齒輪箱是機(jī)械設(shè)備中十分常用的部件，如何保障它的正常工作，對于整個系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行有著非常重要的意義。由于齒輪間的摩擦，會使得潤滑油的溫度升高。一般情況下，齒輪箱的潤滑油溫度都應(yīng)限制在允許范圍內(nèi)。但在工作異常情況下，如循環(huán)不良會導(dǎo)致齒輪箱溫度很快超出極限值。因而對齒輪箱溫度進(jìn)行在線監(jiān)測，能夠有效地預(yù)警系統(tǒng)工作狀態(tài)，避免生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。

    溫度監(jiān)測是目前成熟的技術(shù)，工業(yè)中廣泛應(yīng)用的溫度監(jiān)測系統(tǒng)大多數(shù)還是采用有線方式傳輸信號的，然而對于工作環(huán)境惡劣、供電布線復(fù)雜且今后維護(hù)困難的場合，有線方式則帶有相當(dāng)?shù)木窒扌浴２捎脽o線方式傳輸數(shù)據(jù)，可以有效避免這些問題。與rf、wlan、藍(lán)牙等無線方式相比，紅外無線傳輸以其安全性高、體積小、成本低廉、應(yīng)用廣泛等特點更適用于鋼鐵生產(chǎn)過程中的齒輪箱系統(tǒng)。

    由于采集端靠近被測對象，布線和維護(hù)困難，因此在系統(tǒng)設(shè)計上要解決供電和信號傳輸有效性的問題。布線上的局限使得采集端只能采用電池供電模式，而在線監(jiān)測又需要24小時不間斷工作，因此采集端的功耗必須非常低，在器件的選擇上必須滿足低電壓支持和低功耗要求。工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，干擾大，則必須對原始信號進(jìn)行編碼和譯碼，以保證信號傳輸?shù)挠行浴?

    采集發(fā)射端硬件設(shè)計

    采集發(fā)射系統(tǒng)主要由at89c2051單片機(jī)、ds18b20數(shù)字溫度傳感器、mc145026編碼器、tlc555時基集成電路、ph303紅外發(fā)射管等構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

    圖1 采集發(fā)射端結(jié)構(gòu)圖

    數(shù)字溫度傳感器將溫度信號以12位數(shù)字量的方式輸出，而編碼器每次只可完成4位二進(jìn)制資料信息的發(fā)送，當(dāng)單片機(jī)接收到12位溫度信號時，先將其拆分為高、中、低4位，然后給每位匹配以相應(yīng)的地址信號，再送給編碼器。采用這種分址傳輸?shù)姆椒ǹ捎行У乇苊獠煌恍畔鬏敾靵y的問題。

    有效作用距離是衡量采集發(fā)射端性能指標(biāo)的一個重要參數(shù)。由于發(fā)射紅外線時，其發(fā)射距離與發(fā)射功率成正比。當(dāng)紅外發(fā)射管工作于脈沖狀態(tài)時，脈動光有效傳送距離與脈沖的峰值電流成正比，所以提高峰值電流，便可增加紅外光的發(fā)射距離。在不增加系統(tǒng)功耗的前提下，通過減小產(chǎn)生的載波脈沖占空比，可有效提高峰值電流，增加紅外發(fā)射的作用距離。

    監(jiān)控接收端硬件設(shè)計

    接收端的主要功能是接收紅外信號并對其進(jìn)行解碼以及后續(xù)處理。監(jiān)控接收系統(tǒng)主要由at89c51單片機(jī)、hs0038a2紅外接收頭、mc145027***、mc14511數(shù)碼驅(qū)動器、max232串口通訊芯片等構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

    圖2 監(jiān)控接收端結(jié)構(gòu)圖

    接收解碼紅外信號采用查詢方式進(jìn)行，單片機(jī)先把事先約定好的對應(yīng)地址信號送入***，***可對接收的串行數(shù)據(jù)進(jìn)行校對、譯碼和糾錯，然后從并行數(shù)據(jù)口輸出。如果接收到的串行數(shù)據(jù)中包含的地址信息與本地地址信息不符，即視為無效數(shù)據(jù)。地址校驗正確后，***才開始對數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，完成后接收數(shù)據(jù)有效輸出端輸出高電平，表示譯碼有效。當(dāng)單片機(jī)查詢到譯碼有效標(biāo)志后再把下一組地址信號送入***。

    在譯碼過程中采用了積分環(huán)節(jié)，即***并不直接對接收到的脈沖信號進(jìn)行解碼，而是將輸入信號積分后進(jìn)行解碼。由于積分電路能濾除瞬間的尖脈沖干擾，因此***接收的編碼信號即使受到某種程序的干擾，依然能夠進(jìn)行正確的解碼，這對于環(huán)境復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場尤為重要。

    系統(tǒng)顯示部分采用兩種顯示方式。一種方式是利用串行數(shù)據(jù)傳輸方式與上位pc機(jī)通訊，利用pc機(jī)豐富的圖形界面顯示出當(dāng)前被測設(shè)備的溫度；另一種方式是通過系統(tǒng)監(jiān)控接收端的數(shù)碼管顯示溫度。采用這種方法可同時滿足現(xiàn)場和遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測的要求。

    軟件設(shè)計

    溫度監(jiān)測系統(tǒng)的軟件由三部分組成。運(yùn)行于at89c2051片內(nèi)flash中的溫度采集以及發(fā)送程序；運(yùn)行于at89c51片內(nèi)flash中的接收顯示及串口發(fā)送程序；運(yùn)行于遠(yuǎn)端pc機(jī)上的圖形界面和串行接收程序。

    溫度采集發(fā)送程序用c51語言編寫，主要完成如下幾個功能：（1）ds18b20溫度值的讀取。由于ds18b20是一線式數(shù)字溫度傳感器，對時序及電特性