CN105278429A - 基于信号预处理的无线炭素焙烧炉烟道温度监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信号预处理的无线炭素焙烧炉烟道温度监控系统，主要由监测终端，与监测终端无线连接的监控中心组成；其特征在于，所述监测终端由处理器，分别与处理器相连接的第一无线通讯模块和转换模块，与转换模块相连接的信号预处理模块，以及与信号预处理模块相连接的温度传感器组成；本发明设置有信号预处理模块，该信号预处理模块可以对采集到的温度信号进行处理，从而提高温度信号的抗干扰性能。

Description

基于信号预处理的无线炭素焙烧炉烟道温度监控系统

技术领域

本发明涉及炭素焙烧领域，具体是指一种基于信号预处理的无线炭素焙烧炉烟道温度监控系统。

背景技术

炭素厂使用的原料主要是石油焦和沥青，在高温状态下，焙烧车间完成把振动成型的生碳块焙烧成合格的熟碳块。生碳块在焙烧过程中温度为200-1200℃，此过程释放大量的焙烧烟气，焙烧炉烟气主要成分是沥青烟、焦油及各种可燃粉尘，烟气出口温度高达900℃。在生产过程中必须随时对烟道中的烟气温度进行监测，当温度过高时必须及时排出烟道，否则容易过热燃烧，甚至引起爆炸。目前很多工厂都配备有对烟气进行监测的温度监控系统，但是现有的温度监控系统均采用有线信号传输，其在高度的情况下并不稳定，同时，在高温情况下线路容易损坏，无法保障炭素焙烧炉和烟气净化系统运行的有效性和安全性。

发明内容

本发明的目的在于克服传统的炭素焙烧炉烟道温度监控系统并不稳定，且在高温情况下线路容易损坏的缺陷，提供一种基于信号预处理的无线炭素焙烧炉烟道温度监控系统。

本发明的目的用以下技术方案实现：基于信号预处理的无线炭素焙烧炉烟道温度监控系统，主要由监测终端，与监测终端无线连接的监控中心组成；其特征在于，所述监测终端由处理器，分别与处理器相连接的第一无线通讯模块和转换模块，与转换模块相连接的信号预处理模块，以及与信号预处理模块相连接的温度传感器组成；所述的监控中心则由上位机，分别与上位机相连接的第二无线通讯模块、显示器、报警器、键盘以及存储模块组成；所述第一无线通讯模块与第二无线通讯模块无线连接；所述信号预处理模块则由高通滤波电路，与高通滤波电路相连接的放大电路，以及与放大电路相连接的低通滤波电路组成；所述高通滤波电路的输入端与温度传感器相连接，而低通滤波电路的输出端则与转换模块的输入端相连接。

进一步的，所述高通滤波电路由放大器P1，三极管VT3，串接在放大器P1的正极和输出端之间的电阻R9，负极与放大器P1的负极相连接、正极则形成该高通滤波电路的输入端的电容C4，P极与三极管VT3的基极相连接、N极则经电阻R11后与放大器P1的负极相连接的二极管D6，正极与放大电路相连接、负极则与三极管VT3的发射极相连接的极性电容C5，以及串接在放大器P1的输出端和极性电容C5的正极之间的电阻R10组成；所述三极管VT3的集电极与放大电路相连接的同时接地。

所述的放大电路由放大器P2，异或门P4，三极管VT4，一端与放大器P2的正极相连接、另一端则接5V电压的电阻R12，一端与放大器P2的正极相连接、另一端则与异或门P4的负极相连接的电阻R13，以及N极与放大器P2的输出端相连接、P极则与三极管VT4的发射极相连接的二极管D7组成；所述放大器P2的负极与极性电容C5的正极相连接、其输出端则与低通滤波电路相连接；所述异或门P4的正极与放大器P2的输出端相连接、其负极则与三极管VT3的集电极相连接、输出端则与三极管VT4的基极相连接；所述三极管VT4的集电极与低通滤波电路相连接的同时接地。

所述低通滤波电路则由放大器P3，正极与放大器P3的输出端相连接、负极则形成该低通滤波电路的输出端的电容C7，串接在放大器P3的正极和电容C7的负极之间的电阻R15，以及负极与三极管VT4的集电极相连接、正极则经电阻R14后与放大器P3的负极相连接的电容C6组成；所述放大器P3的正极还与放大器P2的输出端相连接。

所述的转换模块由转换芯片U，与转换芯片U的VIN管脚相连接的输入电路，正极与转换芯片U的VIN管脚相连接、负极接地的电容C1，N极与转换芯片U的CS管脚相连接、P极接地的二极管D3，发射极与转换芯片U的RT管脚相连接、集电极与二极管D3的P极相连接、基极则经电阻R1后与电容C1的正极相连接的三极管VT1，与转换芯片U的GATE管脚相连接的耦合驱动电路，以及串接在耦合驱动电路和转换芯片U的RI管脚之间的分压电路组成；所述输入电路的输入端与低通滤波电路的输出端相连接，耦合驱动电路的输出端则与处理器相连接。

所述的输入电路由N极经电阻R2后与转换芯片U的VIN管脚相连接、P极则作为该输入电路的输入端的二极管D2，与二极管D2相并联的极性电容C2，以及N极与二极管D2的P极相连接、P极接地的二极管D1组成。

所述耦合驱动电路由变压器T1，变压器T2，场效应管MOS，正极与变压器T1原边的电感线圈的非同名端相连接、负极则与转换芯片U的GATE管脚相连接的电容C3，串接在变压器T1副边的电感线圈的非同名端和场效应管MOS的栅极之间的电阻R3，串接在变压器T1副边的电感线圈的非同名端和场效应管MOS的源极之间的电阻R4，以及N极与变压器T2副边的电感线圈的同名端相连接、P极接地的稳压二极管D5组成；所述变压器T1原边的电感线圈的同名端接地、变压器T1副边的电感线圈的同名端则与变压器T2原边的电感线圈的同名端相连接；所述变压器T2原边的电感线圈的非同名端接地、其同名端还与场效应管MOS的源极相连接，变压器T2副边的电感线圈的非同名端与分压电路相连接、其同名端则作为该耦合驱动电路的输出端；所述场效应管MOS的漏极接地。

所述的分压电路由三极管VT2，N极与变压器T2副边的电感线圈的非同名端相连接、P极经电阻R6后与三极管VT2的基极相连接的二极管D4，一端与二极管D4的P极相连接、另一端则与三极管VT2的发射极相连接的电阻R8，与电阻R8相并联的电阻R7，以及一端与三极管VT2的基极相连接、另一端则与转换芯片U的RI管脚相连接的电阻R5组成；所述三极管VT2的集电极接地；所述转换芯片U的LD管脚与其RI管脚相连接的同时接地、其GND管脚则与电容C1的正极相连接。

所述的转换芯片U为CL6804型集成芯片。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明通过无线网络对监测到的温度信号进行传输，其传输距离更远，并且避免线路在高温环境下损坏，延长了系统的使用时间。

(2)本发明灵敏度高，当温度检测超标时可以及时的发出报警信号，以便操作人员及时进行处理，避免发生生产事故。

(3)本发明设置有信号预处理模块，该信号预处理模块可以对采集到的温度信号进行处理，从而提高温度信号的抗干扰性能。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的转换模块的电路结构图。

图3为本发明的信号预处理模块的电路结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明的基于信号预处理的无线炭素焙烧炉烟道温度监控系统，主要由监测终端，与监测终端无线连接的监控中心组成。该监测终端设置在生产现场，而监控中心则设置在远离生产现场的办公区，因此监测人员无需到生产现场即可了解炭素焙烧炉烟道中的实时温度。

所述监测终端由处理器，分别与处理器相连接的第一无线通讯模块和转换模块，与转换模块相连接的信号预处理模块，以及与信号预处理模块相连接的温度传感器组成。

其中，温度传感器设置在炭素焙烧炉烟道中用于采集炭素焙烧炉烟道烟气的实时温度信号。信号预处理模块则用于把采集到的温度信号进行预处理，从而提高温度信号的抗干扰性能。转换模块则用于把采集到的温度信号转换为相应的电信号。处理器则为监测终端的信号处理中心，其把温度信号发送给第一无线通讯模块，并由第一通讯模块把温度信号通过无线网络传输给监控中心。

所述的监控中心则由上位机，分别与上位机相连接的第二无线通讯模块、显示器、报警器、键盘以及存储模块组成。所述第一无线通讯模块与第二无线通讯模块无线连接。

其中，上位机作为监控中心的控制中心。第二无线通讯模块则用于接收第一无线通讯模块传输过来的温度信号。显示器则用于显示炭素焙烧炉烟道内的实时温度值。存储模块内则预先存储有炭素焙烧炉烟道温度的上限值。键盘作为人机交换窗口，操作人员可以通过键盘输入炭素焙烧炉烟道温度的上限值。当监测到的实时温度超过预设的温度上限值时，上位机则发出信号触发报警器报警。该处理器优先采用MSP430集成芯片来实现，而第一无线通讯模块和第二通讯模块则均采用北京捷麦公司生产的D21DL型无线数传模块，该模块采用透明式数据传输方式，并且断电后可记忆设置参数。上位机则采用现有的技术即可实现。

所述的转换模块可以把采集到的温度信号转换为电信号，如图2所示，其由转换芯片U，与转换芯片U的VIN管脚相连接的输入电路，正极与转换芯片U的VIN管脚相连接、负极接地的电容C1，N极与转换芯片U的CS管脚相连接、P极接地的二极管D3，发射极与转换芯片U的RT管脚相连接、集电极与二极管D3的P极相连接、基极则经电阻R1后与电容C1的正极相连接的三极管VT1，与转换芯片U的GATE管脚相连接的耦合驱动电路，以及串接在耦合驱动电路和转换芯片U的RI管脚之间的分压电路组成。所述输入电路的输入端与信号预处理模块的输出端相连接，耦合驱动电路的输出端则与处理器相连接。

所述的输入电路由电阻R2，二极管D1，二极管D2以及极性电容C2组成。连接时，二极管D2的N极经电阻R2后与转换芯片U的VIN管脚相连接、其P极则作为该输入电路的输入端。极性电容C2则与二极管D2相并联的。二极管D1的N极与二极管D2的P极相连接、其P极接地。

耦合驱动电路由变压器T1，变压器T2，场效应管MOS，正极与变压器T1原边的电感线圈的非同名端相连接、负极则与转换芯片U的GATE管脚相连接的电容C3，串接在变压器T1副边的电感线圈的非同名端和场效应管MOS的栅极之间的电阻R3，串接在变压器T1副边的电感线圈的非同名端和场效应管MOS的源极之间的电阻R4，以及N极与变压器T2副边的电感线圈的同名端相连接、P极接地的稳压二极管D5组成。

同时，所述变压器T1原边的电感线圈的同名端接地、变压器T1副边的电感线圈的同名端则与变压器T2原边的电感线圈的同名端相连接。所述变压器T2原边的电感线圈的非同名端接地、其同名端还与场效应管MOS的源极相连接，变压器T2副边的电感线圈的非同名端与分压电路相连接、其同名端则作为该耦合驱动电路的输出端；所述场效应管MOS的漏极接地。

所述的分压电路由三极管VT2，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8以及二极管D4组成。

连接时，二极管D4的N极与变压器T2副边的电感线圈的非同名端相连接、其P极经电阻R6后与三极管VT2的基极相连接。电阻R8的一端与二极管D4的P极相连接、其另一端则与三极管VT2的发射极相连接。电阻R7则与电阻R8相并联。电阻R5的一端与三极管VT2的基极相连接、其另一端则与转换芯片U的RI管脚相连接。所述三极管VT2的集电极接地；所述转换芯片U的LD管脚与其RI管脚相连接的同时接地、其GND管脚则与电容C1的正极相连接。为了达到更好的实施效果，所述的转换芯片U为CL6804型集成芯片。

工作时，温度信号经二极管D2和电阻R2后输入到转换芯片U的VIN管脚，转换芯片U把温度信号转换为10V电压后从GATE管脚输出。电压经电容C3和变压器T1耦合后驱动场效应管MOS振荡，场效应管MOS导通后电压经变压器T2变压为15V电压，该15V电压经稳压器D5稳压后输出。当输出电压过高或过低时，分压电路中取样到的电压从RI管脚输送给转换芯片U，并与转换芯片U内部的基准电压进行比较后控制场效应管MOS的导通脉宽，从而使输出电压保持稳定。

如图3所示，该信号预处理模块则由高通滤波电路，与高通滤波电路相连接的放大电路，以及与放大电路相连接的低通滤波电路组成。所述高通滤波电路的输入端与温度传感器相连接，而低通滤波电路的输出端则与输入电路的输入端相连接。

所述高通滤波电路由放大器P1，三极管VT3，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电容C4，极性电容C5以及二极管D6组成。

连接时，电阻R9串接在放大器P1的正极和输出端之间。电容C4的负极与放大器P1的负极相连接、其正极则形成该高通滤波电路的输入端。二极管D6的P极与三极管VT3的基极相连接、其N极则经电阻R11后与放大器P1的负极相连接。极性电容C5的正极与放大电路相连接、其负极则与三极管VT3的发射极相连接。电阻R10则串接在放大器P1的输出端和极性电容C5的正极之间。所述三极管VT3的集电极与放大电路相连接的同时接地。

由上述结构，电容C4和电阻R11组成一个RC滤波器。而放大器P1，三极管VT3，电阻R9，电阻R10，电阻R11，极性电容C5以及二极管D6则构成一个电压跟随器。通过电压跟随器和RC滤波器的结合可以消除掉0.2Hz以下的干扰信号。

所述的放大电路由放大器P2，异或门P4，三极管VT4，电阻R12，电阻R13以及二极管D7组成。

连接时，电阻R12的一端与放大器P2的正极相连接、其另一端则接5V电压。阻R13的一端与放大器P2的正极相连接、其另一端则与异或门P4的负极相连接。二极管D7的N极与放大器P2的输出端相连接、其P极则与三极管VT4的发射极相连接。所述放大器P2的负极与极性电容C5的正极相连接、其输出端则与低通滤波电路相连接。所述异或门P4的正极与放大器P2的输出端相连接、其负极则与三极管VT3的集电极相连接、输出端则与三极管VT4的基极相连接。所述三极管VT4的集电极与低通滤波电路相连接的同时接地。

放大后的信号再通过低通滤波电路过滤，以消除50Hz工频干扰和其他高频干扰信号。该低通滤波电路由放大器P3，电阻R14，电阻R15，电容C6以及电容C7组成。

连接时，电容C7的正极与放大器P3的输出端相连接、其负极则形成该低通滤波电路的输出端。电阻R15则串接在放大器P3的正极和电容C7的负极之间。电容C6的负极与三极管VT4的集电极相连接、正极则经电阻R14后与放大器P3的负极相连接。所述放大器P3的正极还与放大器P2的输出端相连接。

如上所述，便可很好的实现本发明。

Claims (9)

1.基于信号预处理的无线炭素焙烧炉烟道温度监控系统，主要由监测终端，与监测终端无线连接的监控中心组成；其特征在于，所述监测终端由处理器，分别与处理器相连接的第一无线通讯模块和转换模块，与转换模块相连接的信号预处理模块，以及与信号预处理模块相连接的温度传感器组成；所述的监控中心则由上位机，分别与上位机相连接的第二无线通讯模块、显示器、报警器、键盘以及存储模块组成；所述第一无线通讯模块与第二无线通讯模块无线连接；所述信号预处理模块则由高通滤波电路，与高通滤波电路相连接的放大电路，以及与放大电路相连接的低通滤波电路组成；所述高通滤波电路的输入端与温度传感器相连接，而低通滤波电路的输出端则与转换模块的输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的基于信号预处理的无线炭素焙烧炉烟道温度监控系统，其特征在于，所述高通滤波电路由放大器P1，三极管VT3，串接在放大器P1的正极和输出端之间的电阻R9，负极与放大器P1的负极相连接、正极则形成该高通滤波电路的输入端的电容C4，P极与三极管VT3的基极相连接、N极则经电阻R11后与放大器P1的负极相连接的二极管D6，正极与放大电路相连接、负极则与三极管VT3的发射极相连接的极性电容C5，以及串接在放大器P1的输出端和极性电容C5的正极之间的电阻R10组成；所述三极管VT3的集电极与放大电路相连接的同时接地。

3.根据权利要求2所述的基于信号预处理的无线炭素焙烧炉烟道温度监控系统，其特征在于，所述的放大电路由放大器P2，异或门P4，三极管VT4，一端与放大器P2的正极相连接、另一端则接5V电压的电阻R12，一端与放大器P2的正极相连接、另一端则与异或门P4的负极相连接的电阻R13，以及N极与放大器P2的输出端相连接、P极则与三极管VT4的发射极相连接的二极管D7组成；所述放大器P2的负极与极性电容C5的正极相连接、其输出端则与低通滤波电路相连接；所述异或门P4的正极与放大器P2的输出端相连接、其负极则与三极管VT3的集电极相连接、输出端则与三极管VT4的基极相连接；所述三极管VT4的集电极与低通滤波电路相连接的同时接地。

4.根据权利要求3所述的基于信号预处理的无线炭素焙烧炉烟道温度监控系统，其特征在于，所述低通滤波电路则由放大器P3，正极与放大器P3的输出端相连接、负极则形成该低通滤波电路的输出端的电容C7，串接在放大器P3的正极和电容C7的负极之间的电阻R15，以及负极与三极管VT4的集电极相连接、正极则经电阻R14后与放大器P3的负极相连接的电容C6组成；所述放大器P3的正极还与放大器P2的输出端相连接。

5.根据权利要求4所述的基于信号预处理的无线炭素焙烧炉烟道温度监控系统，其特征在于，所述的转换模块由转换芯片U，与转换芯片U的VIN管脚相连接的输入电路，正极与转换芯片U的VIN管脚相连接、负极接地的电容C1，N极与转换芯片U的CS管脚相连接、P极接地的二极管D3，发射极与转换芯片U的RT管脚相连接、集电极与二极管D3的P极相连接、基极则经电阻R1后与电容C1的正极相连接的三极管VT1，与转换芯片U的GATE管脚相连接的耦合驱动电路，以及串接在耦合驱动电路和转换芯片U的RI管脚之间的分压电路组成；所述输入电路的输入端与低通滤波电路的输出端相连接，耦合驱动电路的输出端则与处理器相连接。

6.根据权利要求5所述的基于信号预处理的无线炭素焙烧炉烟道温度监控系统，其特征在于，所述的输入电路由N极经电阻R2后与转换芯片U的VIN管脚相连接、P极则作为该输入电路的输入端的二极管D2，与二极管D2相并联的极性电容C2，以及N极与二极管D2的P极相连接、P极接地的二极管D1组成。

7.根据权利要求6所述的基于信号预处理的无线炭素焙烧炉烟道温度监控系统，其特征在于，所述耦合驱动电路由变压器T1，变压器T2，场效应管MOS，正极与变压器T1原边的电感线圈的非同名端相连接、负极则与转换芯片U的GATE管脚相连接的电容C3，串接在变压器T1副边的电感线圈的非同名端和场效应管MOS的栅极之间的电阻R3，串接在变压器T1副边的电感线圈的非同名端和场效应管MOS的源极之间的电阻R4，以及N极与变压器T2副边的电感线圈的同名端相连接、P极接地的稳压二极管D5组成；所述变压器T1原边的电感线圈的同名端接地、变压器T1副边的电感线圈的同名端则与变压器T2原边的电感线圈的同名端相连接；所述变压器T2原边的电感线圈的非同名端接地、其同名端还与场效应管MOS的源极相连接，变压器T2副边的电感线圈的非同名端与分压电路相连接、其同名端则作为该耦合驱动电路的输出端；所述场效应管MOS的漏极接地。

8.根据权利要求7所述的基于信号预处理的无线炭素焙烧炉烟道温度监控系统，其特征在于，所述的分压电路由三极管VT2，N极与变压器T2副边的电感线圈的非同名端相连接、P极经电阻R6后与三极管VT2的基极相连接的二极管D4，一端与二极管D4的P极相连接、另一端则与三极管VT2的发射极相连接的电阻R8，与电阻R8相并联的电阻R7，以及一端与三极管VT2的基极相连接、另一端则与转换芯片U的RI管脚相连接的电阻R5组成；所述三极管VT2的集电极接地；所述转换芯片U的LD管脚与其RI管脚相连接的同时接地、其GND管脚则与电容C1的正极相连接。

9.根据权利要求8所述的基于信号预处理的无线炭素焙烧炉烟道温度监控系统，其特征在于，所述的转换芯片U为CL6804型集成芯片。