CN111609945A - 一种无线低功耗炉壁测温装置 - Google Patents

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傅呈勋
袁君奇
黎钢
蒲方
邹勇
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Hunan Xiangtan Engineering Technology Co ltd
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Hunan Xiangtan Engineering Technology Co ltd
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    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract

一种无线低功耗炉壁测温装置，包括专用测温装置①、通讯协议、低功耗控制序列；专用测温装置包括热电偶传感器②、低功耗系统③、工业锂电池④、ANT天线⑤；低功耗系统板包括低功耗处理器⑥、专用模数转换模块⑦、LORA无线收发模块⑧；电偶传感器②连接到专用模数转换模块⑦的连接端子，专用模数转换模块⑦通过锡焊连接到MCU主控⑥，LORA无线收发模块⑧通过锡焊连接到MCU主控⑥，ANT天线⑤连接到PCB板上的天线座，电池④连接到PCB板上的电池座。发明实现模块化设计，使得本装置具有良好的可维护性，实现了远距离安全测量，保证数据传输的完整性，实现了炉壁测温的数据连续性和可分析性；简洁的接口，使得远端对接变得容易。

Description

一种无线低功耗炉壁测温装置
技术领域
本发明属于检测技术领域，涉及一种适用于现场无线炉壁测温系统低功耗炉壁测温装置。
背景技术
钢铁行业高炉炼铁工艺中，需要对高炉炉况进行准确监控，使之能够达到安全、高效生产的目的。高炉炉壁温度能够直接反映高炉炉况，因此，高炉炉壁测温技术得以研究和发展。
过去高炉炉壁测温采取人工现场点检方式，点检周期长，且不安全。为此，此设计为了达到在相当一段周期内，实现非人工现场点检和周期内相对连续可靠相对准确测量，采用了K型热电偶测温技术和无线数据接口技术，并辅以低功耗技术实现长周期人工对装置的巡检。使用电池供电，以期达到装置安装的可移动性和便捷性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于现场高炉、热风炉等炉壁温度测量的无线低功耗测温装置。
本发明实现上述目的的解决技术方案：
一种无线低功耗炉壁测温装置，包括热电偶传感器、低功耗系统板、工业锂电池、ANT天线；低功耗系统板包括低功耗处理器、专用模数转换模块、LORA无线收发模块。包括测温装置和测温装置接口；测温装置接口包含数据通信接口和安装接口，热电偶传感器连接到专用模数转换模块的连接端子，专用模数转换模块连接到MCU主控，LORA无线收发模块连接到MCU主控，ANT天线⑤连接到PCB板上的天线座，电池连接到PCB板上的电池座。K型热电偶测温头深入测温点大于或等于30mm。
测温装置工作原理：热电偶传感器把外界温度转换成电信号，通过专用模数转换模块转成数字信号，再由MCU主控解析成可读数字量，经过LORA无线收发模块转换成无线信号，最后通过ANT天线发送到空中，空中信号为410.125MHz～493.125MHz(对应0～83信道，信道带宽为1MHz)，传输制式为LORA。
本发明的优点：电池供电，低功耗运行设计，大大降低了对装置的巡检频率；无线数字传输，免除了人工对炉壁温度测量点检工作，保证了人生安全，实现了远距离安全测量；可靠的通讯协议，采用CRC校验，保证数据传输的完整性；短周期的数据采集，实现了炉壁测温的数据连续性和可分析性。
附图说明
图1为产品结构示意图。
图2为系统图。
图3为低功耗设计运行序列图。
图4为低功耗运行序列实例图。
图中：
①：测温装置，
②：热电偶传感器，
③：低功耗系统，
④：电池，
⑤：ANT天线，
⑥：MCU主控，
⑦：专用模数转换模块，
⑧：LORA无线收发模块。
具体实施方式
下面结合附图与实施例进一步说明。
图1所示：无线低功耗炉壁测温装置，包括专用测温装置①、通讯协议、低功耗控制序列，专用测温装置包括热电偶传感器②、低功耗系统③、工业锂电池④、ANT天线⑤；低功耗系统板包括低功耗处理器⑥、专用模数转换模块⑦、LORA无线收发模块⑧。系统接口连接关系为：电偶传感器②连接到专用模数转换模块⑦的连接端子，专用模数转换模块⑦通过锡焊连接到MCU主控⑥，LORA无线收发模块⑧通过锡焊连接到MCU主控⑥，ANT天线⑤连接到PCB板上的天线座，电池④连接到PCB板上的电池座。
图2所示，电偶传感器②连接到专用模数转换模块⑦，专用模数转换模块⑦连接到MCU主控⑥，LORA无线收发模块⑧连接到MCU主控⑥，ANT天线⑤LORA无线收发模块⑧，电池④连接到低功耗系统③。工作原理：装置由电池④统一供电，热电偶传感器②把外界温度转换成电信号，通过专用模数转换模块⑦转成数字信号，再由低功耗处理器⑥解析成可读数字量，经过LORA无线收发模块⑧转换成无线信号，最后通过ANT天线⑤发送到空中，空中信号为410.125MHz～493.125MHz,(对应0～83信道，信道带宽为1MHz)，传输制式为LORA。
图3所示：外部设备(即查询装置)对本测温装置访问接口的程序序列，以及依据前述功耗控制原理的程序序列实现。实现了每轮询周期T内，测温装置可休眠时长ts。
图4所示：外部设备(即查询装置)对本测温装置访问接口的程序序列，以及依据前述功耗控制原理的程序序列实现的一个实例。实例中，每轮询周期30秒，测温装置可休眠时长28秒。
K型热电偶测温头深入测温点比如炉壁大于或等于30mm。装置的外部结构需视具体安装环境进行额外的外壳设计，安装方式可磁吸式、绑定式等。
测温装置环境要求：湿度小于95％；温度-20℃～85℃，防尘，密闭防水；测温装置测量范围0℃～1000℃，测量精度0.25℃。
数据通信接口：本协议是经过空中加密的私有协议，加密密钥由使用者行设置，加密规定0～65535的十进制数字量。接口协议格式如表1。
表1接口协议格式
Figure BDA0002519290900000031
CMD值(十六进制)：设模块目的地址：0x1234，通道号：0x23，源地址：0x4321，定义参数1为温度值：0x0380
03：读取传感器测量值命令
04：测温装置应答命令
如：查询装置发送：12 34 23 43 21 03 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0000FC AD
测温装置回应：43 21 23 12 34 04 03 80 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0081BC
使用者通过设计相同制式(LORA)、相同信道无线查询装置，无线连接上测温装置，通过空中协议解析，获得测温数据。
低功耗处理设计：请见低功耗控制序列设计图(图3)，以及序列实例(图4)。
功耗控制原理：
T＝tr+ts
Figure BDA0002519290900000041
Figure BDA0002519290900000042
上述表达式中：
T：工作周期
tr：工作周期内运行时间
ts：工作周期内休眠时长
i：工作态测量电流
Figure BDA0002519290900000043
平均电流
P：平均功耗。

Claims (1)

1.一种无线低功耗炉壁测温装置，其特征在于：包括专用测温装置①、通讯协议、低功耗控制序列；专用测温装置包括热电偶传感器②、低功耗系统③、工业锂电池④、ANT天线⑤；低功耗系统板包括低功耗处理器⑥、专用模数转换模块⑦、LORA无线收发模块⑧；电偶传感器②连接到专用模数转换模块⑦的连接端子，专用模数转换模块⑦连接到MCU主控⑥，LORA无线收发模块⑧连接到MCU主控⑥，ANT天线⑤连接到PCB板上的天线座，电池④连接到PCB板上的电池座；K型热电偶测温头深入测温点大于或等于30mm。
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