CN110631720A - 无源无线温度在线监测系统 - Google Patents

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CN110631720A CN201910786285.9A CN201910786285A CN110631720A CN 110631720 A CN110631720 A CN 110631720A CN 201910786285 A CN201910786285 A CN 201910786285A CN 110631720 A CN110631720 A CN 110631720A
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Abstract

本发明涉及一种无源无线温度在线监测系统，属于温度监测系统技术领域，其技术方案的要点是包括温度传感器以及温度读取器，温度读取器包括：射频收发模块，串口通讯模块；信号处理模块，用于对接收的反馈信号进行模数转换，并且采样出信号强度指示信号以及中频信号；温度转换模块，用于对信号强度指示信号峰值处对应的中频信号值进行读取，并且根据温度转换公式对检测温度进行计算；状态机模块，用于对检测温度信息进行输出，并且向射频收发模块发送射频输出指令；解决了温度传感器发送的无线反馈信号受环境影响，造成检测的温度信息不准确的问题；能够对温度传感器发送的反馈信号进行处理，减小干扰信号对检测温度的影响。

Description

无源无线温度在线监测系统
技术领域
本发明涉及温度监测系统技术领域，尤其是涉及一种无源无线温度在线监测系统。
背景技术
无源无线温度在线监测系统是工业运行中常用的一种系统，主要用于在各种工业设备在运行过程中对其运行温度进行监测，进而在温度超标时进行报警，从而防止因环境温度过高，而造成工业事故。
现有的无源无线温度在线监测系统可参考授权公告号为CN206670804U的中国实用新型专利文件，其公开了一种无源无线温度监测系统，包括无源无线温度传感器、无源无线温度采集器、无源无线中继器、监控中心、移动终端；所述无源无线温度采集器向所述无源无线温度传感器发送射频脉冲信号，所述无源无线温度传感器接收所述射频脉冲信号并将所述射频脉冲信号转换成与温度变化线性相关的谐振的温度应答信号，所述无源无线温度采集器根据所述温度应答信号的频率变化获取温度信息并且将所述温度信息发送给所述无源无线中继器，所述无源无线中继器将所述温度信息发送给远程的监控中心和移动终端。
现有的无源无线温度在线监测系统的温度传感器的反馈信号通过无线信号发送给无源无线中继器，进而由无源无线中继器发送给监控中心和移动终端，温度传感器发送的无线反馈信号，在空间传播过程中容易受到干扰信号的影响，进而造成检测的温度信息不准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种无源无线温度在线监测系统，能够对温度传感器发送的反馈信号进行处理，减小干扰信号对检测温度的影响，使对监测环境的温度监测更加精确。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：一种无源无线温度在线监测系统，包括温度传感器以及温度读取器，所述温度读取器包括射频收发模块、信号处理模块、温度转换模块、串口通讯模块以及状态机模块；
所述射频收发模块用于向温度传感器发送检测指令，并且接收温度传感器发送的反馈信号；
所述信号处理模块用于对接收的反馈信号进行模数转换，并且采样出信号强度指示信号以及中频信号；
所述温度转换模块用于对信号强度指示信号峰值处对应的中频信号值进行读取，并且根据温度转换公式对检测温度进行计算；
所述串口通讯模块用于将温度转换模块生成的检测温度信号发送给状态机模块；
所述状态机模块用于对检测温度信息进行输出，并且向射频收发模块发送射频输出指令。
通过采用上述技术方案，温度读取器在对温度传感器发送的反馈信号进行处理时，通过信号处理模块用于对接收的反馈信号进行模数转换，并且采样出信号强度指示信号以及中频信号，进而温度转换模块信号强度指示信号峰值处对应的中频信号值进行读取，进而减小因信号强度不稳定而造成的温度检测偏差，无源无线温度在线监测系统的温度检测更加准确。
本发明进一步设置为：所述射频收发模块连接有信号强度指示信号管脚以及中频信号管脚；所述信号处理模块包括ADC采样单元以及傅里叶转换单元；所述ADC采样单元对信号强度指示信号管脚以及中频信号管脚的模拟信号进行采样，对模拟信号进行模数转换；所述傅里叶转换单元对ADC采样单元转换的数字信号进行傅立叶变换；所述温度转换模块根据傅立叶变换变换后的信号函数对谐振频点的频率f进行判断，根据频率f对检测温度进行计算。
通过采用上述技术方案，信号处理模块包括ADC采样单元以及傅里叶转换单元；通过ADC采样单元对信号强度指示信号管脚以及中频信号管脚的模拟信号进行采样，对模拟信号进行模数转换，进而通过傅里叶转换单元对ADC采样单元转换的数字信号进行傅立叶变换，从而能够高效的振频点的频率f进行判断，进而快速检测温度进行计算。
本发明进一步设置为：所述串口通讯模块连接有上位机，所述上位机用于输入操作指令，所述串口通讯模块将操作指令发送给状态机模块，所述状态机模块根据操作指令对信号处理模块和射频收发模块进行输出控制。
通过采用上述技术方案，温度读取器通过串口通讯模块与外界的上位机相连，进而方便工作人员通过上位机对温度读取器内部的工作逻辑进行检测和调试，从而使温度读取器能够更加精准良好的对监测环境的温度进行监测。
本发明进一步设置为：所述状态机模块以中断方式对由上位机发送的操作指令进行响应处理。
通过采用上述技术方案，状态机模块以中断的方式对上位机发送的操作指令进行响应处理，进而当工作人员通过上位机输入操作指令时，状态机能够第一时间对工作人员输入的指令进行处理，当完成当前由上位机发送的操作指令后，在对内部排序的工作指令进行处理，从而高效及时的对工作人员输入的操作指令进行处理。
本发明进一步设置为：所述状态机模块通过串口通讯模块将检测温度信号发送给上位机，所述上位机根据检测温度信号生成温度-时间变化曲线。
通过采用上述技术方案，状态机模块通过串口通讯模块将检测温度信号发送给上位机，通过上位机根据检测温度信号生成温度-时间变化曲线，从而方便工作人员直观的对监测环境的温度变化进行查看。
本发明进一步设置为：还包括无线通讯模块和移动监测端，所述上位机与无线通讯模块相连，所述上位机通过无线通讯模块将温度-时间变化曲线发送给移动监测端，所述移动监测端对温度时间曲线进行显示输出。
通过采用上述技术方案，上位机通过无线通讯模块将温度-时间变化曲线发送给移动监测端，从而工作人员通过手机、平板等移动监测端，能够方便及时的对当前监测环境的温度进行查看。
本发明进一步设置为：所述串口通讯模块采用RS232/RS485串口。
通过采用上述技术方案，串口通讯模块采用RS232/RS485串口，RS485标准弥补了RS232通讯距离端，速率低的问题，从而能够良好与外部的上位机进行连接通讯。
本发明进一步设置为：还包括警报模块，所述状态机模块对接收的检测温度信号进行判断，当检测温度大于设置温度时，所述状态机模块向警报模块发出报警指令，所述警报模块向外界发出声音提示。
通过采用上述技术方案，温度读取器的状态机模块直接连接有报警模块，减少了信号的中转和延时；进而当监测位置处的环境温度过高时，能够准确及时的触发报警模块向外界发出声音提示。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1.温度读取器在对温度传感器发送的反馈信号进行处理时，通过信号处理模块用于对接收的反馈信号进行模数转换，并且采样出信号强度指示信号以及中频信号，进而温度转换模块信号强度指示信号峰值处对应的中频信号值进行读取，进而减小因信号强度不稳定而造成的温度检测偏差，无源无线温度在线监测系统的温度检测更加准确；
2.信号处理模块包括ADC采样单元以及傅里叶转换单元；通过ADC采样单元对信号强度指示信号管脚以及中频信号管脚的模拟信号进行采样，对模拟信号进行模数转换，进而通过傅里叶转换单元对ADC采样单元转换的数字信号进行傅立叶变换，从而能够高效的振频点的频率f进行判断，进而快速检测温度进行计算；
3.状态机模块通过串口通讯模块将检测温度信号发送给上位机，通过上位机根据检测温度信号生成温度-时间变化曲线，从而方便工作人员直观的对监测环境的温度变化进行查看。
附图说明
图1为无源无线温度在线传感器的功能框图；
图2为体现状态机和上位机通讯关系的框图。
图中，1、温度传感器；2、射频收发模块；3、信号处理模块；31、ADC采样单元；32、傅里叶转换单元；4、温度转换模块；5、串口通讯模块；6、状态机模块；7、上位机；8、无线通讯模块；9、移动监测端；10、警报模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
一种无源无线温度在线监测系统，参照图1，包括温度传感器1、温度读取器、上位机7、警报模块10以及移动监测端9。
温度传感器1采用表面声波温度传感器1，表面声波温度传感器1不需电池，无线读取温度数据，适合高电压、高温、强辐射、高湿、高速移动等恶劣环境下的温度监控。
温度读取器采用独立封装，包括射频收发模块2、信号处理、温度转换模块4、串口通讯模块5以及状态机模块6。射频收发模块2用于向温度传感器1发送检测指令，并且接收温度传感器1发送的反馈信号；信号处理模块3用于对接收的反馈信号进行模数转换，并且采样出信号强度指示信号以及中频信号；温度转换模块4用于对信号强度指示信号峰值处对应的中频信号值进行读取，并且根据温度转换公式对检测温度进行计算；串口通讯模块5用于将温度转换模块4生成的检测温度信号发送给状态机模块6；状态机模块6用于对检测温度信息进行输出，并且向射频收发模块2发送射频输出指令。状态机模块6与警报模块10相连，警报模块10采用蜂鸣器或声光报警器，状态机模块6对接收的检测温度信号进行判断，当检测温度大于设置温度时，状态机模块6向警报模块10发出报警指令，警报模块10向外界发出声音提示。温度读取器采用具有编程功能的MCU芯片进行独立控制，进而能够对温度传感器1发送的反馈信号进行独立处理分析，从而能够及时进行报警处理。
参照图1，射频收发模块2连接有信号强度指示信号管脚以及中频信号管脚；信号处理模块3包括ADC采样单元31以及傅里叶转换单元32；ADC采样单元31对信号强度指示信号管脚以及中频信号管脚的模拟信号进行采样，对模拟信号进行模数转换；傅里叶转换单元32对ADC采样单元31转换的数字信号进行傅立叶变换；温度转换模块4根据傅立叶变换变换后的信号函数对谐振频点的频率f进行判断，f=(fs/N)*k。根据频率f对检测温度进行计算。根据测量出来的频率值f，换算出实际的温度值,频率与温度间的换算公式：T=k*f+To，其中k为传感器的温度系数，To为参考温度值，这两个值实现储存在温度读取器EEPROM里。
参照图1和图2，串口通讯模块5采用RS232/RS485串口。状态机模块6通过串口通讯模块5与上位机7连接通信。上位机7包括PLC以及基于PLC的操作软件窗户。上位机7用于输入操作指令，串口通讯模块5将操作指令发送给状态机模块6，状态机模块6根据操作指令对信号处理模块3和射频收发模块2进行输出控制。状态机模块6以中断方式对由上位机7发送的操作指令进行响应处理。状态机模块6通过串口通讯模块5将检测温度信号发送给上位机7，上位机7根据检测温度信号生成温度-时间变化曲线，工作人员通过显示器等外设，通过对温度-时间变化曲线进行观测，进而能够直观对监测环境的温度变化进行监测。
上位机7连接有无线通讯模块8。无线通讯模块8采用为设置有网络协议的无线网卡。移动监测端9采用装有对应软件的手机、平板电脑等智能移动设备。上位机7通过无线通讯模块8将温度-时间变化曲线发送给移动监测端9，移动监测端9对温度时间曲线进行显示输出。工作人员通过移动监测端9能够远程对监测环境的温度变化进行查看，从而及时了解当前的监测工况。
本实施例的实施原理为：
在状态机模块6的控制下，射频收发模块2向温度传感器1发送检测指令，并且接收温度传感器1发送的反馈信号。ADC采样单元31按照设置频率对信号强度指示信号管脚以及中频信号管脚的模拟信号进行周期采样，并且将其转换达成数字信号。傅里叶转换单元32对ADC采样单元31转换的数字信号进行傅立叶变换；温度转换模块4根据傅立叶变换变换后的信号函数对谐振频点的频率f进行判断，进而对检测温度进行计算。状态机模块6对检测温度进行监测，进而在检测温度过高时，通过警报模块10向外界发出声音提示。状态机模块6通过串口通讯模块5将检测温度信息发送给上位机7，进而上位机7通过检测温度的变化，生成温度-时间变化曲线，从而方便工作人员对监测环境的温度变化进行监测。上位机7通过将无线通讯模块8温度-时间变化曲线发送给移动监测端9，进而工作人员能够远程对监测环境的温度进行监测。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无源无线温度在线监测系统，包括温度传感器(1)以及温度读取器，其特征在于：所述温度读取器包括射频收发模块(2)、信号处理模块(3)、温度转换模块(4)、串口通讯模块(5)以及状态机模块(6)；
所述射频收发模块(2)用于向温度传感器(1)发送检测指令，并且接收温度传感器(1)发送的反馈信号；
所述信号处理模块(3)用于对接收的反馈信号进行模数转换，并且采样出信号强度指示信号以及中频信号；
所述温度转换模块(4)用于对信号强度指示信号峰值处对应的中频信号值进行读取，并且根据温度转换公式对检测温度进行计算；
所述串口通讯模块(5)用于将温度转换模块(4)生成的检测温度信号发送给状态机模块(6)；
所述状态机模块(6)用于对检测温度信息进行输出，并且向射频收发模块(2)发送射频输出指令。
2.根据权利要求1所述的无源无线温度在线监测系统，其特征在于：所述射频收发模块(2)连接有信号强度指示信号管脚以及中频信号管脚；所述信号处理模块(3)包括ADC采样单元(31)以及傅里叶转换单元(32)；所述ADC采样单元(31)对信号强度指示信号管脚以及中频信号管脚的模拟信号进行采样，对模拟信号进行模数转换；所述傅里叶转换单元(32)对ADC采样单元(31)转换的数字信号进行傅立叶变换；所述温度转换模块(4)根据傅立叶变换变换后的信号函数对谐振频点的频率f进行判断，根据频率f对检测温度进行计算。
3.根据权利要求1所述的无源无线温度在线监测系统，其特征在于：所述串口通讯模块(5)连接有上位机(7)，所述上位机(7)用于输入操作指令，所述串口通讯模块(5)将操作指令发送给状态机模块(6)，所述状态机模块(6)根据操作指令对信号处理模块(3)和射频收发模块(2)进行输出控制。
4.根据权利要求3所述的无源无线温度在线监测系统，其特征在于：所述状态机模块(6)以中断方式对由上位机(7)发送的操作指令进行响应处理。
5.根据权利要求3所述的无源无线温度在线监测系统，其特征在于：所述状态机模块(6)通过串口通讯模块(5)将检测温度信号发送给上位机(7)，所述上位机(7)根据检测温度信号生成温度-时间变化曲线。
6.根据权利要求3所述的无源无线温度在线监测系统，其特征在于：还包括无线通讯模块(8)和移动监测端(9)，所述上位机(7)与无线通讯模块(8)相连，所述上位机(7)通过无线通讯模块(8)将温度-时间变化曲线发送给移动监测端(9)，所述移动监测端(9)对温度时间曲线进行显示输出。
7.根据权利要求1所述的无源无线温度在线监测系统，其特征在于：所述串口通讯模块(5)采用RS232/RS485串口。
8.根据权利要求1所述的无源无线温度在线监测系统，其特征在于：还包括警报模块(10)，所述状态机模块(6)对接收的检测温度信号进行判断，当检测温度大于设置温度时，所述状态机模块(6)向警报模块(10)发出报警指令，所述警报模块(10)向外界发出声音提示。
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