CN103885407A - 成套开关设备运输过程监视仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种成套开关设备运输过程监视仪；该监视仪含有上位机和下位机，上位机安装在运输车辆的驾驶室内，下位机安装在车厢中的成套开关设备上；上位机中含有带无线通讯功能的上位机中央控制器、多路开关、存储卡、读卡器、USB接口、显示模块和键盘，上位机中央控制器的数据传输口通过多路开关的第一组开关通道与存储卡连接，读卡器的数据传输口通过多路开关的第二组开关通道与存储卡连接，读卡器的USB通讯端与USB接口连接；每个下位机中的下位机中央控制器的通讯口、中断信号输入端分别与加速度传感器的通讯口、中断信号输出端连接；本发明能自动监测运输和装载成套开关设备的车辆的运行状态，其功能强、自动化程度高。

Description

成套开关设备运输过程监视仪

 

（一）、技术领域：本发明涉及一种设备运输过程监视仪，特别涉及一种成套开关设备运输过程监视仪。

（二）、背景技术：成套开关设备是在密封和充低压的干燥SF₆气体的状况下包装、运输和储存的，以防潮气侵入开关设备内部。随着中国车辆运输提速步伐的加快，成套设备运输过程中的振动监测对保证运输物品的安全有着十分紧迫和重要的现实意义。货物车辆运行过程中，货物装载状态随车辆速度、司机操纵状态、运行线路状态、天气状况等因素的变化而变化。车辆所装载的成套设备会产生不同方向的位移，受到不同方向的振动冲击，致使开关设备产生破损，从而产生故障隐患甚至整体解列。

开关设备验收的标准里面对设备运输过程中的振动幅度有严格的限制（3g），现有对开关设备的监测主要利用两种方法；一是针对常规设备采用加速度计进行测量，该方法成本低、结构简单，但其最大的问题在于它无法连续记录，通过加速度计只能看到设备运输过程中有无振动越限，无法给出越限次数、越限程度、越限时间等信息，无法给现场安装人员提供准确的设备运输状态信息，对由于运输对设备造成的损坏或安全隐患无法做出评估；二是针对750kV，1000kV等高端成套开关设备采用碰撞记录仪进行振动测量，这种方法采用在压敏纸上记录沿途振动的方法将波形记录下来，但它的缺陷主要体现在两方面，其一是该设备仅仅忠实地记录了波形，对司机的驾驶行为没有提示作用，无法在崎岖的道路上给司机提示，从而在运输过程中主动避免产生大的振动，其二是记录的波形无法电子化，无法对波形进行进一步的量化分析，从而给现场安装人员提供决策辅助，评估开关设备受到损害的程度。

（三）、发明内容：

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术不足，提供一种成套开关设备运输过程监视仪，该监视仪能自动监测运输和装载成套开关设备的车辆的运行状态，其功能强、自动化程度高。

本发明的技术方案：

一种成套开关设备运输过程监视仪，含有上位机和下位机，上位机安装在运输车辆的驾驶室内，下位机安装在运输车辆的车厢中的成套开关设备上，下位机的数量为N个，N为大于等于1的自然数；上位机中含有上位机中央处理模块、多路开关、存储卡、读卡器、USB接口、显示模块、键盘和上位机电源模块，上位机中央处理模块中含有带无线通讯功能的上位机中央控制器，上位机中央控制器的数据传输口通过多路开关的第一组开关通道与存储卡连接，读卡器的数据传输口通过多路开关的第二组开关通道与存储卡连接，读卡器的USB通讯端与USB接口中的通讯端子连接，读卡器的电源端与USB接口中的电源输入端子连接，USB接口中的电源输入端子还与第一电压变换器的输入端连接，第一电压变换器的输出端与多路开关的开关切换控制端连接，当多路开关的开关切换控制端为高电平时，第二组开关通道接通，当多路开关的开关切换控制端为低电平时，第一组开关通道接通，上位机中央控制器的显示口与显示模块连接，上位机中央控制器的键盘口与键盘连接，上位机电源模块为上位机中央处理模块、多路开关和显示模块供电；每个下位机中含有下位机中央处理模块、振动检测模块和下位机电源模块，下位机中央处理模块中含有带无线通讯功能的下位机中央控制器，振动检测模块中含有加速度传感器，下位机中央控制器的通讯口与加速度传感器的通讯口连接，加速度传感器的中断信号输出端与下位机中央控制器的中断信号输入端连接，下位机电源模块为下位机中央处理模块和振动检测模块供电；上位机中央控制器和下位机中央控制器之间通过无线的方式通讯，避免了复杂的布线，可以满足运输过程中设备任意配置的需求。

运输车辆的车厢中含有N个成套开关设备，N个下位机分别安装在N个成套开关设备的端盖上。

显示模块中含有移位寄存器和M个数码管，M为大于等于1的自然数，上位机中央控制器的串行数据输出口与移位寄存器的串行输入口连接，移位寄存器的并行输出口与M个数码管的八段显示输入口连接，上位机中央控制器的M个数码显示管控制端分别通过第一三极管与M个数码管的公共控制端连接。

上位机电源模块中含有上位机电池、第二电压变换器和第一充电控制器，第一充电控制器的电源输入端与USB接口中的电源输入端子连接，第一充电控制器的电池端与上位机电池连接，上位机电池还与第二电压变换器的输入端连接，第二电压变换器的输出为上位机中央处理模块、多路开关和显示模块供电。

上位机电池为大容量锂电池，供电时间超过72小时，完全可以满足设备运输过程中时间的要求。第一充电控制器的型号为：TP405，第一充电控制器的指示灯输出端与第一双色LED发光管连接。

上位机中央处理模块中还含有喇叭、正常指示灯、警告指示灯和越限指示灯，上位机中央控制器的喇叭控制输出端通过第二三极管与喇叭连接，正常指示灯与电阻串联后并接在上位机中央控制器的电源和地之间，上位机中央控制器的两个指示灯控制输出端分别通过第三三极管与警告指示灯和越限指示灯连接，上位机中央控制器上还连接有上位机编程接口；上位机中央控制器的型号EMZ3048C；指示灯主要用来提示运输设备的振动状态，警告指示灯亮的时候即提示司机当前振动幅度过大，谨慎驾驶，当越限指示灯亮的时候即提示当前振动已超过限度，提醒司机减速或停车检查物品状态，同时上位机中央控制器中相应越限计数器会累积数字。USB接口主要用来将上位机储存的振动波形输送给PC机，PC机上可以直观看出越限后设备振动的波形。

多路开关的型号为：74HC57，读卡器的型号为：AU6331，存储卡为SD卡。

下位机电源模块中含有下位机电池、第三电压变换器和第二充电控制器，外部输入直流电进入第二充电控制器的电源输入端，第二充电控制器的电池端与下位机电池连接，下位机电池还与第三电压变换器的输入端连接，第三电压变换器的输出为下位机中央处理模块和振动检测模块供电，下位机电池的温度输出端与下位机中央控制器的温度检测输入端连接。

下位机电池为大容量锂电池，第二充电控制器的型号为：4056，第二充电控制器的指示灯输出端与第二双色LED发光管连接。

下位机中央处理模块中还含有网络连接状态指示灯和电池信息指示灯，电池信息指示灯为双色LED发光管，下位机中央控制器的网络连接状态指示灯控制输出端与网络连接状态指示灯连接，下位机中央控制器的两个电池信息指示灯控制输出端分别与双色LED发光管中的两个阴极连接；下位机中央控制器上还连接有下位机编程接口；所述加速度传感器为三轴加速度传感器，三轴加速度传感器的型号为：LIS331DLM，三轴加速度传感器主要用来采集开关设备在运输过程中出现的x、y、z三个方向上的振动；所述下位机中央控制器的型号EMZ3048C，上位机中央控制器和下位机中央控制器中的无线通讯协议是一种短距离、低功耗的无线通讯协议，可以满足状态监测中对功耗的要求。

该成套开关设备运输过程监视仪在工作时，下位机中的加速度传感器时刻监测着成套开关设备的振动情况，并得到振动数据，如振动数据的数值超出预先设定的警告值或越限值，则向下位机中央控制器发出中断信号，下位机中央控制器收到中断信号后即对该振动数据进行读取；下位机中央控制器在需要的时候也可主动读取加速度传感器中的振动数据；下位机中央控制器将读到的振动数据以无线的方式发送给上位机中央控制器，上位机中央控制器将N个下位机中央控制器发来的数据进行处理分析，然后存储在存储卡中，再根据处理分析结果驱动显示模块进行相应的显示、驱动喇叭进行相应的声音报警；如要查看更加详细的振动信息，可通过USB接口将PC机与读卡器连接起来，这时，PC机就可通过读卡器将存储卡中的信息读取出来，然后进行更加详细的分析处理。

本发明的有益效果：

1.         本发明采用下位机进行成套开关设备振动数椐的采集，采用上位机对

多个下位机传送过来的振动数椐进行处理分析，并将数据存储，然后根据处理结果进行相应的显示和报警，实现了设备运载和装卸过程中状态的有序可控，而且功能强、自动化程度高。

2.   由于振动加速度反映振动的冲击程度，导致成套开关设备运输时发生故障的主要原因是设备脆弱部件的响应力超过了其许用值，因此，本发明通过测取设备的振动加速度来反映其脆弱部件的状态。本发明针对车辆制动、起动、颠簸、曲线行驶中的惯性、上下坡、捆扎不牢和野蛮装卸等原因引起的冲击振动，采用加速度传感器进行监测，下位机中央控制器根据加速度传感器的X、Y、Z的3路加速度信息获取开关设备运输和装卸过程中的振动加速度和对应的时间信息，为司机驾驶和事故分析提供了可靠的数据。

（四）、附图说明：

图1为成套开关设备运输过程监视仪的安装结构示意图；

图2为上位机的电路原理框图；

图3为下位机的电路原理框图；

图4为上位机中央处理模块和键盘的电路原理示意图；

图5为读卡器的电路原理示意图；

图6为USB接口的电路原理示意图；

图7为多路开关和存储卡的电路原理示意图；

图8为显示模块的电路原理示意图；

图9为上位机电源模块的电路原理示意图；

图10为下位机中央处理模块的电路原理示意图；

图11为振动检测模块的电路原理示意图；

图12为下位机电源模块的电路原理示意图；

图13为上位机中央控制器的工作流程示意图。

（五）、具体实施方式：

参见图1～图13，图中，成套开关设备运输过程监视仪含有上位机和下位机，上位机安装在运输车辆的驾驶室内，下位机安装在运输车辆的车厢中的成套开关设备上，下位机的数量为4个；上位机中含有上位机中央处理模块、多路开关U7、存储卡U11、读卡器U9、USB接口U12、显示模块、键盘1和上位机电源模块，上位机中央处理模块中含有带无线通讯功能的上位机中央控制器U1A，上位机中央控制器U1A的数据传输口SC2MOSI、SC2MISO、SC2CLK、ADC1通过多路开关U7的第一组开关通道A-Y与存储卡U11连接，读卡器U9的数据传输口SDDATA0、SDDATA3、SDCLK、SDCMD通过多路开关U7的第二组开关通道B-Y与存储卡U11连接，读卡器U9的USB通讯端DM、DP与USB接口U12中的通讯端子D-、D+连接，读卡器U9的电源端与USB接口U12中的电源输入端子Vbus连接，USB接口U12中的电源输入端子Vbus还与第一电压变换器U10的输入端IN连接，第一电压变换器U10的输出端OUT通过电阻R38与多路开关U7的开关切换控制端SEL连接，当多路开关U7的开关切换控制端SEL为高电平时，第二组开关通道B-Y接通，当多路开关U7的开关切换控制端SEL为低电平时，第一组开关通道A-Y接通，上位机中央控制器U1A的显示口SC1NSSEL、SC1SCLK、REG_EN、PA3、PA6、PB1、PB2与显示模块连接，上位机中央控制器U1A的键盘口JTDO、PC5、JRST、ADC2与键盘1连接，上位机电源模块为上位机中央处理模块、多路开关U7和显示模块供电；每个下位机中含有下位机中央处理模块、振动检测模块和下位机电源模块，下位机中央处理模块中含有带无线通讯功能的下位机中央控制器U2A，振动检测模块中含有加速度传感器U2，下位机中央控制器U2A的通讯口SC2SCLK、SC2MISO与加速度传感器U2的通讯口SCL、SDA连接，加速度传感器U2的中断信号输出端INT1、INT2与下位机中央控制器U2A的中断信号输入端OSC32B、OSC32A连接，下位机电源模块为下位机中央处理模块和振动检测模块供电；上位机中央控制器U1A和下位机中央控制器U2A之间通过无线的方式通讯，避免了复杂的布线，可以满足运输过程中设备任意配置的需求。

运输车辆的车厢中含有4个成套开关设备，4个下位机分别安装在4个成套开关设备的端盖上。

显示模块中含有移位寄存器U6和4个数码管LED1-LED4，上位机中央控制器U1A的串行数据输出口SC1NSSEL、SC1SCLK、REG_EN与移位寄存器U6的串行输入口SRCLK、RCLK、SDI连接，移位寄存器的并行输出口QA-QH与4个数码管LED1-LED4的八段显示输入口A-DP连接，上位机中央控制器U1A的4个数码显示管控制端PA3、PA6、PB1、PB2分别通过第一三极管Q2-Q5与4个数码管LED1-LED4的公共控制端连接。

上位机电源模块中含有上位机电池、第二电压变换器U3和第一充电控制器U4，第一充电控制器U4的电源输入端VCC与USB接口U12中的电源输入端子Vbus连接，第一充电控制器U4的电池端BAT与上位机电池连接，上位机电池还与第二电压变换器U3的输入端连接，第二电压变换器U3的输出为上位机中央处理模块、多路开关和显示模块供电。

上位机电池为大容量锂电池，供电时间超过72小时，完全可以满足设备运输过程中时间的要求。第一充电控制器U4的型号为：TP405，第一充电控制器U4的指示灯输出端NCHRG、NSTDBY与第一双色LED发光管U4连接。第二电压变换器U3的型号为：CAT621。

上位机中央处理模块中还含有喇叭LS1、正常指示灯D8、警告指示灯D6和越限指示灯D7，上位机中央控制器U1的喇叭控制输出端ADC5通过第二三极管Q6与喇叭LS1连接，正常指示灯D8与电阻R20串联后并接在上位机中央控制器U1A的电源VDD和地之间，上位机中央控制器U1A的两个指示灯控制输出端JTMS、VREF分别通过第三三极管Q8、Q7与警告指示灯D6和越限指示灯D7连接，上位机中央控制器U1A上还连接有上位机编程接口；上位机中央控制器U1A的型号EMZ3048C；指示灯主要用来提示运输设备的振动状态，警告指示灯D6亮的时候即提示司机当前振动幅度过大，谨慎驾驶，当越限指示灯D7亮的时候即提示当前振动已超过限度，提醒司机减速或停车检查物品状态，同时上位机中央控制器U1A中相应越限计数器会累积数字。USB接口U12主要用来将上位机储存的振动波形输送给PC机，PC机上可以直观看出越限后设备振动的波形。

多路开关U7的型号为：74HC57，读卡器U9的型号为：AU6331，存储卡U11为SD卡，第一电压变换器U10的型号为：AMS1117，移位寄存器U6的型号为：74HC595。

下位机电源模块中含有下位机电池、第三电压变换器U3-2和第二充电控制器U4-2，外部输入直流电进入第二充电控制器U4-2的电源输入端VCC，第二充电控制器U4-2的电池端BAT与下位机电池连接，下位机电池还与第三电压变换器U3-2的输入端连接，第三电压变换器U3-2的输出为下位机中央处理模块和振动检测模块供电，下位机电池的温度输出端与下位机中央控制器U2A的温度检测输入端ADC0连接。

下位机电池为大容量锂电池，第二充电控制器U4-2的型号为：4056，第二充电控制器U4-2的指示灯输出端NCHRG、NSTDBY与第二双色LED发光管D2-2连接。第三电压变换器U3-2的型号为：CAT6219。

下位机中央处理模块中还含有网络连接状态指示灯D4-2和电池信息指示灯D1-2，电池信息指示灯D1-2为双色LED发光管，下位机中央控制器U2A的网络连接状态指示灯控制输出端JRST与网络连接状态指示灯D4-2连接，下位机中央控制器U2A的两个电池信息指示灯控制输出端ADC2、ADC1分别与双色LED发光管中的两个阴极连接；下位机中央控制器U2A上还连接有下位机编程接口；加速度传感器U2为三轴加速度传感器，三轴加速度传感器的型号为：LIS331DLM，三轴加速度传感器主要用来采集开关设备在运输过程中出现的x、y、z三个方向上的振动；下位机中央控制器U2A的型号EMZ3048C，上位机中央控制器U1A和下位机中央控制器U2A中的无线通讯协议是一种短距离、低功耗的无线通讯协议，可以满足状态监测中对功耗的要求。

该成套开关设备运输过程监视仪在工作时，下位机中的加速度传感器U2时刻监测着成套开关设备的振动情况，并得到振动数据，如振动数据的数值超出预先设定的警告值或越限值，则向下位机中央控制器U2A发出中断信号，下位机中央控制器U2A收到中断信号后即对该振动数据进行读取；下位机中央控制器U2A在需要的时候也可主动读取加速度传感器U2中的振动数据；下位机中央控制器U2A将读到的振动数据以无线的方式发送给上位机中央控制器U1A，上位机中央控制器U1A将4个下位机中央控制器U2A发来的数据进行处理分析，然后存储在存储卡U11中，再根据处理分析结果驱动显示模块进行相应的显示、驱动喇叭LS1进行相应的声音报警；如要查看更加详细的振动信息，可通过USB接口U12将PC机与读卡器U9连接起来，这时，PC机就可通过读卡器U9将存储卡U11中的信息读取出来，然后进行更加详细的分析处理。

Claims (10)

1.一种成套开关设备运输过程监视仪，含有上位机和下位机，其特征是：上位机安装在运输车辆的驾驶室内，下位机安装在运输车辆的车厢中的成套开关设备上，下位机的数量为N个，N为大于等于1的自然数；上位机中含有上位机中央处理模块、多路开关、存储卡、读卡器、USB接口、显示模块、键盘和上位机电源模块，上位机中央处理模块中含有带无线通讯功能的上位机中央控制器，上位机中央控制器的数据传输口通过多路开关的第一组开关通道与存储卡连接，读卡器的数据传输口通过多路开关的第二组开关通道与存储卡连接，读卡器的USB通讯端与USB接口中的通讯端子连接，读卡器的电源端与USB接口中的电源输入端子连接，USB接口中的电源输入端子还与第一电压变换器的输入端连接，第一电压变换器的输出端与多路开关的开关切换控制端连接，当多路开关的开关切换控制端为高电平时，第二组开关通道接通，当多路开关的开关切换控制端为低电平时，第一组开关通道接通，上位机中央控制器的显示口与显示模块连接，上位机中央控制器的键盘口与键盘连接，上位机电源模块为上位机中央处理模块、多路开关和显示模块供电；每个下位机中含有下位机中央处理模块、振动检测模块和下位机电源模块，下位机中央处理模块中含有带无线通讯功能的下位机中央控制器，振动检测模块中含有加速度传感器，下位机中央控制器的通讯口与加速度传感器的通讯口连接，加速度传感器的中断信号输出端与下位机中央控制器的中断信号输入端连接，下位机电源模块为下位机中央处理模块和振动检测模块供电；上位机中央控制器和下位机中央控制器之间通过无线的方式通讯。

2.根据权利要求1所述的成套开关设备运输过程监视仪，其特征是：所述运输车辆的车厢中含有N个成套开关设备，N个下位机分别安装在N个成套开关设备的端盖上。

3.根据权利要求1所述的成套开关设备运输过程监视仪，其特征是：所述显示模块中含有移位寄存器和M个数码管，M为大于等于1的自然数，上位机中央控制器的串行数据输出口与移位寄存器的串行输入口连接，移位寄存器的并行输出口与M个数码管的八段显示输入口连接，上位机中央控制器的M个数码显示管控制端分别通过第一三极管与M个数码管的公共控制端连接。

4.根据权利要求1所述的成套开关设备运输过程监视仪，其特征是：所述上位机电源模块中含有上位机电池、第二电压变换器和第一充电控制器，第一充电控制器的电源输入端与USB接口中的电源输入端子连接，第一充电控制器的电池端与上位机电池连接，上位机电池还与第二电压变换器的输入端连接，第二电压变换器的输出为上位机中央处理模块、多路开关和显示模块供电。

5.根据权利要求4所述的成套开关设备运输过程监视仪，其特征是：所述上位机电池为锂电池，第一充电控制器的型号为：TP405，第一充电控制器的指示灯输出端与第一双色LED发光管连接。

6.根据权利要求1所述的成套开关设备运输过程监视仪，其特征是：所述上位机中央处理模块中还含有喇叭、正常指示灯、警告指示灯和越限指示灯，上位机中央控制器的喇叭控制输出端通过第二三极管与喇叭连接，正常指示灯与电阻串联后并接在上位机中央控制器的电源和地之间，上位机中央控制器的两个指示灯控制输出端分别通过第三三极管与警告指示灯和越限指示灯连接，上位机中央控制器的型号EMZ3048C。

7.根据权利要求1所述的成套开关设备运输过程监视仪，其特征是：所述多路开关的型号为：74HC57，读卡器的型号为：AU6331，存储卡为SD卡。

8.根据权利要求1所述的成套开关设备运输过程监视仪，其特征是：所述下位机电源模块中含有下位机电池、第三电压变换器和第二充电控制器，外部输入直流电进入第二充电控制器的电源输入端，第二充电控制器的电池端与下位机电池连接，下位机电池还与第三电压变换器的输入端连接，第三电压变换器的输出为下位机中央处理模块和振动检测模块供电，下位机电池的温度输出端与下位机中央控制器的温度检测输入端连接。

9.根据权利要求8所述的成套开关设备运输过程监视仪，其特征是：所述下位机电池为锂电池，第二充电控制器的型号为：4056，第二充电控制器的指示灯输出端与第二双色LED发光管连接。

10.根据权利要求1所述的成套开关设备运输过程监视仪，其特征是：所述下位机中央处理模块中还含有网络连接状态指示灯和电池信息指示灯，电池信息指示灯为双色LED发光管，下位机中央控制器的网络连接状态指示灯控制输出端与网络连接状态指示灯连接，下位机中央控制器的两个电池信息指示灯控制输出端分别与双色LED发光管中的两个阴极连接；所述加速度传感器为三轴加速度传感器，三轴加速度传感器的型号为：LIS331DLM；所述下位机中央控制器的型号EMZ3048C。

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