CN202057425U - 一种智能远程温度采集传输模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能自动检测高压输电线路连接点的温度，并传输至internet公网的智能远程温度采集传输模块，其包括电流互感器、取电控制单元、温度采集处理单元、GPRS数据传输单元、温度传感器单元和微控制器智能故障自诊断单元，电流互感器接入取电控制单元，取电控制单元、温度传感器单元和微控制器智能故障自诊断单元均接入温度采集处理单元，温度采集处理单元接入GPRS数据传输单元，智能故障自诊断单元也接入GPRS数据传输单元，本实用新型一种智能远程温度采集传输模块集高压取电、温度采集汇总、GPRS网络连接并发送温度数据、自身故障智能诊断等功能于一体，结构简单，使用方便，工作稳定可靠。

Description

一种智能远程温度采集传输模块

技术领域

本实用新型属于自动化技术领域，涉及到智能传感、嵌入式系统、无线通信等技术，尤其是涉及一种智能远程温度采集传输模块。

背景技术

目前，我国用电量日益增加，电力供应量也随之持续快速增长，给高压电网设备带来了一系列的安全问题，为了预防各类电力事故，安全运行监测的工作量快速加大，作为高压电网设备安全运行的主要参数—输变线路接头温度的监测工作更是日趋繁重。

然而长期以来，我国电网设备的安全使用没有得到足够的重视，与发达国家相比，我国电网的平均故障率偏高，其中最主要的原因就是缺乏对电网系统有效的在线监测手段，其中对电网系统进行温度在线监测是其中很重要的一个方面。

我国的高压输电线路分布广泛，且多位于野外，单独构建通信网络不仅费用高，而且网络构建好后利用率也很低。由于能源供给不方便，经过思考，决定根据电磁感应原理，使用电流互感器从高压输电线路取得电能，但这样的方案面临两个难题：一是由于高压输电线路上的传输电流不稳定，通常在数十安培至数百安培之间变化，如果用电流互感器从线路上取电，在电流互感器二次侧获得的电流也会随线路电流的变化而变化，而电流互感器的特性决定了其工作时二次侧不能开路；二是由于高压输电线路带有超高电压，如果选用市售成品测温模块和GPRS DTU模块配合进行温度采集传输，由于电流互感器取电方式取得的低压电源无法与高电压间实现有效绝缘隔离，会使后续连接的无线接收模块和GPRS DTU模块也成为高压带电体，这与原设计的工作环境发生了很大变化，会导致测温模块和GPRS DTU模块不能正常工作甚至损坏。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能自动检测高压输电线路连接点的温度，并传输至internet公网的智能远程温度采集传输模块。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种智能远程温度采集传输模块，包括电流互感器、取电控制单元、温度采集处理单元、GPRS数据传输单元、温度传感器单元和微控制器智能故障自诊断单元，电流互感器接入取电控制单元，取电控制单元、温度传感器单元和微控制器智能故障自诊断单元均接入温度采集处理单元，温度采集处理单元接入GPRS数据传输单元，智能故障自诊断单元也接入GPRS数据传输单元。其中取电控制单元从电流互感器取得电能并转换为温度采集处理系统所需的直流电源；温度采集处理单元对温度传感器单元测得的温度信号进行调理和存储；微控制器和智能故障自诊断单元负责控制温度采集单元对温度的定期采集，并将温度采集处理单元调理后的温度信号汇总打包再通过GPRS数据传输单元上传至internet公网，同时还对整个温度采集和传输过程进行实时监控，对系统存在的故障实施智能故障自诊断。

GPRS数据传输单元是GPRS DTU的全称，在国内目前实际上对GPRS数据传输单元具有更加明确的约定：是专门用于将串口数据通过GPRS网络进行传送的GPRS无线设备。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多，按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，这里采用的是接触式测量方式，测温传感器选用的是数字式温度传感器，它具有直接输出数字信号，易于微控制器识别、测温精度高、热惯性小、抗干扰能力强的特点；电流互感器原理依据的是电磁感应原理。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。

其中所述的取电控制单元包括电流互感器、整流滤波电路、储能电路、DC/DC稳压电路和取电功率调节电路，电流互感器分别接入整流滤波电路和取电功率调节电路，整流滤波电路接入储能电路，储能电路接入DC/DC稳压电路。

本实用新型一种智能远程温度采集传输模块集高压取电、温度采集汇总、GPRS网络连接并发送温度数据、自身故障智能诊断等功能于一体；每个模块由一片高性能微控制器（MCU）集中控制，可自动按预定的时间周期对附近的连接点温度自动采集汇总，并通过GPRS无线通信网络上传至internet公网，并随时对各测温传感器和模块自身工作状态进行监测，发现异常也会将故障代码通过GPRS网络发送至internet公网。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

图1是本实用新型一种智能远程温度采集传输模块的结构示意图。

图2是图1中的取电控制单元的结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1和图2所示，本实用新型一种智能远程温度采集传输模块，包括电流互感器、取电控制单元、温度采集处理单元、GPRS数据传输单元、温度传感器单元和微控制器智能故障自诊断单元，电流互感器接入取电控制单元，取电控制单元、温度传感器单元和微控制器智能故障自诊断单元均接入温度采集处理单元，温度采集处理单元接入GPRS数据传输单元，智能故障自诊断单元也接入GPRS数据传输单元。其中取电控制单元从电流互感器取得电能并转换为温度采集处理系统所需的直流电源；温度采集处理单元对温度传感器单元测得的温度信号进行调理和存储；微控制器和智能故障自诊断单元负责控制温度采集单元对温度的定期采集，并将温度采集处理单元调理后的温度信号汇总打包再通过GPRS数据传输单元上传至internet公网，同时还对整个温度采集和传输过程进行实时监控，对系统存在的故障实施智能故障自诊断。

GPRS数据传输过程如下：传输开始，首先读出内部FLASH中保存的工作参数，包括GPRS拨号参数、数据中心IP地址等等，事先已经配置好。GPRS DTU登陆GSM网络，然后进行GPRS PPP拨号。拨号成功后，本远程温度采集模块（以下简称模块）将获得一个由移动随机分配的内部IP地址(一般是10.X.X.X)。也就是说，模块处于移动内网中，而且其内网IP地址通常是不固定的，随着每次拨号而变化。我们可以理解为这时模块是一个移动内部局域网内的设备，通过移动网关来实现与外部Internet公网的通信。这与局域网内的电脑通过网关访问外部网络的方式相似。模块主动发起与数据中心的通信连接，由于模块处于移动内网，而且IP地址不固定。因此，只能由模块主动连接数据中心，而不能由数据中心主动连接模块。这就要求数据中心具备固定的公网IP地址或固定的域名。数据中心的公网IP地址或固定的域名作为参数存储在模块内，以便模块一旦上电拨号成功，就可以主动连接到数据中心。具体地讲，模块通过数据中心的IP地址（如果是采用中心域名的话，先通过中心域名解析出中心IP地址）以及端口号等参数，向数据中心发起TCP或UDP通信请求。在得到中心的响应后，模块即认为与中心握手成功，然后就将需传送的温度数据通过移动GPRS网络传至internet公网。温度数据传输完成后模块自动断开与中心的连接。

温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多，按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，这里采用的是接触式测量方式，测温传感器选用的是数字式温度传感器，它具有直接输出数字信号，易于微控制器识别、测温精度高、热惯性小、抗干扰能力强的特点；电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的2次回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。

其中所述的取电控制单元包括电流互感器、整流滤波电路、储能电路、DC/DC稳压电路和取电功率调节电路，电流互感器分别接入整流滤波电路和取电功率调节电路，整流滤波电路接入储能电路，储能电路接入DC/DC稳压电路。

本实用新型的工作原理是：取电控制单元先对电流互感器从高压输电线路上通过电磁耦合得到的能量进行调节，将多余的能量通过取电功率调节电路泄放掉，然后将符合要求的部分能量送入整流滤波电路变成50V左右的直流电，再经储能电路进一步增强该直流电的稳定性，最后通过DC/DC电路稳压输出12V直流电。

    其中的关键部分是取电功率调节电路，基本原理是检测进入整流滤波电路的电压值，当检测到该电压超过额定值时，将会控制可控硅导通，从而将多余的能量经由可控硅泄放，以免过多的能量进入后续电路而造成过电压损坏。

智能远程温度采集传输模块由一片高性能微控制器集中控制，协调有序地完成计时、温度巡回检测、温度数据处理汇总、GPRS网络连接、IP地址搜寻、数据传输、智能故障自诊断等工作过程。测温间隔时间、网络端IP地址、网络端口号、测温点数等参数均可通过设置按键由用户自由设定并在液晶屏幕上显示。正常工作时，液晶屏幕上还将即时显示各种工作状态。当系统自诊断到存在故障时，也会在液晶屏上显示相应代码，同时将故障代码通过GPRS网络发送到终端。

    由于本温度采集传输部分将和取电部分相连接而成为高压带电体，为避免高压电磁场影响微控制器的正常工作，在产品设计时，壳体使用了双层金属网进行电磁场屏蔽、电路配置了硬件看门狗；软件上也使用了软件看门狗、软件陷阱等多种防程序跑飞措施。

本实用新型一种智能远程温度采集传输模块是一种适用于高压输电线路连接点温度测量的智能远程温度采集传输模块。针对高压输电线上测温点分散的特点，采用GPRS数据传输模块将温度数据发送至互联网的方案，使用一体化结构设计，直接进行测点温度采集，将温度采集、数据处理汇总、GPRS数据传送等功能集中到一个模块中，由一片高性能微控制器统一指挥完成，同时增加了系统智能故障自诊断功能；针对高压输电线路地处野外环境，获取模块工作所需能源困难的实际情况，专门设计了利用电流互感器从高压输电线路取得低压直流电源的电路；本模块因从高压输电线路取电，无法实现绝缘隔离，致使本模块工作时将成为高压带电体。因此，在硬件设计和软件编制上均采取了多种措施，以避免强烈的高压电磁场对微控制器和其它电子元器件工作的影响。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (2)

1.一种智能远程温度采集传输模块，其特征在于：包括电流互感器、取电控制单元、温度采集处理单元、GPRS数据传输单元、温度传感器单元和微控制器智能故障自诊断单元，电流互感器接入取电控制单元，取电控制单元、温度传感器单元和微控制器智能故障自诊断单元均接入温度采集处理单元，温度采集处理单元接入GPRS数据传输单元，智能故障自诊断单元也接入GPRS数据传输单元。

2.根据权利要求1所述的一种智能远程温度采集传输模块，其特征在于：所述取电控制单元包括电流互感器、整流滤波电路、储能电路、DC/DC稳压电路和取电功率调节电路，电流互感器分别接入整流滤波电路和取电功率调节电路，整流滤波电路接入储能电路，储能电路接入DC/DC稳压电路。

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