CN210862945U - 一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种NB‑IoT冶金节点温度采集与远程监测系统，涉及温度采集与远程监测技术领域，包含设置于高炉冶金沟道中的多个热电偶传感器，以及与热电偶传感器一一对应连接的多个STM32节点，还包含RS484总线、STM32主控机、WH‑NB74模块、服务器和PC终端；基于AD8495放大器处理K型热电偶冷端补偿完成现场温度等参数采集，由STM32节点进行处理，通过Modbus和NB‑IoT网络数据传输与远程监控终端进行通信，实现高炉沟道特种环境远端监视与安全管理，相比传统的单一本地监测，解决高炉冶金沟道测温节点分布广、监控距离远、现场监测高炉高热环境成本高、生产安全保障低等问题，实现对高炉生产阶段进行有效运行监测与优化。
Description
技术领域
本实用新型涉及温度采集与远程监测技术领域，尤其涉及一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统。
背景技术
在目前的仪器设备中，温度采集已经成为不可或缺而且极其重要的部分，在设备运行过程中，能够实时监测环境温度、设备温度、甚至某个器件的温度值，对于设备的正常运行和保护都起到了至关重要的作用。
目前，温度采集大致上有几种方法。水银式等物理方法、红外遥感热成像技、温度传感器采集方法等。而以上方法或多或少都存在一定的缺点。
其中，水银式等物理方法，是利用水银、煤油等液体的热膨胀特性，经过加工密闭于一定容器内，最终通过人工肉眼识别的方式来读取环境温度值。此方法虽然简单易行且成本低廉，但由于需要人为肉眼读取识别，因此精度偏低，同时，由于受结构样式的影响，很难应用于具体设备、器件的温度采集环境。
红外遥感热成像技术是利用不同温度的光谱特性，通过特殊的感光设备采集特定区域、位置的光波，并通过软件算法形成热度的图像，可以人为肉眼比对图像颜色读取温度值，也可通过软件实时显示温度值。虽然方便已操作，但同时却受到成像技术、操作距离、操作角度等的影响最终导致精度不高，而且最重要的一点是其造价高昂，严重限制了这种方法的具体应用。
而目，目前大量应用的是温度传感器直接采集方法，即应用温度传感器在不同温度时所产生的模拟量直接反映具体温度值。这种方法简单易行、精度可靠，但在应用过程中，温度传感器所产生的模拟量很容易受到其他信号干扰，尤其是应用于仪器设备内部时，复杂的电磁环境会对采集值产生不可控制的干扰，最终令温度采集结果的精确度、稳定度都大打折扣。
大型高炉出铁量大，冶金生产环境恶劣，导致铁水沟侵蚀日益严重，需人工定期对冶金沟道部分进行温测，其准确度不高，生产成本高，安全保障低。为了能够对高炉冶金沟道进行全方位测温，掌握铁水沟道的温度和腐蚀情况，利用RS485主从通信方式进行多节点数据传输。RS485能提供稳定、即时、可靠的数据通信，然而RS485总线有自身局限性，如通信速率制约通信距离，随着距离的增加，会使数据丢包率增加，传输速率下降，从而出现严重的多节点数据丢失现象。
基于蜂窝的NB-IoT是针对物联网需求设计的窄带物联网技术，NB-IoT具有低成本、覆盖广和无线传输的优势，其在万物互联领域得到广泛的应用。NB-IoT模块汇集现场RS485总线多节点数据，经4G网络传输至上位机。
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NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统，解决高炉冶金沟道测温节点分布广、监控距离远、现场监测高炉高热环境成本高、生产安全保障低等问题，实现对高炉生产阶段进行有效运行监测与优化。
本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统，如图1所示，包含设置于高炉冶金沟道中的多个热电偶传感器，以及与热电偶传感器一一对应连接的多个STM32节点，还包含RS484总线、STM32主控机、WH-NB74模块、服务器和PC终端；
其中，所述热电偶传感器依次与其对应的STM32节点连接，所述STM32节点通过RS484总线连接STM32主控机，所述STM32主控机通过WH-NB74模块连接服务器，所述服务器与PC终端连接；
如图2所示，所述热电偶传感器包含电压输入端VCC端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、AD8495芯片、电压输出VOUT、第一电容、第二电容、电三电容、第四电容和三极管Q1；
其中，电压输入VCC端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接AD8495芯片的REF端、三极管Q1的集电极和三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接GND端，AD8495芯片的-VS端连接GND端，AD8495芯片的OUT端和AD8495芯片的SENSE端连接电压输出VOUT端，AD8495芯片的+VS端分别连接电压输入VCC端、和第一电容的一端，第一电容的另一端连接GND端，AD8495芯片的+IN端分别连接第二电容的一端、第三电容的一端和第二电阻的一端，第二电容的另一端连接GND端，第三电容的另一端分别连接第四电容的一端、第三电阻的一端和AD8495芯片的-IN端，第四电容的另一端接地，第二电阻的另一端连接负载的P2端口，第三电阻的另一端分别连接第四电阻的一端和负载的J1端口，第四电阻的另一端连接GND端。
作为本实用新型一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统的进一步优选方案，所述STM32节点与STM32主控机之间还设有多通道模数转换电路，所述STM32节点依次经过多通道模数转换电路和RS484总线连接STM32主控机。
作为本实用新型一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统的进一步优选方案，所述WH-NB74模块采用基于WH-NB73 NB-IoT网络传输模块。
作为本实用新型一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统的进一步优选方案，所述STM32主控机的芯片型号为STM32F103C8T6。
作为本实用新型一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统的进一步优选方案，所述第一电阻和第四电阻的阻值均为1000欧。
作为本实用新型一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统的进一步优选方案，所述第二电阻和第三电阻的阻值均为100欧。
作为本实用新型一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统的进一步优选方案，所述第一电容、第二电容、第三电容和第四电容均采用100pF电容。
本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本实用新型基于AD8495放大器处理K型热电偶冷端补偿完成现场温度等参数采集，由STM32节点进行处理，通过Modbus和NB-IoT网络数据传输与远程监控终端进行通信，实现高炉沟道特种环境远端监视与安全管理，相比传统的单一本地监测，解决高炉冶金沟道测温节点分布广、监控距离远、现场监测高炉高热环境成本高、生产安全保障低等问题，实现对高炉生产阶段进行有效运行监测与优化；
2、基于Modbus和NB-IoT的高炉冶金沟道温度监测系统实现多个冶金点温度采集、智能化处理和网络化的生产环境监测，提高了现场高热环境温度监测的可靠性，进一步降低冶金生产过程成本，加强了工业生产安全管理；
3、本实用新型基于AD8495的温度采集电路，AD8495提供内部冷端补偿，其高CRMM抑制性对热电偶线或延长线引入的共模噪声具有很好的抑制能力；基于AD8495的温度采集电路，其热电偶输出端与AD8495差分输入端IN相接，温度数据通过差分电路的固定增益122.4实现热电偶的微弱电信号放大；采用低通滤波器消除K型热电偶RF信号影响，布线时，AD8495靠近K型热电偶冷端，尽可能减小冷端温度误差，进一步提高温度采集准确度。
附图说明
图1是本实用新型基于NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统的系统结构原理图；
图2是本实用新型热电偶传感器的具体电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统，如图1所示，包含设置于高炉冶金沟道中的多个热电偶传感器，以及与热电偶传感器一一对应连接的多个STM32节点，还包含RS484总线、STM32主控机、WH-NB74模块、服务器和PC终端；
其中，所述热电偶传感器依次与其对应的STM32节点连接，所述STM32节点通过RS484总线连接STM32主控机，所述STM32主控机通过WH-NB74模块连接服务器，所述服务器与PC终端连接；
本实用新型基于AD8495放大器处理K型热电偶冷端补偿完成现场温度等参数采集，由STM32节点进行处理，通过Modbus和NB-IoT网络数据传输与远程监控终端进行通信，实现高炉沟道特种环境远端监视与安全管理，相比传统的单一本地监测，解决高炉冶金沟道测温节点分布广、监控距离远、现场监测高炉高热环境成本高、生产安全保障低等问题，实现对高炉生产阶段进行有效运行监测与优化；
基于Modbus和NB-IoT的高炉冶金沟道温度监测系统实现多个冶金点温度采集、智能化处理和网络化的生产环境监测，提高了现场高热环境温度监测的可靠性，进一步降低冶金生产过程成本，加强了工业生产安全管理。
优选的，所述STM32节点与STM32主控机之间还设有ADS1256多通道模数转换电路，所述STM32节点依次经过多通道模数转换电路和RS484总线连接STM32主控机。ADS1256的多通道模数转换电路设计包括参考电压电路与AD转换电路设计、STM32与外部接口通信电路设计等。参考电压电路与AD转换电路设计采用24位高精度同步采样的AD转换芯片ADS12568，实现八通道低噪声、多通道数据采集。STM32与外部接口通信电路设计利用STM32芯片的SPI、RS485和USART数据通信。
优选的，所述WH-NB74模块采用基于WH-NB73 NB-IoT网络传输模块。
优选的，所述STM32主控机的芯片型号为STM32F103C8T6。
如图2所示，所述热电偶传感器包含电压输入端VCC端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、AD8495芯片、电压输出VOUT、第一电容、第二电容、电三电容、第四电容和三极管Q1；
其中，电压输入VCC端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接AD8495芯片的REF端、三极管Q1的集电极和三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接GND端，AD8495芯片的-VS端连接GND端，AD8495芯片的OUT端和AD8495芯片的SENSE端连接电压输出VOUT端，AD8495芯片的+VS端分别连接电压输入VCC端、和第一电容的一端，第一电容的另一端连接GND端，AD8495芯片的+IN端分别连接第二电容的一端、第三电容的一端和第二电阻的一端，第二电容的另一端连接GND端，第三电容的另一端分别连接第四电容的一端、第三电阻的一端和AD8495芯片的-IN端，第四电容的另一端接地，第二电阻的另一端连接负载的P2端口，第三电阻的另一端分别连接第四电阻的一端和负载的J1端口，第四电阻的另一端连接GND端。
本实用新型基于AD8495的温度采集电路，AD8495提供内部冷端补偿，其高CRMM抑制性对热电偶线或延长线引入的共模噪声具有很好的抑制能力；基于AD8495的温度采集电路，其热电偶输出端与AD8495差分输入端IN相接，温度数据通过差分电路的固定增益122.4实现热电偶的微弱电信号放大；采用低通滤波器消除K型热电偶RF信号影响，布线时，AD8495靠近K型热电偶冷端，尽可能减小冷端温度误差，进一步提高温度采集准确度
优选的，所述第一电阻和第四电阻的阻值均为1000欧。
优选的，所述第二电阻和第三电阻的阻值均为100欧。
优选的，所述第一电容、第二电容、第三电容和第四电容均采用100pF电容。
需要说明的是，以上所述只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统，其特征在于：包含设置于高炉冶金沟道中的多个热电偶传感器，以及与热电偶传感器一一对应连接的多个STM32节点，还包含RS484总线、STM32主控机、WH-NB74模块、服务器和PC终端；
其中，所述热电偶传感器依次与其对应的STM32节点连接，所述STM32节点通过RS484总线连接STM32主控机，所述STM32主控机通过WH-NB74模块连接服务器，所述服务器与PC终端连接；
所述热电偶传感器包含电压输入端VCC端、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、AD8495芯片、电压输出VOUT、第一电容、第二电容、电三电容、第四电容和三极管Q1；
其中，电压输入VCC端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端分别连接AD8495芯片的REF端、三极管Q1的集电极和三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极连接GND端，AD8495芯片的-VS端连接GND端，AD8495芯片的OUT端和AD8495芯片的SENSE端连接电压输出VOUT端，AD8495芯片的+VS端分别连接电压输入VCC端、和第一电容的一端，第一电容的另一端连接GND端，AD8495芯片的+IN端分别连接第二电容的一端、第三电容的一端和第二电阻的一端，第二电容的另一端连接GND端，第三电容的另一端分别连接第四电容的一端、第三电阻的一端和AD8495芯片的-IN端，第四电容的另一端接地，第二电阻的另一端连接负载的P2端口，第三电阻的另一端分别连接第四电阻的一端和负载的J1端口，第四电阻的另一端连接GND端。
2.根据权利要求1所述的一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统，其特征在于：所述STM32节点与STM32主控机之间还设有多通道模数转换电路，所述STM32节点依次经过多通道模数转换电路和RS484总线连接STM32主控机。
3.根据权利要求1所述的一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统，其特征在于：所述WH-NB74模块采用基于WH-NB73 NB-IoT网络传输模块。
4.根据权利要求1所述的一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统，其特征在于：所述STM32主控机的芯片型号为STM32F103C8T6。
5.根据权利要求1所述的一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统，其特征在于：
所述第一电阻和第四电阻的阻值均为1000欧。
6.根据权利要求1所述的一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统，其特征在于：所述第二电阻和第三电阻的阻值均为100欧。
7.根据权利要求1所述的一种NB-IoT冶金节点温度采集与远程监测系统，其特征在于：所述第一电容、第二电容、第三电容和第四电容均采用100pF电容。
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| CN114686628A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-07-01 | 中冶东方工程技术有限公司 | 一种高炉水温差热负荷数据检测系统及方法 |
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