規(guī)劃完成了一種新式自供電型的無(wú)線測(cè)溫傳感器操控體系，包含無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)中繼設(shè)備及自供電取能電路，首要運(yùn)用在高壓觸頭、母線和電纜頭無(wú)線測(cè)溫傳感器體系。
與慣例無(wú)線測(cè)溫傳感器功用比較，新增功用包含：1）針對(duì)目前慣例中繼設(shè)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開關(guān)電源直接接入市電AC220V；2）添加了一路無(wú)線通訊模塊，將從無(wú)線測(cè)溫傳感器收集到的數(shù)據(jù)利用無(wú)線通訊的方法發(fā)送出去；3）添加了人機(jī)接口界面；4）添加了自供電無(wú)線測(cè)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(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)確保了社會(huì)的正常運(yùn)作以及公民的正常日子，因而設(shè)備的牢靠性至關(guān)重要。很多企業(yè)發(fā)起對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性保護(hù)，而溫度是預(yù)防性保護(hù)中最重要的監(jiān)控參數(shù)，溫度的過(guò)高或過(guò)低均意味著毛病發(fā)生的可能性。完成溫度在線監(jiān)測(cè)是確保高壓設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)的重要手法[1-5]。
針對(duì)煤礦、石化、冶金等職業(yè)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境惡劣，布線困難，作業(yè)量大以及信號(hào)電纜保護(hù)本錢較高級(jí)缺乏[6-10]，本文規(guī)劃開發(fā)了一種新式無(wú)線測(cè)溫傳感器體系，包含無(wú)線信號(hào)中繼設(shè)備和自供電取能電路。
其功用包含：1）添加了AC/DC開關(guān)電源，可以直接接入市電，無(wú)需用戶外部供給5V直流電源或直流電源適配器；2）可供給無(wú)線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)?？蓪⑹占降臒o(wú)線測(cè)溫傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)新添加的無(wú)線通訊模塊再次以無(wú)線的方法轉(zhuǎn)宣布去；3）供給了人機(jī)界面，用戶可以在就地經(jīng)過(guò)無(wú)線中繼觀察到經(jīng)過(guò)無(wú)線信號(hào)傳輸過(guò)來(lái)的無(wú)線測(cè)溫傳感器測(cè)量到的溫度信息，又可以便利的設(shè)置裝備參數(shù)，大大添加運(yùn)用的靈敏性；4）規(guī)劃選用單線圈開路操控方法完成了自供電無(wú)線傳感器取能電路。當(dāng)電壓升高時(shí)，電子開關(guān)是處在開路狀態(tài)下，因而線圈的電流很小。因而，不會(huì)發(fā)生線圈發(fā)熱的問(wèn)題。同時(shí)利用電壓升高時(shí)，使后續(xù)電路與主電路經(jīng)過(guò)電子開關(guān)斷開的方法來(lái)操控電壓，功率大大提高。
1 現(xiàn)有的無(wú)線測(cè)溫傳感器體系
1.1 無(wú)線信號(hào)中繼轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備
如圖1所示，現(xiàn)有無(wú)線測(cè)溫傳感器信號(hào)中繼設(shè)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(shè)備供給的5V輸出電源供電。選用無(wú)線通訊模塊接納無(wú)線測(cè)溫傳感器宣布的無(wú)線信號(hào)，并經(jīng)過(guò)CPU處理后，驅(qū)動(dòng)RS485通訊模塊將溫度收集信息經(jīng)過(guò)雙絞線輸出到監(jiān)控體系[11]。因?yàn)闆]有人機(jī)接口所以無(wú)法設(shè)置參數(shù)，有必要出廠前固化好裝備信息，才干進(jìn)行通訊。
圖1 當(dāng)時(shí)無(wú)線測(cè)溫傳感器無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)中繼設(shè)備框圖
選用傳統(tǒng)的無(wú)線測(cè)溫傳感器無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)中繼，存在以下缺陷：
1）選用弱電5V直流電源供電，因?yàn)殡娖降?，在遭到電磁干擾時(shí)，耐受容限很低，使中繼設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
2）用戶有必要外部供給外部5V直流電源，添加了硬件本錢。
3）如圖1所示，規(guī)劃設(shè)備因?yàn)闆]有人機(jī)接口電路，用戶無(wú)法在本地觀察到無(wú)線溫度傳感器所收集的溫度信息。用戶盡管可以經(jīng)過(guò)相應(yīng)的輔件（如USB轉(zhuǎn)RS485模塊、無(wú)線接納模塊）與筆記本電腦進(jìn)行通訊，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的裝備軟件即可完成現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)定值保護(hù)，但是增大了操作的繁瑣性。同時(shí)，設(shè)備有必要在出廠前固化好裝備信息（例如RS485通訊地址以及通訊波特率等），無(wú)法滿意現(xiàn)場(chǎng)靈敏組網(wǎng)通訊的要求。
4）只供給RS485雙絞線通訊方法，再用戶安置網(wǎng)絡(luò)線困難的狀況下，無(wú)法滿意用戶需求（尤其是后期改造安裝項(xiàng)目，再次安置網(wǎng)絡(luò)線施工難度很大。因而用戶大都狀況下回絕再次施工布線）。
1.2 自供電無(wú)線傳感器供電電路
目前，傳統(tǒng)的自供電無(wú)線測(cè)溫傳感器供電部分處理電路見圖2。其作業(yè)原理是選用如下操控方法，環(huán)形鐵芯有兩組線圈，其間一組作為供電線圈，另一組為短路線圈。
作業(yè)原理如下：當(dāng)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(duì)儲(chǔ)能電容充電。LDO經(jīng)過(guò)對(duì)儲(chǔ)能電容電壓進(jìn)行線性變換后供后級(jí)電路供電。當(dāng)電壓超越設(shè)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(wěn)反應(yīng)電路作業(yè)，操控電子開關(guān)導(dǎo)通，使短路線圈經(jīng)過(guò)整流橋短路[12]。因?yàn)樽鳂I(yè)線圈和短路線圈同在一個(gè)鐵芯上，短路線圈短路后，鐵芯上的磁通根本都降落在短路線圈上，因而作業(yè)線圈上的電壓就會(huì)下降。當(dāng)作業(yè)線圈電壓下降到設(shè)定值時(shí)，電壓反應(yīng)電路操控電子開關(guān)翻開，作業(yè)線圈發(fā)生的電壓升高，對(duì)電容充電，供后續(xù)電路作業(yè)。
圖2 為當(dāng)時(shí)自供電無(wú)線測(cè)溫傳感器取能電路框圖。
選用傳統(tǒng)的自供電無(wú)線測(cè)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)繞兩組線圈，添加了本錢，并多發(fā)生了一道工序，下降了生產(chǎn)功率。
2）因?yàn)闉榱瞬倏刈鳂I(yè)電壓不能過(guò)高，因而短路線圈一直處在短路、開路交替作業(yè)的狀態(tài)下，因而，發(fā)生了一個(gè)斷續(xù)的短路電流，該電流在線圈中繼續(xù)作業(yè)，會(huì)引起線圈發(fā)熱，而且跟著短路電流的升高，發(fā)熱狀況越來(lái)越嚴(yán)峻。
3）操控功率低。因?yàn)檫x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圈，來(lái)下降另一組線圈的電壓。該作業(yè)電路首要將能量轉(zhuǎn)化為熱量消耗掉，因而功率很低。
2 無(wú)線測(cè)溫傳感器規(guī)劃與完成
2.1 無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)中繼設(shè)備硬件的完成
該設(shè)備的硬件完成部分，如圖3所示，分為：1）開關(guān)電源電路和線性電源電路：將市電AC220V變換為5V，然后經(jīng)過(guò)線性電源電路將5V變換為3.3V，為微操控器和其它電路有用；2）無(wú)線通訊模塊1和2：無(wú)線通訊模塊1為433MHz無(wú)線收發(fā)模塊，而無(wú)線通訊模塊2為2.4GHz的無(wú)線收發(fā)模塊，兩者都可以與CPU進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)的收發(fā)；3）RS485通訊模塊：與CPU進(jìn)行串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，為有線接口電路；4）人機(jī)接口電路：首要有LCD液晶顯示屏和按鍵、指示燈等，用戶可以便利的設(shè)定裝備信息和讀取傳感器的所測(cè)量出的溫度。
圖3 新式無(wú)線測(cè)溫傳感器無(wú)線信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)中繼設(shè)備原理電路組成框圖
設(shè)備接入市電AC220V后，開關(guān)電源電路將電源變換成5V直流電源弱電，5V再經(jīng)過(guò)線性電源降壓成3.3V，供CPU微處器理電路和其它模塊運(yùn)用。CPU微處理器經(jīng)過(guò)兩個(gè)SPI接口別離和無(wú)線通訊模塊1與無(wú)線通訊模塊2銜接，CPU驅(qū)動(dòng)兩個(gè)無(wú)線模塊別離和無(wú)線測(cè)溫傳感器與無(wú)線通訊服務(wù)器進(jìn)行通訊，詳細(xì)運(yùn)用哪個(gè)模塊與無(wú)線測(cè)溫傳感器和無(wú)線通訊服務(wù)器通訊，取決于用戶的裝備信息記載。同時(shí)，CPU經(jīng)過(guò)串行口UART和RS485通訊模塊進(jìn)行外部485通訊總線進(jìn)行通訊，外部485通訊可以經(jīng)過(guò)通訊雙絞線銜接到監(jiān)控體系。
CPU電路經(jīng)過(guò)外部總線和IO與人機(jī)界面銜接，用戶可以經(jīng)過(guò)LCD屏幕查看到當(dāng)時(shí)的設(shè)置信息與無(wú)線溫度傳感器經(jīng)過(guò)無(wú)線通訊傳輸過(guò)來(lái)的溫度信息，并可以經(jīng)過(guò)按鍵來(lái)設(shè)置一些裝備參數(shù)和報(bào)警值。
本電路有如下長(zhǎng)處：
1）可直接接入市電，無(wú)需用戶供給5V電源或直流電源適配器。因?yàn)檫x用了開關(guān)電源，產(chǎn)品的抗干擾性能大大提高。
2）可供給無(wú)線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)過(guò)添加的一路無(wú)線通訊模塊，可將收集到的無(wú)線測(cè)溫傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)新添加的無(wú)線通訊模塊再次以無(wú)線的方法轉(zhuǎn)宣布去。
3）供給了人機(jī)界面，用戶可以在就地經(jīng)過(guò)無(wú)線中繼觀察到經(jīng)過(guò)無(wú)線信號(hào)傳輸過(guò)來(lái)的無(wú)線測(cè)溫傳感器測(cè)量到的溫度信息，又可以便利的設(shè)置裝備參數(shù)，大大添加運(yùn)用的靈敏性。
2.2 自供電無(wú)線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、電子開關(guān)電路、電子開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、穩(wěn)壓與分壓電路、電容儲(chǔ)能池、LDO線性電源電路、電壓安穩(wěn)負(fù)反應(yīng)電路。
圖4 一種新式自供電無(wú)線測(cè)溫傳感器取能電路原理圖
本體系選用單線圈開路操控方法。環(huán)形鐵芯在高壓載流體的磁場(chǎng)效果下，構(gòu)成交變磁場(chǎng)。磁場(chǎng)使環(huán)形鐵芯的線圈發(fā)生溝通電壓。溝通電壓在整流電路處理后構(gòu)成直流電源電壓VDC[13]。電壓VDC經(jīng)過(guò)電子開關(guān)后，再經(jīng)過(guò)火壓銜接到儲(chǔ)能電容上，并作為L(zhǎng)DO的輸入電壓。
為操控LDO輸入電壓不超越芯片的規(guī)定值，電壓安穩(wěn)反應(yīng)電路一直對(duì)其進(jìn)行監(jiān)督，當(dāng)電壓高過(guò)設(shè)定電壓時(shí)，反應(yīng)電路操控電子開關(guān)斷開，這是負(fù)載的供電徹底依靠電容中的儲(chǔ)能。跟著電容儲(chǔ)能的泄放，電壓Vin下降。
當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值后，電壓安穩(wěn)反應(yīng)電路將電子開關(guān)翻開，VDC經(jīng)過(guò)火壓后對(duì)儲(chǔ)能電容進(jìn)行充電，當(dāng)充電到高壓設(shè)定值后封閉。因?yàn)殡娙萆系碾妷翰荒荏E變，因而LDO的輸入電壓Vin是在必定范圍內(nèi)的充電、放電。而LDO的輸出穩(wěn)壓特性，決定了后續(xù)3.3V電壓的安穩(wěn)。
為了確保在后續(xù)電路上電瞬間能發(fā)動(dòng)作業(yè)，電子開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電路中的U1為常閉型的MOSFET型繼電器。在電瞬間，電子開關(guān)翻開，對(duì)電容充電。當(dāng)電容電壓升高到LDO可以發(fā)動(dòng)作業(yè)的電壓后，后續(xù)電路開端作業(yè)，對(duì)電壓進(jìn)行安穩(wěn)操控。
本電路有如下長(zhǎng)處：
1）環(huán)形鐵芯線圈只需一組，下降了硬件本錢和減少了一道工序，提高了作業(yè)功率；
2）選用單線圈開路操控方法，下降了電路的雜亂程度，簡(jiǎn)略牢靠；
3）處理了線圈發(fā)熱問(wèn)題。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的操控方法，電路在安穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，電子開關(guān)不斷短接線圈，短接線圈處在斷續(xù)的短路方法，發(fā)生了一個(gè)改變的短路電流，這個(gè)電流在線圈中繼續(xù)發(fā)熱，進(jìn)而引起線圈溫度升高。而本規(guī)劃選用開路操控方法，當(dāng)電壓升高時(shí)，電子開關(guān)是處在開路狀態(tài)下，因而線圈的電流很小。因而，不會(huì)發(fā)生線圈發(fā)熱的問(wèn)題；
4）電路功率大大提高。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的操控方法是在電壓升高時(shí)短接線圈，將能量徹底轉(zhuǎn)化為熱量，而本發(fā)明在電壓升高時(shí)，使后續(xù)電路與主電路經(jīng)過(guò)電子開關(guān)斷開的方法來(lái)操控電壓，因而功率大大提高，不會(huì)發(fā)生線圈過(guò)熱問(wèn)題，提高了電路功率。
3 結(jié)論
本文規(guī)劃開發(fā)了一種新式無(wú)線測(cè)溫傳感器操控體系，包含無(wú)線信號(hào)中繼設(shè)備和自供電取能電路，首要運(yùn)用在高壓觸頭、母線和電纜頭無(wú)線測(cè)溫傳感器體系。
其功用包含：1）添加了AC/DC開關(guān)電源；2）可供給無(wú)線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)?？蓪⑹占降臒o(wú)線測(cè)溫傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)新添加的無(wú)線通訊模塊再次以無(wú)線的方法轉(zhuǎn)宣布去；3）供給了人機(jī)界面，即可以便利的設(shè)置裝備參數(shù)，大大添加運(yùn)用的靈敏性；4）規(guī)劃選用單線圈開路操控方法完成了自供電無(wú)線傳感器取能電路。處理了線圈發(fā)熱問(wèn)題和大大提高電路功率。
手機(jī)掃描二維碼
