专利名称：配变电设备在线温度无线监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于自动控制领域，涉及一种配变电设备在线温度无线监测系统，尤其是一种适应监测点数量多、分布复杂、布线困难的工业现场环境下应用的自动实时温度测量处理系统。
背景技术：
近年来，电力系统输变电网络朝着高电压、大容量的方向发展，电力负荷呈高速增长态势。随着电力客户对电力供应的安全性、可靠性、连续性要求的不断提高，电力一次设备过负荷运行、超周期检修甚至于无法停电检修等现象普遍存在。运行过程中，电力一次设备局部过热、超温、绝缘损坏等现象时有发生，造成了设备烧坏甚至重大火灾事故；导致系统停电、危及电网安全，对供用电双方造成重大经济损失。因而，实时掌握设备健康状况，及时发现、消除设备缺陷，保证电力设备的安全可靠运行，保障对客户安全可靠供电，对现今的电力系统尤为重要。
目前常用的配变电设备在线温度监测方法主要有感温电缆式、和热敏电阻式，它们都为有线温度监测方法，主要针对沟道或隧道中敷设的电缆所使用。但对于温度监测点数量多、分布复杂、布线困难的高空高压设备的关键接点，则无法使用这些有线温度监测方法。对该类设备的温度监测仍局限在用试温片、人工远红外测温等传统的测温方式，无法对设备的温度进行在线监测、更不能对设备的温升情况进行分析预警。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种利用数字温度传感、无线通信、数据传输、计算机处理等高新技术相结合的在线式温度无线监测系统，该系统能够远距离非接触读取监测点的温度测量数据，自动把采集的温度数据传输到计算机进行集中存储管理，并能对各监测点的温度数据进行即时分析，发现温度超过设定门限或温度上升速度过快、则自动报警，提醒值班人员及时处理，从而解决大范围、复杂工业现场环境下设备工作温度的自动实时监测难题。
本实用新型的技术方案是一种配变电设备在线温度无线监测系统，其特征是它主要由主动式无线温度传感器、无线温度数据接收机、温度数据分析处理计算机三部分组成，主动式无线温度传感器安装在电力设备上需要测温的监测点，无线温度数据接收机布置在配变电站内的合适位置，温度数据分析处理计算机安装在配变电站主控室，主动式无线温度传感器与无线温度数据接收机之间通过无线电连接，温度数据分析处理计算机与无线温度数据接收机之间通过工业现场总线连接。
一个配变电站中安装无线温度传感器的数量由监测点的数量决定，可为1～数万个。
一个配变电站中安装无线温度数据接收机的数量由配变电站的面积和监测点的数量及分布位置决定。每个无线温度数据接收机可以接收半径在100米范围内所有无线温度传感器发射的数据。
一个配变电站至少安装一套温度数据分析处理计算机。
每个无线传感器拥有唯一的ID编号，无线温度传感器每隔一设定时间自动测量监测点的温度，并把测得的温度数据和传感器的ID号一起以无线方式发送出去；无线温度数据接收机接收监测范围内所有能够可靠通信的主动式无线温度传感器发射的温度测量数据和传感器ID号，并缓冲存储到接收机内部存储器中；温度数据分析处理计算机自动循环依次与接收机通信，读取无线温度数据接收机内部存储器中接收的监测温度数据和对应的传感器ID号；温度数据分析处理计算机把采集的数据存入数据库，并对数据进行综合分析，对可能存在的危险发出报警。
主动式无线温度传感器主要包括数字传感器U1、无线收发芯片U3、存储器EEPROM U2和电源电路，无线收发芯片U3的MOSI引脚接数字传感器U1的DIN引脚和存储器EEPROM U2的SI引脚，其MISO引脚接数字传感器DOUT引脚和存储器EEPROM U2的SO引脚，其SCK引脚为数字传感器U1和存储器EEPROM U2提供串行时钟，其EECSN引脚接存储器EEPROM U2的CS引脚。
无线温度数据接收机主要包括无线收发芯片U5、存储器EEPROMU4、差分数据线收发器UP1和电源电路，无线收发芯片U5的P01，P02，P03，P04引脚分别接差分数据线收发器UP1的DI，RO，/RE，DE引脚，差分数据线收发器UP1的A，B引脚与工业现场总线连接。
本实用新型所述系统的无线通信可以选择工作于433MHz、915MHz、或2450MHz等ISM工作频率。
本实用新型的有益效果1、与一般温度监测系统相比，它采用无线方式传输被检测点的温度，因此系统设备的安装、使用、维护、及今后扩展非常方便，特别适用于复杂的工业现场环境。
2、系统可以连续24小时不间断自动监测设备的工作温度，实现了设备运行维护的量化管理，有利于及时发现设备运行过程中的故障隐患，保证电力生产的安全可靠运行。
图1是本实用新型结构框图。
图2是本实用新型无线温度传感器电路原理图。
图3是本实用新型无线温度数据接收机电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，一种配变电设备在线温度无线监测系统，系统由主动式无线温度传感器1、无线温度数据接收机2、温度数据分析处理计算机3三部分组成。主动式无线温度传感器1自动定时测量监测点的温度，并把测得的温度数据和传感器的ID号一起以无线方式发送出去；无线温度数据接收机2接收监测范围内所有能够可靠通信的主动式无线温度传感器1发射的温度测量数据和传感器ID号，并缓冲存储到接收机内部存储器中；温度数据分析处理计算机3与无线温度数据接收机2之间通过工业现场总线连接，计算机为主机(Master)、各接收机为从机(Slaver)，计算机自动循环依次与接收机通信，读取接收机内部存储器中接收的监测温度数据和对应的传感器ID号。温度数据分析处理计算机3把采集的数据存入数据库，并对数据进行综合分析，对可能存在的危险发出报警。
图2为本实用新型的主动式无线温度传感器电路原理图，整个系统中需要用到的硬件芯片主要包括ADT7301数字传感器、nRF9E5无线收发芯片、EEPROM等。其中ADT7301为美国Analog Devices公司最新推出的智能型温度传感器，其测温范围为-40℃～150℃。nRF9E5为北欧Nordic公司推出的无线数据收发智能射频芯片，其内置51单片机，外围电路连接极为简单。EEPROM采用25320，它为nRF9E5支持的SPI串行外设接口的外部程序存储器。这些芯片配以相应的外围电路，构成系统的基本硬件结构。
nRF9E5的MOSI引脚分别送数据到温度传感器DIN引脚和EEPROM的SI引脚，nRF9E5的MISO引脚接收来自温度传感器DOUT引脚和EEPROM SO引脚串行数据，nRF9E5 SCK作为温度传感器和EEPROM串行时钟，EECSN为EEPROM的CS送使能信号，P07为温度传感器送片选信号，XC1为晶振输入，XC2为晶振输出，IREF为模拟参考电压，ANT1和ANT2为天线接口。工作原理ADT7301在节电模式下，片内振荡器被关闭，ADT7301不进行温度转换，在正常转换模式下，执行读/写操作时，其内部振荡器可在读写操作结束后自动复位，以使温度转换器能够重新进行温度转换，从DOUT输出端到SPI接口MISO。nRF9E5的收发器有三种工作方式，ShockBurst接收(RX)方式、ShockBurst发送(TX)方式和空闲方式。其工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP决定。nRF9E5的主程序存放在外部的串行EEPROM中，当芯片开始上电时，其内部固化的厂家引导程序通过SPI接口，将外部EEPROM中的主程序导入nRF9E5的RAM中4K字节空间。当微控制器有数据要发送时，通过SPI接口，按时序把接收机的地址和要发送的数据送给nRF905，微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激发nRF905的ShockBurstTM发送模式，射频寄存器自动开启，数据打包(加字头和CRC校验码)，发送数据包，由内部调制电路产生中心频率为433/868/915MHZ的调制波，再经过功率放大器放大后从PCB天线上发射出去。当数据发送完成，数据准备好引脚被置高；AUTO_RETRAN被置高，nRF905不断重发，直到TRX_CE被置低，nRF905发送过程完成，自动进入空闲模式。
无线温度传感器采用3V纽扣电池供电，电池容量应大于300mAh。
图3为本实用新型的无线温度数据接收机电路原理图，主要包括无线收发芯片nRF9E5、EEPROM、差分数据线收发器SN75LBC184和电源电路。其中nRF9E5集成块为北欧Nordic公司推出的无线数据收发智能射频芯片，它内置有51单片机，外围电路连接极为简单，可方便地与射频天线相连接。25320为数据存储芯片，它通过SPI串行外设接口与nRF9E5连接，提供其外部程序和数据存储空间。SN75LBC184是SN5176行业标准范围内的差分数据线收发器它们带有内置高能量瞬变噪声保护装置，集成的瞬变电压抵制，在电噪声环境中的数据传输速率为250kbps，1/4单位负载允许128个器件连接到总线。
nRF9E5和EEPROM的连接方法与数据发射机相同，nRF9E5的P01，P02，P03，P04分别与差分数据线收发器DI，RO，/RE，DE连接，差分数据线收发器A，B引脚与工业现场总线连接，天线采用50欧姆单端天线。电源电路产生5V给LBC184供电，LM1117为电源管理模块，把5V电平转化为nRF9E5可用的3.3V。工作原理nRF9E5的主程序存放在外部的串行EEPROM中，当芯片开始上电时，其内部固化的厂家引导程序通过SPI接口，将外部EEPROM中的主程序导入nRF9E5的RAM中4K字节空间。当TRX_CE为高、TX_EN为低时，nRF905进入ShockBurstTM接收模式，由发射机送来的高频信号经接收机天线，低噪声放大器，混频器，带通滤波器和解调器，得到数据输出，nRF905检测到同一频段的载波，载波检测引脚被置高，当接收到一个相匹配的地址，地址匹配引脚被置高，当一个正确的数据包接收完毕，nRF905自动移去字头、地址和CRC校验位，然后把数据准备好引脚置高，微控制器把TRX_CE置低，nRF905进入空闲模式；微控制器通过SPI口，以一定的速率把数据移到微控制器内，当所有的数据接收完毕，nRF905把数据准备好引脚和地址匹配引脚置低。LBC184的A、B端送到工业现场总线，PC机监听RS485的数据，当接收到新的数据后，更新用户界面上各监测点的温度数据。
本实用新型实施例采用433MHz无线ISM工作频率。
本实用新型实施例采用RS485标准现场数据总线，数据速率为4800bps。
本实用新型实施例温度数据分析处理计算机采用CPU为1.6G或更高档的工业级PC兼容计算机，安装运行Microsoft Windows 2000操作系统。
权利要求1.一种配变电设备在线温度无线监测系统，其特征是它主要由主动式无线温度传感器(1)、无线温度数据接收机(2)、温度数据分析处理计算机(3)三部分组成，主动式无线温度传感器(1)安装在配变电设备需要测温的监测点上，无线温度数据接收机(2)布置在配变电站内的合适位置，温度数据分析处理计算机(3)安装在配变电站主控室，主动式无线温度传感器(1)与无线温度数据接收机(2)之间通过无线电相连，温度数据分析处理计算机(3)与无线温度数据接收机(2)之间通过工业现场总线连接。
2.根据权利要求1所述的配变电设备在线温度无线监测系统，其特征在于一个配变电站中安装无线温度传感器(1)的数量由监测点的数量决定，可为1～数万个。
3.根据权利要求1所述的配变电设备在线温度无线监测系统，其特征在于一个配变电站中安装无线温度数据接收机(2)的数量由配变电站的面积和监测点的数量及分布位置决定，每个无线温度数据接收机可以接收半径在100米范围内所有无线温度传感器(1)发射的数据。
4.根据权利要求1所述的配变电设备在线温度无线监测系统，其特征在于一个配变电站至少安装一套温度数据分析处理计算机(3)。
5.根据权利要求1所述的配变电设备在线温度无线监测系统，其特征在于每个主动式无线温度传感器(1)拥有唯一的ID编号。
6.根据权利要求1所述的配变电设备在线温度无线监测系统，其特征在于主动式无线温度传感器(1)每隔一设定时间自动测量监测点的温度，并把测得的温度数据和传感器的ID号一起以无线方式发送出去；无线温度数据接收机(2)接收监测范围内所有能够可靠通信的主动式无线温度传感器(1)发射的温度测量数据和传感器ID号，并缓冲存储到接收机内部存储器中；温度数据分析处理计算机(3)自动循环依次与接收机通信，读取无线温度数据接收机(2)内部存储器中接收的监测温度数据和对应的传感器ID号；温度数据分析处理计算机(3)把采集的数据存入数据库，并对数据进行综合分析，对可能存在的危险发出报警。
7.根据权利要求5所述的配变电设备在线温度无线监测系统，其特征在于主动式无线温度传感器(1)主要包括数字传感器U1、无线收发芯片U3、存储器EEPROM U2和电源电路，无线收发芯片U3的MOSI引脚接数字传感器U1的DIN引脚和存储器EEPROM U2的SI引脚，其MISO引脚接数字传感器DOUT引脚和存储器EEPROM U2的SO引脚，其SCK引脚为数字传感器U1和存储器EEPROM U2串行时钟，其EECSN引脚接存储器EEPROM U2的CS引脚。
8.根据权利要求1所述的配变电设备在线温度无线监测系统，其特征在于无线温度数据接收机(2)以无线方式接收监视区域内多个无线温度传感器发射的数据，并通过工业现场总线把数据传到处理计算机。
9.根据权利要求8所述的配变电设备在线温度无线监测系统，其特征在于无线温度数据接收机(2)主要包括无线收发芯片U5、存储器EEPROM U4、差分数据线收发器UP1和电源电路，无线收发芯片U5的P01，P02，P03，P04引脚分别接差分数据线收发器UP1的DI，RO，/RE，DE引脚，差分数据线收发器UP1的A，B引脚与工业现场总线连接。
10.根据权利要求1所述的配变电设备在线温度无线监测系统，其特征在于系统的无线通信可以选择工作于433MHz、915MHz、或2450MHz的ISM工作频率。
专利摘要本实用新型提供一种配变电设备在线温度无线监测系统，该系统能够远距离非接触读取监测点的温度测量数据，自动把采集的温度数据传输到计算机进行集中存储管理，即时分析，自动报警，从而解决大范围、复杂工业现场环境下设备工作温度的自动实时监测难题。该监测系统主要由主动式无线温度传感器、无线温度数据接收机、温度数据分析处理计算机三部分组成，主动式无线温度传感器安装在配变电设备需要测温的监测点上，无线温度数据接收机布置在配变电站内，温度数据分析处理计算机安装在配变电站主控室，主动式无线温度传感器与无线温度数据接收机之间通过无线电相连，温度数据分析处理计算机与无线温度数据接收机之间通过工业现场总线相连。
文档编号G01K1/02GK2777661SQ20052007396
公开日2006年5月3日 申请日期2005年7月27日 优先权日2005年7月27日
发明者张华 申请人:张华