CN101226679A - 热故障预警系统装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热故障预警系统装置，其特征在于：在热故障预警系统装置中设置了系统数字温度采集器和系统数据接收机两部分，采用2.4GHz数传模块进行无线数据通讯；单片微型计算机IC1采用内部晶振、定时器和内部地址、频率设置，以单片微型计算机IC1为核心，实现温度信息采集和无线发射，共同嵌装在一个耐高温并且阻燃的防爆盒内。系统数据接收机设有预警电路、自动复位电路，由单片微型计算机IC1控制CPU复位器IC3完成。本发明实时监测各被测点温度，在达到一定温度时，声光报警，提醒值班人员，避免事故发生，在高压设备带电情况下，实现实时在线温度监测、升温预警并能与计算机联网的一种数字化、智能化设备。
Description
技术领域
本发明属于一种高压输配电设备热故障预警无线在线温度监测系统，可在高压设备带电情况下实现无接触，实时在线温度检测系统，特别涉及一种具有温度在线实时监测、温升在线实时监测、湿度在线实时监测、声音报警、灯光报警、高温报警、高温自动断电、监测最大负荷、监测功率因数、传送电流、传送电压、传送电量功能的热故障预警系统装置。
背景技术
随着当今科学技术的飞跃发展，在高压输配电行业的设备也日异更新，各类型号的开关柜以它的容量大、体积小、封闭严密、动作灵敏而替代了老一代设备，但随之而来的触点发红发热问题也就难以发现和测量，造成了输配电行业多起重大事故的发生。目前，普通的光纤在线测量、远红外在线测温、远红外成像测试仪等测试方法对国际国内近年生产的中置高压开关柜的触头及接点、电缆头、都属于无监测的范畴，对高压开关柜都不同程度地存在安全隐患。
发明内容
本发明克服了上述存在的缺陷，目的是提供一种温度测量无接触、信息传输无导线、又能于internet网相联，也可是后台机、局域网或公网相联的安全、可靠的自动化信息管理平台的热故障预警系统装置。
本发明热故障预警系统装置内容简述：
本发明热故障预警系统装置，其特征在于：在热故障预警系统装置中设置了系统数字温度采集器和系统数据接收机两部分，在系统数字温度采集器和系统数据接收机之间采用2.4GHZ数传模块进行无线数据通讯；
系统数字温度采集器由：单片微型计算机IC1、数字温度控测器IC2、数传发射模块IC3、程序下载端口CXK、电阻R1、电容C1、C2组成，其中：单片微型计算机IC1与数字温度探测器IC2相连，单片微型计算机IC1与数传发射模块IC3相连，单片微型计算机IC1与程序下载器端口CXK相连，单片微型计算机IC1与电阻R1相连，单片微型计算机IC1与电容C1、C2相连。
单片微型计算机IC1的P1.0口与温度探测器IC2的第二脚相接，IC1的P1.7口与数传发射模块IC3的PWR脚连接，IC1的P1.1口与数传发射模块IC3的CS脚连接，C1的P1.2口与数传发射模块IC3的CE脚连接，IC1的P1.4口与数传发射模块IC3的CLK1脚连接，IC1的P1.5口与数传发射模块IC3的DATA脚连接，IC1的P1.6口与数传发射模块IC3的DR1脚连接，IC1的TEST与程序下载口CXK的第二脚连接，IC1的RST与电阻R1、程序下载口CXK的第三脚连接，IC1的Vcc与电容C1、C2相连，Vcc、Vdd与Vss、GND分别为供电电源的正负极。
单片微型计算机IC1采用内部晶振、定时器和内部地址、频率设置，以单片微型计算机IC1为核心，实现温度信息采集和无线发射，共同嵌装在一个耐高温并且阻燃的防爆盒内。
系统数据接收机由：单片微型计算机IC1、差动总线转换器IC2、CPU复位器IC3、整流器IC4、DC-DC电压转换器IC5、电阻排IC6、数传接收模块IC7、液晶显示屏IC8、温度传感器IC9、音乐芯片IC10、DC-DC电压转换器IC11和三极管Q1、Q2、Q3、Q4组成，其中：单片微型计算机IC1与差动总线转换器IC2相连；单片微型计算机IC1与复位器IC3相连；单片微型计算机IC1与电阻排IC6相连；单片微型计算机IC1与数传接收模块IC7相连；单片微型计算机IC1与液晶显示屏IC8相连；单片微型计算机IC1与温度传感器IC9相连；单片微型计算机IC1分别与三极管Q1、Q2、Q3、Q4相连；DC-DC电压转换器IC5与单片微型计算机IC1相连，构成以单片微型计算机IC1为核心，实现接收采集器信息、单片微型计算机与后台计算机数据信息通讯、单片微型计算机自动复位、室温采集、超温预警、温升预警和数据实际显示等各种功能。
系统数字温度采集器的外壳分上壳、下壳两部分，两壳之间有上凹、下凸止口自然固定，中间用自攻螺丝紧固，在下壳上设置元件仓、电池仓和传感器仓三部分。
本发明热故障预警系统装置是一种高压输配电设备热故障预警无线在线温度监测系统，实时监测难以观测的各被测点温度，在达到一定温度时，声光报警，提醒值班人员，避免事故发生，在高压设备带电情况下，实现实时在线温度监测、升温预警并能与计算机联网的一种数字化、智能化设备。可广泛应用于钢铁、矿山、石化、铁路及电力行业的发电厂、供电局、电业局、变电所等各类高压开关柜触头及接点、变压器一、二次套管、箱式变电站、高压母线接头、封闭母线、穿墙套管、高压电缆接头、户外羊角开关、刀闸开关等运行时易发热而不易检测的部位进行温度实时监测，且特别适用于无人执守的变电站实现远距离监测和数据化管理。
附图说明
图1是系统数字温度采集器电路图
图2是系统数据接收机电路图
图3是系统数字温度采集器壳体结构示意图
具体实施方式
本发明热故障预警系统装置是这样实现的，在热故障预警系统装置中设置了系统数据接收机和系统无线数字温度采集器两部分，在它们之间采用2.4GHZ数传模块进行无线数据通讯。在每个变电站都有数个高压开关柜，每个开关柜又有多个监测点。本产品是以每个开关柜做为基础单位，设为系统(即一个独立的数据接收机)，每个开关柜内的若干个监测点都设为系统(即采集器)，系统与被测点之间通过无线温度传感器将被测点的温度变化采集到系统中来(无接触)，系统与系统之间是通过无线数据模块将信息传到高压柜外面的系统内，系统可通过液晶显示屏进入实时显示，超温报警，系统再通过协议接口将信息传送给后台计算机，后台计算机也可实现温度实时显示，历史数据纪录和预警功能；从而实现了无接触在线实时监测的目的。
系统与系统之间的通讯是非常严格的，系统与后台计算机之间都设有唯一的地址，系统与系统之间也都设有唯一的地址，无线通讯采用了跳频方式，系统与系统之间还通过各自的CPU保持时序一致，并与其他系统时序错开，所以每个系统无线通讯通过上述三种方法保证了数据的正确性，并排出了相互之间干扰的问题。
下面结合附图做具体说明，见图1，系统数字温度采集器由：单片微型计算机IC1、数字温度控测器IC2、数传发射模块IC3、程序下载端口CXK、电阻R1、电容C1、C2组成，其中：单片微型计算机IC1与数字温度探测器IC2相连，单片微型计算机IC1与数传发射模块IC3相连，单片微型计算机IC1与程序下载器端口CXK相连，单片微型计算机IC1与电阻R1相连，单片微型计算机IC1与电容C1、C2相连，单片微型计算机IC1使用内部晶振、定时器和内部地址、频率设置，产生以单片微型计算机IC1为核心，实现温度信息采集和无线发射功能，它们共同嵌装在一个耐高温并且阻燃的防爆盒内。
单片微型计算机IC1的P1.0口与温度探测器IC2的第二脚相接，完成被测物体温度信息传递至单片微型计算机。
单片微型计算机IC1的P1.7口与数传发射模块IC3的PWR脚连接，完成单片机对数传发射模块从休眠状态到工作状态进行激活。
单片微型计算机IC1的P1.1口与数传发射模块IC3的CS脚连接，完成单片机对数传发射模块的片选配置。
单片微型计算机IC1的P1.2口与数传发射模块IC3的CE脚连接，完成单片机对数传模块的发射状态配置。
单片微型计算机IC1的P1.4口与数传发射模块IC3的CLK1脚连接，完成单片机对数传发射模块的时钟信号配置。
单片微型计算机IC1的P1.5口与数传发射模块IC3的DATA脚连接，完成单片机对数传模块的信息传递功能。
单片微型计算机IC1的P1.6口与数传发射模块IC3的DR1脚连接，完成单片机对数传模块的发射功能控制。
单片微型计算机IC1的TEST与程序下载口CXK的第二脚连接，完成计算机向单片微型计算机IC1程序下载功能。
单片微型计算机IC1的RST与电阻R1、程序下载口CXK的第三脚连接，完成计算机上电自动复位功能。
单片微型计算机IC1的Vcc与电容C1、C2相连，完成对电源低频、高频滤波功能。
Vcc(Vdd)、Vss(GND)分别为供电电源的正负极。
数字温度探测器IC2是将被测物体温度转换为数字电信号的元件，被测物体温度升高，转换的数字电信号增强，转换的数字电信号与被测物体温度变化成线性变化。
首先由温度探测点IC2将被测物体温度采集进来，并转换成数字电信号由IC2的第二脚将信息送到单片微型计算机IC1的P1.0口读进，由内部程序进行分析处理。平时单片微型计算机IC1处于休眠状态，由微型计算机IC1程序控制内部定时器进行唤醒，当定时时间一到，微型计算机IC1由休眠状态转换到唤醒状态，这时微型计算机IC1通过内部程序向数传模块IC3进行配置，将数传发射模块IC3配置成发射状态：首先，由IC1的P1.7口输出高电平至IC3的PWR口将数传发射模块芯片激活，IC1的P1.1口输出低电平至IC3的CS口给数传发射模块一个片选信号，IC1的P1.2口输出高电平至IC3的CE口将数传发射模块配置成发射状态。这时通过内部程序控制IC1的P1.4至IC3的CLK1、IC1的P1.5至IC3的DATA、IC1的P1.6至IC3的DR1将微型计算机IC1中的数据信息送到数传发射模块IC3的CPU中去，再通过IC1的P1.2口改变数传发射模块IC3的CE口电平，由高电平变为低电平，数传模块IC3将CPU中的数据发射出去，通过内部程序控制使微型计算机IC1和数传发射模块IC3恢复上述起始状态，完成了一次数据发射全过程。
微型计算机IC1与电阻R1相连，完成上电复位功能。
微型计算机IC1与电容C1、C2相连，完成电源低频、高频滤波功能。
微型计算机IC1与程序下载端口CXK相连，完成编程器给微型计算机IC1，下载程序功能。
见图2，系统数据接收机由：单片微型计算机IC1、差动总线转换器IC2、CPU复位器IC3、整流器IC4、DC-DC电压转换器IC5、电阻排IC6、数传接收模块IC7、液晶显示屏IC8、温度传感器IC9、音乐芯片IC10、DC-DC电压转换器IC11和三极管Q1、Q2、Q3、Q4组成。其中：单片微型计算机IC1与差动总线转换器IC2相连；单片微型计算机IC1与复位器IC3相连；单片微型计算机IC1与电阻排IC6相连；单片微型计算机IC1与数传接收模块IC7相连；单片微型计算机IC1与液晶显示屏IC8相连；单片微型计算机IC1与温度传感器IC9相连；单片微型计算机IC1分别与三极管Q1、Q2、Q3、Q4相连；DC-DC电压转换器IC5与单片微型计算机IC1相连。产生以单片微型计算机IC1为核心，实现接收采集器信息、单片微型计算机与后台计算机数据信息通讯、单片微型计算机自动复位、室温采集、超温预警、温升预警和数据实际显示等各种功能。
数据接收模块IC7处于被动式工作状态，受单片微型计算机IC1控制，上电后自动配置成接收状态，当接收到系统温度采集器发来信息时，由接收模块IC7的DATA端输出送至单片微型计算机IC1的P0.6端口读进，经内部程序分析处理后的数据，一路由单片微型计算机IC1的P2口输出至液晶显示屏IC8进行数据实时显示。
单片微型计算机IC1的P1.1～P1.7口分别为液晶显示屏的命令线，每帧显示三个被测点温度，每隔5秒钟翻屏一次，连续动作，数据每隔5分钟刷新一次；三级管Q3为显示屏电源屏保护开关，由单片微型计算机IC1的P3.5口对其基极进行控制。另一路由单片微型计算机IC1的P3.0、P3.1、P3.2口输出分别至差动总线转换器IC2的第1脚、第4脚、第2、3脚，将数据由RS-232总线形式转换成RS-485总线形式，再由差动总线转换器IC2的第6、7脚输出送至总线上与上位机进行数据通讯。
接收机设有预警电路，如有测温点温度超限、温升超限时，单片微型计算机IC1的P3.7口输出低电平至三极管Q1的基极，使Q1导通，继电器J1吸合，启动值班室报警声源发出声预警，同时单片微型计算机IC1的P3.6口也输出低电平至三极管Q2的基极，使Q2导通，使音乐芯片IC10得电，启动现场数据接收机内部的报警声源发出预警，同时也通过RS-485总线将数据传至上位机，在上位机界面上也显示出超温点的确切位置。
接收机设有自动复位电路，由单片微型计算机IC1控制CPU复位器IC3完成。
接收机的频点、地址由单片微型计算机IC1内部程序设置，设置本接收机唯一地址与上位机通讯。
本发明热故障预警系统装置，设置了包括：系统数字温度采集器、系统数据接收机和上位计算机三部分，见图3，系统数字温度采集器的壳体设计人性化，为椭圆柱形，体积小，仅为57.5×Φ17mm，造型新颖，安装方便，温度采集实际，壳体做到充分防温度辐射，并且适用范围广，可适用圆柱体、平面体安装；并可适用于直径为Φ30～Φ80mm的圆柱体，材质选用耐高温250℃的聚苯硫醚材料。外壳分上壳1、下壳2两部分，两壳之间有上凹、下凸止口自然固定，中间用一个Φ3×10mm自攻螺丝3紧固，下壳2分为元件仓4、电池仓5、传感器仓6三部分。
系统数字温度采集器壳体形状充分防温度辐射，适用范围广范，平面体、圆柱体，圆柱体不分直径大小均可安装。
系统控制器的设计，温度采集采用了先进的18B20数字感温元件，CPU采用国际先进的MSP430F2013芯片作为控制核心，元件少、体积小、功能强大，低成本，低功耗。
数传模块的设计，采用挪威nRF2401型芯片，工作在2.4G自由频段，它采用SOC方法设计，只需少量外围元件便可组成射频发射电路，是国际体积最小、功耗最少、功能最好数传模块，相当于业界数传模块PCB板缩小了近70％。
Claims (6)
1.一种热故障预警系统装置，其特征在于：在热故障预警系统装置中设置了系统数字温度采集器和系统数据接收机两部分，在系统数字温度采集器和系统数据接收机之间采用2.4GHZ数传模块进行无线数据通讯。
2.根据权利要求1所述的热故障预警系统装置，其特征在于：所述的系统数字温度采集器由：单片微型计算机IC1、数字温度探测器IC2、数传发射模块IC3、程序下载端口CXK、电阻R1、电容C1、C2组成，其中：单片微型计算机IC1与数字温度探测器IC2相连，单片微型计算机IC1与数传发射模块IC3相连，单片微型计算机IC1与程序下载器端口CXK相连，单片微型计算机IC1与电阻R1相连，单片微型计算机IC1与电容C1、C2相连。
3.根据权利要求2所述的热故障预警系统装置，其特征在于：所述的单片微型计算机IC1的P1.0口与温度探测器IC2的第二脚相接，IC1的P1.7口与数传发射模块IC3的PWR脚连接，IC1的P1.1口与数传发射模块IC3的CS脚连接，C1的P1.2口与数传发射模块IC3的CE脚连接，IC1的P1.4口与数传发射模块IC3的CLK1脚连接，IC1的P1.5口与数传发射模块IC3的DATA脚连接，IC1的P1.6口与数传发射模块IC3的DR1脚连接，IC1的TEST与程序下载口CXK的第二脚连接，IC1的RST与电阻R1、程序下载口CXK的第三脚连接，IC1的Vcc与电容C1、C2相连，Vcc、Vdd与Vss、GND分别为供电电源的正负极。
4.根据权利要求2所述的热故障预警系统装置，其特征在于：所述的单片微型计算机IC1采用内部晶振、定时器和内部地址、频率设置，以单片微型计算机IC1为核心，实现温度信息采集和无线发射，共同嵌装在一个耐高温并且阻燃的防爆盒内。
5.根据权利要求1所述的热故障预警系统装置，其特征在于：所述的系统数据接收机由：单片微型计算机IC1、差动总线转换器IC2、CPU复位器IC3、整流器IC4、DC-DC电压转换器IC5、电阻排IC6、数传接收模块IC7、液晶显示屏IC8、温度传感器IC9、音乐芯片IC10、DC-DC电压转换器IC11和三极管Q1、Q2、Q3、Q4组成，其中：单片微型计算机IC1与差动总线转换器IC2相连；单片微型计算机IC1与复位器IC3相连；单片微型计算机IC1与电阻排IC6相连；单片微型计算机IC1与数传接收模块IC7相连；单片微型计算机IC1与液晶显示屏IC8相连；单片微型计算机IC1与温度传感器IC9相连；单片微型计算机IC1分别与三极管Q1、Q2、Q3、Q4相连；DC-DC电压转换器IC5与单片微型计算机IC1相连，构成以单片微型计算机IC1为核心，实现接收采集器信息、单片微型计算机与后台计算机数据信息通讯、单片微型计算机自动复位、室温采集、超温预警、温升预警和数据实际显示。
6.根据权利要求1所述的热故障预警系统装置，其特征在于：所述的系统数字温度采集器的外壳分上壳(1)、下壳(2)两部分，两壳之间有上凹、下凸止口自然固定，中间用自攻螺丝(3)紧固，在下壳(2)上设置元件仓(4)、电池仓(5)和传感器仓(6)三部分。
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