CN102768075A

CN102768075A - 温度预警集中显示系统

Info

Publication number: CN102768075A
Application number: CN2012102369223A
Authority: CN
Inventors: 徐丙冲; 徐国权; 闫旭峰
Original assignee: ANSHAN RONGTIAN TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: ANSHAN RONGTIAN TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2012-07-10
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2032-07-10
Also published as: CN102768075B

Abstract

一种温度预警集中显示系统，主要包括多个数字温度采集器和系统数据接收机，其中数字温度采集器和系统数据接收机之间以无线数据通讯的方式实现数据传输，所述系统数据接收机包括与单片机(U3)电连接的无线通讯模块(U6)、智能VGA控制板和报警模块，所述智能VGA控制板通过接口P1直接驱动液晶显示器，所述液晶显示器显示每个数字温度采集器所采集到的温度以及实时时间；所述系统数据接收机安装于液晶显示器的内部。本装置实时监测各被测点温度，在达到报警温度时，声音报警，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，是一种数字化智能化设备。

Description

温度预警集中显示系统

技术领域

本发明属于一种高压输配电设备温度预警集中显示系统，并且涉及一种具有温度在线实时监测、声音报警、高温报警的温度预警集中显示系统。

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

本发明克服了上述现有技术存在的缺陷，提供一种温度测量无接触、信息传输无导线、又能与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温度预警集中显示系统。

一种温度预警集中显示系统，主要包括多个设置在测温点的数字温度采集器和系统数据接收机，其中数字温度采集器和系统数据接收机之间以无线数据通讯的方式实现数据传输；所述系统数据接收机包括单片机，与单片机部分电连接的485通讯部分、复位/存储部分、时钟芯片部分、VGA控制板部分、报警部分和无线数据接收部分，所述VGA控制板部分通过接口P1直接驱动温度预警集中显示系统的液晶显示器，所述液晶显示器显示每个数字温度采集器所采集到的温度以及实时时间；所述系统数据接收机设置在液晶显示器的内部。

所述报警部分采用三种报警方式，第一种：当超过设定的报警温度，液晶显示器上用红色显示对应的采集器地址号以及温度值；第二种：通过系统数据接收机内部的语音报警芯片来驱动扬声器报警；第三种：通过系统数据接收机内部的继电器报警用芯片U5以接通一对无源触点的方式，来驱动外接现场的报警设备。

所述系统数据接收机还包括与单片机U3连接的485通讯部分，通过485通讯部分可以实现系统数据接收机与外部PC机的通讯连接，从而实现系统数据接收机与internet网、后台机、局域网或公网相连，从而构建自动化信息管理平台。

所述系统数据接收机还包括与单片机U3相连的用于提供复位信号的复位/存储芯片部分和用于提供时钟信号的时钟芯片部分，当单片机U3正常工作时，操作复位/存储芯片部分清除其累计时间；当单片机U3出现故障时，则不操作复位/存储芯片部分，而是在复位/存储芯片部分累计到一定时间后，给单片机U3提供一个复位信号，使得单片机U3复位重新运行。

所述数字温度采集器采用挪威2401型芯片，该芯片工作在2.4GHz自由频段。

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，在达到报警温度时，声音报警，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，且特别适用于无人值守的变电站实现远距离监测和数据化管理。

附图说明

图1是单片机部分的电路连接关系图；

图2是485通讯部分的电路连接关系图；

图3是复位/存储部分芯片的电路连接关系图；

图4是时钟芯片部分的电路连接关系图；

图5是语音报警芯片的电路连接关系图；

图6是继电器报警用芯片的电路连接关系图；

图7是VGA控制板部分的电路连接关系图；

图8是数字无线数据接收部分的电路连接关系图；

图9是温度预警集中显示系统的连接框图。

具体实施方式

参见图9，本发明的温度预警集中显示系统包括多个数字温度采集器和系统数据接收机，其中系统数据接收机包括单片机部分(即单片机)、485通讯部分、复位/存储部分、时钟芯片部分、VGA控制板部分、报警部分和无线数据接收部分。各部分的详细情况如下：

单片机部分：

如图1所示，单片机U3在装置中起到核心作用，通过485通讯部分管理接收温度数据、显示温度、启动报警、连接上位机或计算机PC等工作。具有2组串行通讯接口P0.0-P0.7、P3.0-P3.7，可以为485通讯部分和无线数字通讯部分(或无线数据接收部分)使用，单片机U3采用C8051F芯片，单片机U3的P1.0、P1.1口分别为液晶显示屏的命令线，液晶显示屏每帧可以显示十四个被测点温度，每隔5秒钟翻屏一次，连续动作，数据每隔1分钟刷新一次；另一路由单片微型计算机(单片机)U3的P0.0、P0.1、P2.0口输出分别至差动总线转换器(485通讯部分)U4的第4脚、第1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U4的P6、P7输出送至总线上与上位机进行数据通讯。单片机U3与其他功能部分之间的连接已在附图1中详细示出了。

485通讯部分：

如图2所示，所采用的差动总线转换器U4为差分模式通讯器件，负责本装置与PC机(上位机)之间的通讯，读取温度值，通过输出接口P5、P6连接导线信号，传输距离可达1公里，具体的连接关系是本领域的技术人员所熟悉的，在此不再一一详述。

复位/存储部分：

如图3所示，其中的复位芯片U7既可作为eeprom存储数据，又可实时监控单片机状态，与单片机U3直接连接，如若单片机出现死机等情况，可以给单片机复位信号。

当单片机U3正常工作时，会操作复位芯片U7清除其累计时间；当单片机U3出现故障时，则不再操作复位芯片U7清除其累计时间，从而在复位芯片U7累计到一定时间后，会给单片机U3提供一个复位信号，让单片机U3复位，重新运行，保证了装置的运行连续行和稳定性，具体的连接关系见附图3。

时钟芯片部分：

如图4所示，时钟芯片U2可以提供时间数据，输出到显示器，可以实时显示时间，方便查看，使得温度预警集中显示系统更加人性化。

报警部分：

如图5、图6所示，报警部分由三小部分组成，继电器报警、扬声器报警和在监视器画面上的显示的差别来报警。当温度超过设定值时，本装置发出报警，一方面扬声器直接发出报警声音，在此选用了一款语音报警芯片(见图5)来驱动扬声器；另一方面继电器(见图6中的继电器报警用芯片U5)无源触点输出(通过接口P7)，可以接给现场的报警设备，方便用户使用。第三方面，当有报警时，该地址在液晶显示器画面上对应的地址号、温度值会自动变为红色，区别于正常温度，实现报警。

VGA控制板部分：

参见图7，选用第三方智能VGA控制板，液晶显示器的分辨率可达1366×768，采用5V直流(DC)电源，串行接口输入，VGA接口输出(P1口)，直接驱动液晶监视器，显示输出。

无线数据接收部分：

参见图8，选用2.4GHz无线通讯模块U6进行温度数据的接收，配合高增益天线，可以接收大面积的温度数据，提高本装置的接收范围。

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。

液晶显示器部分：

选用分辨率为1366×768的42寸液晶监视器，由VGA控制板驱动，显示对应温度采集器采集到的温度、实时时间等。当有报警时，可以用红色显示对应温度采集器的编号和温度值。所述系统数据接收机整体安装于液晶显示器的内部。

温度采集器部分：

无线温度监测系统装置中的无线数字温度采集器包括：单片微型计算机、无线数传模块、数字温度传感器、场效应晶体管、耐高温长寿命氢氧化锂电池。其中：以单片微型计算机为核心，分别连接至无线数传模块、数字温度传感器、场效应晶体管，并使用耐高温长寿命氢氧化锂电池作为电源，结合整体超低功耗设计使电池使用时间保持在10年以上。无线数字温度采集器整体采用超小型设计，体积小、重量轻，便于在空间狭小的环境下安装使用。同时也有利于接近被测物体表面，确保测量温度的准确性。

单片微型计算机为无线数字温度采集器的核心控制器。单片微型计算机采用美国德州仪器推出的MSP430F2013超低功耗、16位的混合信号处理器，特别适合使用电池供电的无线数字温度采集器。单片微型计算机的P1.2、P1.3、P1.4、P1.5管脚与无线数传模块连接，无线数传模块采用nRF2401芯片，2.4GHz无线传输方式，将单片微型计算机内部的温度数据通过无线传输方式发送至无线温湿度数据接收机内，实现被测点温度的无线检测。

单片微型计算机的P1.0管脚与数字温度传感器连接，温度传感器为高精度数字温度传感器，通过温度传感器将被测点的温度数据传至单片微型计算机内部，并通过无线数传模块将温度数据发送至无线温湿度数据接收机。单片微型计算机的P1.6管脚连接至场效应管，单片微型计算机通过控制场效应管来完成无线温度数据采集任务时关闭无线数传模块，从而达到最高限度的节电目的。

数字温度传感器采用了先进的DS18B20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。其中数传模块的设计，采用挪威nRF2401型芯片，工作在2.4G Hz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，是国际上体积最小、功耗最少、功能最好的数传模块，相当于业界数传模块PCB板缩小了近70％。

由于无线数字温度采集器技术比较成熟，其内部的电路连接关系在此就不再详述。

温度预警集中显示系统的工作过程：

如图9所示，采用若干个微型无线数字温度采集器(见附图9中的温度采集器)安装在待测温设备点附近，通过数字感温/湿元件采集被测点的温度和/或湿度数值，并与在安全距离外的无线温湿度数据接收机之间通过2.4GHz的无线数传模块进行数据传输。使用这种方法有效避免了接触式和光学测温、测湿度等传统方法所带来的安全隐患。无线温湿度数据接收机对设备环境温度和设备环境湿度进行实时检测，在被测点温度、温升超限和设备超温、超湿情况下结合继电保护装置和自动除湿装置完成自动断电和自动除湿保护。

无线数字温度采集器使用超低功耗设计，并采用了耐高温、长寿命、高容量电池来提供电源供给，使其在不需维护的情况下可以工作至少10年。采用2.4GHz无线传输方式，排除了高压带电设备内有线传输带来的安全隐患。数据接收器内的2.4GHz通讯模块U6一直处于接收模式，如果温度采集器上传采集到的温度数据，通讯模块U6接收到以后通知单片机U3；单片机U3从无线通讯模块U6内部读取数据，存入自己的存储区，同时无线通讯模块U6清除自己的存储区，然后继续等待接收。

单片机U3将读取到的数据保存到自己的存储区以后，判断是否超过设定的报警温度值，如果超过设定的报警值，则启动报警，如果没有超过，则正常工作；当PC机要读取采集到的温度值，需要按规定的通讯协议去读取温度值，PC机每次要读取数据时，下发协议指令，单片机U3会采取中断方式来读取PC下发的协议指令，根据协议指令，处理PC机需要的数据，并按协议打包上传给PC机，完成一次与PC机的通讯；当有报警的时候，一共分三个部分，第一，当超过设定的报警温度，液晶监视器上会用红色显示对应的采集器地址号，还有温度值，提示用户该采集器所处的区域温度过高，需要注意；第二，声音报警，使用液晶监视器内部扬声器，超过设定的报警温度，则启动扬声器报警，接收器内部语音芯片IC1与扬声器连接，用来驱动扬声器报警；第三，接收器内有一个继电器U5，由单片机U3来驱动继电器，输出一对无源触点，电压可达220V，可以外接现场的报警设备，方便用户使用。

单片机U3还可以把超过一定时间未接收到的温度采集器数据清除掉，如果一个接收器超过5分钟没有接收到温度采集器上传的数据，则会清除该地址的温度数据，并且在显示的时候，也清除掉该地址的温度值，当重新接收到的时候，会继续保存并显示。单片机U3还与复位芯片U7直接连接，当单片机U3正常工作时，会操作复位芯片U7，清除其累计时间，当单片机U3出现故障时，不操作复位芯片U7，在复位芯片U7累计到一定时间后，会给单片机U3提供一个复位信号，让单片机U3复位，重新运行，保证了装置的运行连续行和稳定性。液晶监视器提供一个遥控器，可以关闭监视器显示，但是内部接收器正常工作，可以节省一部分功耗，当需要查看温度时，可以随时查看实时温度。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的一个可行性实施例的具体说明，但是该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更，例如，等变化的等效性实施例，均应包含于本案的专利范围之内。

Claims

1.一种温度预警集中显示系统，包括多个设置在测温点的数字温度采集器和系统数据接收机，其中数字温度采集器和系统数据接收机之间以无线数据通讯的方式实现数据传输；所述系统数据接收机包括单片机(U3)，以及与单片机(U3)电连接的485通讯部分、复位/存储部分、时钟芯片部分、VGA控制板部分、报警部分和无线数据接收部分，其特征在于：

所述VGA控制板部分通过接口(P1)直接驱动温度预警集中显示系统的液晶显示器，所述液晶显示器显示每个数字温度采集器所采集到的温度以及实时时间；

所述系统数据接收机设置在液晶显示器的内部。

2.根据权利要求1所述的温度预警集中显示系统，其特征在于：所述报警部分采用三种报警方式，第一种：当超过设定的报警温度，液晶显示器上用红色显示对应的采集器地址号以及温度值；第二种：通过系统数据接收机内部的语音报警芯片来驱动扬声器报警；第三种：通过系统数据接收机内部的继电器报警用芯片(U5)以接通一对无源触点的方式，来驱动外接现场的报警设备。

3.根据权利要求1或2所述的温度预警集中显示系统，其特征在于：所述与单片机(U3)电连接的485通讯部分用于实现系统数据接收机与外部PC机的通讯连接，从而实现系统数据接收机与internet网、后台机、局域网或公网相连，从而构建自动化信息管理平台。

4.根据权利要求3所述的温度预警集中显示系统，其特征在于：所述与单片机(U3)电连接的复位/存储芯片部分用于提供复位信号；所述与单片机(U3)电连接的时钟芯片部分用于提供时钟信号；

当单片机(U3)正常工作时，操作复位/存储芯片部分清除其累计时间；

当单片机(U3)出现故障时，则不操作复位/存储芯片部分，而是在复位/存储芯片部分累计到一定时间后，给单片机(U3)提供一个复位信号，使得单片机(U3)复位重新运行。

5.根据权利要求4所述的温度预警集中显示系统，其特征在于：所述的数字温度采集器采用挪威2401型芯片，该芯片工作在2.4GHz自由频段。