专利名称：电力线载波粮温检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种温度检测装置，更确切地说是涉及一种电力线载波粮温检测装置。
粮库中的粮温检测有两大特点测温点多(2至3千个测温点)面积大；测温信号传输距离远。目前，国内的粮温检测主要采用485通讯方式，铺设上万米电缆线连接各粮仓以构成测温系统。该系统不仅安装复杂、维修困难，且485通讯不经过信号调制、解调就直接传送数字脉冲信号，因此抗干扰能力差、误码率高。另外，由于国家规定的粮库粮温检测精度较高，其误差必须保证小于1度，因此现有的测温系统及其测温设备显然不能满足要求。
本实用新型的目的是设计一种电力线载波粮温检测装置，利用已有的普通220伏或380伏低压供电线路传送测温数据，不用专门铺设电缆，使工程造价、劳动强度等大幅度下降，而测量精度等却大幅度提高。
本实用新型的目的是这样实现的一种电力线载波粮温检测装置，包括单片微机单元和与单片微机单元连接的传感器检测单元，传感器检测单元包括有温敏元件和模/数转换器，其特征在于还包括有收/发控制保护单元、移频键控收/发单元和驱动电路单元；所述的收/发控制保护单元分别连接所述的单片微机单元和所述的移频键控收/发单元，所述的移频键控收/发单元连接所述的单片微机单元和驱动电路单元；所述传感器检测单元中的温敏元件是一个以上的温敏电阻，还包括有一个以上的参考电阻和模拟电子开关，所述的参考电阻与温敏电阻一一对应设置，温敏电阻及参考电阻分别连接相应的模拟电子开关，各模拟电子开关连接所述的模/数转换器。
所述的驱动电路单元包括高压隔离电容、脉冲变压器、谐振电容和晶体三极管，脉冲变压器初级线圈连接高压隔离电容并连接在电力线路中，脉冲变压器次级线圈并接谐振电容并连接在晶体三极管的负载电路中，晶体三极管的输入、输出端连接所述的移频键控收/发单元。
所述的收/发控制保护单元是一单稳态电路，单稳态电路的输入端连接所述单片微机单元一输出端，单稳态电路的输出端连接所述移频键控收/发单元的收发控制端。
所述传感器检测单元中的温敏电阻与参考电阻成对设置在每一个测温点处。
所述的驱动电路单元包括脉冲变压器、谐振电容和晶体三极管，脉冲变压器初级线圈连接专用双芯通讯电缆或普通双绞线，脉冲变压器次级线圈并接谐振电容并连接在晶体三极管的负载电路中，晶体三极管的输入、输出端连接所述的移频键控收/发单元。
本实用新型的电力线载波粮温检测装置，与现有的电力线连接传送测温信号，不用为建立粮库测温系统而专门铺设电缆，从而大大降低了工程造价；构成的粮库测温系统只用电力线连接，大大方便了检修、维护工作；发送时，装置将含有温度参数的数字信号经过移频键控(FSK)调制后送到电力线上传输，接收时，移频键控收/发单元采用抗干扰能力极强的锁相环将FSK调制信号解调还原成数字信号，还可在软件上增加国际上通用的CRC误码率校验技术，从而使抗干扰能力大大增强，提高了数据的可靠性；采用由参考电阻与温敏电阻一一对应设置的动态参考座标的测温技术，使测量精度大大提高，实验表明其误差可小于0.1度。
下面结合实施例及附图进一步说明本实用新型的技术。
图1是本实用新型电力线载波粮温检测装置原理框图。
图2是图1中单片微机单元的实施电路图。
图3是图1中收/发控制保护单元、移频键控收/发单元及驱动电路单元的实施电路图。
图4是图1中传感器检测单元的实施电路图。
图5是采用专用双芯通讯电缆或普通双绞线时的驱动电路单元实施电路图。
参见图1，本实用新型电力线载波粮温检测装置，主要包括有单片微机单元11、传感器检测单元12、收/发控制保护单元13、移频键控收/发单元14和驱动电路单元15。其中传感器检测单元由温敏电阻122、参考电阻121、第一模拟电子开关123、第二模拟电子开关124和模/数转换器125连接构成。
温敏电阻122与参考电阻121一一对应设置在各测温点，再与装置的接口端连接，使装置能采集到温度数据，装置通过其通讯功能可将温度数据传输到管理计算机中，以便粮库测温系统统一的自动化管理。
移频键控收/发单元14是由锁相环路构成的FSK调制、解调收/发单元，收/发控制保护单元13由可重触发的单稳态电路组成，驱动电路单元15是高压隔离及收/发驱动单元，单片微机单元11由单片机111、看门狗电路112及存储器113等构成。
粮库的测温系统一般处于多台装置同时工作的状态中，任一台装置收发失控都会发生占用线路使系统瘫痪的后果，因此必须严格控制移频键控收/发单元14的工作状态，使该单元的S/F端口只有在确要发送数据时为高电平，而在损坏、出现故障或在任何其它状态时均处于低电平的接收状态，不占用线路。
当装置需要发送数据时，单片微机单元11不断地向收/发控制保护单元13的CP端送触发信号，使收/发控制保护单元13的输出端Q在发送期间始终处于暂态高电平，用于控制移频键控收/发单元14处于发送状态。一旦单片微机单元11异常或电路出现故障，都不会产生该连续的触发信号，因此收/发控制保护单元13的输出端Q始终为低电平，迫使移频键控收/发单元14保持接收状态，也即确保了主通讯线路的正常工作。
在整个发送数据期间，单片微机单元11向收/发控制保护单元13的CP端口发出连续的触发脉冲使收/发控制保护单元13的Q端口处于高电平状态，移频键控收/发单元14的收/发控制端口S/F与收/发控制保护单元13的Q端口相连接而使电路进入发送状态，发送状态下，温度数据通过单片微机单元11的TX端口送入移频键控收/发单元14中被调制成FSK频率模拟信号，再通过驱动电路单元15发送到电力线上。
接收数据时，单片微机单元11向收/发控制保护单元13的CP端口送低电平，使收/发控制保护单元13处在稳定状态，其Q端为低电平，迫使移频键控收/发单元14进入接收状态，电力线上的数据通过驱动电路单元15进入移频键控收/发单元14中的锁相环路进行解调，解调后的数字信号通过RX端口进入单片微机单元11的存储器中保存或处理。
本实用新型的装置与其它测温装置一样也采用热敏电阻122作探头对粮食测温，热敏电阻阻值随着温度的变化而变化。现有技术中一般均采用将其阻值的变化先转换成电压，再经模/数转换后，用查表法计算温度。对具有特定值的热敏电阻来说，受电源电压波动、引线干扰、固定电阻阻值变化及模/数转换芯片间的不一致性等随机因素的影响，对于一个特定值的热敏电阻会得到不同的分压电压，因此查表的结果就会得到不同的温度值，造成测温误差，且这种误差是随机波动的，无法消除。
本实用新型的装置采用的是动态参考座标法，用一组精密的参考电阻121代表不同的温度间隔，在每次测温之前先测量这组电阻的分压值，并用这组分压值作为本次采样的动态参考座标，然后再测量实际热敏电阻的分压值，用该分压值在动态参考座标中比较，找出该值所处的温度段，用两点间直线差值的方法计算出准确的温度值。由于在每次测量时，参考电阻和热敏电阻均处于同一时刻相同的系统环境中，因此可有效消除各种误差。保证测量精度。模拟电子开关123、124受单片微机单元11控制，将参考电阻121或热敏电阻122接入模/数转换器125。
本实用新型的装置在应用于粮库的测温系统中时，由于测温点多，需要安装多台装置并采用多机联网的工作方式。在单片微机单元11的单片机111硬件上设有识别命令和数据字节的控制字，因此在相应软件的配合下就可构成多机工作状态，主机呼叫分机时发命令字节，所有分机都能接收命令字节。分机对收到的命令字节进行判断，如果确定自己是被叫则将控制字置成数据状态，使分机只能向外发数据，也只有主机能接收数据字节，分机对数据字节不响应。由此保证多机不会互相冲突且正常工作。
本实用新型的装置在利用电力线传输温度数据时，由于电力线上接有各种工业或民用负载，干扰很大，因此而采用特殊的通讯握手协议以保证系统可靠工作。通讯握手协议由通讯中断服务程序执行，包括“将所有装置置命令字，处于接收命令状态”；“接收电力线上信号”；“判断是否是呼叫本机的信号”；若是呼叫本机的信号，则连续执行“本机置数据字、发数据上线及本机置命令字”，然后返回“接收电力线上信号”步骤；若不是呼叫本机的信号，则返回“接收电力线上信号”步骤。
参见图2，单片微机单元11中的单片机8031是装置的指挥与控制芯片，其P1.0端用于向收/发控制保护单元13提供触发信号，以便向移频键控收/发单元14的收/发控制端S/F提供收、发控制信号。芯片2764存储控制程序，芯片6264存储粮食温度数据，译码芯片LS138为图4中的模拟电子开关4051A、4051B提供片选信号，芯片LS373A是复用地址及数据的数据锁存器，芯片LS373B是为模拟电子开关4051A、4051B提供口选信号的数据锁存器，以保证每次只有一个模拟电子开关工作。
参见图3，图中示出收/发控制保护单元13、移频键控收/发单元14和驱动电路单元15的实施电路。移频键控收/发单元14采用FSK信号专用调制解调芯片LM1893，其TXD口是数字信号串行输入口，其RXD口是数字信号串行输出口，分别与单片机的同名端连接。收/发控制保护单元13采用可重触发的单稳态触发芯片4098，其TR1+端连接单片机8031的P1.0端，其输出端Q连接移频键控收/发单元14的收/发控制端S/F端。
驱动电路单元15中的高压隔离电容C1、C2、C3主要用于隔离吸收电力线上的50Hz220V或380V的低频高压，允许通过125KHz的高频低压FSK调频信号。B为脉冲变压器，其初级线圈通过高压隔离电容C1、C2、C3与电力线A、B、C、L连接，其次级线圈与谐振电容CB连接构成谐振电路，谐振频率为125KHz。电阻RB、RE为限流保护电阻，晶体三极管TN为发送三极管，稳压二极管V2用于保护三极管TN及移频键控收/发单元的芯片LM1893不被过压及反压损坏。
LM1893的FSK信号从OUT1、OUT2端输出，经放大和谐振电路选频后将调频信号送到电力线上。接收时，电力线上的FSK信号经过谐振电路滤波后从LM1893的IN端输入。
参见图4，图中示出传感器检测单元12的实施电路，模/数转换器采用芯片ADC0804，模拟电子开关采用8选1模拟电子开关4051A、4051B，由图2中数据锁存器LS373B的NS1-NS3进行口选，由图2中译码器LS138进行片选(Y4、Y6)，通过软件控制可使译码器及数据锁存器从若干片模拟电子开关中，每次只选择一路输出供A/D片采样。8选1模拟电子开关4051A、4051B的输入端分别接参考电阻R1-R8及温敏电阻MR1-MR8，输出接模/数转换器芯片ADC0804。实测时，用热敏电阻的A/D采样值和参考电阻的A/D采样值比较就可以间接推算出实际温度值。该检测方法可有效地消除各种系统干扰，保证测量精度。
实施时根据现场的需要可接多片模拟电子开关4051及设置多台装置，以增加测温点。
参见图5，实施时，也可将电力线改成普通双绞线或专用双芯通讯电缆线，此时驱动电路单元的实施电路可如图5中所示，与图3所示电路相比较，即去掉高压隔离电容C1至C3。此时须对系统单独供电，从而派生出不利用电力线的普通双线装置。
综上所述，本实用新型的电力线载波粮温检测装置，利用电力线传送各粮仓的粮食测温数据，并利用通讯功能将温度数据传输到管理计算机中，具有接线少、抗干扰能力强的优点，可在恶劣及强干扰环境中使用。
权利要求1.一种电力线载波粮温检测装置，包括单片微机单元和与单片微机单元连接的传感器检测单元，传感器检测单元包括有温敏元件和模/数转换器，其特征在于还包括有收/发控制保护单元、移频键控收/发单元和驱动电路单元；所述的收/发控制保护单元分别连接所述的单片微机单元和所述的移频键控收/发单元，所述的移频键控收/发单元连接所述的单片微机单元和驱动电路单元；所述传感器检测单元中的温敏元件是一个以上的温敏电阻，还包括有一个以上的参考电阻和模拟电子开关，所述的参考电阻与温敏电阻一一对应设置，温敏电阻及参考电阻分别连接相应的模拟电子开关，各模拟电子开关连接所述的模/数转换器。
2.根据权利要求1所述的电力线载波粮温检测装置，其特征在于所述的驱动电路单元包括高压隔离电容、脉冲变压器、谐振电容和晶体三极管，脉冲变压器初级线圈连接高压隔离电容并连接在电力线路中，脉冲变压器次级线圈并接谐振电容并连接在晶体三极管的负载电路中，晶体三极管的输入、输出端连接所述的移频键控收/发单元。
3.根据权利要求1所述的电力线载波粮温检测装置，其特征在于所述的收/发控制保护单元是一单稳态电路，单稳态电路的输入端连接所述单片微机单元一输出端，单稳态电路的输出端连接所述移频键控收/发单元的收发控制端。
4.根据权利要求1所述的电力线载波粮温检测装置，其特征在于所述传感器检测单元中的温敏电阻与参考电阻成对设置在每一个测温点处。
5.根据权利要求1所述的电力线载波粮温检测装置，其特征在于所述的驱动电路单元包括脉冲变压器、谐振电容和晶体三极管，脉冲变压器初级线圈连接专用双芯通讯电缆或普通双绞线，脉冲变压器次级线圈并接谐振电容并连接在晶体三极管的负载电路中，晶体三极管的输入、输出端连接所述的移频键控收/发单元。
专利摘要本实用新型涉及一种电力线载波粮温检测装置,可利用现有的电力线连接各装置,以构成粮库的计算机测温系统。包括单片微机单元、传感器检测单元、收/发控制保护单元、移频键控收/发单元和驱动电路单元。传感器检测单元中采用参考电阻与温敏电阻一一对应设置的动态参考坐标的测温技术,确保了测量精度。发送时,温度数字信号经FSK调制后送到电力线上传输,接收时,由抗干扰极强的锁相环将FSK信号解调还原成温度数字信号。
文档编号G01K13/10GK2387525SQ99248678
公开日2000年7月12日 申请日期1999年9月28日 优先权日1999年9月28日
发明者王国华, 黄鸿, 张子忠 申请人:王国华