專利名稱：高壓帶電體在線無線溫度連續監測系統的制作方法
技術領域：
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字傳感器，采用無線數據傳輸技術，單片機技術進行溫度測量的高壓帶電體在線無線溫度連續監測系統。
背景技術：
目前，電力行業、供電及用電企業自動化建設和改造不斷發展完善，為了提高勞動生產率，增加經濟效益，對高溫的監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、或設備損壞和質量事故。例如高壓電氣設備，由于故障測試手段有限，特別在開關箱和封閉母線內溫度超限點更不易發現。隨著時間的推移溫度超限處將因發熱而加速氧化，進而造成燒毀母線或接點的重大事故。
火災報警涉及到國民經濟和社會生活的許多方面，對火災的及時報警是避免或減少生命和財產損失的重要手段。
現在國內乃至國際領域內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上無法避免的缺陷激光方式，使用光導纖維，高壓帶電體內還要使用電纜連接線，其極易受到灰塵、高壓設備長期震動的影響，但是，在高壓設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，障礙物及周邊環境的影響極大。
發明內容
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監測系統，該系統采用無線數字溫度傳感器，其無線數字溫度信號由無線收發模塊在不同的頻段送出，再由無線數據采集器采集，其優點是不接線，無線數字信號強，發射距離遠，抗干擾強。
高壓帶電體在線無線溫度連續監測系統，其特征在于該系統由無線數字溫度傳感器、無線數字溫度采集器、無線數字溫度控制器、無線數字顯示器、上位機及管理軟件組成。
無線數字溫度傳感器與現場發熱點相連接，以單片機為控制核心，由溫度傳感器頭、單片機、EEPROM存儲器、無線數字收發模塊構成；單片機的相應腳上拉，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據收發模塊的輸出、輸入腳相連接，其頻率控制端與跳線相連，穩壓模塊連接在單片機的相應腳上。
無線數字溫度采集器以單片機為控制核心，由單片機連接無線數字收發模塊構成，在單片機上設有可選32組不同頻率的信道；無線數字收發模塊與無線數字溫度傳感器中的無線數字收發模塊頻率相匹配。
無線數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，每個單片機設有看門狗電路。
無線數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、鎖存器、譯碼器、六反相器、數碼管驅動芯片、共陰極數碼顯示管組成，每個單片機設有看門狗電路，輸入單片機與顯示部分相連，鎖存器、譯碼器、六反相器、數碼管驅動器及達林頓管與輸入單片機對應腳相連，輸出單片機與撥碼開關相連，兩個單片機通過并口通訊，報警蜂鳴器與輸入單片機相應腳相連。
監控程序主要以巡檢方式監控無線溫度數據。
本實用新型與現有技術相比的有益效果是使用的智能溫度數字傳感器和無線數據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，其無線數據傳輸模塊可以將無線數據最大散布在300M立體空間內，完全避免了紅外線只能測直線的缺點。本發明將溫度傳感器安設在各個高壓測溫點，通過無線發射和接收方式，將被測點溫度進行采集存儲，方便用戶進行實時溫度監測及歷史數據查詢。這種方法具有低能耗、數據準確、安全、抗電磁干擾、抗潮濕、抗腐蝕、體積小、重量輕等優點。采用了國外先進的數字化溫度傳感器，免去了A/D變換。研發周期短，費用相對廉價，可設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監測系統結構示意圖圖2是無線數字溫度傳感器的原理結構圖圖3是無線數字溫度采集器的原理結構圖圖4是無線溫度數據控制器的原理結構圖圖5是無線數字溫度顯示器的原理結構圖圖6是高壓帶電體在線無線溫度連續監測系統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監測系統，該系統由無線數字溫度傳感器、無線數字溫度采集器、無線溫度數據控制器、無線數字溫度顯示器、上位機及管理軟件組成；在圖1中所有無線數字傳感器1置于待測發熱點6上，無線信號通過無線收發模塊向外發射。無線數字溫度采集器2和無線數據控制器3將無線數據采集編碼整理后利用RS485總線傳送至無線數字顯示器4，實時動態顯示。上位機5與顯示器4相連接，利用動畫形式動態顯示。
見圖2，無線數字溫度傳感器與現場發熱點相連接，由單片機U1、存儲器U2、無線數字收發模塊U3、溫度傳感器模塊U4、穩壓模塊U5構成，Philips LPC900單片機讀取溫度傳感器所測溫度數據并且存于內部ROM中；在MCU空閑時，單片機處于低耗狀態，電流消耗極少僅為50μA，當單片機處于發射時電流最大消耗為130-150mA；在進行多點無線通訊時，為了區分各個不同點采用存儲器EEPROM(U2)，區分每個存儲器，在單片機U1上電時讀取該存儲器編號及其它設定常數；無線數字收發模塊U3為多信道、多頻段可調，所有的數據，經無線數字收發模塊U3送出；其外包裝為防火阻燃設計。
圖中U1為Philips P89LPC900系列低功耗單片機，U2為EEPROM AT24WC系列，U3為無線數據傳輸模塊，U4為智能溫度數字傳感器DS系列，U5為LM336穩壓模塊，構成電壓自測模塊，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，電流消耗極少僅為50μA，使用內部看門狗自動復位；P0.0上拉，與溫度數字傳感器U4相連，讀取溫度傳感器的數字溫度；上電時由外部存儲器U2配置參數，其連至SCL、SDA的引腳上拉；其輸入、輸出腳與無線收發模塊的輸出、輸入腳相連，P0.2與無線數據傳輸模塊U3相連；P0.4與穩壓模塊U5相連，連至AD轉換口AD0；溫度數字傳感器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產品，地址選擇線A0、A1、A2短接到地；無線數字收發模塊U3采用AVR單片機ATMEGA8L，體眠電流＜20uA的低功耗產品，該模塊的無線收發芯片為CC1000，通過軟件可調的工作頻率范圍為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，無線數字溫度采集器由單片機連接無線數字收發模塊構成，在單片機上設有可選32組不同頻率的信道；采用同頻率的無線數字溫度傳感器的無線數字傳輸模塊與無線數字溫度傳感器中的無線數字傳輸模塊相匹配；總線輸出有RS485、RS232、UART等接口任意可選；圖中U6為無線數據采集模塊，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為無線數據采集模塊，由單片機連接無線數字收發模塊構成，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中的無線數字收發模塊具有如下特點●高抗干擾能力和低誤碼率；使用FSK的調制方式采用高效前向糾錯信道編碼技術提高了數據抗突發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的整數倍進行組合，單系統可高1024個監測點，可以滿足用戶多種通信組合方式。
●多種接口，可適應不同干擾環境和不同信號傳輸方式●大的數據傳輸和大的數據緩沖區；接口波特率1200/4800/9600/19200/38400bps，其中任意設定，數據格式可根據測試環境設的為8n1，8e1，同時，可以傳輸無限長的數據幀。
見圖4，無線數字溫度控制器是以單片機為控制核心進行數據整理編碼、判別分類、存儲組合、定時傳輸、應答通訊。通過相同通訊口可以分別與無線溫度數字顯示器和上位管理PC機進行數據交流，完成顯示、報警、信息上傳、網絡通訊、資源共享。
U8、U9為MAX813L看門狗電路，U10、U11為AT89C51單片機，U12、U13為轉換芯片MAX485，SW1為撥碼開關，J1～J6為信號燈。
圖4中，由采集器采集來的信號，通過轉換芯片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撥碼開關區別不同設定的無線數字溫度信號，將采集并存儲的無線數字溫度信號通過轉換芯片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與轉換芯片U12的A、B腳相連，單片機U11的P0口連接撥碼開關S1，通過撥碼開關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字傳感器組別號，單片機U10負責上傳數字、單片機U10通過TXD、RXD與轉換芯片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，無線數字溫度顯示器是以單片機為控制核心進行數據采集，由單片機部分、看門狗電路部分、數碼管顯示驅動部分及報警部分組成。單片機負責接收、顯示無線溫度數據及超限報警，與上位機握手通訊，驅動數碼管顯示溫度，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數據轉換器，M2、M3為MAX813L看門狗電路，U16為鎖存器74HC373N，U17為74LS273N，U18為驅動器達林頓管ULN2003，U19為譯碼器74LS138，U20為六反相器CD4069，Q1、Q2、Q3、Q4為數碼管驅動器CD4543，S1、S2為共陰極數碼管LG5022AH，Relay為繼電器DS2Y-S-DC5V，Alert為HXD蜂鳴器，SW2為SWDIP-5撥碼開關，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、顯示無線溫度數據及超限報警，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字傳感器組別號；單片機U15的P0口驅動數碼顯示，驅動鎖存器，驅動譯碼器；當溫度超過限定時，單片機U15的P0口驅動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；數碼管顯示驅動部分單片機U15的P0.0～P0.3口為顯示驅動腳，采用CD4069反相輸入端經過譯碼器74LS138 U19輸出腳E0、E1、E2、E3分別與Q1、Q2、Q3、Q4CD4543驅動腳Pin1相連，實現列選擇，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與七段數碼管的a、b、c、e、d、f、g相連，數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監測系統采用上位機管理軟件，使PC機與單片機通訊進行數據采集和處理。其采用VB/SQLSERVER/FLASH技術，程序執行過程動畫顯示，實時存盤，當有溫度數據超限時報警提示。
如圖6所示，監控程序主要以巡檢方式監控無線溫度數據程序上電初始化，對設置數據進行校驗和加載，如有錯誤或無法通過校驗，給出錯誤提示，并退出程序；初裝數據全部正常后執行巡檢模式●處理數據，讀取串口數據，數據模型轉化，準備顯示的溫度數據和報警數據；●顯示數據，顯示數據為動畫窗口，FLASH編程，顯示溫度及報警內容；●數據存盤，將無線數據存入數據庫SQLSERVER；本產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、軟件陷阱技術，防止程序跑飛。對于無線傳輸模塊是必須的，無線數字溫度傳感器的工作方式必須為低功耗方式，其它元器件的參數和選擇滿足使用功能即可，無特需求。
權利要求1.高壓帶電體在線無線溫度連續監測系統，其特征在于該系統由無線數字溫度傳感器、無線數字溫度采集器、無線數字溫度控制器、無線數字顯示器、上位機及管理軟件組成；無線數字溫度傳感器與現場發熱點相連接，以單片機為控制核心，由溫度傳感器頭、單片機、EEPROM存儲器、無線數字收發模塊構成；單片機的相應腳上拉，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據收發模塊的輸出、輸入腳相連接，其頻率控制端與跳線相連，穩壓模塊連接在單片機的相應腳上；無線數字溫度采集器以單片機為控制核心，由單片機連接無線數字收發模塊構成，在單片機上設有可選32組不同頻率的信道；無線數字收發模塊與無線數字溫度傳感器中的無線數字收發模塊頻率相匹配；無線數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，每個單片機設有看門狗電路；無線數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、鎖存器、譯碼器、六反相器、數碼管驅動芯片、共陰極數碼顯示管組成，每個單片機設有看門狗電路，輸入單片機與顯示部分相連，鎖存器、譯碼器、六反相器、數碼管驅動器及達林頓管與輸入單片機對應腳相連，輸出單片機與撥碼開關相連，兩個單片機通過并口通訊，報警蜂鳴器與輸入單片機相應腳相連；監控程序以巡檢方式監控無線溫度數據。
專利摘要本實用新型涉及采用無線數據傳輸技術，單片機技術進行溫度測量的高壓帶電體在線無線溫度連續監測系統。該系統由無線數字溫度傳感器、無線數字溫度采集器、無線數字溫度控制器、無線數字顯示器、上位機及管理軟件組成；所有無線數字傳感器置于待測發熱點上，無線信號通過無線收發模塊向外發射，無線數字溫度采集器和無線數據控制器將無線數據采集編碼整理后利用RS485總線傳送至無線數字顯示器，實時動態顯示。上位機與顯示器相連接，利用動畫形式動態顯示。具有低能耗、數據準確、安全、抗電磁干擾、抗潮濕、抗腐蝕、體積小、重量輕等優點。
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 優先權日2005年12月2日
發明者張景山 申請人:鞍山銀宇電子科技有限公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
