一种采集绝缘子环境温湿度的在线监测装置的制作方法

本实用新型涉及输变电设备运行状态检修领域，尤其是一种采集绝缘子环境温湿度的在线监测装置。

背景技术：

在电网运作中，绝缘子作为一种极为重要的绝缘固件，在架空强压供给电线路和固定强压供给电元件具有功不可没的功劳。作为一种高压绝缘控件，对固定自发电厂输电，到变电站输电，再经由各级高压母线支线等高压输电线路，最终到达各级用电单位，绝缘子串无处不见。然而，绝缘子串也作为一种常用绝缘控件，应用在外界各种恶劣环境当中，时刻经受着大自然的考验。其一，在运行过程中，绝缘子串暴露在大气污染严重的地区时，极其容易受到污秽物附着在绝缘子表面，于此最不好的结果就是使得绝缘子外围表层泄露电流剧增，造成性能受损，进而妨碍电力网络稳定工作；其二，在高强度的风雨雪冰雹或雷击等自然灾害的冲击下，经受长期的无规则抖动高压电线，使机械负荷不断地顺沿着高压线传导到绝缘子，再加上产生电弧效应并灼伤内部结构，容易对绝缘子造成侵蚀、磨损甚至表面出现横向或者纵向的裂痕，而引起的裂纹均将导致被测范围温度散布异常；其三，绝缘子串在高强度的电场作用下，由于受到高电压强电流和机械负荷的联合作用下，导致实际绝缘电阻劣化，当劣化以致导通电压小于干闪电压时，在这样的情况下就会被定义叫做“低值绝缘子”；一旦内里的导通电压数值越来越低直至完全归零后，这种情况就被叫做“零值绝缘子”。可知，如果绝缘子出现这两种劣化电阻的情况时，由于其内部击穿电压极小甚至为零，也就相当于绝缘子“短路”了，这样一旦遭受雷击天气或者发生工频闪络时，低值、零值绝缘子内部将很容易被强电流流过，进而又因焦耳热反应产生高温，以致部分悬状绝缘子的一些关键位置经受不了高温而炸碎或者严重受损，如钢帽。不能再固定高压电线而导致电线落地等严重事故。以上两种绝缘子是最严重也是最需要预防的故障。绝缘子串的安全运行直接影响电网的安全可靠性，绝缘子串的状态监控非常必要。由于绝缘子串的诸多故障都以温度异常表现出来，因此应用红外热成像仪可以检测其内部或外部缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种采集绝缘子环境温湿度的在线监测装置，能够检测绝缘子串所处环境空气温度和湿度，在融合算法的时候用来修正绝缘子的表面温度的时候需要提取的辅助参数，能够使得判别的结果更加的准确。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种采集绝缘子环境温湿度的在线监测装置，包括微处理器、分别与微处理器连接的测温电路、湿度检测电路、电平转换电路和电源电路，

测温电路包括为AD采集提供参考电压的基准电压设定电路和阻值随温度改变而改变的热敏电阻电路，基准电压设定电路的输出端与热敏电阻电路的输出电压分别与微处理器的温度测量输入端连接；

湿度测量电路采用数字式湿度传感器sht15，数字式湿度传感器sht15通过I2C总线与微处理器的湿度输入端连接；

电平转换电路采用MAX232芯片，MAX232芯片的输入端与微处理器的输出端连接，MAX232芯片的输出端与USB接口连接；

电源电路包括第一稳压电路、5V电源电路、第二稳压电路、3.3V电源电路，第一稳压电路的输入端与24V锂电池连接，第一稳压电路的输出端与5V电源电路的输入端连接，5V电源电路的输出端输出5V IN电压；

第二稳压电路的输入端与5V电源电路的输入端连接，第二稳压电路的输出端输出5V电压，第二稳压电路的输出端与3.3V电源电路的输入端连接，3.3V电源电路的输出端输出VCC3.3V电压；

5V电源电路的输出端与测温电路的电源端连接，3.3V电源电路的输出端分别与微处理器的电压端子、湿度检测电路的电压端子、电平转换电路的电压端子连接。

进一步地，微处理器采用单片机STM32F103C8T6，单片机STM32F103C8T6的引脚7通过电阻R6连接VCC3.3V电压，通过可变电容C rest1和开关S1接地；单片机STM32F103C8T6的引脚5与晶振Y1的一端和电容C10的一端连接，单片机STM32F103C8T6的引脚6与晶振Y1的另一端和电容C16的一端连接，电容C10的另一端和电容C16的另一端连接后接地；单片机STM32F103C8T6的引脚8、引脚23、引脚35、引脚47连接后外接VCC3.3V电压，单片机STM32F103C8T6的引脚9、引脚24、引脚36、引脚48连接后接地，单片机STM32F103C8T6的引脚8和引脚9之间串接电容C12，单片机STM32F103C8T6的引脚23和引脚24之间串接电容C13，单片机STM32F103C8T6的引脚35和引脚36之间串接电容C14，单片机STM32F103C8T6的引脚47、引脚48之间串接电容C15。

进一步地，基准电压设定电路包括稳压芯片LM2576，稳压芯片LM2576的输入端连接5V电压，稳压芯片LM2576的输出端与微处理器的引脚10连接，热敏电阻电路采用NI120传感器，NI120传感器的引脚1通过电阻ADR1与稳压芯片LM2576的输出端连接。

进一步地，数字式湿度传感器sht15的引脚1接地，引脚2为数据线与单片机STM32F103C8T6的引脚43连接，引脚3与单片机STM32F103C8T6的引脚42连接，引脚4接电源VCC3.3V，引脚5～8并联后接地。

进一步地，MAX232芯片的引脚11与单片机STM32F103C8T6的引脚30连接，MAX232芯片的引脚12与单片机STM32F103C8T6的引脚31连接，MAX232芯片的引脚13与USB接口的引脚3连接，MAX232芯片的引脚14与USB接口的引脚2连接，MAX232芯片的引脚15与USB接口的引脚1连接后接地。

进一步地，第一稳压电路包括可变电阻器PR4、瞬态电压抑制二极管PD2、电容PC4、电感PL2、电容PC5、可变电容PC1、电阻PR2和发光二极管PD3，可变电阻器PR4、瞬态电压抑制二极管PD2和电容PC4并联后一端外接24V锂电池的接线端，并联后的另一端接地，电感PL2的一端外接24V锂电池接线端子，另一端与电容PC5串接后接地，可变电容PC1与电容PC5并联，可变电容PC1的端电压即为输出电压24V，电阻PR2与发光二极管PD3串联后接地。

进一步地，5V电源电路包括稳压芯片LM2596，稳压芯片LM2596的引脚1外接24V电压，引脚2分别与二极管D3的负极和电感L1的一端连接，引脚3和引脚5连接后分别与二极管D3的正极连接，引脚1和引脚3之间串接可变电容C1，引脚4输出5V IN电压，引脚4分别与电感L1的另一端和可变电容C4的一端连接，电容C7与可变电容C4并联连接。

进一步地，第一稳压电路包括可变电阻器PR3、瞬态电压抑制二极管PD1、电容PC2、电感PL1、电容PC3、电阻PR1和发光二极管PD4，可变电阻器PR3、瞬态电压抑制二极管PD1和电容PC2并联后一端外接5V IN电压，并联后的另一端接地，电感PL1的一端外接5V IN电压，另一端与电容PC3串接后接地，电容PC3的端电压即为5V电压，电阻PR1与发光二极管PD4串联后接地。

进一步地，3.3V电源电路包括稳压芯片AMS1117，稳压芯片AMS1117的引脚3外接5V电压，引脚1接地，引脚3和引脚1之间串接有电容C5，可变电容C2与电容C5并联，引脚2输出VCC 3.3V电压，引脚2与引脚1之间串接有电容C6，可变电容C3与电容C6并联连接。

本实用新型的有益效果是，

本实用新型使用STM32F1038T6单片机操作SHT15湿度传感器NI120温度传感器以获得环境温湿度数据，单片机串口使用MAX232芯片转换电平与电脑实现通信，将温湿度数据发送给PC机，由PC机进行下一步的显示计算处理。测温电路、湿度检测电路都是为了在融合算法的时候用来修正绝缘子的表面温度的时候需要提取的辅助参数，能够使得判别的结果更加的准确，能够更有利于剔除一些环境噪声信号。

附图说明

图1是本实用新型电路结构框图；

图2是单片机STM32F103C8T6最小系统电路图；

图3是测温电路图；

图4是湿度检测电路图；

图5是电平转换电路图；

图6是第一稳压电路图；

图7是5V电源电路图；

图8是第二稳压电路图；

图9是3.3V电源电路图。

具体实施方式

如图1所示，一种采集绝缘子环境温湿度的在线监测装置，包括微处理器、分别与微处理器连接的测温电路、湿度检测电路、电平转换电路和电源电路，

测温电路包括为AD采集提供参考电压的基准电压设定电路和阻值随温度改变而改变的热敏电阻电路，基准电压设定电路的输出端与热敏电阻电路的输出电压分别与微处理器的温度测量输入端连接；

湿度测量电路采用数字式湿度传感器sht15，数字式湿度传感器sht15通过I2C总线与微处理器的湿度输入端连接；

电平转换电路采用MAX232芯片，MAX232芯片的输入端与微处理器的输出端连接，MAX232芯片的输出端与USB接口连接；

电源电路包括第一稳压电路、5V电源电路、第二稳压电路、3.3V电源电路，第一稳压电路的输入端与24V锂电池连接，第一稳压电路的输出端与5V电源电路的输入端连接，5V电源电路的输出端输出5V IN电压；

第二稳压电路的输入端与5V电源电路的输入端连接，第二稳压电路的输出端输出5V电压，第二稳压电路的输出端与3.3V电源电路的输入端连接，3.3V电源电路的输出端输出VCC3.3V电压；

5V电源电路的输出端与测温电路的电源端连接，3.3V电源电路的输出端分别与微处理器的电压端子、湿度检测电路的电压端子、电平转换电路的电压端子连接。

如图2所示，微处理器采用单片机STM32F103C8T6，单片机STM32F103C8T6的引脚7通过电阻R6连接VCC3.3V电压，通过可变电容C rest1和开关S1接地；单片机STM32F103C8T6的引脚5与晶振Y1的一端和电容C10的一端连接，单片机STM32F103C8T6的引脚6与晶振Y1的另一端和电容C16的一端连接，电容C10的另一端和电容C16的另一端连接后接地；单片机STM32F103C8T6的引脚8、引脚23、引脚35、引脚47连接后外接VCC3.3V电压，单片机STM32F103C8T6的引脚9、引脚24、引脚36、引脚48连接后接地，单片机STM32F103C8T6的引脚8和引脚9之间串接电容C12，单片机STM32F103C8T6的引脚23和引脚24之间串接电容C13，单片机STM32F103C8T6的引脚35和引脚36之间串接电容C14，单片机STM32F103C8T6的引脚47、引脚48之间串接电容C15。单片机STM32F103C8T6的引脚38与发光二极管D1的阴极连接，发光二极管D1的阳极与电阻R3的一端连接，引脚39与发光二极管D2的阴极连接，发光二极管D2的阳极与电阻R4的一端连接，引脚40与发光二极管D4的阴极连接，发光二极管D4的阳极与电阻R5的一端连接，电阻R3的另一端、电阻R4的另一端和电阻R5的另一端连接后外接电压VCC 3.3V。

如图3所示，基准电压设定电路包括稳压芯片LM2576，稳压芯片LM2576的输入端连接5V电压，稳压芯片LM2576的输出端与微处理器的引脚10连接，热敏电阻电路采用NI120传感器，NI120传感器的引脚1通过电阻ADR1与稳压芯片LM2576的输出端连接。NI120实质为热敏电阻，通过温度的改变阻值随之改变。AD_IN0为NI120电压，VDD＝3.3V，电阻ADR1阻值为51欧姆，电阻ADR1与NI120串联，即两者电流I相等。

I＝(3.3-AD_IN0)/51

NI120阻值＝AD_IN0/I

NI120分度表如表1所示，使用MATLAB拟合一条二次函数，通过带入之前求得的NI120阻值即可算出温度。

表1

如图4所示，数字式湿度传感器sht15的引脚1接地，引脚2为数据线与单片机STM32F103C8T6的引脚43连接，引脚3与单片机STM32F103C8T6的引脚42连接，引脚4接电源VCC3.3V，引脚5～8并联后接地。

如图5所示，MAX232芯片的引脚11与单片机STM32F103C8T6的引脚30连接，MAX232芯片的引脚12与单片机STM32F103C8T6的引脚31连接，MAX232芯片的引脚13与USB接口的引脚3连接，MAX232芯片的引脚14与USB接口的引脚2连接，MAX232芯片的引脚15与USB接口的引脚1连接后接地。

如图6所示，第一稳压电路包括可变电阻器PR4、瞬态电压抑制二极管PD2、电容PC4、电感PL2、电容PC5、可变电容PC1、电阻PR2和发光二极管PD3，可变电阻器PR4、瞬态电压抑制二极管PD2和电容PC4并联后一端外接24V锂电池的接线端，并联后的另一端接地，电感PL2的一端外接24V锂电池接线端子，另一端与电容PC5串接后接地，可变电容PC1与电容PC5并联，可变电容PC1的端电压即为输出电压24V，电阻PR2与发光二极管PD3串联后接地。

如图7所示，5V电源电路包括稳压芯片LM2596，稳压芯片LM2596的引脚1外接24V电压，引脚2分别与二极管D3的负极和电感L1的一端连接，引脚3和引脚5连接后分别与二极管D3的正极连接，引脚1和引脚3之间串接可变电容C1，引脚4输出5V IN电压，引脚4分别与电感L1的另一端和可变电容C4的一端连接，电容C7与可变电容C4并联连接。

如图8所示，第一稳压电路包括可变电阻器PR3、瞬态电压抑制二极管PD1、电容PC2、电感PL1、电容PC3、电阻PR1和发光二极管PD4，可变电阻器PR3、瞬态电压抑制二极管PD1和电容PC2并联后一端外接5V IN电压，并联后的另一端接地，电感PL1的一端外接5V IN电压，另一端与电容PC3串接后接地，电容PC3的端电压即为5V电压，电阻PR1与发光二极管PD4串联后接地。

如图9所示，3.3V电源电路包括稳压芯片AMS1117，稳压芯片AMS1117的引脚3外接5V电压，引脚1接地，引脚3和引脚1之间串接有电容C5，可变电容C2与电容C5并联，引脚2输出VCC 3.3V电压，引脚2与引脚1之间串接有电容C6，可变电容C3与电容C6并联连接。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。