一种无线测温系统及其测温方法与流程

本发明涉及一种用电安全监控技术领域，特别涉及一种无线测温系统及其测温方法。

背景技术：

随着经济的快速发展，用电量逐年加大，用电安全问题也逐渐凸显。用电设备越来越多，且内部电气元件复杂。在用电或电力分配设备运行期间不能够打开外壳或柜门对其进行检测，长期运行后，各元件极易出现过热故障。提前发现已接近故障状态的元器件，从而防患未然，发生故障时，能够迅速、准确地查出元件故障，对于电气设备的维修和保证安全发供电具有十分重要的意义。

目前常用的测温设备是红外测温仪，其工作原理是：红外测温仪接收被测物体的红外辐射光，通过前端红外透镜将光信号聚焦到传感器上，传感器将光信号转换为电信号，电信号经过后续电路的放大与滤波后，送入模数转换器，微处理器读取电压值，通过电压温度变换函数将电压转换为温度，最后在显示器上显示，红外测温仪为一种非接触式通过接收物体的红外辐射实现温度测量的器具。

现有技术中，红外测温仪的测温结果需要人工逐一排查，工作量大，人工成本高。而目前使用的将温度测量汇总传输的技术方案则主要采用圆柱形红外探头直接通过信号线连接采集器的方式，存在数据测量不准确，传输误差大等问题。且由于现有布线和信号传输的条件限制，采集器也只能分布在监测点的附近，依然需要人工一一排查。例如，已获得授权的201620801325.4号中国发明专利公开了一种红外测温装置，包括：红外短波检测器，数据处理模块以及控制器。其红外短波检测器与数据处理模块电性连接，即通过信号线连接，由于这里的信号线传输的是强度非常弱的数字信号，为实现该信号的输出，数据处理模块需要设置外接的调理电路，才能将红外短波检测器生成的测温信号转换为能够传输的电压信号。

而测温信号的传输抗干扰能力差，对复杂环境的适应性不强，因而采集到的最终数据误差较大。且其外接调理电路，流程复杂，成本高。

另外，目前的监控采集器采用的红外测温探头，多数缺少激光对准器或者需要另外安装，安装的激光对准器在红外测温探头对准后还需要重新拆下，以防止激光对准器因长时间工作而损坏。但对红外测温探头的每一次检修都要重复安装、拆下，使用不便。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种无线传输，集成显示的无线测温系统及其测温方法。具体的技术方案如下：

本发明实施例一公开了一种测温准确，温度采集和传输一体化的无线测温系统。

一种无线测温系统，包括若干红外测温探头和若干采集器；其特征在于，还包括一网关，网关通过无线信号连接各个采集器，采集器通过线缆连接一个或多个红外测温探头，网关内置gprs模块和/或以太网模块；gprs模块连接数据库；以太网模块连接以太网。红外测温探头输出数字信号，采集器收集数字信号后通过无线传输到网关，再由网关发送到数据库或/和以太网，控制平台接入以太网，从而实现系统中所有红外测温探头测量的温度数据的集成显示，同时，集成控制和反馈红外测温探头的状态。

进一步的，网关包括一网关mcu模块，网关mcu模块连接gprs模块或/和以太网模块，以及网关无线节点模块和网关通信模块；网关无线节点模块通过无线信号连接采集器。通过网关将系统中的数据采集部分连接到后台数据库或/和以太网，从而实现数据的集中汇总。

进一步的，采集器包括一采集mcu模块，一采集无线节点模块和若干采集通信模块，采集通信模块通过线缆连接红外测温探头。连接红外测温探头以及采集器的线缆采用两对双屏蔽双绞电缆(即四芯双屏双绞电缆)。采集无线节点模块与网关无线节点模块通过无线信号连接。

进一步的，红外测温探头包含测温mcu模块、激光对准器和红外传感器，测温mcu模块分别连接红外传感器和激光对准器。激光对准器用于发射参考光束来瞄准待测位置，从而进一步提高测量准确度。

进一步的，测温mcu模块通过三极管开关电路连接激光对准器；测温mcu模块通过io接口连接红外传感器的smbus接口。测温mcu模块对激光对准器预设工作时限。上电后测温mcu模块自动开启激光对准器，工作超过时限后测温mcu模块自动关闭激光对准器，从而避免激光对准器长时间工作导致的损坏。开关三极管具有寿命长、安全可靠、没有机械磨损、开关速度快、体积小等特点。开关三极管可以用很小的电流，控制大电流的通断。便于mcu模块快速安全的控制激光对准器的开启与关闭。smbus协议及其接口用于实现低速率通讯，信号稳定性相对较好，且电路结构简单，但是传输距离短，不适用于远距离传输。

进一步的，测温mcu模块连接测温通讯模块，测温通讯模块连接线缆，并通过线缆连接到采集器。测温mcu模块通过uart接口连接测温通讯模块；所述测温通讯模块为rs485通讯模块，通过线缆连接到采集器的采集通信模块。rs485通讯协议通讯距离更远，抗干扰能力更强。优选的，前述网关通信模块和采集通信模块也采用rs485通讯模块。

进一步的，红外测温探头设置有一支架，并通过支架定位到测温位置；支架带有至少一个万向关节。支架的上下两端各设置有一个球形的万向节，支架上设置有至少一个紧固钉。采用此结构的红外测温探头体积小，结构简单，便于安装在空间较小的电气柜体内，且探头的角度360度可调，测温更为准确。

本发明实施例二公开了一种测温准确，温度采集和传输一体化，并实现数据的集中处理的无线测温系统测温方法。

一种无线测温系统的测温方法，包括以下步骤：

一、将红外测温探头安装到测温位置，调整支架位置，利用激光对准器精确定位测温点；

二、红外测温探头测量温度并转换为ascii数字信号传送给采集器；

三、采集器通过采集无线节点模块将收到的ascii数字信号发送给网关；

四、网关将收到的ascii数字信号通过gprs模块发送给数据库或/和通过以太网模块发送到以太网，最终显示在数据库或/和控制平台中。

进一步的，在步骤一中，测温mcu模块上电自动开启激光对准器，并对激光对准器预设工作时限，激光对准器工作超过时限后，测温mcu模块自动关闭激光对准器；根据激光对准器的指示，通过支架上的万向关节微调红外测温探头的测温区域，精确定位测温点。

进一步的，步骤二还包括以下步骤：

(1)红外传感器测量待测物体温度，生成smbus数字式温度数据，并更新到温度数据寄存器；

(2)测温mcu模块读取红外传感器的温度数据寄存器，并通过crc校验算法校验温度数据是否正确，若校验成功，则进行下一步；若校验不成功，则返回步骤一，同时将检测错误信息发送给采集器，进而通过网关发送至控制平台。

(3)测温mcu模块将校验成功的温度数据转换为ascii格式的数字信号，并通过线缆传送给探测器。

本发明的有益效果是：

1.红外测温探头内置自动开关的激光对准器，提高测量准确度，且节能省电；

2.本发明采用的传输方法信号稳定，抗干扰能力强，电路结构简单；

3.通过网关将多个采集器收集的数据集中显示在控制平台或/和数据库中，节省人工成本，实现集中控制，同时，通过数据库对相应数据加以分析，更有利于用电安全隐患的防范。

附图说明

图1：本发明实施例一无线测温系统原理图；

图2：本发明实施例一红外测温探头系统原理图；

图3：本发明实施例一红外测温探头结构图；

图4：本发明实施例一采集器系统原理图；

图5：本发明实施例一网关系统原理图；

图6：本发明实施例二流程图；

其中：1-红外测温探头、11-壳体、12-支架、13-万向节、14-定位螺母、15-紧固钉、16-激光对准器、17-红外传感器、18-测温mcu模块、19-测温通讯模块；

2-采集器、21-采集mcu模块、22-采集无线节点模块、23-采集通信模块；

3-网关、31-网关mcu模块、32-gprs模块、33-以太网模块、34-网关无线节点模块、35-网关通信模块。

4-数据库、5-以太网、6-控制平台、7-线缆。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例一公开了一种测温准确，温度采集和传输一体化的无线测温系统。

如图1所示，一种无线测温系统，包括多个红外测温探头1和多个采集器2；每四个红外测温探头1对应一个采集器2；还包括一网关3，网关3通过无线信号连接各个采集器2，采集器2通过线缆7连接红外测温探头1，网关3内置gprs模块32以及以太网模块33；gprs模块32连接数据库4；以太网模块33连接以太网5。

如图5所示，网关3包括一网关mcu模块31，网关mcu模块31连接gprs模块32和以太网模块33，以及网关无线节点模块34和网关通信模块35；网关无线节点模块34通过无线信号连接采集器2。

如图4所示，采集器2包括一采集mcu模块21，一采集无线节点模块22和4个采集通信模块23，采集通信模块23通过线缆7连接红外测温探头1。线缆7采用两对双屏蔽双绞电缆(即四芯双屏双绞电缆)。采集无线节点模块22与网关无线节点模块34通过无线信号连接。

如右图2、3所示，红外测温探头1包含测温mcu模块18、激光对准器16和红外传感器17，测温mcu模块18分别连接红外传感器17和激光对准器16。激光对准器16用于发射参考光束来瞄准待测位置，从而进一步提高测量准确度。

该测温mcu模块18优选为14引脚的pic16lf1825芯片，采用tssop封装，并内置时钟发生器、uart通讯接口，以及多个io接口。

测温mcu模块18通过三极管开关电路连接激光对准器16；测温mcu模块18通过io接口连接红外传感器17的smbus接口。测温mcu模块18对激光对准器16预设工作时限。上电后测温mcu模块18自动开启激光对准器16，工作超过时限后测温mcu模块18自动关闭激光对准器16，从而避免激光对准器16长时间工作导致的损坏。开关三极管具有寿命长、安全可靠、没有机械磨损、开关速度快、体积小等特点。开关三极管可以用很小的电流，控制大电流的通断。便于测温mcu模块18快速安全的控制激光对准器16的开启与关闭。smbus协议及其接口用于实现低速率通讯，信号稳定性相对较好，且电路结构简单，但是传输距离短，不适用于远距离传输。

测温mcu模块18连接测温通讯模块19，测温通讯模块19连接线缆7，并通过线缆7连接到采集器2。测温mcu模块18通过uart接口连接测温通讯模块19。

前述网关通信模块35、采集通信模块23以及测温通讯模块19均采用rs485通讯模块，rs485通讯协议通讯距离更远，抗干扰能力更强。测温通讯模块19通过线缆7连接到采集器2的采集通信模块23。

为了是红外测温探头1测温准确，红外测温探头1设置有一支架12，支架12连接红外测温探头1的壳体11，并通过支架12将红外测温探头1定位到测温位置；支架2为双层对称结构，支架2的上下两端各设置有一个球形万向节3，万向节3位于支架2两层之间，并被定位在支架2上的圆形孔中。支架2上设置有至少一个紧固钉5，本实施例中，设置了两个紧固钉5，紧固钉5上带螺纹，通过转动紧固钉5来调整万向节3的紧固程度，从而调整万向节3的角度。

支架2上的万向节3分别通过一定位螺母4连接壳体1和红外测温探头的定位位置。

采用此结构的红外测温探头体积小，结构简单，便于安装在空间较小的电气柜体内，且探头的角度360度可调，测温更为准确。

优选的，红外测温探头1的壳体11采用铝或铝合金材质，屏蔽效果更佳。红外测温探头上还设置有led指示灯，红外测温探头工作时，led指示灯亮起。

本实施例中，红外测温探头测温准确，且直接输出数字信号，采集器收集数字信号后通过无线传输到网关，再由网关发送到数据库或/和以太网，控制平台接入以太网，从而实现系统中所有红外测温探头测量的温度数据的集成显示，同时，集成控制和反馈红外测温探头的状态。

本发明实施例二公开了一种测温准确，温度采集和传输一体化，并实现数据的集中处理的无线测温系统测温方法。

如图6所示，一种无线测温系统的测温方法，包括以下步骤：

一、将红外测温探头安装到测温位置，调整支架位置，利用激光对准器精确定位测温点；

二、红外测温探头测量温度并转换为ascii数字信号传送给采集器；

三、采集器通过采集无线节点模块将收到的ascii数字信号发送给网关；

四、网关将收到的ascii数字信号通过gprs模块发送给数据库或/和通过以太网模块发送到以太网，最终显示在数据库或/和控制平台中。

在步骤一中，测温mcu模块上电自动开启激光对准器，并对激光对准器预设工作时限，激光对准器工作超过时限后，测温mcu模块自动关闭激光对准器；根据激光对准器的指示，通过支架上的万向关节微调红外测温探头的测温区域，精确定位测温点。激光对准器17预设工作时限一般为20-60分钟。

由于支架12部分包括了上部、下部两个万向节13机构，通过松动支架12部分的紧固钉15，放松支架12对万向节13的夹持，通过万向节13对支架12以及红外测温探头的位置和角度进行微调，从而使红外测温探头的安装位置不需要特殊限定，且可以适应狭小的空间。

激光对准器6用于发射参考光束来瞄准待测位置，从而进一步提高测量准确度。激光对准器6采用聚光性能良好的激光探头，激光对准器6与红外传感器7均为圆柱体并平行贴紧，且激光对准器6的光轴与红外传感器6轴线平行设置，激光对准器6与红外传感器7的中点距离为二者的半径之和，实际距离8mm左右，实际使用中，采用非接触式测温，且被测物体一般都大于激光对准器6与红外传感器7的中点距离。

步骤二还包括以下步骤：

(1)红外传感器测量待测物体温度，生成smbus数字式温度数据，并更新到温度数据寄存器；

(2)测温mcu模块读取红外传感器的温度数据寄存器，并通过crc校验算法校验温度数据是否正确，若校验成功，则进行下一步；若校验不成功，则返回步骤一，同时将校验错误信息发送给采集器，进而通过网关发送至控制平台。

(3)测温mcu模块将校验成功的温度数据转换为ascii格式的数字信号，并通过线缆传送给探测器。

步骤(1)中，红外传感器17探测被测物体的一个区域，并得出该区域的平均温度值，红外传感器17与被测物体距离越近，测温区域越小；红外传感器17与被测物体距离越远，测温区域越大。本实施例中，红外传感器7与被测物体的距离d与测温区域直径s的比值为：

d：s＝11.2：1

红外传感器7测量到的温度值会随着测温区域的大小而发生变化。但测温区域直径s小于待测物体区域直径时，测量的温度都是准确的，但，测温区域直径s大于待测物体区域直径时，测量温度会有所偏差，因此，在安装红外测温探头时，应注意控制红外传感器7与被测物体的距离d。

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