專利名稱：高壓帶電體溫度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無線傳輸技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)、用于測(cè)量高壓電氣設(shè)備實(shí)時(shí)溫度的監(jiān)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
在高壓輸配電系統(tǒng)中，如配電變壓器、開關(guān)、分接箱等，存在著眾多的電氣接頭，這些 接頭之間有接觸電阻，且流過的電流較大，容易發(fā)熱而產(chǎn)生高溫，尤其在夏季，由于環(huán)境溫 度高，用電負(fù)荷大，發(fā)熱現(xiàn)象極其嚴(yán)重，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能會(huì)損壞電力設(shè)施，造成大面積 停電，釀成重大事故。由于這些接頭帶有非常高的電壓，受絕緣因素的制約，無法使用常規(guī) 的數(shù)據(jù)采集裝置測(cè)量其溫度，目前的方法是在這些接頭上涂上溫感材料，采取當(dāng)溫度過高時(shí)， 通過肉眼觀測(cè)這些溫感材料顏色變化的方式來觀察接頭溫度是否超標(biāo)，但不能測(cè)量其實(shí)際溫 度值，特別是在距離較遠(yuǎn)的輸電線變壓器上還得用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)，或者采用光纖傳感器監(jiān)測(cè)溫 度變化。人工檢測(cè)的方法不僅不靈敏、不準(zhǔn)確、而且反應(yīng)比較遲鈍，難于實(shí)現(xiàn)全天候的實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)，而光纖傳感器由于價(jià)格過高而難于普及應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提供了一種高壓帶電體溫度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，可 在單片機(jī)控制下，采集溫度傳感器從被測(cè)的接頭處感應(yīng)的溫度，由無線收發(fā)電路將其發(fā)送至 無線接收裝置上，通過數(shù)據(jù)處理自動(dòng)顯示被測(cè)帶電體的實(shí)際溫度，以實(shí)現(xiàn)解決高壓帶電體溫 度難于實(shí)時(shí)測(cè)量問題的目的。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案在于包括單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)溫度、電壓數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸， 單片機(jī)與無線收發(fā)電路相連接，無線收發(fā)電路上連接有天線，AD轉(zhuǎn)換器的輸入端與電源電 壓采集電路、溫度傳感器連接，數(shù)據(jù)輸出端與單片機(jī)連接，定時(shí)控制的輸出與單片機(jī)的中斷 輸入連接，電源電路內(nèi)置穩(wěn)壓芯片，為裝置中的所有電路提供電源，電源的"地"信號(hào)與屏 蔽盒連接，裝置的電路板安裝在屏蔽盒中，屏蔽盒外裝有外殼，外殼上裝有支架。
無線收發(fā)電路為專用的無線收發(fā)芯片、通用的無線收發(fā)芯片，或?qū)纹瑱C(jī)、AD轉(zhuǎn)換器、 無線收發(fā)電路整合在一起的多功能芯片；AD轉(zhuǎn)換器為單獨(dú)的AD轉(zhuǎn)換芯片、將AD轉(zhuǎn)換器集 成在單片機(jī)內(nèi)、或?qū)D轉(zhuǎn)換器集成在溫度傳感器內(nèi)；定時(shí)控制采用通用集成電路、專用定 時(shí)芯片，或單片機(jī)內(nèi)置定時(shí)器；溫度傳感器為熱敏電阻器，或集成電路溫度傳感器；電源電
3路為電池，或源于外部電源。
本實(shí)用新型安裝在帶有極高電壓的電氣接頭處，溫度傳感器裝在支架或帶電體上，直接 測(cè)量接頭處的溫度，故它處于極強(qiáng)的工頻電磁場(chǎng)中。在這種情況下要保證裝置的正常工作， 必須將裝置的電路部分進(jìn)行電和磁的屏蔽。電路板外部的屏蔽盒可以是單層，也可以是多層， 采用既導(dǎo)磁也導(dǎo)電的材料制作，外屏蔽盒上開有橫向的窄縫，支架采用導(dǎo)熱良好的材料制作。
本實(shí)用新型的工作過程是在一個(gè)工作周期的絕大部分時(shí)間中，除定時(shí)控制外，裝置中 的所有電路均處于"睡眠"狀態(tài)，從而僅消耗極低的電能，定時(shí)時(shí)間到，定時(shí)控制的輸出信 號(hào)將單片機(jī)"喚醒"，單片機(jī)被喚醒后即啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換器，完成一次溫度數(shù)據(jù)采集，由于溫度 傳感器安裝在高壓帶電體被測(cè)的接頭處，故該溫度值就是電氣接頭的溫度；然后單片機(jī)啟動(dòng) 無線收發(fā)電路發(fā)送出本次采集的溫度值當(dāng)單片機(jī)確認(rèn)已成功發(fā)送數(shù)據(jù)后，便關(guān)斷AD轉(zhuǎn)換 器和無線收發(fā)電路，再次進(jìn)入睡眠狀態(tài)；當(dāng)發(fā)現(xiàn)所采集的接頭上的溫度高于單片機(jī)中所設(shè)定 的閾值溫度時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒工人及時(shí)檢修。由于信號(hào)的傳輸是利用電磁波，故成功 地解決了接頭處電壓高而無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾y點(diǎn)。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，克服了用人工或光纖傳感器檢測(cè)溫度的缺陷，可在單片機(jī) 控制下，實(shí)現(xiàn)全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)采集、發(fā)送被測(cè)高壓帶電體接頭處的實(shí)際溫度，測(cè)量數(shù) 據(jù)靈敏、準(zhǔn)確、安全、可靠，同時(shí)由于使用定時(shí)控制使整個(gè)裝置在大部分時(shí)間內(nèi)處于極低功 耗的待機(jī)狀態(tài)，每隔一定時(shí)間"醒來"完成一次數(shù)據(jù)采集和傳輸，從而保證了整個(gè)裝置的耗 電極低，可以做到一只電池連續(xù)使用數(shù)年以上，可有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。


圖1是本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)框圖； 圖2是本實(shí)用新型電路圖； 圖3是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖； 圖4是本實(shí)用新型圖3的A-A剖視圖； 圖5是本實(shí)用新型外觀立體結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
如圖l所示，8為天線，9為屏蔽盒，IO為外屏蔽盒，ll為支架，12為外殼。 單片機(jī)2與無線收發(fā)電路1相連接，無線收發(fā)電路1可以采用專用的無線收發(fā)芯片，也 可以為通用的無線收發(fā)芯片，還可以為將單片機(jī)2、 AD轉(zhuǎn)換器3、無線收發(fā)電路l整合在一
4起的多功能芯片，無線收發(fā)電路1上連接有天線8; AD轉(zhuǎn)換器3的輸入端與電源電壓采集 電路4、溫度傳感器7連接，數(shù)據(jù)輸出端與單片機(jī)2連接，可以使用單獨(dú)的AD轉(zhuǎn)換芯片， 也可以采用在單片機(jī)2、溫度傳感器7內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換器3;溫度傳感器7可以采用熱敏電阻器, 也可以采用集成電路溫度傳感器，溫度傳感器7裝在支架11上；定時(shí)控制5的輸出與單片機(jī) 2的中斷輸入連接，定時(shí)控制5可以采用通用集成電路構(gòu)成，也可以使用專用定時(shí)芯片，還 可以采用在單片機(jī)2內(nèi)置定時(shí)器；電源電路6內(nèi)置穩(wěn)壓芯片，為裝置中的所有電路提供電源； 無線收發(fā)電路l、單片機(jī)2 、 AD轉(zhuǎn)換器3、電源電壓采集電路4、定時(shí)控制5、電源電路6 所組成的電路板安裝于屏蔽盒中；內(nèi)屏蔽盒9安裝在外屏蔽盒10中，以利于將裝置的電路部 分進(jìn)行電和磁的屏蔽；最外面是外殼12，用塑料制作；天線8從屏蔽盒9、 10和外殼12的 孔中伸出；為減小渦流引起的發(fā)熱，在外屏蔽盒10上開有橫向的縫隙，屏蔽盒9、 IO均與電 路的地信號(hào)相連接；溫度傳感器7裝在支架11上。
如圖2所示，圖中虛線框l內(nèi)為無線收發(fā)電路l的電路部分，主要由TI公司的短距離無 線收發(fā)芯片CC1100及其外圍電路組成，它通過其SPI接口、狀態(tài)輸出端口等與單片機(jī)2連 接，CC1100通過SPI接口接收單片機(jī)2發(fā)送的命令和數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送、或者進(jìn) 入低功耗狀態(tài)，進(jìn)入低功耗狀態(tài)后其耗電極低，可以延長(zhǎng)電池的使用壽命，CC1100的GDO0 配置為反映內(nèi)部工作狀態(tài)的輸出狀態(tài)，連接到單片機(jī)2的P1. 3，單片機(jī)2通過該引腳判斷 CC1100的工作狀態(tài)，電容器C121、 C131、 C123、 C125、 C122、 C124,電感器L121、 L131、 L122、 L123組成轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)CC1100的平衡差分輸出到非平衡的單端之間的轉(zhuǎn)換，以連 接外接天線8， Yl是CCnOO的時(shí)鐘振蕩器的晶振；虛線框2中是單片機(jī)2及其外圍電路， 為簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，降低成本，這里采用內(nèi)部帶有AD轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)STC12LE5052AD,這種型 號(hào)的單片機(jī)除內(nèi)部帶有AD轉(zhuǎn)換器、SPI接口外，其最重要的特性之一是它進(jìn)入"掉電"狀 態(tài)后可以被中斷信號(hào)"喚醒"，其外中斷申請(qǐng)引腳與定時(shí)控制芯片的輸出連接；虛線框5內(nèi)是 定時(shí)控制5的電路部分,單片機(jī)2完成一次溫度測(cè)量只是一個(gè)時(shí)間極短的過程，大約20毫秒， 根據(jù)需要大概每20秒測(cè)量一次即可，所以單片機(jī)絕大部分時(shí)間處于待機(jī)狀態(tài)，待測(cè)時(shí)正常工 作電流在4mA-7mA，在長(zhǎng)期工作，在電池電量有限工作的情況下，這是個(gè)巨大的浪費(fèi)。為解 決這一問題，讓單片機(jī)在待機(jī)狀態(tài)下處于掉電模式(掉電模式工作電流小于0.1PA)，用定時(shí) 控制5的時(shí)鐘芯片的定時(shí)報(bào)警功能喚醒，讓單片機(jī)2開始工作，測(cè)量結(jié)束后再次進(jìn)入掉電模 式，從而達(dá)到極低消耗電能的目的。當(dāng)然時(shí)鐘芯片的功耗是極低的，約0.8wW,其功耗可以 忽略。本實(shí)施方案中定時(shí)控制5選用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片PCF8563，該芯片通過IIC接口與單片機(jī)2 連接，在應(yīng)用中被編程設(shè)置為20秒鐘產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)，其輸出連接到單片機(jī)2的第7腳，即INTl,用來為單片機(jī)2提供"喚醒"信號(hào)，PCF8563工作時(shí)消耗的電能極少。虛線框7中 是溫度傳感電路，為減少耗電量，延長(zhǎng)電池的工作時(shí)間，這里加一個(gè)PNP型開關(guān)管，當(dāng)需要 采集溫度時(shí)單片機(jī)2的P3.2端口置低電平打開開關(guān)管，測(cè)量完畢后P3.2端口置高電平關(guān)閉開 關(guān)管。為了讓溫度傳感器7能正常工作，需在前面串入一分壓電阻，為使AD轉(zhuǎn)換器達(dá)到最 高的精度，串入的電阻阻值應(yīng)等于熱敏電阻常溫下的阻值。單片機(jī)2的AD采樣通道應(yīng)接在 熱敏電阻和分壓電阻之間；虛線框4中是電源電壓采集電路4，為盡可能地節(jié)省電量，在此 也加一個(gè)PNP型開關(guān)管，其工作原理同虛線框7中的溫度采集電路7。為讓采樣值不超出AD 采樣電壓在此對(duì)電源進(jìn)行分壓，采樣通道接兩電阻之間，分壓后的采樣電壓應(yīng)滿足(R2+Uon) / (Uon+R2+R3) *Vb<=3.3 (Vb為電池電壓，Uon為開關(guān)管的管壓降一般，硅管0.7V,鍺管 O.IV);通過上述設(shè)計(jì)，可以讓整個(gè)裝置在1000mAh的電池供應(yīng)下，連續(xù)工作兩年以上；虛 線框6是電源電路，BT1為3.7V—次性電池，經(jīng)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓后給電路提供電源，U4為3JV 低壓差穩(wěn)壓芯片，在此電路中可以采用XC62FP30,其最低壓降可以為0.1V,也就是說，在 電池電壓降到3.4￥后其輸出電壓還可以為3.3￥， C4、 C5為濾波電容，其作用是減小電源中 的紋波，提高AD采樣的精度；虛線框8為天線8，信號(hào)線與無線收發(fā)電路l的C125連接。
如圖3所示，8為天線，ll為支架，12為外殼。
在變壓器周圍，它產(chǎn)生的強(qiáng)大的電磁場(chǎng)對(duì)單片機(jī)和通信模塊都有很大的影響，不加電場(chǎng) 屏蔽單片機(jī)無法工作。如圖4所示，為減小變壓器磁場(chǎng)在屏蔽殼上產(chǎn)生渦流電流，導(dǎo)致屏蔽 殼發(fā)熱，這里采用雙層屏蔽，外屏蔽盒10開槽，屏蔽盒9完全封閉；天線8伸出屏蔽盒9、 外屏蔽盒10和外殼12，電路板置于屏蔽盒9內(nèi)，外屏蔽盒10置于外殼12內(nèi)，屏蔽盒由導(dǎo) 磁、導(dǎo)電材料的鐵皮制作而成；為保證本實(shí)用新型同電氣接頭之間牢固而且方便地安裝，這 里設(shè)計(jì)了一種支架11，支架11采用導(dǎo)熱良好的鋁合金材料制作，其上平面有三個(gè)盒體固定 孔呈三角形分布，用螺栓將其與外殼12固定起來，支架11的底部有一較大的安裝孔，可用 較大的螺栓將裝置固定在變壓器的接頭螺栓上， 一方面起支撐裝置的作用，另一方面起導(dǎo)熱 的作用，為準(zhǔn)確而快速地測(cè)量到接頭上的溫度，支架11側(cè)板的中部孔用于安裝溫度傳感器。
如圖5所示，8為天線，9為屏蔽盒，IO為外屏蔽盒，ll為支架，12為外殼，外屏蔽盒 IO上開有橫向的窄縫。
權(quán)利要求1、一種高壓帶電體溫度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于包括單片機(jī)(2)，實(shí)現(xiàn)溫度、電壓數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸，單片機(jī)(2)與無線收發(fā)電路(1)相連接，無線收發(fā)電路(1)上連接有天線(8)，AD轉(zhuǎn)換器(3)的輸入端與電源電壓采集電路(4)、溫度傳感器(7)連接，數(shù)據(jù)輸出端與單片機(jī)(2)連接，定時(shí)控制(5)的輸出與單片機(jī)(2)的中斷輸入連接，電源電路(6)內(nèi)置穩(wěn)壓芯片，為裝置中的所有電路提供電源，電源的“地”信號(hào)與屏蔽盒(9)連接，裝置的電路板安裝在屏蔽盒(9)中，屏蔽盒(9)外裝有外殼(12)，外殼(12)上裝有支架(11)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓帶電體溫度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于無線收發(fā)電路(l) 為專用的無線收發(fā)芯片、通用的無線收發(fā)芯片，或?qū)纹瑱C(jī)(2)、 AD轉(zhuǎn)換器(3)、無線收 發(fā)電路(1)整合在一起的多功能芯片。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓帶電體溫度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于AD轉(zhuǎn)換器(3) 為單獨(dú)的AD轉(zhuǎn)換芯片、將AD轉(zhuǎn)換器(3)集成在單片機(jī)(2)內(nèi)、或?qū)D轉(zhuǎn)換器(3)集 成在溫度傳感器(7)內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓帶電體溫度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于定時(shí)控制(5) 采用通用集成電路、專用定時(shí)芯片，或單片機(jī)(2)內(nèi)置定時(shí)器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓帶電體溫度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于溫度傳感器(7) 為熱敏電阻器，或集成電路溫度傳感器。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓帶電體溫度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于電源電路(6) 為電池，或源于外部電源。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓帶電體溫度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于電路板外部的屏 蔽盒(9)為單層，或多層，采用既導(dǎo)磁也導(dǎo)電的材料制作；多層時(shí)，屏蔽盒(9)外裝有外 屏蔽盒(10)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的高壓帶電體溫度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于外屏蔽盒(10)上開有橫向的窄縫。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓帶電體溫度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于支架(11)采用導(dǎo)熱良好的材料制作。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓帶電體溫度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，其特征在于溫度傳感器(7)裝在支架(11)或帶電體上。
專利摘要一種高壓帶電體溫度實(shí)時(shí)測(cè)量裝置，適用于實(shí)時(shí)測(cè)量高壓帶電體的溫度。單片機(jī)與帶有天線的無線收發(fā)電路連接，AD轉(zhuǎn)換器分別與電源電壓采集電路、溫度傳感器、單片機(jī)相連，定時(shí)控制與單片機(jī)連接，電源電路內(nèi)置穩(wěn)壓芯片，電源的“地”信號(hào)與屏蔽盒相連，裝置的電路板安裝在屏蔽盒中，屏蔽盒外裝有外殼，其上裝有支架?？稍趩纹瑱C(jī)控制下，實(shí)現(xiàn)全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)采集、發(fā)送被測(cè)高壓帶電體接頭處的實(shí)際溫度，測(cè)量數(shù)據(jù)靈敏、準(zhǔn)確、安全、可靠，同時(shí)由于使用定時(shí)控制使整個(gè)裝置在大部分時(shí)間內(nèi)處于極低功耗的待機(jī)狀態(tài)，從而保證了整個(gè)裝置的耗電極低，可以做到一只電池連續(xù)使用數(shù)年以上，可有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。
文檔編號(hào)G08C17/00GK201293688SQ20082019110
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者呂治安, 成中臺(tái), 陳宗煉 申請(qǐng)人:襄樊海特電子有限公司