫護患三方面的利益和安全，用先進的理論和良好的服務態度照顧病人，確保平安。

三、開展專項檢查，加強安全管理

一方面，為加強醫療機構醫療安全管理，根據患者十大安全目標和“以病人為中心”的醫療安全百日專項檢查活動方案的要求，我院于**開展了醫療安全百日專項檢查活動。我院堅持以科學發展為指導，堅持“以病人為中心”，開展全員醫療安全教育，提高醫療安全意識，落實醫療安全監督、分析、評價和改進工作，。建立醫療糾紛防范和處置機制，制定重大醫療安全事件、醫療事故防范預案和處理程序，按照規定報告重大醫療過失行為和醫療事故，健全的醫療質量和醫療安全管理體系。通過開展醫療安全百日專項檢查活動，促進醫療機構深入查找醫療安全隱患，提高醫療安全意識，改進醫療安全管理，提高醫療服務質量，努力實現為人民群眾提供安全、有效、方便、價廉的醫療衛生服務的總體目標。另一方面，根據世博前期**要求，我院加強對精神病患者的管理目標實施安全護理措施。一是加強安全管理。經常檢查實際落實情況，對發現的不安全苗子要進行分析、討論，尋找原因，預防和消除這些因素，必須對這些問題進行改進，對新護士、責任心不強、專業技術素質差的護士要進行幫、帶工作，同時做好護士人力資源的合理配置。二是創造安全的環境。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，隨時檢查有無危險物品和設施，消除安全隱患。

溫度控制儀范文第5篇

關鍵詞： STM32； Modbus RTU； Modbus TCP； 組態軟件

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）20?0102?05

0 引 言

隨著信息化進程的加快，工廠、企業及現代化樓宇都要求其現場設備接入信息網絡進行統一管理。現有工廠企業控制網絡中的設備大多只支持RS 232，RS 485串行鏈路形式的通訊。串行鏈路應用廣泛，但由于傳輸距離的限制，只能應用在小型局域控制網絡。要將現場設備接入信息網絡必須解決不同網絡通訊協議轉接問題。要構建大型信息控制網絡必須要采用分層次管理的形式，將一個局域網分為若干子局域網，子局域網內部采用串行鏈路方式進行連接，對子局域網配置一個信息中轉裝置，不同局域網信息通過轉換裝置最終連接到控制中心PC，利用網絡技術將控制中心信息到互聯網，實現控制網絡每個節點信息連入互聯網。

本文根據組建大型控制網絡方案，實現一種支持遠程訪問的智能溫濕度控制系統，系統可實現對分區域、分層多點溫濕度信息的采集，并通過每一處放置的風機設備對溫濕度情況進行實時控制，支持遠程用戶對控制系統的訪問，遠程用戶同步對整個控制系統進行監控。智能溫濕度控制系統由智能溫濕度控制模塊、嵌入式橋接網關及上位計算機組成，其中智能溫濕度控制模塊及嵌入式網關都是基于STM32平臺的嵌入式系統，支持Modbus RTU串行方式數據傳輸，嵌入式橋接網關支持Modbus RTU與Modbus TCP轉接功能，上位機利用組態軟件的組態功能與控制系統進行無縫連接。本系統的實現為工廠企業控制網路的智能化、網絡化、集中化提供了一種切實可行的技術路徑。

1 系統組網結構設計

智能溫濕度控制系統分為4層，分別從底層傳感層、網關層、上位機到最上層的互聯網層，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，負責實時環境溫濕度信息采集及風機設備控制。網關層為連接傳感層與上位機的中轉層，實現鏈路協議轉換，它相對于智能溫濕度控制模塊作為Modbus主機節點，相對于PC是服務器端。上位機實現計算機監控軟件設計，實時監控環境溫濕度信息及風機狀態監控，并將監控軟件的實時畫面通過Web到遠程客戶端?；ヂ摼W層通過Web瀏覽器對監控系統畫面同步監控。系統結構如圖1所示。

每個嵌入式網關與其相連的智能溫濕度控制模塊分布在同一范圍內，組成一個子局域網，負責在局域網內的數據采集、風機設備控制。不同的子局域網之間不會產生干擾，有利于整個控制網絡的模塊化管理。在整個控制系統中，嵌入式橋接網關只起到協議橋接作用，并不對數據進行處理，所以上位機掛載智能模塊數量需要根據Modbus RTU模式規定有所限制，同時，掛載過多的子節點也會影響系統實時性。本文智能溫控系統使用5個嵌入式網關，每個網關搭載10個智能溫濕度控制模塊節點，保證了傳輸可靠性及實時性。

2 系統硬件系統設計

2.1 智能溫濕度控制模塊硬件結構設計

智能溫濕度控制模塊通過溫濕度傳感器的信息采集，將系統所需要的環境信息轉化為可識別的數字信號，針對這些數字信號的值及狀態來決定智能溫濕度控制模塊的繼電器動作，繼電器可控制風機、閥門等設備的狀態。智能溫濕度控制模塊的結構框圖如圖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、高性價比32位Cotex?M3內核處理器STM32F103VET6，可搭載UCOS，Linux等嵌入式操作系統，F103是屬于“增強型”系列，最高工作頻率可達72 MHz，512 KB的FLASH存儲器，其豐富的時鐘系統為外設提供多種時鐘選擇，溫濕度控制模塊擴展外設包括溫濕度采集、繼電器驅動、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協議，即單片機I/O引腳模擬I2C總線協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來驅動繼電器模塊作為風機、閥門控制開關。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、時鐘電路、電源電路及串行接口電路，保證系統正常運轉。

2.2 嵌入式網關硬件結構設計

嵌入式網關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，外設要增加LCD模塊及網絡接口模塊，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、液晶驅動芯片及觸屏驅動芯片進行驅動。以太網模塊提供RJ45接口與計算機通訊，RJ45接口接到10 Mb/s的以太網是通過網絡變壓器HR911105+SPI接口的獨立以太網控制器ENC28J60完成。

3 系統軟件設計

3.1 智能溫濕度控制模塊程序設計

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現兩個功能：環境溫濕度監測和數據上傳。智能溫濕度控制模塊的程序設計是在STM32函數庫支撐下實現的，調用庫函數實現系統初始化及其外設接口的程序編寫。溫濕度控制模塊程序流程見圖4。

溫濕度數值及風機的狀態是在每一次While（）主循環都會進行讀取，這種方式可以保證系統的實時性，在上位機發來讀取命令時可以直接將溫濕度及風機狀態取走，而不必等待溫濕度傳感器相對漫長的讀取過程。

風機的狀態由智能溫濕度控制模塊自身進行控制，當檢測其溫濕度數值超標時自動打開風機設備，當溫濕度達到要求標準時自動關閉。

在數據傳輸中ModbusInput（）與ModbusOutput（）實現Modbus協議的解碼與編碼。

3.1.2 基于Modbus RTU實現數據傳輸

Modbus是Modicon（現為施耐德電氣公司的一個品牌）開發的報文傳輸協議，Modbus通信協議在OSI模型中屬于數據鏈路層[1]。Modbus串行通訊有RTU和ASCII兩種模式，相對于ASCII模式，RTU模式表達相同的信息需要較少的位數，且在相同通訊速率下具有更大的數據流量[2]，RTU模式的具體每個字節的格式[3]：編碼系統：8位二進制，16進制0～9，A～F；數據位：1起始位；8數據位，低位先送；奇/偶校驗時1位，無奇/偶校驗時0位；帶校驗時1位停止位，無校驗時2位停止位；錯誤校驗區：循環冗余校驗（CRC）。

Modbus協議定義了一個與基礎通信層無關的簡單協議數據單元（PDU）。特定總線或網絡上的Modbus協議映射能夠在應用數據單元（ADU）上引入一些附加域。圖5為Modbus RTU下的ADU格式。

ModbusInput（）與ModbusOutput（）函數實現數據包解析與打包工作，全部要遵循ADU的格式進行編寫。功能碼與數據組成了基本的PDU單元，Modbus支持15個功能碼，用戶可以根據實際需要進行刪減，設計中只應用到3個相應功能碼如表1所示。

表1 系統Modbus功能碼及地址對應關系

Modbus協議除了規定其數據幀格式外，還需要滿足其時序要求，在RTU模式下信息幀開始前必須有至少3.5個字符的靜止時間t3.5，發送完畢后也需要t3.5時間間隔，即兩個幀之間要有3.5個字符的靜止時間來保證一幀的信息已發送完成。

在一幀發送期間，如果出現1.5字符時間以上的間隔，則會認為該信息幀不完整，系統會刷新不完整的幀，并認為下一個接收為下一幀的器件地址，這個時間一般由串口的波特率來保證。

當系統波特率大于19 200 b/s時用1.75 ms代替3.5字符靜止時間，通過對定時器計數值及預分頻的設定達到定時時間=1.75 ms，程序如下：

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period =175；

//計數值：175 定時1.75 ms

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=720；

//預分頻，除數：720 100 kHz

3.2 嵌入式網關程序設計

3.2.1 網關程序實現流程

嵌入式網關相對于智能溫濕度控制模塊是Modbus的主機，相對于上位機PC是服務器端，所以嵌入式網關不但要支持兩種模式下的數據傳輸，還要解決協議轉換的任務，即Modbus RTU到Modbus TCP/IP之間的相互轉換。圖6為一次轉換流程圖。

3.2.2 Lwip在STM32上的移植

Modbus/TCP是運行在TCP/IP協議之上的協議，所以移植了一輕量級的TCP/IP協議棧：Lwip。Lwip是一開放源碼的TCP/IP協議棧，相較于現流行的Uip協議棧，更加適合在32位嵌入式平臺上應用。

在使用Lwip之前，需要對協議棧的相關文件進行修改，以便其可以支持STM32平臺，移植主要在以下幾個方面：

（1）數據類型的定義，這與移植的硬件平臺及編譯環境緊密相關。

（2）協議棧底層函數的修改，這里主要是底層的數據接收和發送，主要與使用的網卡芯片有關。

（3）需要編寫網卡的相關驅動，需要在數據收發過程中由Lwip協議棧進行調用。

要實現與上位機TCP通訊，還需要編寫相關的用戶應用程序，主要包括初始化及服務端程序的編寫，其中初始化程序負責初始化網絡硬件MAC地址、選定通訊方式等；服務端程序負責完成與上位機通訊，包括指定主機IP及監聽端口等任務。

3.2.3 Modbus RTU到Modbus TCP轉換

Modbus已實現應用TCP在通訊層進行通訊[4]，即Modbus協議的網絡版：Modbus TCP，它的基本PDU單元與RTU模式相同，其數據幀的格式與RTU稍有不同。

字節0：事務處理標識符，通常設為0；

字節1：事務處理標識符，通常設為0；

字節2：協議標識符等于0；

字節3：協議標識符等于0；

字節4：長度字段（上半部分字節）等于0（所有的消息長度小于256）；

字節5：長度字段（下半部分字節）等于后面字節的數量；

字節6：單元標識符；

字節7：MODBUS功能代碼；

字節8：寄存器數據。

其中Byte 0～Byte 4一般取0x00即可，Byte 5為Byte 6～Byte 8的字節數，Byte 6單元標識符及RTU模式下的設備地址，所以Byte 6～Byte 8與RTU模式下的ADU相同，去除了CRC校驗，TCP幀的校驗通過TCP/IP校驗實現。Modbus RTU轉為Modbus TCP只需將幀前加上請求響應列，去除末尾的CRC校驗字節。如RTU幀01 03 00 01 00 02 95 F8轉換為Modbus TCP數據包為00 00 00 00 00 06 01 03 00 01 02即可，然后通過lwip協議棧打包為tcp傳輸包在網絡鏈路進行傳輸通訊，響應幀采取同樣策略。其中Modbus TCP數據包管理是通過結構體pbuf實現的，其結構如下：

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數據包的指針，len表示數據包的長度，通過改寫pbuf指針指向管理數據流向，將接收到數據包交給處理器處理，由嵌入式網關處理器實現鏈路協議的轉換。

3.3 上位機軟件

上位機PC是溫控系統人機交換核心：一方面利用上位機組態軟件對局域網絡設備進行現場監控，在工廠或企業的工作人員可以對溫濕度信息進行監控，同時自動調節風機設備的運轉。在系統沒有連入互聯網絡的情況下，在工業現場進行操作；另一方面PC作為外網訪問的服務器端，通過組態軟件的Web功能，使得遠端監控PC通過IE客戶端可以與Web服務端保持高度的數據同步，使得遠程用戶可以獲得組態王運行系統相同的控制畫面，通過網絡用戶可以與Web服務器上獲得工廠及企業現場相同的數據顯示、報表顯示、報警顯示、趨勢曲線顯示以及方便快捷的控制功能。

4 試驗與結果分析

取兩個溫濕度控制節點進行測試。圖7（a）為未加裝風機設備，不能自動調節節點溫濕度；圖7（b）為加裝風機，能自動調節的節點溫濕度。在連續72 h采樣過程中，系統運行穩定，并且加裝調節設備后可以獲得較好的調節效果，溫濕度曲線在規定值范圍內波動，可以獲得穩定的溫濕度環境，滿足現場對溫濕度環境控制的要求。

5 結 語

設計實現了一種支持遠程監控的智能溫濕度控制系統，具備溫濕度監控、自動調節及分布式多節點控制功能。利用STM32處理器設計了智能溫濕度控制模塊及嵌入式橋接網關，支持Modbus RTU協議傳輸及Modbus RTU與Modbus TCP之間的轉換功能。在嵌入式網關上實現了Lwip協議的移植，使其支持Modbus TCP協議的傳輸，并通過Modbus TCP與組態王軟件實現無縫連接。本系統可以解決大型分布式控制系統鏈路轉化問題，支持遠程訪問操作，實現了系統的集中化、智能化及網絡化管理。

參考文獻

[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，吳桂初. Modbus?Modbus TCP/IP的網關設計[J].微型機與應用，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.