專利名稱：高壓帶電體在線無線溫度連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及抗高壓交變磁場干擾，抗大點六磁場突變干擾和利用智能溫度數(shù)字傳感器，采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，單片機技術(shù)進行溫度測量的高壓帶電體在線無線溫度連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，電力行業(yè)、供電及用電企業(yè)自動化建設(shè)和改造不斷發(fā)展完善，為了提高勞動生產(chǎn)率，增加經(jīng)濟效益，對高溫的監(jiān)測報警是非常必要的，在一些特殊的場合，溫度過高可能會引起燃燒、爆炸、或設(shè)備損壞和質(zhì)量事故。例如高壓電氣設(shè)備，由于故障測試手段有限，特別在開關(guān)箱和封閉母線內(nèi)溫度超限點更不易發(fā)現(xiàn)。隨著時間的推移溫度超限處將因發(fā)熱而加速氧化，進而造成燒毀母線或接點的重大事故。
火災(zāi)報警涉及到國民經(jīng)濟和社會生活的許多方面，對火災(zāi)的及時報警是避免或減少生命和財產(chǎn)損失的重要手段。
現(xiàn)在國內(nèi)乃至國際領(lǐng)域內(nèi)對高壓帶電體采用的測溫方式主要有以下兩種方法激光、紅外線，這兩種方式對于高壓帶電體的測溫存在著一些本質(zhì)上無法避免的缺陷激光方式，使用光導(dǎo)纖維，高壓帶電體內(nèi)還要使用電纜連接線，其極易受到灰塵、高壓設(shè)備長期震動的影響，但是，在高壓設(shè)備上都不推薦使用連接線，因為其極有可能是造成高壓帶電體發(fā)生意外的不利因素；紅外線方式，其精確度受到測量角度，障礙物及周邊環(huán)境的影響極大。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種高壓帶電體在線無線溫度連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用無線數(shù)字溫度傳感器，其無線數(shù)字溫度信號由無線收發(fā)模塊在不同的頻段送出，再由無線數(shù)據(jù)采集器采集，其優(yōu)點是不接線，無線數(shù)字信號強，發(fā)射距離遠，抗干擾強。
高壓帶電體在線無線溫度連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由無線數(shù)字溫度傳感器、無線數(shù)字溫度采集器、無線數(shù)字溫度控制器、無線數(shù)字顯示器、上位機及管理軟件組成。
無線數(shù)字溫度傳感器與現(xiàn)場發(fā)熱點相連接，以單片機為控制核心，由溫度傳感器頭、單片機、EEPROM存儲器、無線數(shù)字收發(fā)模塊構(gòu)成；單片機的相應(yīng)腳上拉，分別與溫度傳感器頭與存儲器相連接，單片機的輸入、輸出腳分別與無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的輸出、輸入腳相連接，其頻率控制端與跳線相連，穩(wěn)壓模塊連接在單片機的相應(yīng)腳上。
無線數(shù)字溫度采集器以單片機為控制核心，由單片機連接無線數(shù)字收發(fā)模塊構(gòu)成，在單片機上設(shè)有可選32組不同頻率的信道；無線數(shù)字收發(fā)模塊與無線數(shù)字溫度傳感器中的無線數(shù)字收發(fā)模塊頻率相匹配。
無線數(shù)字溫度控制器以單片機為控制核心，由兩個單片機、撥碼開關(guān)及看門狗電路組成，兩個單片機通過并口通訊，接收單片機連接撥碼開關(guān)，每個單片機設(shè)有看門狗電路。
無線數(shù)字溫度顯示器是以單片機為控制核心，由兩個單片機、撥碼開關(guān)、鎖存器、譯碼器、六反相器、數(shù)碼管驅(qū)動芯片、共陰極數(shù)碼顯示管組成，每個單片機設(shè)有看門狗電路，輸入單片機與顯示部分相連，鎖存器、譯碼器、六反相器、數(shù)碼管驅(qū)動器及達林頓管與輸入單片機對應(yīng)腳相連，輸出單片機與撥碼開關(guān)相連，兩個單片機通過并口通訊，報警蜂鳴器與輸入單片機相應(yīng)腳相連。
監(jiān)控程序主要以巡檢方式監(jiān)控無線溫度數(shù)據(jù)。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是使用的智能溫度數(shù)字傳感器和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊可以完全在高壓帶電體上不使用額外連接線纜，避免了高壓帶電體電磁干擾，同時又可以全方位對高壓帶電體進行溫度測量，其無線數(shù)據(jù)傳輸模塊可以將無線數(shù)據(jù)最大散布在300M立體空間內(nèi)，完全避免了紅外線只能測直線的缺點。本發(fā)明將溫度傳感器安設(shè)在各個高壓測溫點，通過無線發(fā)射和接收方式，將被測點溫度進行采集存儲，方便用戶進行實時溫度監(jiān)測及歷史數(shù)據(jù)查詢。這種方法具有低能耗、數(shù)據(jù)準確、安全、抗電磁干擾、抗潮濕、抗腐蝕、體積小、重量輕等優(yōu)點。采用了國外先進的數(shù)字化溫度傳感器，免去了A/D變換。研發(fā)周期短，費用相對廉價，可設(shè)置的報警溫度的測量范圍-55℃-+125℃。


圖1是高壓帶電體在線無線溫度連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖圖2是無線數(shù)字溫度傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖圖3是無線數(shù)字溫度采集器的原理結(jié)構(gòu)圖圖4是無線溫度數(shù)據(jù)控制器的原理結(jié)構(gòu)圖圖5是無線數(shù)字溫度顯示器的原理結(jié)構(gòu)圖圖6是高壓帶電體在線無線溫度連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)上位機管理程序框圖具體實施方式
見圖1，高壓帶電體在線無線溫度連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由無線數(shù)字溫度傳感器、無線數(shù)字溫度采集器、無線溫度數(shù)據(jù)控制器、無線數(shù)字溫度顯示器、上位機及管理軟件組成；在圖1中所有無線數(shù)字傳感器1置于待測發(fā)熱點6上，無線信號通過無線收發(fā)模塊向外發(fā)射。無線數(shù)字溫度采集器2和無線數(shù)據(jù)控制器3將無線數(shù)據(jù)采集編碼整理后利用RS485總線傳送至無線數(shù)字顯示器4，實時動態(tài)顯示。上位機5與顯示器4相連接，利用動畫形式動態(tài)顯示。
見圖2，無線數(shù)字溫度傳感器與現(xiàn)場發(fā)熱點相連接，由單片機U1、存儲器U2、無線數(shù)字收發(fā)模塊U3、溫度傳感器模塊U4、穩(wěn)壓模塊U5構(gòu)成，Philips LPC900單片機讀取溫度傳感器所測溫度數(shù)據(jù)并且存于內(nèi)部ROM中；在MCU空閑時，單片機處于低耗狀態(tài)，電流消耗極少僅為50μA，當單片機處于發(fā)射時電流最大消耗為130-150mA；在進行多點無線通訊時，為了區(qū)分各個不同點采用存儲器EEPROM(U2)，區(qū)分每個存儲器，在單片機U1上電時讀取該存儲器編號及其它設(shè)定常數(shù)；無線數(shù)字收發(fā)模塊U3為多信道、多頻段可調(diào)，所有的數(shù)據(jù)，經(jīng)無線數(shù)字收發(fā)模塊U3送出；其外包裝為防火阻燃設(shè)計。
圖中U1為Philips P89LPC900系列低功耗單片機，U2為EEPROM AT24WC系列，U3為無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，U4為智能溫度數(shù)字傳感器DS系列，U5為LM336穩(wěn)壓模塊，構(gòu)成電壓自測模塊，D1為跳線。
如圖2，下面將各部分詳細敘述如下單片機U1為Philips P89LPC900系列低功耗單片機，其工作在休眠狀態(tài)，電流消耗極少僅為50μA，使用內(nèi)部看門狗自動復(fù)位；P0.0上拉，與溫度數(shù)字傳感器U4相連，讀取溫度傳感器的數(shù)字溫度；上電時由外部存儲器U2配置參數(shù)，其連至SCL、SDA的引腳上拉；其輸入、輸出腳與無線收發(fā)模塊的輸出、輸入腳相連，P0.2與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊U3相連；P0.4與穩(wěn)壓模塊U5相連，連至AD轉(zhuǎn)換口AD0；溫度數(shù)字傳感器U4為DS系列，使用單總線方式進行工作；存儲器U2為AT24WC系列，其100萬次可擦寫，低功耗COMS產(chǎn)品，地址選擇線A0、A1、A2短接到地；無線數(shù)字收發(fā)模塊U3采用AVR單片機ATMEGA8L，體眠電流＜20uA的低功耗產(chǎn)品，該模塊的無線收發(fā)芯片為CC1000，通過軟件可調(diào)的工作頻率范圍為300～1000MHz，通過頻率選擇跳線D1是與地短接，還是連到VCC，確定頻率范圍。
見圖3，無線數(shù)字溫度采集器由單片機連接無線數(shù)字收發(fā)模塊構(gòu)成，在單片機上設(shè)有可選32組不同頻率的信道；采用同頻率的無線數(shù)字溫度傳感器的無線數(shù)字傳輸模塊與無線數(shù)字溫度傳感器中的無線數(shù)字傳輸模塊相匹配；總線輸出有RS485、RS232、UART等接口任意可選；圖中U6為無線數(shù)據(jù)采集模塊，U7為MAX485芯片，L1為三色燈，JP1、JP2為跳線，D2為接口端子板。
如圖3U6為無線數(shù)據(jù)采集模塊，由單片機連接無線數(shù)字收發(fā)模塊構(gòu)成，其P6、P7具有RS485總線輸出功能，直接輸出，其P3，P4具有UART輸出功能，與MAX485芯片U7的A、B腳相連，MAX485芯片U7接成輸出模式；圖2、圖3中的無線數(shù)字收發(fā)模塊具有如下特點●高抗干擾能力和低誤碼率；使用FSK的調(diào)制方式采用高效前向糾錯信道編碼技術(shù)提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機干擾的能力，在信道誤碼率為10-2時，可得天獨厚實際誤碼率為10-5～10-6。
●兩級窄帶頻率/濾波器，兩級寬帶濾波器，振諧波干擾能力極強。
●多信道；以8的整數(shù)倍進行組合，單系統(tǒng)可高1024個監(jiān)測點，可以滿足用戶多種通信組合方式。
●多種接口，可適應(yīng)不同干擾環(huán)境和不同信號傳輸方式●大的數(shù)據(jù)傳輸和大的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；接口波特率1200/4800/9600/19200/38400bps，其中任意設(shè)定，數(shù)據(jù)格式可根據(jù)測試環(huán)境設(shè)的為8n1，8e1，同時，可以傳輸無限長的數(shù)據(jù)幀。
見圖4，無線數(shù)字溫度控制器是以單片機為控制核心進行數(shù)據(jù)整理編碼、判別分類、存儲組合、定時傳輸、應(yīng)答通訊。通過相同通訊口可以分別與無線溫度數(shù)字顯示器和上位管理PC機進行數(shù)據(jù)交流，完成顯示、報警、信息上傳、網(wǎng)絡(luò)通訊、資源共享。
U8、U9為MAX813L看門狗電路，U10、U11為AT89C51單片機，U12、U13為轉(zhuǎn)換芯片MAX485，SW1為撥碼開關(guān)，J1～J6為信號燈。
圖4中，由采集器采集來的信號，通過轉(zhuǎn)換芯片U12進入單片機U11，處理并存儲，單片機U10與單片機U11握手通訊，圖中S1撥碼開關(guān)區(qū)別不同設(shè)定的無線數(shù)字溫度信號，將采集并存儲的無線數(shù)字溫度信號通過轉(zhuǎn)換芯片U13上傳。
CPU部分單片機U10、U11為AT89C51，兩片單片機P1口相連成并口通訊，單片機U11負責接收、單片機U11通過TXD、RXD與轉(zhuǎn)換芯片U12的A、B腳相連，單片機U11的P0口連接撥碼開關(guān)S1，通過撥碼開關(guān)S1確定P0.0～P0.3是連接到VCC還是連接到地，確定所要采集的無線數(shù)字傳感器組別號，單片機U10負責上傳數(shù)字、單片機U10通過TXD、RXD與轉(zhuǎn)換芯片U13的A、B腳相連；看門狗部分外部使用硬件看門狗MAX813L，復(fù)位脈沖與單片機RESET腳連接，喂狗脈沖與單片機U10、U11的P3.5腳相連。
見圖5，無線數(shù)字溫度顯示器是以單片機為控制核心進行數(shù)據(jù)采集，由單片機部分、看門狗電路部分、數(shù)碼管顯示驅(qū)動部分及報警部分組成。單片機負責接收、顯示無線溫度數(shù)據(jù)及超限報警，與上位機握手通訊，驅(qū)動數(shù)碼管顯示溫度，當溫度超過限定時，指示燈亮并有報警及繼電器輸出。
U14、U15為輸入、及輸出單片機，選用AT89C51通用51型單片機，M1、M4為MAX485低功耗485數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，M2、M3為MAX813L看門狗電路，U16為鎖存器74HC373N，U17為74LS273N，U18為驅(qū)動器達林頓管ULN2003，U19為譯碼器74LS138，U20為六反相器CD4069，Q1、Q2、Q3、Q4為數(shù)碼管驅(qū)動器CD4543，S1、S2為共陰極數(shù)碼管LG5022AH，Relay為繼電器DS2Y-S-DC5V，Alert為HXD蜂鳴器，SW2為SWDIP-5撥碼開關(guān)，L1～L9為報警指示燈，LU1，LU2為看門狗指示燈。
圖5中CPU部分U14、U15為AT89C51，兩片單片機P1口相連成并口通訊，單片機U15負責接收、顯示無線溫度數(shù)據(jù)及超限報警，單片機U14通過TXD、RXD與上位機握手通訊，單片機U14的P0口連接撥碼開關(guān)SW2，通過SW2確定P0.0～P0.3是連接到VCC還是連接到地，確定所要采集的無線數(shù)字傳感器組別號；單片機U15的P0口驅(qū)動數(shù)碼顯示，驅(qū)動鎖存器，驅(qū)動譯碼器；當溫度超過限定時，單片機U15的P0口驅(qū)動74LS273、ULN2003及P3.4腳，指示燈亮并有報警及繼電器輸出。
看門狗部分外部使用硬件看門狗MAX813L，復(fù)位脈沖與單片機RESET腳連接，喂狗脈沖與P3 5腳相連，在單片機正常情況，LU1，LU2定時閃爍；數(shù)碼管顯示驅(qū)動部分單片機U15的P0.0～P0.3口為顯示驅(qū)動腳，采用CD4069反相輸入端經(jīng)過譯碼器74LS138 U19輸出腳E0、E1、E2、E3分別與Q1、Q2、Q3、Q4CD4543驅(qū)動腳Pin1相連，實現(xiàn)列選擇，使用鎖存器74LS373 U17和74LS273鎖存器U16將單片機U15的P0.0～P0.3信號送至Q1、Q2、Q3、Q4 CD4543輸入腳P1、P2、P6、P7腳，輸出腳a、b、c、d、e、f、g與七段數(shù)碼管的a、b、c、e、d、f、g相連，數(shù)碼管的共陰極通過電阻接地；報警部分單片機U15的P0口送出報警燈信號，共有九個報警燈和一個蜂鳴器組成，采用驅(qū)動芯片ULN2003，譯碼器U19為74LS138，使用芯片74LS373和74LS273鎖存，八個報警燈與ULN2003的八個輸出端相連，第九個報警燈為U15的P3.4腳，該腳外接蜂鳴器聲音報警，繼電器輸出。
見圖6，高壓帶電體在線無線溫度連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)采用上位機管理軟件，使PC機與單片機通訊進行數(shù)據(jù)采集和處理。其采用VB/SQLSERVER/FLASH技術(shù)，程序執(zhí)行過程動畫顯示，實時存盤，當有溫度數(shù)據(jù)超限時報警提示。
如圖6所示，監(jiān)控程序主要以巡檢方式監(jiān)控無線溫度數(shù)據(jù)程序上電初始化，對設(shè)置數(shù)據(jù)進行校驗和加載，如有錯誤或無法通過校驗，給出錯誤提示，并退出程序；初裝數(shù)據(jù)全部正常后執(zhí)行巡檢模式●處理數(shù)據(jù)，讀取串口數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)化，準備顯示的溫度數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)；●顯示數(shù)據(jù)，顯示數(shù)據(jù)為動畫窗口，F(xiàn)LASH編程，顯示溫度及報警內(nèi)容；●數(shù)據(jù)存盤，將無線數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫SQLSERVER；本產(chǎn)品選用的集成電路芯片，為通用芯片，但在程序加了許多抗干擾技術(shù)、軟件陷阱技術(shù)，防止程序跑飛。對于無線傳輸模塊是必須的，無線數(shù)字溫度傳感器的工作方式必須為低功耗方式，其它元器件的參數(shù)和選擇滿足使用功能即可，無特需求。
權(quán)利要求1.高壓帶電體在線無線溫度連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由無線數(shù)字溫度傳感器、無線數(shù)字溫度采集器、無線數(shù)字溫度控制器、無線數(shù)字顯示器、上位機及管理軟件組成；無線數(shù)字溫度傳感器與現(xiàn)場發(fā)熱點相連接，以單片機為控制核心，由溫度傳感器頭、單片機、EEPROM存儲器、無線數(shù)字收發(fā)模塊構(gòu)成；單片機的相應(yīng)腳上拉，分別與溫度傳感器頭與存儲器相連接，單片機的輸入、輸出腳分別與無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的輸出、輸入腳相連接，其頻率控制端與跳線相連，穩(wěn)壓模塊連接在單片機的相應(yīng)腳上；無線數(shù)字溫度采集器以單片機為控制核心，由單片機連接無線數(shù)字收發(fā)模塊構(gòu)成，在單片機上設(shè)有可選32組不同頻率的信道；無線數(shù)字收發(fā)模塊與無線數(shù)字溫度傳感器中的無線數(shù)字收發(fā)模塊頻率相匹配；無線數(shù)字溫度控制器以單片機為控制核心，由兩個單片機、撥碼開關(guān)及看門狗電路組成，兩個單片機通過并口通訊，接收單片機連接撥碼開關(guān)，每個單片機設(shè)有看門狗電路；無線數(shù)字溫度顯示器是以單片機為控制核心，由兩個單片機、撥碼開關(guān)、鎖存器、譯碼器、六反相器、數(shù)碼管驅(qū)動芯片、共陰極數(shù)碼顯示管組成，每個單片機設(shè)有看門狗電路，輸入單片機與顯示部分相連，鎖存器、譯碼器、六反相器、數(shù)碼管驅(qū)動器及達林頓管與輸入單片機對應(yīng)腳相連，輸出單片機與撥碼開關(guān)相連，兩個單片機通過并口通訊，報警蜂鳴器與輸入單片機相應(yīng)腳相連；監(jiān)控程序以巡檢方式監(jiān)控無線溫度數(shù)據(jù)。
專利摘要本實用新型涉及采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，單片機技術(shù)進行溫度測量的高壓帶電體在線無線溫度連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)由無線數(shù)字溫度傳感器、無線數(shù)字溫度采集器、無線數(shù)字溫度控制器、無線數(shù)字顯示器、上位機及管理軟件組成；所有無線數(shù)字傳感器置于待測發(fā)熱點上，無線信號通過無線收發(fā)模塊向外發(fā)射，無線數(shù)字溫度采集器和無線數(shù)據(jù)控制器將無線數(shù)據(jù)采集編碼整理后利用RS485總線傳送至無線數(shù)字顯示器，實時動態(tài)顯示。上位機與顯示器相連接，利用動畫形式動態(tài)顯示。具有低能耗、數(shù)據(jù)準確、安全、抗電磁干擾、抗潮濕、抗腐蝕、體積小、重量輕等優(yōu)點。
文檔編號G01K1/00GK2849860SQ20052009399
公開日2006年12月20日 申請日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月2日
發(fā)明者張景山 申請人:鞍山銀宇電子科技有限公司