規(guī)劃完成了一種新式自供電型的無線測溫傳感器操控體系，包含無線信號轉發(fā)中繼設備及自供電取能電路，首要運用在高壓觸頭、母線和電纜頭無線測溫傳感器體系。
與慣例無線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，無法接入市電問題，添加AC/DC開關電源直接接入市電AC220V；2）添加了一路無線通訊模塊，將從無線測溫傳感器收集到的數(shù)據(jù)利用無線通訊的方法發(fā)送出去；3）添加了人機接口界面；4）添加了自供電無線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的正常運作以及公民的正常日子，因而設備的牢靠性至關重要。很多企業(yè)發(fā)起對設備進行預防性保護，而溫度是預防性保護中最重要的監(jiān)控參數(shù)，溫度的過高或過低均意味著毛病發(fā)生的可能性。完成溫度在線監(jiān)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(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣，布線困難，作業(yè)量大以及信號電纜保護本錢較高級缺乏[6-10]，本文規(guī)劃開發(fā)了一種新式無線測溫傳感器體系，包含無線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開關電源，可以直接接入市電，無需用戶外部供給5V直流電源或直流電源適配器；2）可供給無線數(shù)據(jù)轉發(fā)?？蓪⑹占降臒o線測溫傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)過新添加的無線通訊模塊再次以無線的方法轉宣布去；3）供給了人機界面，用戶可以在就地經(jīng)過無線中繼觀察到經(jīng)過無線信號傳輸過來的無線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(shù)，大大添加運用的靈敏性；4）規(guī)劃選用單線圈開路操控方法完成了自供電無線傳感器取能電路。當電壓升高時，電子開關是處在開路狀態(tài)下，因而線圈的電流很小。因而，不會發(fā)生線圈發(fā)熱的問題。同時利用電壓升高時，使后續(xù)電路與主電路經(jīng)過電子開關斷開的方法來操控電壓，功率大大提高。
1 現(xiàn)有的無線測溫傳感器體系
1.1 無線信號中繼轉發(fā)設備
如圖1所示，現(xiàn)有無線測溫傳感器信號中繼設備首要選用5V直流電源供電，無法直接接入市電，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。選用無線通訊模塊接納無線測溫傳感器宣布的無線信號，并經(jīng)過CPU處理后，驅動RS485通訊模塊將溫度收集信息經(jīng)過雙絞線輸出到監(jiān)控體系[11]。因為沒有人機接口所以無法設置參數(shù)，有必要出廠前固化好裝備信息，才干進行通訊。
圖1 當時無線測溫傳感器無線信號轉發(fā)中繼設備框圖
選用傳統(tǒng)的無線測溫傳感器無線信號轉發(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，耐受容限很低，使中繼設備無法正常運轉。
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)劃設備因為沒有人機接口電路，用戶無法在本地觀察到無線溫度傳感器所收集的溫度信息。用戶盡管可以經(jīng)過相應的輔件（如USB轉RS485模塊、無線接納模塊）與筆記本電腦進行通訊，經(jīng)過相應的裝備軟件即可完成現(xiàn)場參數(shù)定值保護，但是增大了操作的繁瑣性。同時，設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），無法滿意現(xiàn)場靈敏組網(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)絡線困難的狀況下，無法滿意用戶需求（尤其是后期改造安裝項目，再次安置網(wǎng)絡線施工難度很大。因而用戶大都狀況下回絕再次施工布線）。
1.2 自供電無線傳感器供電電路
目前，傳統(tǒng)的自供電無線測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：當高壓在流體有電流經(jīng)往后，發(fā)生溝通電壓UAC1，經(jīng)過整流電路后對儲能電容充電。LDO經(jīng)過對儲能電容電壓進行線性變換后供后級電路供電。當電壓超越設定值時（VDC電壓不能過高，否則會損害電子電路），電壓安穩(wěn)反應電路作業(yè)，操控電子開關導通，使短路線圈經(jīng)過整流橋短路[12]。因為作業(yè)線圈和短路線圈同在一個鐵芯上，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)線圈上的電壓就會下降。當作業(yè)線圈電壓下降到設定值時，電壓反應電路操控電子開關翻開，作業(yè)線圈發(fā)生的電壓升高，對電容充電，供后續(xù)電路作業(yè)。
圖2 為當時自供電無線測溫傳感器取能電路框圖。
選用傳統(tǒng)的自供電無線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）因為為了操控作業(yè)電壓不能過高，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)生了一個斷續(xù)的短路電流，該電流在線圈中繼續(xù)作業(yè)，會引起線圈發(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，磁場增大時，該電路有必要連讀短接一組線圈，來下降另一組線圈的電壓。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 無線測溫傳感器規(guī)劃與完成
2.1 無線信號轉發(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）開關電源電路和線性電源電路：將市電AC220V變換為5V，然后經(jīng)過線性電源電路將5V變換為3.3V，為微操控器和其它電路有用；2）無線通訊模塊1和2：無線通訊模塊1為433MHz無線收發(fā)模塊，而無線通訊模塊2為2.4GHz的無線收發(fā)模塊，兩者都可以與CPU進行無線數(shù)據(jù)的收發(fā)；3）RS485通訊模塊：與CPU進行串行數(shù)據(jù)的轉發(fā)，為有線接口電路；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 新式無線測溫傳感器無線信號轉發(fā)中繼設備原理電路組成框圖
設備接入市電AC220V后，開關電源電路將電源變換成5V直流電源弱電，5V再經(jīng)過線性電源降壓成3.3V，供CPU微處器理電路和其它模塊運用。CPU微處理器經(jīng)過兩個SPI接口別離和無線通訊模塊1與無線通訊模塊2銜接，CPU驅動兩個無線模塊別離和無線測溫傳感器與無線通訊服務器進行通訊，詳細運用哪個模塊與無線測溫傳感器和無線通訊服務器通訊，取決于用戶的裝備信息記載。同時，CPU經(jīng)過串行口UART和RS485通訊模塊進行外部485通訊總線進行通訊，外部485通訊可以經(jīng)過通訊雙絞線銜接到監(jiān)控體系。
CPU電路經(jīng)過外部總線和IO與人機界面銜接，用戶可以經(jīng)過LCD屏幕查看到當時的設置信息與無線溫度傳感器經(jīng)過無線通訊傳輸過來的溫度信息，并可以經(jīng)過按鍵來設置一些裝備參數(shù)和報警值。
本電路有如下長處：
1）可直接接入市電，無需用戶供給5V電源或直流電源適配器。因為選用了開關電源，產(chǎn)品的抗干擾性能大大提高。
2）可供給無線數(shù)據(jù)轉發(fā)，經(jīng)過添加的一路無線通訊模塊，可將收集到的無線測溫傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)過新添加的無線通訊模塊再次以無線的方法轉宣布去。
3）供給了人機界面，用戶可以在就地經(jīng)過無線中繼觀察到經(jīng)過無線信號傳輸過來的無線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(shù)，大大添加運用的靈敏性。
2.2 自供電無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、電子開關電路、電子開關驅動電路、穩(wěn)壓與分壓電路、電容儲能池、LDO線性電源電路、電壓安穩(wěn)負反應電路。
圖4 一種新式自供電無線測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效果下，構成交變磁場。磁場使環(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成直流電源電壓VDC[13]。電壓VDC經(jīng)過電子開關后，再經(jīng)過火壓銜接到儲能電容上，并作為LDO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)反應電路一直對其進行監(jiān)督，當電壓高過設定電壓時，反應電路操控電子開關斷開，這是負載的供電徹底依靠電容中的儲能。跟著電容儲能的泄放，電壓Vin下降。
當?shù)陀谠O定值后，電壓安穩(wěn)反應電路將電子開關翻開，VDC經(jīng)過火壓后對儲能電容進行充電，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(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)動作業(yè)，電子開關的驅動電路中的U1為常閉型的MOSFET型繼電器。在電瞬間，電子開關翻開，對電容充電。當電容電壓升高到LDO可以發(fā)動作業(yè)的電壓后，后續(xù)電路開端作業(yè)，對電壓進行安穩(wěn)操控。
本電路有如下長處：
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，簡略牢靠；
3）處理了線圈發(fā)熱問題。因為傳統(tǒng)的操控方法，電路在安穩(wěn)運轉過程中，電子開關不斷短接線圈，短接線圈處在斷續(xù)的短路方法，發(fā)生了一個改變的短路電流，這個電流在線圈中繼續(xù)發(fā)熱，進而引起線圈溫度升高。而本規(guī)劃選用開路操控方法，當電壓升高時，電子開關是處在開路狀態(tài)下，因而線圈的電流很小。因而，不會發(fā)生線圈發(fā)熱的問題；
4）電路功率大大提高。因為傳統(tǒng)的操控方法是在電壓升高時短接線圈，將能量徹底轉化為熱量，而本發(fā)明在電壓升高時，使后續(xù)電路與主電路經(jīng)過電子開關斷開的方法來操控電壓，因而功率大大提高，不會發(fā)生線圈過熱問題，提高了電路功率。
3 結論
本文規(guī)劃開發(fā)了一種新式無線測溫傳感器操控體系，包含無線信號中繼設備和自供電取能電路，首要運用在高壓觸頭、母線和電纜頭無線測溫傳感器體系。
其功用包含：1）添加了AC/DC開關電源；2）可供給無線數(shù)據(jù)轉發(fā)?？蓪⑹占降臒o線測溫傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)過新添加的無線通訊模塊再次以無線的方法轉宣布去；3）供給了人機界面，即可以便利的設置裝備參數(shù)，大大添加運用的靈敏性；4）規(guī)劃選用單線圈開路操控方法完成了自供電無線傳感器取能電路。處理了線圈發(fā)熱問題和大大提高電路功率。
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