CN204479183U - 智能无线测温系统 - Google Patents
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Abstract
一种智能无线测温系统，包括无线数字温度采集器、无线数据接收仪和后台计算机三部分。采集器与接收仪、接收仪与接收仪之间都采用2.4GHz无线数传模块进行无线数据通信。无线数字温度采集器中的单片微型计算机MSP430F2013分别与数字温度探测器18B20、数传发射模块nRF2401、程序下载端口CXK、电阻R1和电容C1、C2相连；无线数据接收仪中的嵌入式ARM微控制器LPC2132分别与RS-485与RS-422通信的低功耗收发器MAX3485、CPU复位器CAT1025、电阻排、数传接收模块nRF2401、数传发射模块nRF2401、液晶显示屏、三极管Q1、Q2、Q3、Q4以及正向低压降稳压器LM1117相连。能够实现接收采集器信息，发射采集器信息，嵌入式ARM微控制器与后台计算机数据信息通讯，嵌入式ARM微控制器自动复位，超温人性化预警，温升预警和数据实时显示。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种应用于高压输配电设备的、基于智能信息互联网络的智能无线测温系统，可在高压设备带电情况下实现无接触、实时在线温度检测，通过全球免申请频道2.4G自动寻找合适的路径把数据传送到计算机，免去有线的数据线布线的麻烦。可远程监测被测点温度，可查看实时曲线以及历史曲线。具体是涉及一种具有温度在线实时监测、温升在线实时监测、人性化语音报警、高温报警的智能无线测温系统。
背景技术
近几年在对变电站高压开关柜、桥架电缆沟等多处提供热故障预警系统中，工程人员现场安装设备时多次发现在接收仪RS-485总线传输过程中由于现场环境的复杂性，导致现场布线难以进行，这无疑是增加了工程人员的劳动强度。外加通讯线价格昂贵，在生产成本上也是一笔不小的数目。实现接收仪无线收发功能，不仅能够降低工作人员的劳动强度，还可以大大减少生产成本，并且安装简单易行。
实用新型内容
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种智能无线测温系统，实现温度测量无接触、信息传递无导线、又能与internet网相连，它也是后台计算机、局域网或internet网相连的安全、可靠的自动化信息管理平台。
本实用新型智能无线测温系统的技术方案如下：
一种智能无线测温系统，包括多个无线数字温度采集器、多个无线数据接收仪和后台计算机三部分，所述无线数字温度采集器与无线数据接收仪之间、无线数据接收仪与无线数据接收仪之间都采用2.4GHz数传模块进行无线数据通信；
所述无线数字温度采集器由单片微型计算机MSP430F2013(IC1)、数字温度探测器18B20(IC2)、数传发射模块nRF2401(IC3)、程序下载端口CXK、电阻R1、电容C1、C2组成，其中：单片微型计算机MSP430F2013(IC1)分别与数字温度探测器18B20(IC2)、数传发射模块nRF2401(IC3)、程序下载端口CXK、电阻R1和电容C1、C2相连。其特征在于：
所述无线数据接收仪由嵌入式ARM微控制器LPC2132(IC4)、R5-485与R5-422通 信的低功耗收发器MAX3485(IC5)、CPU复位器CAT1025(IC6)、整流器(IC7)、DC-DC电压转换器(IC8)、电阻排(IC9、IC10)、数传接收模块nRF2401(IC11)、数传发射模块nRF2401(IC12)、液晶显示屏19264A(IC13)、可编程语音芯片WT588D16-28SS(IC14)、正向低压降稳压器LM1117(IC15)以及三极管Q1、Q2、Q3、Q4组成，其中：嵌入式ARM微控制器LPC2132(IC4)分别与RS-485与RS-422通信的低功耗收发器MAX3485(IC5)、CPU复位器CAT1025(IC6)、电阻排(IC9、IC10)、液晶显示屏19264A(IC13)、三极管Q1、Q2、Q3、Q4以及正向低压降稳压器LM1117(IC15)相连，电阻排(IC9、IC10)再分别与数传接收模块nRF2401(IC11)和数传发射模块nRF2401(IC12)相连，构成以嵌入式ARM微控制器LPC2132(IC4)为核心的智能无线测温系统。
具体地，单片微型计算机IC1的P1.0口与数字温度探测器IC2的第二脚相接，单片微型计算机IC1的P1.7口与数传发射模块IC3的PWR脚相接，单片微型计算机IC1的P1.1口与数传发射模块IC3的CS脚相接，单片微型计算机IC1的P1.2口与数传发射模块IC3的CE脚相接，单片微型计算机IC1的P1.4口与数传发射模块IC3的CLK1脚相接，单片微型计算机IC1的P1.5口与数传发射模块IC3的DATA脚相接，单片微型计算机IC1的P1.6口与数传发射模块IC3的DR1脚相接，单片微型计算机IC1的TEST与程序下载端口CXK的第二脚相接，单片微型计算机IC1的RST与电阻R1、程序下载口CXK的第三脚相接，单片微型计算机IC1的Vcc与电容C1、C2相接，Vcc、Vdd与Vss、GND分别为供电电源的正负极。
单片微型计算机IC1采用内部晶振、定时器和内部地址、频率设置，以单片微型计算机IC1为核心，实现温度信息采集和无线发射，共同嵌装在一个耐高温并且阻燃的防爆盒内。
所述无线数据接收仪由嵌入式ARM微控制器IC4、RS-485与RS-422通信的低功耗收发器IC5、CPU复位器IC6、整流器IC7、DC-DC电压转换器IC8、电阻排IC9和IC10、数传接收模块IC11、数传发射模块IC12、液晶显示屏IC13、可编程语音芯片IC14、正向低压降稳压器IC15以及三极管Q1、Q2、Q3、Q4组成，其中：嵌入式ARM微控制器IC4与RS-485与RS-422通信的低功耗收发器IC5相连；嵌入式ARM微控制器IC4与CPU复位器IC6相连；嵌入式ARM微控制器IC4与电阻排IC9和IC10分别相连，电阻排IC9 和IC10再分别与数传接收模块IC11和数传发射模块IC12相连；嵌入式ARM微控制器IC4与液晶显示屏IC13相连；嵌入式ARM微控制器IC4分别与三极管Q1、Q2、Q3、Q4相连；嵌入式ARM微控制器IC4与正向低压降稳压器IC15相连，构成以嵌入式ARM微控制器IC4为核心，实现接收采集器信息、发射采集器信息、嵌入式ARM微控制器与后台计算机数据信息通讯、嵌入式ARM微控制器自动复位、超温人性化预警、温升预警和数据实时显示。
本实用新型的智能无线测温系统是一种高压输配电设备热故障预警无线在线温度检测系统，可随时查看前端无线数据接收仪所接收的温度情况，实时监测难以观测的各被测点温度，在达到一定温度时，人性化语音报警，提醒值班人员，避免事故发生，在高压设备带电情况下，实现实时在线温度检测、升温预警并能与计算机联网的一种数字化、智能化设备。可广泛应用于钢铁、矿山、石化、铁路及电力行业的发电厂、供电局、电业局、变电所等各类高压开关柜触头及接点、变压器一、二次套管、箱式变电站、高压母线接头、封闭母线、穿墙套管、高压电缆接头、户外羊角开关、刀闸开关等运行时易发热而不易监测的部位进行温度实时监测，且特别适用于无人值守的变电站实现远距离监测和数据化管理。
附图说明
图1是本实用新型智能无线测温系统的无线数字温度采集器的电路图；
图2是本实用新型智能无线测温系统的无线数据接收仪的电路图；
图3(a)-3(b)是图2的分解放大图。
具体实施方式
下面对本实用新型智能无线测温系统的具体实施方式进行详细的描述和说明。
本实用新型在基于智能信息互联网络的智能无线测温系统中，设置了无线数字温度采集器、无线数据接收仪和后台计算机三部分，在它们之间都采用2.4GHZ数传模块进行无线数据通讯。在每个变电站都有数个高压开关柜，每个开关柜又有多个监测点。本产品是以每个开关柜作为基础单位，设为智能无线测温系统的一个独立的无线数据接收仪，每个开关柜内的若干个监测点都设为智能无线测温系统的采集器，每个监测点设置一个无线温度传感器。智能无线测温系统与被测点之间，通过无线温度传感器将被测点 的温度变化采集到无线数据接收仪中来(无接触)，无线数据接收仪与无线数据接收仪之间是通过无线数据模块将信息传到高压柜外面的智能无线测温系统内，该系统可通过液晶显示屏进行实时显示，超温报警，无线数据接收仪与无线数据接收仪之间也是通过2.4GHZ数传模块进行无线数据通讯，末端接收仪再通过协议接口将信息传送给后台计算机，后台计算机也可实现温度实时显示、历史数据纪录和预警功能；从而实现了无接触在线实时监测的目的。
无线数据接收仪与无线数据接收仪之间的通讯是非常严格的，无线数据接收仪与后台计算机之间都设有唯一的地址，无线数据接收仪与无线数据接收仪之间也都设有唯一地址，无线通讯采用了跳频方式，无线数据接收仪与无线数据接收仪之间还通过各自的CPU保持时序一致，并与其他系统时序错开。所以，每个系统无线通讯通过上述三种方法保证了数据的正确性，并排除了相互之间干扰的问题。
下面结合附图进行详细说明。
参见图1，无线数字温度采集器由单片微型计算机IC1(MSP430F2013)、数字温度探测器IC2(18B20)、数传发射模块IC3(nRF2401)、程序下载端口CXK、电阻R1、电容C1、C2组成，其中：单片微型计算机IC1与数字温度探测器IC2相连，单片微型计算机IC1与数传发射模块IC3相连，单片微型计算机IC1与程序下载端口CXK相连，单片微型计算机IC1与电阻R1相连，单片微型计算机IC1与电容C1、C2相连。单片微型计算机IC1采用内部晶振、定时器和内部地址、频率设置，以单片微型计算机IC1为核心，实现温度信息采集和无线发射，共同嵌装在一个耐高温并且阻燃的防爆盒内。
单片微型计算机IC1的P1.0口与数字温度探测器IC2的第二脚相接，完成被测物体温度信息传递至单片微型计算机。
单片微型计算机IC1的P1.7口与数传发射模块IC3的PWR脚相接，完成单片机对数传发射模块从休眠状态到工作状态进行激活。
单片微型计算机IC1的P1.1口与数传发射模块IC3的CS脚相接，完成单片机对数传发射模块的片选配置。
单片微型计算机IC1的P1.2口与数传发射模块IC3的CE脚相接，完成单片机对数传发射模块的发射状态配置。
单片微型计算机IC1的P1.4口与数传发射模块IC3的CLK1脚相接，完成单片机对数传发射模块的时钟信号配置。
单片微型计算机IC1的P1.5口与数传发射模块IC3的DATA脚相接，完成单片机对数传发射模块的信息传递功能。
单片微型计算机IC1的P1.6口与数传发射模块IC3的DR1脚相接，完成单片机对数传发射模块的发射功能控制。
单片微型计算机IC1的TEST与程序下载端口CXK的第二脚相接，完成计算机向单片微型计算机IC1程序下载功能。
单片微型计算机IC1的RST与电阻R1、程序下载口CXK的第三脚相接，完成单片机上电复位功能。
单片微型计算机IC1的Vcc与电容C1、C2相接，完成对电源低频、高频滤波功能。
Vcc、Vdd与Vss、GND分别为供电电源的正负极。
数字温度探测器IC2是将被测物体温度转换为数字电信号的元件，被测物体温度升高，转换的数字电信号增强，转换的数字电信号与被测物体温度变化成线性变化。
首先，由红外数字温度探测器IC2将被测点的温度采集进来，并转换成数字电信号，由IC2的第二脚将信息送到单片微型计算机IC1的P1.0口读进，由内部程序进行分析、处理。平时单片微型计算机IC1处于休眠状态，由单片微型计算机IC1程序控制内部定时器进行唤醒，当定时时间一到，单片微型计算机IC1由休眠状态转换到唤醒状态，这时单片微型计算机IC1通过内部程序向数传发射模块IC3进行配置，将数传发射模块IC3的状态进行如下控制：先由IC1的P1.7口输出高电平至IC3的PWR口将数传发射模块芯片激活，IC1的P1.1口输出低电平至IC3的CS口给数传发射模块一个片选信号，IC1的P1.2口输出高电平至IC3的CE口将数传发射模块配置成发射状态。这时，通过内部程序控制IC1的P1.4至IC3的CLK1、IC1的P1.5至IC3的DATA、IC1的P1.6至IC3的DR1，将单片微型计算机IC1中的数据信息送到数传发射模块IC3的CPU中去，再通过IC1的P1.2口改变数传发射模块IC3的CE口电平，由高电平变为低电平，数传发射模块IC3将CPU中的数据发射出去，通过内部程序控制使单片微型计算机IC1和数传发射模块IC3恢复上述起始状态，从而完成了一次数据发射全过程。
单片微型计算机IC1与电阻R1相连，完成上电复位功能。
单片微型计算机IC1与电容C1、C2相连，完成电源低频、高频滤波功能。
单片微型计算机IC1与程序下载端口CXK相连，完成编程器给单片微型计算机IC1下载程序功能。
参见图2，无线数据接收仪由嵌入式ARM微控制器IC4(LPC2132)、RS-485与RS-422通信的低功耗收发器IC5(MAX3485)、CPU复位器IC6(CAT1025)、整流器IC7、DC-DC电压转换器IC8、电阻排IC9和IC10、数传接收模块IC11(nRF2401)和数传发射模块IC12(nRF2401)、液晶显示屏IC13(19264A)、可编程语音芯片IC14(WT588D16-28SS)、正向低压降稳压器IC15(LM1117)以及三极管Q1、Q2、Q3、Q4组成，其中：嵌入式ARM微控制器IC4(LPC2132)与RS-485与RS-422通信的低功耗收发器IC5(MAX3485)相连；嵌入式ARM微控制器IC4(LPC2132)与CPU复位器IC6(CAT1025)相连；嵌入式ARM微控制器IC4(LPC2132)与电阻排IC9和IC10分别相连，电阻排IC9和IC10再分别与数传接收模块IC11(nRF2401)和数传发射模块IC12(nRF2401)相连；嵌入式ARM微控制器IC4(LPC2132)与液晶显示屏IC13相连；嵌入式ARM微控制器IC4(LPC2132)分别与三极管Q1、Q2、Q3、Q4(未示出)相连；嵌入式ARM微控制器IC4(LPC2132)与正向低压降稳压器IC15(LM1117)相连，构成以嵌入式ARM微控制器IC4(LPC2132)为核心，实现接收采集器信息、发射采集器信息嵌入式ARM微控制器与后台计算机数据信息通讯、嵌入式ARM微控制器自动复位、超温人性化预警、温升预警和数据实时显示。
每两台无线数据接收仪的连接方式依靠数传接收模块IC11(nRF2401)和数传发射模块IC12(nRF2401)配合实现，以无线方式传送数据，在任意一台无线数据接收仪上可单独设置其频段。
数传接收模块IC11处于被动式工作状态，受嵌入式ARM微控制器IC4控制，上电后自动配置成接收状态，当接收到系统的无线数字温度采集器发来的信息时，由数传接收模块IC11的DATA端输出至嵌入式ARM微控制器IC4的P1.21端口读进，经内部程序分析处理后的数据，一路由嵌入式ARM微控制器IC4的P0.2口输出至液晶显示屏IC13进行数据实时显示，一路由嵌入式ARM微控制器IC4的P0.3口控制数传发射模块IC12 发送给下端无线数据接收仪。
嵌入式ARM微控制器IC4的P0.2口为液晶显示屏的命令线，每帧显示三个被测点温度，每隔5秒钟翻屏一次，连续动作，数据每隔5分钟刷新一次；三级管Q3为显示屏电源屏保护开关，嵌入式ARM微控制器IC4的P0.29口对其基极进行控制。另一路由嵌入式ARM微控制器IC4的P0.1、P0.0、P0.17口输出分别至RS-485与RS-422通信的低功耗收发器IC5的第1脚、第4脚、第2、3脚，将数据由RS-232总线形式转换成RS-485总线形式，再由RS-485与RS-422通信的低功耗收发器IC5的第6、7脚输出送至总线上与上位机进行数据通讯。无线数据接收仪设有预警电路，如有测温点温度超限、温升超限时，嵌入式ARM微控制器IC4的P0.21口输出高电平至可编程语音芯片IC14，启动现场数据接收仪内部的报警声源发出预警，同时也通过RS-485总线将数据传至上位机，在上位机界面上也显示出超温点的确切位置。无线数据接收仪设有自动复位电路，由嵌入式ARM微控制器IC4控制CPU复位器IC6完成。
无线数据接收仪的频点、地址由嵌入式ARM微控制器IC4内部程序设置，可在本机设置本接收仪唯一地址与上位机通讯。
系统控制器的设计，温度采集采用了先进的18B20数字感温元件，CPU采用国际先进的LPC2132嵌入式ARM微控制器作为控制核心，元件少、体积小、功能强大，低成本，低功耗。
数传模块的设计，采用挪威nRF2401型芯片，工作在2.4GHz自由频段，它采用SOC方法设计，只需少量外围元件便可组成射频发射电路，是国际体积最小、功耗最少、功能最好的数传模块，体积上相当于业界其他数传模块PCB板缩小了近70％。
Claims (3)
1.一种智能无线测温系统，包括多个无线数字温度采集器、多个无线数据接收仪和后台计算机三部分，所述无线数字温度采集器与无线数据接收仪之间、所述无线数据接收仪与无线数据接收仪之间都采用2.4GHz数传模块进行无线数据通信；所述无线数字温度采集器由单片微型计算机MSP430F2013(IC1)、数字温度探测器18B20(IC2)、数传发射模块nRF2401(IC3)、程序下载端口CXK、电阻R1、电容C1、C2组成，其中，单片微型计算机MSP430F2013(IC1)分别与数字温度探测器18B20(IC2)、数传发射模块nRF2401(IC3)、程序下载端口CXK、电阻R1和电容C1、C2相连；其特征在于：
所述无线数据接收仪由嵌入式ARM微控制器LPC2132(IC4)、RS-485与RS-422通信的低功耗收发器MAX3485(IC5)、CPU复位器CAT1025(IC6)、整流器(IC7)、DC-DC电压转换器(IC8)、电阻排(IC9、IC10)、数传接收模块nRF2401(IC11)、数传发射模块nRF2401(IC12)、液晶显示屏19264A(IC13)、可编程语音芯片WT588D16-28SS(IC14)、正向低压降稳压器LM1117(IC15)以及三极管Q1、Q2、Q3、Q4组成，其中：嵌入式ARM微控制器LPC2132(IC4)分别与RS-485与RS-422通信的低功耗收发器MAX3485(IC5)、CPU复位器CAT1025(IC6)、电阻排(IC9、IC10)、液晶显示屏19264A(IC13)、三极管Q1、Q2、Q3、Q4以及正向低压降稳压器LM1117(IC15)相连，电阻排(IC9、IC10)再分别与数传接收模块nRF2401(IC11)和数传发射模块nRF2401(IC12)相连，构成以嵌入式ARM微控制器LPC2132(IC4)为核心的智能无线测温系统。
2.根据权利要求1所述的智能无线测温系统，其特征在于：每两台无线数据接收仪的连接方式依靠数传接收模块nRF2401(IC11)和数传发射模块nRF2401(IC12)配合实现，以无线方式传送数据，在任意一台无线数据接收仪上可单独设置其频段。
3.根据权利要求2所述的智能无线测温系统，其特征在于：所述单片微型计算机MSP430F2013(IC1)的P1.0口与数字温度探测器18B20(IC2)的第二脚相接，单片微型计算机MSP430F2013(IC1)的P1.7口与数传发射模块nRF2401(IC3)的PWR脚相接，单片微型计算机MSP430F2013(IC1)的P1.1口与数传发射模块nRF2401(IC3)的CS脚相接，单片微型计算机MSP430F2013(IC1)的P1.2口与数传发射模块nRF2401(IC3)的CE脚相接，单片微型计算机MSP430F2013(IC1)的P1.4口与数传发射模块nRF2401(IC3)的CLK1脚相接，单片微型计算机MSP430F2013(IC1)的P1.5口与数传发射模块nRF2401(IC3)的DATA脚相接，单片微型计算机MSP430F2013(IC1)的P1.6口与数传发射模块nRF2401(IC3)的DR1脚相接，单片微型计算机MSP430F2013(IC1)的TEST与程序下载端口CXK的第二脚相接，单片微型计算机MSP430F2013(IC1)的RST与电阻R1、程序下载口CXK的第三脚相接，单片微型计算机MSP430F2013(IC1)的Vcc与电容C1、C2相接，Vcc、Vdd与Vss、GND分别为供电电源的正负极。
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| CN114900446A (zh) * | 2022-05-17 | 2022-08-12 | 宁波世纪恒祥自控技术有限公司 | 高效率低延迟热电阻数据采集无线传输方法、系统及设备 |
| CN114900446B (zh) * | 2022-05-17 | 2023-10-13 | 宁波世纪恒祥自控技术有限公司 | 高效率低延迟热电阻数据采集无线传输方法、系统及设备 |
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