規劃完成了一種新式自供電型的無(wú)線(xiàn)測溫傳感器操控體系，包含無(wú)線(xiàn)信號轉發(fā)中繼設備及自供電取能電路，首要運用在高壓觸頭、母線(xiàn)和電纜頭無(wú)線(xiàn)測溫傳感器體系。
與慣例無(wú)線(xiàn)測溫傳感器功用比較，新增功用包含：1）針對目前慣例中繼設備首要選用5V直流電源供電，無(wú)法接入市電問(wèn)題，添加AC/DC開(kāi)關(guān)電源直接接入市電AC220V；2）添加了一路無(wú)線(xiàn)通訊模塊，將從無(wú)線(xiàn)測溫傳感器收集到的數據利用無(wú)線(xiàn)通訊的方法發(fā)送出去；3）添加了人機接口界面；4）添加了自供電無(wú)線(xiàn)測溫傳感器取能電路，提高了作業(yè)功率。
在工業(yè)、電力職業(yè)中，電氣設備的正常運轉確保了社會(huì )的正常運作以及公民的正常日子，因而設備的牢靠性至關(guān)重要。很多企業(yè)發(fā)起對設備進(jìn)行預防性保護，而溫度是預防性保護中最重要的監控參數，溫度的過(guò)高或過(guò)低均意味著(zhù)毛病發(fā)生的可能性。完成溫度在線(xiàn)監測是確保高壓設備安全運轉的重要手法[1-5]。
針對煤礦、石化、冶金等職業(yè)現場(chǎng)作業(yè)環(huán)境惡劣，布線(xiàn)困難，作業(yè)量大以及信號電纜保護本錢(qián)較高級缺乏[6-10]，本文規劃開(kāi)發(fā)了一種新式無(wú)線(xiàn)測溫傳感器體系，包含無(wú)線(xiàn)信號中繼設備和自供電取能電路。
其功用包含：1）添加了AC/DC開(kāi)關(guān)電源，可以直接接入市電，無(wú)需用戶(hù)外部供給5V直流電源或直流電源適配器；2）可供給無(wú)線(xiàn)數據轉發(fā)?？蓪⑹占降臒o(wú)線(xiàn)測溫傳感器數據，經(jīng)過(guò)新添加的無(wú)線(xiàn)通訊模塊再次以無(wú)線(xiàn)的方法轉宣布去；3）供給了人機界面，用戶(hù)可以在就地經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)中繼觀(guān)察到經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)信號傳輸過(guò)來(lái)的無(wú)線(xiàn)測溫傳感器測量到的溫度信息，又可以便利的設置裝備參數，大大添加運用的靈敏性；4）規劃選用單線(xiàn)圈開(kāi)路操控方法完成了自供電無(wú)線(xiàn)傳感器取能電路。當電壓升高時(shí)，電子開(kāi)關(guān)是處在開(kāi)路狀態(tài)下，因而線(xiàn)圈的電流很小。因而，不會(huì )發(fā)生線(xiàn)圈發(fā)熱的問(wèn)題。同時(shí)利用電壓升高時(shí)，使后續電路與主電路經(jīng)過(guò)電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的方法來(lái)操控電壓，功率大大提高。
1 現有的無(wú)線(xiàn)測溫傳感器體系
1.1 無(wú)線(xiàn)信號中繼轉發(fā)設備
如圖1所示，現有無(wú)線(xiàn)測溫傳感器信號中繼設備首要選用5V直流電源供電，無(wú)法直接接入市電，有必要選用直流電源適配器或者其他設備供給的5V輸出電源供電。選用無(wú)線(xiàn)通訊模塊接納無(wú)線(xiàn)測溫傳感器宣布的無(wú)線(xiàn)信號，并經(jīng)過(guò)CPU處理后，驅動(dòng)RS485通訊模塊將溫度收集信息經(jīng)過(guò)雙絞線(xiàn)輸出到監控體系[11]。因為沒(méi)有人機接口所以無(wú)法設置參數，有必要出廠(chǎng)前固化好裝備信息，才干進(jìn)行通訊。
圖1 當時(shí)無(wú)線(xiàn)測溫傳感器無(wú)線(xiàn)信號轉發(fā)中繼設備框圖
選用傳統的無(wú)線(xiàn)測溫傳感器無(wú)線(xiàn)信號轉發(fā)中繼，存在以下缺陷：
1）選用弱電5V直流電源供電，因為電平低，在遭到電磁干擾時(shí)，耐受容限很低，使中繼設備無(wú)法正常運轉。
2）用戶(hù)有必要外部供給外部5V直流電源，添加了硬件本錢(qián)。
3）如圖1所示，規劃設備因為沒(méi)有人機接口電路，用戶(hù)無(wú)法在本地觀(guān)察到無(wú)線(xiàn)溫度傳感器所收集的溫度信息。用戶(hù)盡管可以經(jīng)過(guò)相應的輔件（如USB轉RS485模塊、無(wú)線(xiàn)接納模塊）與筆記本電腦進(jìn)行通訊，經(jīng)過(guò)相應的裝備軟件即可完成現場(chǎng)參數定值保護，但是增大了操作的繁瑣性。同時(shí)，設備有必要在出廠(chǎng)前固化好裝備信息（例如RS485通訊地址以及通訊波特率等），無(wú)法滿(mǎn)意現場(chǎng)靈敏組網(wǎng)通訊的要求。
4）只供給RS485雙絞線(xiàn)通訊方法，再用戶(hù)安置網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)困難的狀況下，無(wú)法滿(mǎn)意用戶(hù)需求（尤其是后期改造安裝項目，再次安置網(wǎng)絡(luò )線(xiàn)施工難度很大。因而用戶(hù)大都狀況下回絕再次施工布線(xiàn)）。
1.2 自供電無(wú)線(xiàn)傳感器供電電路
目前，傳統的自供電無(wú)線(xiàn)測溫傳感器供電部分處理電路見(jiàn)圖2。其作業(yè)原理是選用如下操控方法，環(huán)形鐵芯有兩組線(xiàn)圈，其間一組作為供電線(xiàn)圈，另一組為短路線(xiàn)圈。
作業(yè)原理如下：當高壓在流體有電流經(jīng)往后，發(fā)生溝通電壓UAC1，經(jīng)過(guò)整流電路后對儲能電容充電。LDO經(jīng)過(guò)對儲能電容電壓進(jìn)行線(xiàn)性變換后供后級電路供電。當電壓超越設定值時(shí)（VDC電壓不能過(guò)高，否則會(huì )損害電子電路），電壓安穩反應電路作業(yè)，操控電子開(kāi)關(guān)導通，使短路線(xiàn)圈經(jīng)過(guò)整流橋短路[12]。因為作業(yè)線(xiàn)圈和短路線(xiàn)圈同在一個(gè)鐵芯上，短路線(xiàn)圈短路后，鐵芯上的磁通根本都降落在短路線(xiàn)圈上，因而作業(yè)線(xiàn)圈上的電壓就會(huì )下降。當作業(yè)線(xiàn)圈電壓下降到設定值時(shí)，電壓反應電路操控電子開(kāi)關(guān)翻開(kāi)，作業(yè)線(xiàn)圈發(fā)生的電壓升高，對電容充電，供后續電路作業(yè)。
圖2 為當時(shí)自供電無(wú)線(xiàn)測溫傳感器取能電路框圖。
選用傳統的自供電無(wú)線(xiàn)測溫傳感器取能電路，存在以下缺陷：
1）需要在環(huán)形鐵芯上環(huán)繞兩組線(xiàn)圈，添加了本錢(qián)，并多發(fā)生了一道工序，下降了生產(chǎn)功率。
2）因為為了操控作業(yè)電壓不能過(guò)高，因而短路線(xiàn)圈一直處在短路、開(kāi)路交替作業(yè)的狀態(tài)下，因而，發(fā)生了一個(gè)斷續的短路電流，該電流在線(xiàn)圈中繼續作業(yè)，會(huì )引起線(xiàn)圈發(fā)熱，而且跟著(zhù)短路電流的升高，發(fā)熱狀況越來(lái)越嚴峻。
3）操控功率低。因為選用短路作業(yè)方法，在高壓在流體電流增大，磁場(chǎng)增大時(shí)，該電路有必要連讀短接一組線(xiàn)圈，來(lái)下降另一組線(xiàn)圈的電壓。該作業(yè)電路首要將能量轉化為熱量消耗掉，因而功率很低。
2 無(wú)線(xiàn)測溫傳感器規劃與完成
2.1 無(wú)線(xiàn)信號轉發(fā)中繼設備硬件的完成
該設備的硬件完成部分，如圖3所示，分為：1）開(kāi)關(guān)電源電路和線(xiàn)性電源電路：將市電AC220V變換為5V，然后經(jīng)過(guò)線(xiàn)性電源電路將5V變換為3.3V，為微操控器和其它電路有用；2）無(wú)線(xiàn)通訊模塊1和2：無(wú)線(xiàn)通訊模塊1為433MHz無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，而無(wú)線(xiàn)通訊模塊2為2.4GHz的無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，兩者都可以與CPU進(jìn)行無(wú)線(xiàn)數據的收發(fā)；3）RS485通訊模塊：與CPU進(jìn)行串行數據的轉發(fā)，為有線(xiàn)接口電路；4）人機接口電路：首要有LCD液晶顯示屏和按鍵、指示燈等，用戶(hù)可以便利的設定裝備信息和讀取傳感器的所測量出的溫度。
圖3 新式無(wú)線(xiàn)測溫傳感器無(wú)線(xiàn)信號轉發(fā)中繼設備原理電路組成框圖
設備接入市電AC220V后，開(kāi)關(guān)電源電路將電源變換成5V直流電源弱電，5V再經(jīng)過(guò)線(xiàn)性電源降壓成3.3V，供CPU微處器理電路和其它模塊運用。CPU微處理器經(jīng)過(guò)兩個(gè)SPI接口別離和無(wú)線(xiàn)通訊模塊1與無(wú)線(xiàn)通訊模塊2銜接，CPU驅動(dòng)兩個(gè)無(wú)線(xiàn)模塊別離和無(wú)線(xiàn)測溫傳感器與無(wú)線(xiàn)通訊服務(wù)器進(jìn)行通訊，詳細運用哪個(gè)模塊與無(wú)線(xiàn)測溫傳感器和無(wú)線(xiàn)通訊服務(wù)器通訊，取決于用戶(hù)的裝備信息記載。同時(shí)，CPU經(jīng)過(guò)串行口UART和RS485通訊模塊進(jìn)行外部485通訊總線(xiàn)進(jìn)行通訊，外部485通訊可以經(jīng)過(guò)通訊雙絞線(xiàn)銜接到監控體系。
CPU電路經(jīng)過(guò)外部總線(xiàn)和IO與人機界面銜接，用戶(hù)可以經(jīng)過(guò)LCD屏幕查看到當時(shí)的設置信息與無(wú)線(xiàn)溫度傳感器經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊傳輸過(guò)來(lái)的溫度信息，并可以經(jīng)過(guò)按鍵來(lái)設置一些裝備參數和報警值。
本電路有如下長(cháng)處：
1）可直接接入市電，無(wú)需用戶(hù)供給5V電源或直流電源適配器。因為選用了開(kāi)關(guān)電源，產(chǎn)品的抗干擾性能大大提高。
2）可供給無(wú)線(xiàn)數據轉發(fā)，經(jīng)過(guò)添加的一路無(wú)線(xiàn)通訊模塊，可將收集到的無(wú)線(xiàn)測溫傳感器數據，經(jīng)過(guò)新添加的無(wú)線(xiàn)通訊模塊再次以無(wú)線(xiàn)的方法轉宣布去。
3）供給了人機界面，用戶(hù)可以在就地經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)中繼觀(guān)察到經(jīng)過(guò)無(wú)線(xiàn)信號傳輸過(guò)來(lái)的無(wú)線(xiàn)測溫傳感器測量到的溫度信息，又可以便利的設置裝備參數，大大添加運用的靈敏性。
2.2 自供電無(wú)線(xiàn)傳感器取能電路硬件的完成
如圖4所示，本電路分為：整流電路、電子開(kāi)關(guān)電路、電子開(kāi)關(guān)驅動(dòng)電路、穩壓與分壓電路、電容儲能池、LDO線(xiàn)性電源電路、電壓安穩負反應電路。
圖4 一種新式自供電無(wú)線(xiàn)測溫傳感器取能電路原理圖
本體系選用單線(xiàn)圈開(kāi)路操控方法。環(huán)形鐵芯在高壓載流體的磁場(chǎng)效果下，構成交變磁場(chǎng)。磁場(chǎng)使環(huán)形鐵芯的線(xiàn)圈發(fā)生溝通電壓。溝通電壓在整流電路處理后構成直流電源電壓VDC[13]。電壓VDC經(jīng)過(guò)電子開(kāi)關(guān)后，再經(jīng)過(guò)火壓銜接到儲能電容上，并作為L(cháng)DO的輸入電壓。
為操控LDO輸入電壓不超越芯片的規定值，電壓安穩反應電路一直對其進(jìn)行監督，當電壓高過(guò)設定電壓時(shí)，反應電路操控電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，這是負載的供電徹底依靠電容中的儲能。跟著(zhù)電容儲能的泄放，電壓Vin下降。
當低于設定值后，電壓安穩反應電路將電子開(kāi)關(guān)翻開(kāi)，VDC經(jīng)過(guò)火壓后對儲能電容進(jìn)行充電，當充電到高壓設定值后封閉。因為電容上的電壓不能驟變，因而LDO的輸入電壓Vin是在必定范圍內的充電、放電。而LDO的輸出穩壓特性，決定了后續3.3V電壓的安穩。
為了確保在后續電路上電瞬間能發(fā)動(dòng)作業(yè)，電子開(kāi)關(guān)的驅動(dòng)電路中的U1為常閉型的MOSFET型繼電器。在電瞬間，電子開(kāi)關(guān)翻開(kāi)，對電容充電。當電容電壓升高到LDO可以發(fā)動(dòng)作業(yè)的電壓后，后續電路開(kāi)端作業(yè)，對電壓進(jìn)行安穩操控。
本電路有如下長(cháng)處：
1）環(huán)形鐵芯線(xiàn)圈只需一組，下降了硬件本錢(qián)和減少了一道工序，提高了作業(yè)功率；
2）選用單線(xiàn)圈開(kāi)路操控方法，下降了電路的雜亂程度，簡(jiǎn)略牢靠；
3）處理了線(xiàn)圈發(fā)熱問(wèn)題。因為傳統的操控方法，電路在安穩運轉過(guò)程中，電子開(kāi)關(guān)不斷短接線(xiàn)圈，短接線(xiàn)圈處在斷續的短路方法，發(fā)生了一個(gè)改變的短路電流，這個(gè)電流在線(xiàn)圈中繼續發(fā)熱，進(jìn)而引起線(xiàn)圈溫度升高。而本規劃選用開(kāi)路操控方法，當電壓升高時(shí)，電子開(kāi)關(guān)是處在開(kāi)路狀態(tài)下，因而線(xiàn)圈的電流很小。因而，不會(huì )發(fā)生線(xiàn)圈發(fā)熱的問(wèn)題；
4）電路功率大大提高。因為傳統的操控方法是在電壓升高時(shí)短接線(xiàn)圈，將能量徹底轉化為熱量，而本發(fā)明在電壓升高時(shí)，使后續電路與主電路經(jīng)過(guò)電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的方法來(lái)操控電壓，因而功率大大提高，不會(huì )發(fā)生線(xiàn)圈過(guò)熱問(wèn)題，提高了電路功率。
3 結論
本文規劃開(kāi)發(fā)了一種新式無(wú)線(xiàn)測溫傳感器操控體系，包含無(wú)線(xiàn)信號中繼設備和自供電取能電路，首要運用在高壓觸頭、母線(xiàn)和電纜頭無(wú)線(xiàn)測溫傳感器體系。
其功用包含：1）添加了AC/DC開(kāi)關(guān)電源；2）可供給無(wú)線(xiàn)數據轉發(fā)?？蓪⑹占降臒o(wú)線(xiàn)測溫傳感器數據，經(jīng)過(guò)新添加的無(wú)線(xiàn)通訊模塊再次以無(wú)線(xiàn)的方法轉宣布去；3）供給了人機界面，即可以便利的設置裝備參數，大大添加運用的靈敏性；4）規劃選用單線(xiàn)圈開(kāi)路操控方法完成了自供電無(wú)線(xiàn)傳感器取能電路。處理了線(xiàn)圈發(fā)熱問(wèn)題和大大提高電路功率。
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