CN202033644U - 一种数字远程自动在线测控装置 - Google Patents
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Abstract
一种数字远程自动在线测控装置，由内置单片机和总线芯片，构成的温湿度风速表、水温表、大气压力表、I/V变送器、气象环境转换器，组成空气温湿度风速、水温、大气压力、流量、负荷、气象环境等不同功能的测量单元，设置监测杆，在监测杆的不同位置的高度上，固定温湿度风速表或大气压力表，各测量单元通过总线连接器可任意分支的接于总线分路隔离器上，总线分路隔离器的信号通过总线控制器送入采集终端，采集终端通过以太网口、GPRS短信无线接口、RS232串口单独或三者任意组合的方式，将信号送入单台或多台PC机中，PC机可控制总线执行器的启动，远程启动或停止电器设备的运行。
Description
技术领域
本实用新型是一种数字远程自动在线测控装置，属于工业自动化测量和控制领域，具体涉及多点一体化温湿度风速、流量、压力、负荷和气象参数的测量、传输、控制及综合计算。主要用于发电厂逆流式自然通风冷却塔运行的在线监测和控制，也可用于粮库、消防、智能小区等行业的在线测控及报警。
技术背景
目前，公知的冷却塔监测装置是采用模拟式温度、湿度传感器，通过模数转换电路、单片机程序控制，并通过485总线，实现与上位PC机之间的通讯，PC机按巡检方式读取各采集点数据并显示其温度值。由485组成的测量系统，传感器精度不高，易受到使用环境的影响；485总线在超过600米的传输距离时不稳定，即使是在有效距离内，也易于受于周边信号的干扰，产生误码，从而影响检测的准确性。以485构成的网络只能以串行布线，不能构成星形等任意分支，而串行布线对于实际布线设计及施工造成很大难度，不遵循串行布线规则又将大大降低通讯的稳定性。485方式不能给下接设备供电，设备需要单独解决供电问题。485只能提供非隔离的通讯方式，而该方式不能应用与长距离户外通讯，如设计为隔离方式则需要隔离电源，这使得系统成本较高。485的通讯设备容量少，理论上最多容许接入量不超过128个设备。由于以上问题的存在，显然无法满足冷却塔经济运行的需要，不能适应对冷却塔进行300个以上参数、高时间统一性、低成本、高效率、全天候的连续在线监测要求，具有一定的应用局限性。
发明内容
本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种数字远程自动在线测控装置，该装置不仅能监测各采集点的温度、湿度、风速、大气压力、流量、负荷、气象环境等参数，而且能方便地实现和控制多采集点、高精度、高时间统一性、防雷击的集中测控，并用以太网口、GPRS无线短信口、串口单独或三者任意组合的方式，与PC机进行单地或多地点的数据传输，实现冷却塔运行的远程在线测量和控制。
本实用新型解决技术问题采用如下技术方案。
本实用新型的结构特点是：
一种数字远程自动在线测控装置，其特征是由内置单片机和总线芯片，构成的温湿度风速表、水温表、大气压力表、I/V变送器、气象环境转换器，组成空气温湿度风速、水温、大气压力、流量、负荷、气象环境等不同功能的测量单元，设置监测杆，在监测杆的不同位置的高度上，固定温湿度风速表或大气压力表，各测量单元通过总线连接器可任意分支的接于总线分路隔离器上，总线分路隔离器的信号通过总线控制器送入采集终端，采集终端通过以太网口、GPRS短信无线接口、RS232串口单独或三者任意组合的方式，将信号送入单台或多台PC机中，PC机可控制总线执行器的启动，远程启动或停止电器设备的运行。
本实用新型的结构特点也在于：
所述的温湿度风速表，采用IP65的防护壳体，扇叶式风速传感器的外壳固定于防护壳体的外部，扇叶式风速传感器的内部电路板上放置两个霍尔元件，电路板与风扇外壳之间用耐腐蚀材料密封灌注，温湿度传感器置于外壳与防护壳体之间；
所述的监测杆，分为塔内监测杆和塔外监测杆两种，均采用伸缩式结构，塔内监测杆采用金属管杆体，伸缩长度1.5-5米，在杆的顶部放置横杆，并通过专用连接件使二者成90°角相互固定，在横杆另一端安装温湿度风速表或大气压力表，塔内监测杆在监测空间内呈等同心圆的圆周式分布。塔外监测杆采用玻璃钢管杆体，伸缩长度1.5-12米，在杆的不同高度上，分别固定温湿度风速表，塔外监测杆在监测空间内，靠近冷却塔基座外呈圆周式分布。
所述的总线连接器，是在带护套的不同长度的RV1.5双绞上的不同部位，一次注塑成型1-20个数量不等的防水三通，在防水三通引出线的端头和RV1.5双绞的端头上或不加防水三通的RV1.5双绞的两端，一次注塑成型公或母防水接插头，具有IP66的防护等级；
本实用新型的结构特点还在于：
所述的测量单元，是由温湿度传感模块、温度传感模块、风速传感模块、压力传感模块、I/V变换模块、显示模块、数据存储模块、故障报警模块、总线接口模块、气象环境模块与单片机相连构成，可根据测量功能 的不同，对上述各模块进行相应的取舍，其中，单片计算机采用PIC16F688；
在温湿度传感模块中，采用SHT11或SH15温湿度数字传感器；
在风速传感模块中，采用114H霍尔风速传感器；
在温度传感模块中，采用DS18B20温度数字传感器；
在总线接口模块中，采用XY001数字通讯芯片；
在压力传感模块中，采用摩托罗拉的MPX100AP压力传感器；
所述的总线分路隔离器，是由单片机、总线切换模块、总线监测模块、总线接口模块构成；其中，单片机采用PIC16F690，在总线切换模块中，采用微型继电器进行总线切换；在总线接口模块中，采用XY001芯片；
所述的总线控制器，由开关电源模块、总线接口模块构成；在总线接口模块中，采用XY100芯片；
所述的采集终端，由短信收发模块、串行接口模块、电源供给模块、后备电池模块、报警检测模块、存储记忆模块、分别与单片计算机相连构成，其中单片计算机采用STM32F；
在短信收发模块中，采用SIM300短信功能组件；
在串行接口模块中，采用ST3232F串行RS232通讯芯片；
本实用新型可以在监测温度、湿度、风速、压力、流量、负荷、气象环境的同时，实现远程、多采集点、高精度、防雷击、集中监测，其抗干扰能力强、应用面广，实用性强，与己有技术相比，本实用新型的有益效果体现在：
1、本实用新型采用集成工艺的一体化高精度数字式温湿度传感器，克服了模拟式温度传感器精度不高和易受干扰的缺点，同时提高了检测的可靠性和产品的一致性，也简化了产品的生产和调试工艺。
2、本实用新型采用低功耗高可靠的系列单片机，可降低系统功耗，提高系统可靠性。
3、本实用新型运用新型远程供电现场总线XY-CN BUS总线技术，供电能力强，实现了温湿度风速的一体化测量，大大提高了系统通讯的可靠性和系统的通讯距离，并简化了系统的布线。
4、本实用新型按设定的程序运行PC机，能在同一时刻启动所有的监测点可靠地完成各类参数的在线测量，对测量结果进行储存、分析、计算、和打印，可提供良好的人机界面、实现一体化的管理和控制。
5、本实用新型可根据测量的结果，按预先设定的报警值，由上位PC机发出控制指令，对电器设备运行进行远程控制。
附图说明
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：
图1为本实用新型系统框图。
图2为本实用新型温湿度风速表的结构图
图3为本实用新型监测杆结构图。
图4为本实用新型总线连接器结构图。
图5为本实用新型测量单元系统框图。
图6为本实用新型总线分路隔离器系统框图。
图7为本实用新型总线控制器系统框图。
图8为本实用新型采集终端系统框图。
图9为本实用新型测量单元电路原理图。
图10为本实用新型总线分路隔离器电路原理图。
图11为本实用新型总线控制器电路原理图。
图12为本实用新型采集终端电路原理图。
图13为本实用新型总线执行器电路原理图。
图中：1、防护壳体，2、温湿度传感器，3、风扇壳体，4、横杆，5、大气压力表
以下通过具体实施方式，结合附图对本实用新型作进一步描述。
具体实施方式
参见图1，本实施例由内置单片机和总线芯片，构成的温湿度风速表、水温表、大气压力表、I/V变送器、气象环境转换器，组成空气温湿度风速、水温、大气压力、流量、负荷、气象环境等不同功能的测量单元，在温湿度风速和大气压力测量单元，设置监测杆，在监测杆的不同位置的高度上，固定温湿度风速表或大气压力表，各测量单元通过总线连接器可任意分支的接于总线分路隔离器上，总线分路隔离器的信号通过总线控制器送入采集终端，采集终端通过以太网口、GPRS短信无线接口、RS232串口单独或三者任意组合的方式，将信号送入单台或多台PC机中，PC机可控制总线执行器的启动，远程启动或停止电器设备的运行。
参见图2，所述的温湿度风速表，采用IP65等级的防护壳体(1)， 扇叶式风速传感器的风扇壳体(3)固定于防护壳体(1)的外部，扇叶式风速传感器的内部电路板上放置两个霍尔元件，电路板与风扇壳体之间用耐腐蚀材料密封灌注，温湿度传感器(2)置于风扇壳体(3)与防护壳体(1)之间；
参见图3，所述的监测杆，分为塔内监测杆和塔外监测杆两种，均采用伸缩式结构。塔内监测杆采用金属管杆体，伸缩长度1.5-5米，在杆的顶部放置横杆(4)，并通过连接件使二者成90°角相互固定，在横杆另一端安装温湿度风速表或大气压力表(5)，塔内监测杆在监测空间内呈等同心圆的圆周式分布。塔外监测杆采用玻璃钢管杆体，伸缩长度1.5-12米，在杆的不同高度上，分别固定温湿度风速表，塔外监测杆在监测空间内，靠近冷却塔基座外呈圆周式分布。
参见图4，本实施例总线连接器，是在带护套的不同长度的RV1.5双绞上的不同部位，一次注塑成型1-20个数量不等的防水三通、在防水三通引出线的端头和RV1.5双绞的端头上或不同长度的RV1.5双绞的两端，一次注塑成型公或母防水接插头，具有IP66的防护等级。
参见图5，本实施例所述的测量单元，是由温湿度传感模块、温度传感模块、风速传感器模块、压力传感模块、I/V变换模块、显示模块、数据存储模块、故障报警模块、总线接口模块、气象环境模块与单片计算机相连构成，可根据测量功能的不同，对上述各模块进行相应的取舍，其中，单片计算机采用PIC16F688；在温湿度传感模块中，采用SHT11或SH15温湿度数字传感器；在温度传感模块中，采用DS18B20温度数字传感器；在总线接口模块中，采用XY001数字通讯芯片；在压力传感模块中，采用摩托罗拉的MPX100AP压力传感器；
参见图6，本实施例总线分路隔离器，是由单片计算机、总线切换模块、总线监测模块、总线接口模块、故障显示模块构成。其中，单片计算机采用PIC16F690；在总线切换模块中，采用双线圈脉冲微型继电器进行总线切换；在总线接口模块中，采用XY001芯片；
参见图7，本实施例总线控制器，由开关电源模块单元、总线接口单元构成；在总线接口单元中，采用XY100芯片。
参见图8，本实施例所述的采集终端，由短信收发模块、串行接口模块、电源供给模块分别与单片计算机相连构成，其中单片机采用STM32F； 在短信收发模块中，采用SIM300型GPRS短信功能组件；在串行接口模块中，采用ST3232F串行RS232通讯芯片；
参见图9，本实施例测量单元，具体实施是根据测量参数的不同，取舍相应的传感模块电路，通过对单片计算机的在线编程，配以对应的软件测量程序，构成不同功能的测量仪表和设备，详细如下：
温湿度传感模块电路的U3，采用SHT11数字温湿度传感芯片完成温湿度的测量功能，直接连接于U1单片机PIC16F688的I/O口。其中，U1的RA3脚数据线通过连接件的2脚与SHT11上的DATA脚相连，RA5脚时钟线通过连接件的3脚与SHT11的SCK脚相连，采用模拟的I2C串行总线连接方式，在SHT11侧的VCC与GIND之间加接电容滤波C8，以提升温湿度测量的抗干扰能力；
总线接口模块电路的U3，采用通讯专用集成电路XY001，完成数字通讯的调制解调功能，总线信号直接输入芯片，芯片RXD，TXD信号输入U1的I/O口，采用串行总线通讯，U1的RA1脚(AN1)接上拉电阻R3后与U3的7脚(RXD)相连，U1的RA0脚接上拉电阻R3后与U3的4脚(TXD)相连，U3从XY-CN BUS总线上取电，并生+5V电压供给U1；
U1内置看门狗，解决因意外死机而无法工作的问题；
风速传感模块电路的两个霍尔元件H1，H2，将风扇叶轮的转速转换成电脉冲信号，完成风速测量和辨别风向的功能，H1，H2的1脚电源端并联后通过R12连接于U3的8脚，从XY-CN BUS总线上直接取电，以减少U3的供电压力，2脚输出端分别与U1的10脚(RC0)和9脚(RC1)及上拉电阻R8，R7相连接，3脚地端接公共地；
数据存储模块电路的U4，采用24C02E2PROM串行通讯芯片，其中固化有程序中需要的参数、芯片地址等信息。其中，U4的数据SDA脚和时钟SCK脚分别接U1的RA4脚和RA5脚；
显示模块电路的U5，采用串行通讯SMC301C液晶显示器，完成显示功能，其数据脚2接U1的RC5脚，时钟脚2接U1的RA5脚，构成模拟的I2C串行总线；
故障报警模块电路的发光二极管LED1一端通过电阻R6接公共地，另一端接U1的RC4脚，通过LED1的不同闪烁频率，表明故障现象；
压力传感模块电路的压力传感元件U6，完成压力-电平的测量转换功 能，选用摩托罗拉的MPX100AP压力传感器。其中，U6的3脚接+5V电源，2脚接公共地，1脚接U1的AN0脚(RA0)，通过U1的内部AD转换电路完成压力的转换；
I/V变换模块电路的电阻R5接于U1的AN2脚(RA2)和公共地之间，完成来自流量或负荷等常规仪表电流信号的转换，实现流量或负荷的测量功能；
气象环境模块电路的U9通过电阻R13和U1的输出接RC2和RA5脚组成串行通讯方式，由完成来自气象环境监测站的数据转换工作。
参见图10，本实施例总线分路隔离器，具体实施是采用单片计算机D1，型号是PIC16F690与数字通讯芯片N1，型号是XY100相结合来实现的，完成总线切换、总线短路的故障监测功能。
总线监测模块电路同时完成3路分支总线的短路监测功能，由三套相同结构的电路组成，下面以其中的一套为例进行说明：
二极管VD1-VD4组成桥路，两个输入端的一端串联一个电阻后，并联于快速保险F1的两端，两个输出端并接于光耦01的发光二极管的两端，光耦的输出端一端接地，另一端接D1的17脚，同时接上拉电阻R1的一端，将短路信息送给单片计算机D1；
总线切换模块电路同时完成3路故障分支总线的切除，由三套相同结构的电路组成，下面以其中的一套为例进行说明：
三极管Q1，Q2的集电极分别接继电器JK1的6脚和5脚，发射极并联后接地，基极分别通过R7，R8接D1的15脚和13脚，Q1，Q2接收来自D1的指令型号，接通JK1内部的两个励磁线圈，完成总线的切换功能；
总线接口模块电路的XY001芯片直接与D1连接，进行串行通讯，完成数据交换的功能，其中，D1的12脚(RX)、10脚(TX)分别接于N1的7脚、4脚，D1的+5V供电由XY001直接从总线上取电后由5脚提供；
故障显示模块电路的HL1-LH4四个发光二极管的阳极并联后，接于+5V电源上，阴极分别通过二极管与D1的6、5、7、14脚连接，完成故障报警显示功能；
参见图11，本实施例总线控制器，具体实施是由开关电源模块电路、总线接口模块电路二个部份组成，其中，XY100芯片是XY-CN BUS总线通讯专用集成电路，完成数字通讯的调制解调功能。
总线接口模块电路的XY100的TXD脚，RXD脚，通过光耦01，04，完成与采集终端的双向通讯，BUSH，BUSB，REVIN脚监测总线电压和数据环流，完成来自总线分路隔离器的信号转换和传输；
开关电源模块电路的开关电源组件，完成总线的供电。
参见图12，本实施例采集终端，具体实施是采用32位单片机CPU，型号为STM32F与GPRS短信收发组件GSM，型号为SIM300，RS232接口芯片U10，型号为STF3232T连接而成，完成定时向总线控制器发送控制指令，启动各测量单元进行数据采集，向PC机传送数据，并接收PC机指令的功能，其中，短信收发模块电路的GSM的G_RX，G_TX，G_RI，G_DCD，G_DTR，G_PWR，G_NETS，G_VDEXT，G_RTS，G_CTS脚与CPU对应的脚相连接，串行接口模块电路的U10的9脚(R2OUT)，10脚(T2IN)分别与CPU的TXD1，RXD1脚连接，三极管T3、电阻R48，R49，R50组成反向器，连接于CPU的BOOT0脚和U10的R1OUT脚，实现串口请求的功能，电阻R51，R52，R53，二极管TVS1，TVS2，TVS3，接P5组成防雷击串口电路，接于U10的7脚(T2OUT)和8脚(R2IN)，电源供给模块电路的POWER的BAT+脚，VAC脚分别连于GSM的G_ADC0脚和G_VCHG脚，完成短信收发模块的可控供电的选择功能。
参见图13，本实施例总线执行器，具体实施是采用单片机U1型号为PIC12F675的3脚、4脚分别与总线接口芯片U3型号为XY001的4脚、7相连接，完成数据的收发功能，U1的I/O口GP0，GP1，GP2，GP5分别接驱动芯片U2的7，6，5，2脚，U2的驱动口直接驱动4个继电器J1-J4的驱动线圈，继电器的节点闭合及断开信号，通过端子排OUT1-OUT4输出，完成终端电器的运行控制。
Claims (9)
1.一种数字远程自动在线测控装置，其特征是由内置单片机和总线芯片，构成的温湿度风速表、水温表、大气压力表、I/V变送器、气象环境转换器，组成空气温湿度风速、水温、大气压力、流量、负荷、气象环境等不同功能的测量单元，设置监测杆，在监测杆的不同位置的高度上，固定温湿度风速表或大气压力表，各测量单元通过总线连接器可任意分支的接于总线分路隔离器上，总线分路隔离器的信号通过总线控制器送入采集终端，采集终端通过以太网口、GPRS短信无线接口、RS232串口单独或三者任意组合的方式，将信号送入单台或多台PC机中，PC机可控制总线执行器的启动，远程启动或停止电器设备的运行。
2.根据权利要求1一种数字远程自动在线测控装置，其特征是：
所述的温湿度风速表，采用IP65的防护壳体，扇叶式风速传感器的外壳固定于防护壳体的外部，扇叶式风速传感器的内部电路板上放置两个霍尔元件，电路板与风扇外壳之间用耐腐蚀材料密封灌注，温湿度传感器置于外壳与防护壳体之间。
3.根据权利要求1一种数字远程自动在线测控装置，其特征是：
所述的监测杆，分为塔内监测杆和塔外监测杆两种，均采用伸缩式结构，塔内监测杆采用金属管杆体，伸缩长度1.5-5米，在杆的顶部放置横杆，并通过专用连接件使二者成90°角相互固定，在横杆另一端安装温湿度风速表或大气压力表，塔内监测杆在监测空间内呈等同心圆的圆周式分布，塔外监测杆采用玻璃钢管杆体，伸缩长度1.5-12米，在杆的不同高度上，分别固定温湿度风速表，塔外监测杆在监测空间内，靠近冷却塔基座外呈圆周式分布。
4.根据权利要求1一种数字远程自动在线测控装置，其特征是：
所述的总线连接器，是在带护套的不同长度的RV1.5双绞上的不同部位，一次注塑成型1-20个数量不等的防水三通，在防水三通引出线的端头和RV1.5双绞的端头上或不加防水三通的RV1.5双绞的两端，一次注塑成型公或母防水接插头，具有IP66的防护等级。
5.根据权利要求1一种数字远程自动在线测控装置，其特征是：
所述的测量单元，可根据测量功能的不同，对传感器进行相应的取舍；
单片机采用PIC16F688；
采用SHT11或SH15温湿度数字传感器；
采用114H霍尔风速传感器；
采用DS18B20数字温度传感器；
采用摩托罗拉的MPX5100压力传感器；
采用XY001数字通讯芯片。
6.根据权利要求1一种数字远程自动在线测控装置，其特征是：
所述的总线分路隔离器，单片机采用PIC16F690；采用双线圈脉冲微型继电器进行总线切换；总线接口采用XY001芯片。
7.根据权利要求1一种数字远程自动在线测控装置，其特征是：
所述的总线控制器，采用XY100数字通讯芯片。
8.根据权利要求1一种数字远程自动在线测控装置，其特征是：
所述的采集终端，采用STM32F单片计算机，SIM300短信功能组件，和ST3232F串行RS232通讯芯片。
9.根据权利要求1一种数字远程自动在线测控装置，其特征是：
所述的总线执行器，单片机采用PIC12F675，采用XY001数字通讯芯片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Mudanjiang Haodeng Technology Development Co. Ltd. Assignor: Xing Nianze Contract record no.: 2012230001454 Denomination of utility model: Digital remote automatic on-line measurement and control device Granted publication date: 20111109 License type: Exclusive License Record date: 20120806 |
|
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Mudanjiang Haodeng Technology Development Co. Ltd. Assignor: Xing Nianze Contract record no.: 2012230001454 Denomination of utility model: Digital remote automatic on-line measurement and control device Granted publication date: 20111109 License type: Exclusive License Record date: 20120806 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111109 Termination date: 20131130 |