基于单片机的船舱温度临界报警系统

摘要 : 针对传统的船舱温度临界报警系统，由于温度监控不到位导致报警不及时的问题，提出一个基于单片机的船舱温度临界报警系统设计。该设计将单片机作为核心控制硬件，控制系统整体电路。同时设计数据采集模块，利用温度测量仪测试船舱温度，传感器将数据置换成电信号，并以数据帧的形式将结果发送到报警模块，检测温度信号波幅，进行报警处理，至此报警系统设计完毕。实验结果表明，所设计的报警系统对于温度的监测结果更准确，报警率提高了 38.55% 。

关键词：单片机；数据采集；数据置换传送；对比检测

0 引　言

船舱作为船舶承载旅客或货物的主要场所，对于该场所的安全性要求的更高，尤其是在温度方面。过高或过低的温度都会产生人身体不适、货物腐烂、融化变质等状况。因此要对船舱温度进行实时监测，当温度达到安全临界值时进行报警，保证人和货物的安全。传统的报警系统不够精确，不能及时监测到船舱温度的变化状况，导致不能及时报警。因此设计一个基于单片机的报警系统，加强监测能力，及时报警，保证船舶的使用安全。

1 基于单片机的船舱温度临界报警系统硬件设计

针对船舱的温度变化，设计一个基于单片机的温度临界报警系统硬件，利用该系统硬件对船舱内的温度进行及时的报警处理，保证船舶的航行安全。选用的单片机型号为 STC89C52 ，将其作为中央处理模块中的核心微处理器，控制报警系统电路。报警系统利用该单片机设置一个船舱温度监测控制电路，并将该电路与 AR847+ 温度测量仪相连接，进行船舱温度实时监测。此电路中有 4 个引脚，分别为 VCC ， GND ， TRIG以及 ECHO ，将其按照顺序标注为 A1 ～ A4 的序号。该单片机控制下的系统电路如图 1 所示。

2 船舱温度临界报警系统软件设计

在上述船舱温度临界报警系统硬件设计完毕的础上，为了保证该单片机工作的可靠性，设计报警系统软件，对船舱温度进行实时监控及报警。

2.1 数据的采集与传输

首先建立一个船舱温度采集单元，进行船舱温度测量，并将测量结果通过中央处理单元模块发送到报警模块中。此时要考虑的环境因素有很多，包括船舱的整体面积、测量反应时间等因素。因此在船舱中预设若干个监测点，将温度测量仪放置在该点位上，得到测量结果。将测量的温度数据上传到中央处理单元中，此时中央处理单元对该温度数据进行统计，计算船舱的整体温度，计算公式如下：

式中： C n 为个测量位置下的船舱平均温度；为设置的温度测量位置数；为当天的天气温度常数；为船舱的干燥系数。处理单元依照上述公式得到船舱的平均温度，利用传输模块以数据帧的形式将该结果发送到报警模块中。

利用该数据帧将温度数据发送到报警模块，此时传输模块要保证传输数据的完整性。利用传感器将温度数据置换成电信号，数据置换公式为：

式中：为置换后的温度数据置换函数；为置后的换电信号强度；为电信号波长；为电信号强度波动函数。将置换后的温度数据组成数据帧，打开传感器传送端口，编制数据发送指令，将数据实时发送到报警模块中。

2.2 检测报警

报警模块接收到上述的电信号后，进行检测与分析，并对于温度异常的信号进行报警处理。检测报警模块在温度临界报警系统中处于极为重要的位置，它对接收到的数据信号进行分析，根据温度临界值划分风险等级，并按照等级迅速报警。此时，报警模块根据电信号的波动幅度进行检测：

式中：为信号波动幅度；为信号传输速率；为信号波段变化时长；为每一波段的信号总量。根据得到的信号频率设置报警系统运行状态，如表 1 所示。

根据表 1 可知，进行信号频率监测后，进行报警判断。当此信号波动幅度平稳没有大起大落时，说明测量得到的船舱温度是安全的，不会发生危险；当温度信号波动异常且波幅较大时，说明船舱温度产生剧烈变化，此时将该数值与温度临界预警值相对比，判断剧烈波动的数据信号是否超过临界门限。当该信号没有超过报警门限时，说明此时的船舱温度在允许波动范围内，为正常状态；如果该信号值超过临界值，则令该系统立即发出警报，各报警状态的处理方法如表 2 所示。

根据表 2 可知，当船舱温度处于临界值以下时，报警系统不会发出任何反应；当温度达到或者超过温度临界值时，报警系统通过主控程序发出声光警报，