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1引言

高壓開關柜設備是非常重要的輸配電設備，主要用于電力系統的控制和保護，保證電網中無故障部分的正常運行及設備、運行維修人員的安全。大多數高壓開關設備采用封閉結構，散熱條件差，而且長時間工作于高電壓、大電流等惡劣環境中，很容易引起熱量的積累而導致其內部溫度升高。開關柜溫度過高可能會引起大范圍停電嚴重者還會誘發火災，這些都將給社會造成巨大的經濟損失。因此設計出一套可靠有效的開關柜溫度在線監測系統對電力系統安全、穩定的運行具有十分重要的意義。

目前高壓開關柜溫度在線監測方法主要有CCD攝像頭監測示溫蠟片測溫法、紅外測溫法、光纖測溫法和無線網絡法，這些方法沒有考慮開關柜實際運行環境和負荷等信息，都只孤立地對溫度進行測量，屬于預防性維修和試驗的范疇。本系統分析了傳統開關柜監測方法的缺點和不足，并且為達到狀態維修的目的，提出兩組新的監測量，系統結構簡單、性能可靠，能夠很大程度上提高高壓開關柜運行水平，降低事故發生率。

2系統設計方案

高壓開關內部結構分為母線室、開關室、電纜室，本設計系統的數據采集模塊分別采集和實時監測三室的溫度、外界環境溫度以及通過開關柜的電流，并在這五組參數的基礎上根據溫度和電流的關系以及一定時間內溫度變化對三室的影響提出了兩組新的監測量進行實時監測。

2.1系統結構

本設計系統主要包括數據采集模塊，通訊模塊，上位機監控中心3大部分，如圖1所示。數據采集模塊由溫度和電流采集模塊組成，四路溫度傳感器選用薄膜鉑電阻，分別傳輸母線室溫度、開關室溫度、電纜室溫度和環境溫度；電流傳感器選用閉環霍爾電流傳感器，傳輸開關柜的三相交流電。整個系統的數據采集模塊和上位機監控中心通過RS-485總線通信，上位機監控中心提供友好的交互界面，供用戶進行監控和操作。

2.2監測量

對開關柜各室溫度進行單獨越限報警雖然簡單，但通常情況下某室出現溫度異常時，開關柜已接近或處于故障狀態。為盡早發現各種隨機因素引起的故障，降低維修成本，我們提出兩組新的監測量：

（1）監測系統上電開始采集后每1h內每隔6min分別對各室測一次溫度t，同時記錄此刻通過開關柜的電流I和外部環境溫度t環溫。根據溫度變化和電流平方成正相關原理，提出參數P：

P=（P8+P9+P10）/3

其中，各室P取每小時后三個記錄點Pn的平均值。Pn=（t-t環溫）/I2，n=1，2，…，10。

若P>（1+5%）P0，則觸發報警（P0表示監測系統開始采集后第一個小時內P的計算值）。

（2）監測系統上電開始采集后每隔1h分別對母線室、開關室、電纜室各測一次溫度記為：t0、t1、t2，同時記錄此刻開關柜外部環境溫度t環溫。經研究發現開關柜內部相鄰兩室之間溫度變化的比值對開關柜的運行也會造成一定影響，因此提出K參數：

K1=-（t0-t環溫）/（t1-t環溫）

K2-（t1-t環溫）/（t2-t環溫）

K3-（t2-t環溫）/（t0-t環溫）

Kn分別代表母線室、開關室、電纜室的K值，n=1，2，3。

若Kn>（1+9%）K0，則觸發報警（K0表示監測系統開始采集后第一個小時內K的計算值）。

3系統硬件設計

系統硬件主要負責溫度和電流的采集，并把數據通過RS485總線傳輸給上位機，進行后續處理。其主要分為溫度采集模塊和電流采集模塊。

3.1溫度采集模塊

溫度采集模塊選用集智達公司6通道熱電阻輸入模塊RemoDAQ-8036，特性參數如表1所示。

3.2電流采集模塊

電流采集模塊為自行設計，處理器采用的是意法半導體推出的STM32F103ZET6微控制器。該微控制器采用高性能的ARM Cortex-M3內核，它的最高工作頻率為72MHz，內置高速存儲器。整個電流采集模塊由AD轉換電路、信號調理電路、通信狀態指示燈、電源電路、RS485電路、前端濾波電路等組成。模塊硬件結構如圖2所示。

3.2.1AD7606芯片與STM32的接口設計

模數轉換芯片采用8通道16位同步采樣的AD7606，其所有通道均能以高達200kSPS的速率進行采樣，具有可編程的數字濾波器且數據傳輸接口可選擇為并行模式和串行模式，采用5V單電源供電不再需要正負雙電源并支持真正的雙極性信號輸入，而且輸入端箝位保護電路可以承受最高達±16.5V的電壓。

本設計使用前三個通道進行同步采集，其與微控制器數據傳輸采用并行工作模式，數據輸出端與STM32的D組GPIO連接，這樣STM32通過對D組GPIO口整體操作很容易讀取一個通道的數據。把AD7606的RANGE端接地，使其采集電壓范圍為±5V。由下位機程序來控制過采樣。AD7606與STM32的連接如圖3所示。

3.2.2STM32與RS485接口的設計

STM32收發TTL電平信號而RS485總線收發差分信號，因此需要設計一個接口使兩者無障礙傳輸數據。本模塊中把RS-485通信模式設置成半雙工工作模式，把STM32F103的串口1接口轉化成RS-485接口，用STM32的GPIOA7口來作為控制數據傳輸方向，我們選用的電平轉換芯片是SN75LBC184，在差分輸出間接一個100歐的電阻。電路連接如圖4所示。

4系統軟件設計

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中圖分類號TG5 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2014）112-0075-02

0引言

我們在實際生產過程及現實生活中，需要測量很多設備及實物的溫度，但有些卻無法或不容易進行接觸式的溫度測量，如測量運行中的機床軸瓦溫度、用電設備配電箱中各電器的溫度、或其它特殊設備的溫度等等。在這里介紹了一種基于TN-9的紅外溫度監測系統的設計，該系統利用紅外輻射測溫的原理，采用紅外模組陣列實現了非接觸式測溫，這種非接觸式的測溫方式具有無需對測量對象進行改造、不易損毀、易于維護等優點，其測量的精度也能滿足±監測設備工作狀態的需要。無線傳輸是該系統的又一特點，有效的避免了由于添加傳輸介質而引起的系統成本上升問題，非常適合于生活和工業現場使用。

1 機床溫度監測系統設計方案

熱誤差成為影響機床加工精度的最重要的因素，為尋找可靠的的辦法評估熱誤差，設計的溫度監測系統必須具有高精度，實時性，能夠及時了解部件的溫度情況，以保證機械加工的質量。因此，本設計采用了具有高精度的TN9系列紅外溫度探測模組，該模塊解決了傳統測溫中需接觸的問題，并且具備回應速度快、測量精度高、測量范圍廣和可同時測量環境溫度和目標溫度的特點，配合單片機控制可成為一個測量距離達30米的非接觸式的溫度測量計。同時也解決了在機床部件中安裝接觸式溫度探頭的不便，通過采集測控端的信號，經過主控端的處理，利用無線傳輸雙向通信技術，在主控端顯示模塊顯示出來，并經過設定一個高溫報警限值，實現溫度監測報警。 系統方框圖如圖1所示：

圖1 系統方框圖

各環節的功能:

1）TN-9模組數據處理是整個系統的重要組成部分，通過模組端口位寄存器的功能選擇，軟件設置，讀取傳感器的溫度值；

2）單片機控制模塊是系統的核心部分，通過單片機的按鍵動態掃描，判斷模組測量環境溫度或者目標溫度，功能判斷，設置中斷程序讀取溫度值，以及數據傳輸；

3）通信模塊采用315發送接收模塊，外配2262發射編碼芯片和2272接收解碼芯片，以實現數據的無線傳送，并予以顯示。

各環節的功能實現：

1）TN-9內部具有5位寄存器，其中Item 存放的的是目標和環境溫度值，可通過功能口A端口來設定，MSB、LSB分別存放數據的高8位和低8位，Sum 則Item+MSB+LSB=SUM， CR 0DH，結束碼，信號清零。通過單片機讀出TN9的溫度值，軟件實現在后面提到；

2）單片機選用AT89S51，低成本，功能足以實現；

3）通信模塊選用315模塊，編碼譯碼簡單，可靠性好。

2 系統硬件電路的分析與設計

2.1 TN－9紅外傳感器模組

TN9是國外生產的先進紅外傳感器模組，它的測溫范圍在-33℃～+220℃之間，而且精度高。測溫范圍內非線性差為±0.6℃。并且具備SPI通信接口，方便與單片機連接。但是在設計時有一點需要注意的，單片機必須適應它發出的時鐘信號，而與一般的從時鐘信號適應主時鐘有所區別。

2.2 控制單元

AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。

2.3無線模塊

無線模塊選用315發送接收模塊，其性能簡單可靠，并能夠滿足系統的功能要求。該模塊具備了系統要求的可靠性。

適用范圍： 用于數據傳送及信號控制，工業控制防盜報警，無線搖控等。

2.4 顯示電路

使用液晶顯示屏顯示轉換結果。液晶顯示屏(LCD)具有輕薄短小，耗電量低，無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩定不閃爍等優勢，可視面積大，畫面效果好，分辨率高，抗干擾能力強和顯示形式靈活等優點。

3 系統軟件電路的分析與設計

圖2發射部分主要流程圖

本系統的軟件設計主要分為下位機機床部位紅外溫度數據采集、單片機的中斷控制和無線傳輸。每個功能模塊對于整體設計都是非常重要的，通過軟件編程與硬件電路的協調才能使系統真正的運行起來。本系統的軟件設計主要包括發射和接收兩部分的程序設計[5]。

系統整體程序設計發射/接收部分主要流程圖如圖2所示。

4結論

本文介紹了利用單片機STC89S51和傳感器模組TN-9來實現紅外溫度監測，本設計的溫度控制精度為±1℃，將溫度采集與單片機控制緊密結合實現機床溫度監測，結果令人滿意。

在取得結果的同時，系統還有待改進和擴展的地方，如進行與計算機上位通信擴展，該系統不僅可用于機床溫度監控，還可適用于其它工業現場的高溫監控，這將有利于提高工業水平，提高生產效率和經濟效益。

參考文獻

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[2]沈德金，陳粵初.MCS-51系列單片機接口電路與應用程序實例[M].北京：北京航天航空大學出版社，1990：35-42.

篇（3）

引言

溫度采集在很多應用系統中都有極其重要的作用。如嬰兒保溫箱恒溫控制系統等。傳統的溫度測量一般采用有線系統測量，具有布線繁瑣、添加節點復雜等困難、可靠性低等缺點，而且單個保溫箱控制失效一般由工作人員檢查得知，容易發生意外。基于基于物聯網[1]的無線溫度檢測系統采用無線采集數據、傳輸，通過互聯網將采集的數據和設備狀態傳到遠程用戶，實現遠程用戶對現場數據和設備狀態的實時監控，極大地提高了系統的可靠性。

1 基于物聯網的無線溫度監測系統的體系結構

本系統由傳感器節點、協調器節點、主控機、互聯網和遠程監控用戶組成。基于物聯網的無線溫度檢測系統的體系結構如圖1 所示。

圖1 基于物聯網的無線溫度監測系統的體系結構

由傳感器節點和協調器節點構成了物聯網的感知層，由無線網和互聯網構成了物聯網的傳輸層，由主控機和遠程用戶構成了物聯網的應用層[2]。傳感器節點采集現場的溫度，通過無線的方式傳輸到協調器節點，協調器節點通過RS232總線將采集到的數據傳到主控機中，主控機對采集到的數據分析、存儲、預處理、報警等處理，遠程用戶通過互聯網對設備的狀態實時監控。

2 傳感器節點的設計

傳感器節點用于保溫箱溫度的采集、標度變換、數據傳輸等。傳感器節點由電源模塊、傳感器模塊、處理器模塊和通信模塊組成，如圖2所示。

圖2 傳感器節點結構圖

2.1 傳感器節點的硬件結構

處理器模塊和通信模塊由CC2530[3]實現。CC2530 是德州儀器開發的用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 應用的一個真正的片上系統解決方案，內部集成了具有代碼預取功能的低功耗8051 微控制器內核，能夠以非常低的成本建立強大的網絡節點。CC2530 具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統。運行模式之間的轉換時間短進一步確保了低能源消耗。CC2530內部集成了一個溫度傳感器和一個12位的A/D轉換器，但其精度不高，所以傳感器模塊由STH15實現。SHT15是Sensirion公司溫濕度傳感器，兩線制的串行接口與內部的電壓調整，使系統集成變得快速而簡單，該產品具有品質卓越、響應迅速、抗干擾能力強、性價比高等優點。

2.2 傳感器節點的軟件設計

傳感器節點上電后對定時器、串行口、看門狗、中斷系統、STH15傳感器等硬件進行初始化，然后發現協調器節點并通過認證程序[4]通過協調器節點的認證加入到傳感網。只有經過協調器節點認證后的傳感器節點才能向協調器發送數據。傳感器節點向協調器節點發送數據的格式如圖3所示：

圖3 傳感器節點數據格式

3 協調器節點的設計

協調器節點用于無線網絡的管理，對傳感器節點進行認證，只有通過認證的傳感器節點才能在網絡中發送有效的數據。協調器節點由電源模塊、串口模塊、處理器模塊和通信模塊組成，結構如圖4所示：

圖4 協調器節點結構圖

串口模塊由MAX232[5]實現，用來實現協調器節點和主控機的通信。處理器模塊和通信模塊由CC2530實現，負責接收傳感器節點的發送的數據，進行數據預處理，然后將數據通過串行口送到主控機中。主控機的功能是接收協調器節點的數據，對數據進行分析、處理、存儲，通過服務器程序將數據發送發到遠程用戶端，實現遠程用戶對設備狀態的實時監測。主控機和協調器節點通信的數據幀格式如圖5所示：

圖5 協調器與主控器通訊數據幀格式

幀標志為0111111011111111，表示幀的開始和結束；節點數表示本次采集數據的節點數量；節點名稱是各個節點的邏輯地址，數據位本次采集到的溫度值，校驗碼采用累加和校驗。

系統實現

將4個傳感器節點分布在不同位置，設置不同的環境溫度，在主控機上設置溫度的報警閾值，其它主機通過互聯網，實時監測傳感器節點的溫度。在實驗的過程中將4號節點關閉，然后再打開，通過遠程監控端查看各傳感器節點的狀態，如圖6所示：

圖6 遠程監控端查看各傳感器節點的狀態

通過實驗，能夠準確地測得各傳感器節點的溫度值，在2、3、4次采樣的數據中節點4的值為“*”，是因為實驗過程中關閉了4號節點，打開4號節點后其溫度值正確地傳到了客戶端。實驗結果和實驗現場完全一致。

4 結束語

分析了物聯網技術和溫度采集的方法，采用CC2530和STH15實現了溫度的無線采集、傳輸，遠程用戶通過Internet，可對設備狀態進行在線監測，實現了基于物聯網的無線溫度監測系統，解決了有線數據采集的弊端，杜絕了單個設備節點失效后設備狀態無法檢測的缺點。本系統采用不同的傳感器，可實現濕度、氣體濃度、壓力等現場數據的實時監測。

參考文獻

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中圖分類號：TN964 文章編號：1009-2374（2016）34-0012-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.34.006

1 概述

為及時發現運行設備超負荷運載或存在接觸不良導致發熱的情況，電力系統行業把設備測溫作為一項日常巡視工作。目前，獲取配電變壓器的出線接頭溫度的方法是通過紅外電子槍獲取的，測溫工作雖然簡單，但在配電網絡中，變壓器分布分散、數量眾多，因此測溫成為一項簡單但繁重的工作。溫度的獲取可以通過多種多樣的方法、不同的硬件電路實現，但是無論何種方式，最終的目的都是為了將溫度以直觀的方式呈現給運維人員，傳統的方式是利用現場測量記錄，每次測量需多人配合完成，耗費大量的人力、物力，而且只能獲取某一時刻的溫度，因為運維人員不可能長時間待在戶外監測溫度。本文利用串口獲取溫度信息，采用Labview進行編程，開發出一套界面友好、時效性強的溫度監測系統，實現了遠程溫度的檢測。

2 系統架構

系統采用labview2014編寫，Labview（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本進行創建應用程序的圖形化編程語言。其圖形化編程語言可大大縮短研發周期，同時實現界面的美觀、友好性。系統組成及執行順序如圖1所示。

基于Labview的配網溫度監測系統執行過程中需設置采集的變壓器號。設置后，上位機通過串口向下位機發送采集指令，下位機在接收指令后，判別是采集哪一變壓器的溫度。然后根據指令反饋相關數據，系統接收到下位機返回數據后進行數據翻譯，同時通過溫度計和波形顯示出來。

2.1 前面板設計

基于Labview的配網溫度監測系統前面板設計如圖2所示。前面板中包含選擇變壓器下拉框，用于設置變壓器號，A、B、C三相實時溫度顯示，顯示A、B、C三相的實時溫度，同時有波形顯示功能，并對A、B、C三相分色顯示，定值設置用于設置報警定值，當A、B、C三相中任一相溫度超過定值溫度，溫度報警燈亮紅色，串口設置用于選擇硬件所在串口。

基于Labview的配網溫度監測系統程序框圖如圖3所示。整個系統在一個while循環中，選擇變壓器后，對變壓器號進行編碼，寫入串口，發送到下位機，再從串口中讀取下位機反饋回的數據，進行譯碼，譯碼正確則顯示出來，并與定值進行比較，高于定值溫度則報警，報警燈亮紅色，否則報警燈亮綠色，同時系統設置了停止鍵，按下則停止采集。

3 系統數據處理

基于Labview的配網溫度監測系統的數據處理主要包括三部分：數據寫入、數據讀取、數據編碼。該部分是系統的核心部分，用到了Labview的串口讀取、串口寫入、字符串處理、顯示控件、數值比較等功能。

3.1 數據的寫入

數據寫入是為了進行變壓器的選擇。本文通過下拉菜單選擇變壓器，下拉菜單每一項都有對應數值，代表不同變壓器，利用數值轉字符串控件和字符串連接控件對指令進行編碼，再通過串口寫入控件，將指令寫入串口向下位機發送，完成指令下達。

3.2 數據讀取

通過串口讀取控件讀取串口的信息，再用搜索字符串控件和截取字符串控件對下位機反饋回的數據進行譯碼，并通過顯示控件顯示出來，同時通過數值比較控件將譯碼結果與定值比較，若溫度高于定值，則發出告警信號，告警燈亮紅色，若低于溫度定值，則告警燈亮

綠色。

3.3 數據編碼

3.3.1 指令編碼。指令編碼是指由系統向下位機發送用于選擇采集哪臺變壓器溫度的編碼，指令編碼由4個字節組成，第1個字節為報文頭，固定為aaH，中間兩個字節為變壓器地址，可取0000H-FFFEH，最后1個字節為停止符，固定為FFH，其結構表1所示：

3.3.2 數據編碼。數據編碼是指由下位機向系統發送的相應變壓器的溫度數據，數據編碼由5個字節組成，第1個字節為報文頭，固定為aaH，第2個字節為A相溫度數據，可取00H-FEH，第3個數據為B相溫度數據，可取00H-FEH，第4位為C相溫度數據，可取00H-FEH，最后1個字節為停止符，固定為FFH，其結構表2所示：

4 結語

本文利用Labview編程，開發出一套配網溫度監控系統。該系統的開發完成了溫度遠程采集上位機方案，配套相應硬件電路，便可實現溫度的遠程監控，該方案合理地解決了變壓器地域分布廣泛、溫度采集耗時長的問題，實現了溫度的集中采集。采用該系統，可以在短時間內集中采集到所有變壓器的溫度，提高了工作效率，減少了戶外工作時間，有效地減輕了配網運行人員的工作負擔。

參考文獻

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中圖分類號TN92 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）50-0203-01

0 引言

隨著溫室大棚種植技術的不斷發展應用，現代農業種植，大棚溫室種植已成為重要手段。而溫室大棚中所種植的農作物對溫度的要求極高。大棚溫度控制不好，會影響到各種農作物的生長，從而導致大棚的效益下降。由此，便需對大棚溫度實時的、精確的監測。但是目前，國內的很多溫室大棚溫度監測仍然采用的是以單片機控制為核心的傳統有線監測系統。這種監測系統通過采用復雜的電纜將其各部件連接并進行數據傳輸，系統具有布線復雜、局限性強以及設備維護困難等問題。

針對這些問題，提出了一種基于無線射頻CC2430（ZigBee）技術和數字溫度傳感器的無線溫度檢測裝置。設備主要由一個無線節點（接點根據需要可擴展到56個）和一個協調器組成。系統通過協調器與無線節點進行無線通信，將無線節點所采集到的溫度數據信息由串口將數據顯示出來，從而達到對溫度檢測的目的。

1 ZigBee9技術簡介

ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本的雙向無線通信技術或無線網絡技術，是一組基于IEEE批準的802.15.4無線標準研制開發的有關組網、安全和應用軟件方面的技術，主要適合于承載數據流量較小的業務，可嵌入各種設備中。網絡功能是ZigBee最重要的特點，也是與其他無線局域網(WPAN)標準不同的地方。在網絡層方面，其主要工作在于負責網絡機制的建立與管理，并具有自我組態與自我修復功能。

傳統農業主要使用孤立的、沒有通信能力的機械裝置，主要依靠人力監測作物的生長狀況。采用了由成千上萬個傳感器構成的比較復雜的ZigBee網絡后，農業將可以逐漸地轉向以信息和軟件為中心的生產模式，使用更多的自動化、網絡化、智能化和遠程控制的裝置來耕種。ZigBee技術已廣泛應用于現代精確農業。

2 系統的硬件結構組成

整個無線測溫裝置硬件由無線節點和協調器兩大部分組成。通常，一套裝置只有一個協調器，其主要包括微控制器及射頻收發單元、無線節點、電源模塊及接口單元。

系統硬件在選用上，主要從溫度監測的精確度、溫度檢測的范圍以及所選元器件使用的便利性和經濟型方面考慮。我們主要采用的是DS1820的無線溫度傳感器和無線射頻CC2430。

DS1820的無線溫度傳感器內部結構主要由溫度傳感器、A/D轉換器、信號處理器、存儲器及接口電路五部分組成。其主要特點是溫度測量精確，對溫度的分辨率為0.5℃；測量范圍廣，測量范圍可從-55℃到+125℃；單總線接口，只需一個接口即可完成溫度轉換的讀寫操作，可簡化線路，節省I/O資源，提高經濟性。系統可將檢測到的溫度信息數字化，采用9位數字方式直接讀取溫度，其典型轉換時間僅為1s。

無線射頻CC2430芯片的是完全符合ZigBee技術的2.4GHz射頻系統單芯片，適用于各種無線網絡節點。其主要特點是體積小、高性能、低功耗，具有優良的無線接收靈敏度和強大的抗干擾性。

接口單元我們采用的是目前PC與通信工業中應用最廣泛的一種串行接口RS-232接口。RS-232接口采用的是串行通訊方式，具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。

3 工作原理

系統的工作主要由3部分實現：信息采集終端、信息收集終端、信息顯示終端。

溫度數據由DS1820采集之后傳給節點，之后經兩塊ZigBee模塊的無線通信把溫度值傳給協調器，最后通過串口把溫度值顯示出來。在進行多點通信時，裝置中每個協調器可連接多達255個節點。不僅可以極大的解決傳統有線設備的布線問題，還可節約大量導線，提高設備經濟性。

1）信息采集終端：主要指是無線節點。從經濟性及便利性方面考慮主要采用的是由數字DS1820、無線射頻CC2430、電源等組成的無線節點。無線節點主要分布溫室大棚中需要進行溫度檢測的各個地點，節點之間通過射頻進行無線通信。工作中，終端在無線節點的增加或者刪除時，可快速的對網絡拓撲結構進行調整，實現網絡的自我修復從而保證系統工作的穩定性。溫度傳感器在與協調器綁定進行溫度檢測后，檢測到得溫度通過無線通信發送到協調器；

2）信息收集終端：主要是指協調器。協調器主要安放在溫度檢測控制室，其作用主要是完成整個系統網絡的建立與維護，與無線節點間實現綁定的建立，接收由無線節點通過ZigBee無線網絡發送過來的溫度數據，并實現數據的存儲及匯總。之后，通過RS-232串口將采集到得溫度數據信息傳送到上機位，以便對數據進一步處理；

3）信息顯示終端：主要是指上機位。通常與信息采集終端同樣安放在溫度檢測控制室。其主要作用是將由信息采集終端傳送過來的溫度檢測數據儲存并做進一步的處理后顯示。其中溫度值的顯示是以16進制形式顯示的，再做進一步處理是可以對其十進制化。實驗時，裝置在室溫情況下測量得到的數據溫度值為16+11=27攝氏度，較為準確。

4 結論

基于ZigBee的溫度檢測系統實現的是溫度的無線檢測，設備可靠性高和功耗小，成功解決了傳統有線溫度檢測系統布線等復雜的問題，適合工業級要求，有較高的實用價值。

參考文獻

篇（6）

1.引言

溫度的監測在現代工業生產以及日常生活中的應用愈來愈廣泛，并且在某些領域也發揮著愈來愈重要的作用。在很多生產過程中，溫度的監控與生產安全、生產效率、產品質量、能源節約等方面有著緊密的聯系。目前，傳感器已成為衡量一個國家科技發展水平的重要標志之一。而本文正是結合溫度傳感器與單片機所做的設計，該設計對溫度的監測可廣泛應用于食品、化工、機械等方面。

2.系統整體設計

結合溫度監控器在實際應用的要求，為實現溫度的實時監測以及報警的功能，本文采用以下電路模塊對系統硬件進行設計：

主控芯片：選用AT89C51單片機作為整個系統的控制器；

顯示模塊：選用LCD1602液晶顯示器作為系統的顯示電路；

溫度采集模塊：選用DS18B20溫度傳感器作為系統的溫度采集電路；

報警模塊：采用蜂鳴器與發光二極管作為系統的報警電路。

綜上所述，該硬件電路的系統框圖如圖1所示。

3.系統硬件設計

系統的整體硬件設計圖如圖2所示。

3.1 主控電路的設計

該模塊是系統的核心控制部分，其主要任務是通過接口將獲得的數據進行處理。本系統采用的AT89C51是美國ATMEL公司的一種高效微控制器。此單片機具有以下功能：4k字節Flash閃速儲存器、128字節內部隨機數據存儲器（RAM）、32個I/O口線，而且它還與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。故而，這種低電壓、高性能CMOS8位單片機可靈活應用于多種場所。

3.2 溫度采集模塊的設計

該系統的溫度采集模塊采用DS18B20進行溫度數據的采集。DS18B20是美國Dallas半導體公司生產的數字化溫度傳感器。其測量溫度范圍為-55℃～+125℃，在-10～+85℃范圍內，精度為±0.5℃。

在傳統的模擬信號遠距離溫度測量系統中，需要很好的解決引線誤差補償和放大電路零點漂移誤差等技術問題，才可以達到較高的測量精度。另一方面，一般監控現場的電磁環境都非常惡劣，各種干擾信號較強，模擬溫度信號容易受到干擾而產生測量誤差，影響測量精度。因此，在溫度測量系統中，解決這些問題的最有效方案是采用抗干擾能力強的新型數字溫度傳感器。并且適合于在惡劣環境中的現場溫度測量，如：環境控制、設備或過程控制、測溫類電子產品等。DS18B20作為世界上第一片支持“一線總線”接口的新一代溫度傳感器，它具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、可組網等優點，在實際應用中取得了良好的測溫效果。尤其是現場溫度直接以"一線總線"的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾性。

DS18B20采集到的溫度值的位數隨著其分辨率不同而不同，溫度轉換時的延時時間為750ms。DS18B20測溫原理如圖3所示。圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產生固定頻率的脈沖信號送給計數器1。高溫度系數晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產生的信號作為計數器2的脈沖輸入。計數器1和溫度寄存器被預置在-55℃所對應的一個基數值。計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，當計數器1的預置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，計數器1的預置將重新被裝入，計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環直到計數器2計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。圖3中的斜率累加器用于補償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數器1的預置值。

3.3 報警模塊

該電路模塊的作用在于當溫度采集系統所采集的溫度高于或低于預設溫度時，系統可以及時發出警報信息用來提示監測者做出相應的處理。由此，該模塊的設計采用蜂鳴器及發光二極管作為報警元件。當系統檢測到溫度正常時，發光二極管D2發出綠光；當系統檢測到溫度異常時，發光二極管D2熄滅，同時，發光二極管D1開始閃爍，同時伴有蜂鳴器鳴叫。

3.4 溫度顯示模塊

在單片機的人機交流界面中，輸出方式通常有以下幾種：LED數碼管、發光二極管、液晶顯示器。而選擇晶液顯示器作為輸出器件因為它具有以下幾個優點：

1）重量輕、體積小

液晶顯示器顯示原理是通過其顯示屏上的電極控制液晶分子狀態來進行顯示的，因此，與相同顯示面積的傳統顯示器相比，在重量上要輕得多。

2）功耗低

相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內部的電極和驅動IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。

3）顯示質量高

液晶顯示器畫質高而且不會閃爍，這是因為液晶顯示器的每一個點在收到信號后會一直保持恒定的亮度與色彩，發光穩定性高，而不像陰極射線管的顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新亮點。

4）數字式接口

液晶顯示器的數字式接口與單片機系統的接口相連接更加簡單可靠，操作也更加方便。

3.5 鍵盤復位模塊

本電路的復位模塊共含有三個部分，分別為單片機自動復位部分、高溫復位部分以及低溫復位部分。在此，單片機復位部分就不再贅述。而S2、S3按鍵則分別被用于溫度過高、過低時復位使用。

4.系統軟件設計

4.1 主程序設計

本文所設計的主程序主要功能是負責溫度的測量、讀出、實時顯示、判斷并處理DS18B20的測量的當前溫度值。溫度的測量每1s進行一次，其程序流程見圖4所示。

4.2 單總線通信實現

由于DS18B20在一根I/O線上讀寫數據，因此，對讀寫的數據位有著嚴格的時序要求。DS18B20有嚴格的通信協議來保證各位數據傳輸的正確性和完整性。該協議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機作為主設備，單總線器件作為從設備。以下是以C51為例編寫的基本子程序：

（1）延時子程序

void delay（unsigned int z）//延時大約2z微秒

{ uint y；

for（y=0；y

}

（2）初始化子程序

void dreset （void）

{ ds=0； //拉低單總線用以復位

delay（240）； //延時

ds=1； //釋放單總線

delay（40）； //延時

}

（3）讀一位數據子程序

void tempreadbit（void）

{ bit dat；

ds=0； //拉低單總線開始讀時序

delay（1）； //延時

ds=1； //釋放單總線

delay（2）； //延時

dat=ds； //讀回數據

delay（10）；

return（dat）； //返回數據值

}

（4）寫一位數據子程序

void tempwritebit（char bit）

{ ds=0； //拉低單總線開始寫時序

if（bit==1） //若需寫“1”即將總線置高

ds=1；

delay（2）； //延時

ds=1； //釋放單總線

}

5.結束語

本實驗證實了基于AT89C51單片機的溫度監測系統具有以下優點：硬件結構簡單，性能穩定，并且本系統采用的LCD1602液晶顯示器與LED相比，顯示質量更高。同時，以數字溫度傳感器DS18B20作為溫度采集器件，可以使誤差控制在±0.5℃，因此所測溫度更準確。當溫度不在所預定的目標溫度范圍內時，蜂鳴器會發出報警信號并伴有指示燈閃爍，及時提醒監測者調整溫度。但是，本實驗僅僅是溫度控制領域內的一個例子，還有許多有待改善的地方。

參考文獻

[1]繼昌，喬蘇文，張海貴等.實用報警電路[M].北京：人民郵電出版社，2005：1-10.

[2]陳宇.基于DS18B20的溫室大棚溫度檢測報警系統[J].遼寧師專學報，2012（02）.

[3]王建佳.溫度濕度實時監測與報警系統[J].科技探索，2012（05）：386.

篇（7）

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）06-0160-02

在現代化的工業生產中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關量都是常用的主要被控參數。溫度采集應用非常廣泛：從家居環境，到交通運輸；從農業生產，到工業控制；從陸地設備，到航空航天。例如：在冶金工業、化工生產、電力工程、造紙行業、機械制造和食品加工等諸多領域中，人們都需要對各類加熱爐、熱處理爐、反應爐和鍋爐中的溫度進行檢測和控制。采用MCS-51單片機來對溫度進行控制，不僅具有控制方便、組態簡單和靈活性大等優點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術指標，從而能夠大大提高產品的質量和數量。因此，單片機對溫度的控制問題是一個工業生產中經常會遇到的問題。本文以基于單片機的溫度監測系統為例進行介紹，希望能收到舉一反三和觸類旁通的效果。

1 系統功能分析

1.1 基本功能

檢測溫度、時間；實時顯示溫度、時間；溫限設定及參數存儲；過限報警。

1.2 主要技術參數

溫度檢測范圍：-20℃-+99℃；測量精度：≤0.5℃；顯示方式：溫度：四位顯示；時間：YY-MM-DD HH：MM：SS；報警方式：溫度過高：紅色閃燈；溫度過低：綠色閃燈。

1.3 其它要求

參數可調可存儲，包括溫度上限、溫度下限、溫度采集周期。

2 系統總體設計

2.1 MCU選型及最小系統

STC89C系列單片機具有高可靠、低成本、低功耗的特點。設計中選用的STC89C58RC型單片機具有最高80M外頻；片內32KFlash ROM做為程序存儲器；片內1280字節RAM做為數據存儲器；擁有片內4個8位I/O接口、3個定時器、1個看門狗、UART接口等資源。

2.2 溫度采集模塊設計

溫度采集模塊主要使用DS18B20溫度傳感器。DS1820 是這樣測溫的：用一個高溫度系數的振蕩器確定一個門周期，內部計數器在這個門周期內對一個低溫度系數的振蕩器的脈沖進行計數來得到溫度值。計數器被預置到對應于-55℃的一個值。如果計數器在門周期結束前到達0，則溫度寄存器（同樣被預置到-55℃）的值增加，表明所測溫度大于-55℃。同時，計數器被復位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數器又開始計數直到0，如果門周期仍未結束，將重復這一過程。斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時獲得比較高的分辨力。這是通過改變計數器對溫度每增加一度所需計數的的值來實現的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數器的值和每一度的計數值。 DS1820內部對此計算的結果可提供0.5℃的分辨力。溫度以16bit 帶符號位擴展的二進制補碼形式讀出。數據通過單線接口以串行方式傳輸。

2.3 實時時鐘模塊設計

2.4 參數存儲模塊設計

這里使用非易失EEPROM存儲器AT24C64芯片來實現參數的存儲功能。它同樣采用了IIC總線進行通信。如此將AT24C64與PCF8563做為IIC從機器件共同接入IIC總線，使用兩條I/O引腳P2.6和P2.7分別與IIC的SCL和SDA相連。這樣既節約了I/O資源，同時也減少了程序設計的工作量。

2.5 報警指示模塊設計

3 軟件設計

系統中的軟件設計采用了前后臺系統的思想。利用單片機的中斷處理能力，完成前臺工作，主要功能是按周期采集溫度和中斷檢測按鍵輸出。后臺程序循環處理其它功能，包括界面的顯示，時間獲取，具體按鍵碼的響應，數據遠程傳輸，參數調整及存儲等。

下面，結合總體設計思路，把四個主要模塊的軟件設計進行簡要說明。

3.1 EEPROM存儲程序

3.3 溫度采集程序

采樣周期定時器觸發了溫度的一次采集。在采集溫度過程中主要使用DS18B20的驅動程序進行溫度值的獲取。函數為：unsigned int ReadTemperature（）；函數的執行過程對DS18B20進行了操作，這些操作包括：溫度傳感器復位；跳過序列號讀取；啟動溫度轉換；等待轉換完畢；重新復位溫度傳感器；跳過序列號讀取；啟動讀取命令；讀取溫度低有效位；讀取溫度高有效位；計算溫度，返回溫度值。

3.4 報警輸出程序

報警輸出采用I/O控制單色燈閃爍來完成控制。報警的判斷在溫度監測狀態完成，主要工作是將當前采集的溫度與參數結構體中的溫度上下限進行對比判斷，從而決定是否閃燈報警。

4 調試

4.1 IIC總線調試

系統中EEPROM芯片和PCF8563實時時鐘芯片均采用IIC總線與單片機通信，在電路設計時采用兩條I/O引腳分別與IIC的SCL和SDA相連，在程序設計時首先根據兩個器件的特性選定了總線的通信速率范圍。

4.2 按鍵調試

本系統中設計了4個按鍵。按鍵的功能在不同界面是復用的，這在程序設計上帶來了一定的復雜度。最初按照設計階段的方案進行編碼，程序運行時按鍵功能并未完全實現，總會出現按鍵無響應和花屏現象。經過對程序進一步的跟蹤，發現了問題出現在按鍵碼處理后未及時清除的錯誤。更正后問題得到了解決。

4.3 聯合調試

當多個模塊的驅動程序完成后，系統開發進入了集成階段。這時也是問題出現最多的一個階段。每當有新的模塊驅動程序加入系統，實現其功能時，就會出現一些符號沖突問題和接口不統一的問題。經過聯合整理和優化，問題逐一解決。

4.4 參數設置調試

系統中涉及到了一些參數的設置，如溫度上限、下限、采溫周期、串口開關。由于現實中這些參數的調整是有一定范圍限定和約束的，在代碼最終測試階段完善了這些約束。

5 結語

基于單片機的溫度監測是當前工業生產中溫度控制的重要組成部分，本系統的設計與實現，可以為進一步開發基于單片機的實用型溫度控制系統提供較好的設計基礎，具有一定的實際應用價值。

參考文獻

[1]高洪志.MCS-51單片機原理及應用技術教程[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[2]趙亮，侯國瑞.單片機C語言編程與實例[M].北京：人民郵電出版社，2003.

[3]1602數據手冊.

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中圖分類號：TP274+.2 文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 12-0000-01

ARM-Based Temperature Monitoring System Design and Implementation

Guo Zhiheng

(University of Electronic Science and Technology of China,Zhongshan Institute,Zhongshan University,Zhongshan528402,China)

Abstract:In this paper,a system design for monitoring temperature based on ARM platform.the DS18B20 temperature sensors are used to collect temperature data,the microcontroller controls temperature acquisition and send data to the ARM host through the RS-485 bus protocol.The S3C2410 as the core with Qt GUI,carry out displaying of temperature and storing data for real-time.

Keywords:Embedded Linux;DS18B20;Temperature monitoring;Qt

一、引言

在工農業生產環境以及公共場所、家庭環境中，溫度數據作為主要監測因素顯得越來越重要，溫度的遠程監控問題尤其應用領域越來越廣泛。目前溫度監控系統主要使用在需要對溫度數據信息進行實時獲取的環境場合，比如：藥品生產車間、溫室蔬菜水果大棚中、禽類孵化房、服務器機房等。

二、系統軟硬件環境

監控系統主機采用SAMSUNG公司的微處理器S3C2410，該芯片基于ARM9架構，主頻202MHz，配置8寸640*480TFT真彩LCD、觸摸屏，串口通訊電路。溫度采集子系統采用ATmega16單片機，溫度傳感器DSl8B20電路，以及單總線串口電路。

嵌入式Linux（Embedded Linux）是指對標準Linux經過小型化裁剪處理后，適合于特定嵌入式應用場合的專門Linux操作系統。嵌入式Linux具有低成本、高性能、網絡和廣泛的硬件支持等優點，在嵌入式系統開發中有廣泛的應用。本系統采用Linux-2.4內核，支持yaffs2根文件系統和帶有完善的設備驅動。

三、系統設計與實現

傳統的模擬遠距離溫度測量存在，如引線誤差、多點切換誤差、零點漂移等問題，為了克服這些問題系統采用美國DALLAS公司生產的可以組網的數字溫度傳感器DS18B20。溫度傳感器DS18B20可以實時采集溫度并且通過單線串口發送到ARM主機上，對數據進行實時顯示及存儲[2]。

（一）溫度采集子系統設計

ATmega16是高性能、低功耗的8位AVR單片機，具備有32個可編程的I/O口。用于控制數字溫度傳感器DS18B20進行多點溫度采集和溫度數據上傳ARM主機通訊。

DS18B20內部結構ROM中的64位序列號是出廠前被光刻好的，可以看作是該DS18B20的地址序列碼，每一個DS18B20都不相同，可以實現一根總線上掛接多個DS18B20。CPU對DS18B20器件操作常用指令表如表1所示。

表1.命令表

指令 代碼 功能

讀命令 33H 讀DS18B20 ROM中的編碼（即64位地址）

定位命令 55H 發出此命令和64位ROM編碼，單總線上與該編碼相對應的DS18B20做出響應，為對其讀寫做準備。

查詢命令 F0H 查詢總線上DS18B20的數目及其64位序列號

跳過命令 CCH 該命令允許主機跳過ROM序列號檢測而直接對寄存器操作，適用于單片工作。

讀出命令 BEH 該命令可讀出寄存器中的內容，復位命令終止讀出。

轉換命令 44H 該命令使DS18B20立即開始溫度轉換

采集溫度的實現的程序流程：如圖1所示。

圖1.DS18B20流程圖

（二）ARM主機端設計

1.用戶界面。嵌入式主流用戶界面接口（GUI）Qt支持Linux等多種操作系統，良好封裝機制使得Qt的模塊化程度非常高，可重用性較好，對于用戶開發來說是非常方便。同時Qt還支持2D/3D圖形，支持OpenGL。

2.讀取、顯示、保存數據實現。完成溫度數據讀取、顯示、保存的程序使用多線程設計，主線程用于顯示溫度和界面交互響應，創建了一個線程用于實時監聽串口的數據讀入，把讀入的數據傳送給主線程顯示，如果有用戶要求保存溫度數據的命令，還要把溫度數據寫入文件系統中。

四、系統測試

在系統開發中，測試是一個非常重要的環節。測試主要針對本系統的兩個子系統進行測統完整測試。

ARM主機的測試內容主要有溫度數據同步、溫度數據顯示、溫度數據保存結果。從顯示窗口觀測到的數據與單片機LCD顯示的數據完全一致，沒有出現丟包，發錯包的現象。通過文件系統保存的數據內容查看到的溫度數據也與顯示數據完全一致。

篇（9）

1.智能無線溫度監測系統的工作原理

智能無線溫度監測系統被設定成三個子系統，分別是采集系統、匯總系統、監測系統。三個子系統通力協調工作，實現了電力設備溫度的實時、準確、便捷的智能無線監測。

智能無線溫度監測系統的三個子系統間的連接方式是不同的，無線通信方式是應用于采集系統和匯總系統之間，而通信線纜則是使用在匯總系統與監測 系統之間，即一個無形，另一個有形。對應部位的熱感應元件將其所監測到的溫度信息通過無線通信設備傳輸到匯總系統的總站，總站將會對收集到的所有溫度信息 進行分類整理、分析并處理，再將處理完畢的數據信息傳輸到監測系統的監測計算機上。同時，調節端監測計算機也將收到同樣的數據信息。監測計算機對接收到的 數據信息進行二次處理分析，當處理所得數據結果超高設定的極限值時，監測計算機就會發出警示信號。每個總站可以管理數百個子站，信息量的采集將是非常巨大 的。

2.智能無線溫度監測系統的組成

2.1采集系統

通過將熱敏電阻、傳感器等熱感應元件安裝在容易因工作而產生不正常散熱的部位，實時的對溫度數據進行測量與采集工作，并將采集到的信息發送出去。交流電作為長期供能電源及太陽能電池板作為的后備電源（確保突然斷電后的數據持續收集的）是采集系統的正常工作的依靠。

2.2匯總系統

信息匯總系統主要由無線接收裝置構成，在收集到采集系統所傳遞而來的數據信息后，再傳遞給總站，總站接收到分站的溫度數據之后，繼而再將其傳遞給當地監視系統，與此同時還將溫度數據傳遞給調節終端。實時溫度變化同樣被調節終端監視，如此便避免了無人監測的情況。

2.3監測系統

監測系統又可以細分為站級監測系統和調節端監測系統。用于監測系統的計算機直接接受總站所傳遞的溫度信息等數據，并與總站是直接通信的關系。 監測計算機對總站所傳遞來的數據信息進行匯總、整理、分析后，存儲于特定的數據存儲庫（可以對數據庫進行靈活改動，比如擴容）。監測計算機可以對數據信息 進行報表統計，準確記錄處于何時、何地、何種狀況下的溫度情況。同時，監測計算機在溫度越過某一設定極限值時會有警示信號出現。監測計算機的另一個便捷之 處在于，可以根據需要進行任何時間段的任何部件的溫度查詢。調節端監測系統的數據信息傳輸用到的是匯集系統的通訊管理器，通過數據傳輸線纜直接傳輸到 PCM設備之中，在經過線纜轉送給調節端，經PCM的數據信息還可以作為存儲資料被下載到調節端監測計算機。

3.智能無線溫度監測系統的特點

3.1免于布置排線

因為采用了無線傳輸設備，所以不用布置排線，熱感應元件的安裝更方便。

3.2免于經常的維護

智能無線溫度監測系統都是整體化設計，所以免于維護。

3.3節能

智能無線溫度監測系統的各個部分均采用節能、低功率消耗設置，同時應用太陽能電池板更是綠色節能。

3.4警示系統更完善

當溫度過高時，總站智能終端電源，后臺監控系統能夠及時發出警報。

3.5穩定性更高

智能無線溫度監測系統中的設備均有堅實的外殼保護，同時又有靜電保護。數據在傳遞過程中安全、穩定，能夠抵抗外界的干擾。

3.6具有較好的兼容性

能夠應用更多的應用軟件和控制系統。

4.智能無線溫度監測系統與傳統監測間的對比

4.1智能無線溫度監測系統由于裝有位于各個需要測量的部位的熱感應元件的幫助，這使得數據的采集與監測具有了實時性、連續性和準確性的優 點，通過對每年、月、日甚至每小時的溫度數據的變化情況，總結出電力設備不同部位的相應溫度的變化規律，確定出其溫度規律的峰值，有效的對電力設備的工作 穩定性就行預見性分析，消除潛在的威脅。而傳統的電力設備溫度的監測是依靠監測人員定期的監測與測量才能得出的，傳統的電力設備溫度的監測耗費大量的人力 物力，由于人類生理的局限性，所測得的數據存在不確定誤差，甚至會出現錯誤，而且潛在的故障威脅不能及時發現并作出應有的處理，致使出現不必要的人員或財 力的損失。

4.2智能無線溫度監測系統對數據的處理速度以及對故障的預見性分析是人類所不能比擬的，其所存儲的數據信息能夠被極其方便的調閱，對數據信 息的存儲量也是相當的巨大。而傳統的監測數據信息要進行存儲就需要建立專門的存檔管理機構，而且常年所存儲的信息量是無妨想象的，要對某段數據進行查閱也 是極為不便的，費時費力，極不現實，而智能無線溫度監測系統則解決了上述所存在的所有問題。

4.3智能無線溫度監測系統的應用軟件簡單，操作方便，減少人員培訓上崗時間。而傳統的監測測量則需要專門的工作人員進行培訓。

5.智能無線溫度監測系統的后臺監控功能

5.1熱感應元器件所監測的部位的溫度能夠實時的傳遞給監控計算機并于顯示屏上呈現出來，出現警示溫度時的時間及故障位置都會以數據的形式保存起來，保存期限可長達數年。

5.2可設置警示音的類型，如可以以真人語音的形式播報出來或者以文字警示的方式顯示到屏幕上。

5.3監測計算機所監測到數據信息可以以年、月、日等為單位用線性圖或者表格的形式一目了然的展現出來，也可以直接抽查或打印出來。

5.4當智能無線溫度監測系統中的任何部件出現問題時（如電源故障、信號傳輸中斷等），都會有警示出現，及時警示給工作人員。

5.5都可以實現對監測位置的編碼、命名處理，方便系統化管理。

6.智能無線溫度監測系統國內外現狀

在國外許多國家，智能無線溫度監測技術的發展極為迅速，它被廣泛應用到了人們生活中的吃穿住行。當傳統的監測方式產生多年后，智能無線溫度監 測系統在萬眾期待中登上了歷史舞臺，監測技術從此掀開了新的一頁。現今已經不僅僅局限于電力設備的維護方面了，精密生產線、醫療系統、農業方面都已成熟融 合。智能無線溫度監測系統在電力方面的應用，也是國外首創的。

在中國國內，智能無線溫度監測技術的起步就相對較晚了，但憑借著多年的不懈努力終于成功由實驗走到了實驗。智能無線溫度監測技術的應用范圍之 廣已不用過多闡述，將其應用在監測溫度的設備上已是非常常見的了。智能無線溫度監測技術最突出的優點就在于不需要布線，用智能無線溫度監測技術監測溫度還 突出了其準確簡潔的優勢。目前，智能無線溫度監測技術仍在朝著攻克減小功耗、增加傳輸距離的技術難題努力。

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［4］吳正毅.測試技術與測試信號處理.北京：清華大學出版社，1988.

篇（10）

Abstract: This paper introduces the need for construction of the substation temperature monitoring system, the feasibility of the overall structure and technical requirements, analysis of a specific embodiment, the issues that should be noted.Keywords: substation; temperature; online monitoring

中圖分類號： X83 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）

1 建設的必要性

隨著城市建設中箱式變電站、電纜線路的廣泛應用和電力負荷的增長，變電設備、電纜頭出現過熱進而燒毀設備的可能性大大增加。無人值班變電站僅靠運維人員巡檢測溫會出現采集數據不及時、不全面的缺點，不僅增加了運維人員的勞動強度，而且只能在設備過熱期間巡視才能起到預警作用，如果運維人員不在場，變電站溫度將失去監測，對電力設備造成很大的安全隱患，不能做到風險的可控、在控、能控，更不能滿足調控一體化的要求。

2 建設的可行性

電力設備在遭受外力破壞時，會觸發相應的保護動作，而保護動作使開關掉閘的時限都很短，是一個瞬間的過程，維修人員根本不可能在開關掉閘前排除故障，只能在掉閘后排除故障，恢復送電。

變電設備、電纜頭從正常運行溫度達到燒毀設備的溫度卻是一個連續的過程，有較長的慢熱時間，這就為運維人員檢修設備提供了時間。只要預先設定告警溫度，能夠提前預警，安排運維人員檢修，就可以排除隱患，避免事故的發生。

3 總體結構

變電站溫度在線監測系統采用分層分布式結構，由現場測溫部分、通信管理部分和主站軟件三部分組成，各層的功能如下：

（1）、現場測溫設備：處于系統最底層，在變電站現場的各種被測溫設備（如電纜接頭、觸頭等）安裝溫度傳感器，負責采集溫度數據并發送到上層的通信管理單元。

（2）、通信管理單元：處于系統的中層，負責參數設定和查詢，同時把前端無線溫度傳感器發送的數據收集起來，并將數據打包發送至當地光通信設備，通過光纖通信系統上傳至調度監控主站。

（3）、主站軟件：處于系統的最高層，負責接收、存貯變電站溫度數據，提供歷史和實時數據和曲線，進行統計；預先設定一般告警、嚴重告警數值、三相溫度不平衡告警、溫升過快報警，并提供不同強度、不同頻率的聲光告警。

4技術要求

由于被測設備均屬于實時運行的高壓電氣設備，因此在設計時需充分考慮該統對設備安全穩定運行的影響，其具體要求如下：

（1）、采用無線測溫原理，如果現場測溫設備至通信管理單元之間采用有線傳輸方式，通信線纜將對電網的安全運行造成隱患，因此采用的數據傳輸方式為無線式。

（2）、現場測溫設備不改變被監測設備原有結構，安全可靠。

（3）、整個溫度傳感系統的測量精度高，且系統測量精度和溫度分辨率不隨溫度測點個數的增加而降低。

（4）、溫度刷新速度快，能夠對所有測點的溫度進行7×24小時不間斷監測，可根據需要定時保存溫度，并且通過監測軟件可以精確確定發生過溫報警的傳感器位置。

（5）、具有完善的自我診斷功能。系統中任何一個傳感器的損壞都可以在監控軟件中精確定位。系統每進行一次溫度測量的同時進行系統的自我檢測與診斷，能夠及時發現傳感器失效和損壞，以便于及時的維修與維護。

（6）、具有強大的軟件功能。監測軟件通過網絡通信，在人機界面上實時顯示每個溫度測點的位置、溫度值、溫度變化情況等。當測量溫度大于預設報警溫度時、三相溫度失衡時、溫升過快時，監控軟件能觸發軟件界面的聲光報警，提醒值班人員盡快處理。同時操作人員還可以對每個溫度測點的歷史溫度數據、報警紀錄進行多條件查詢，生成安全運行報表等。

5 應注意的問題

在整個系統中，現場測溫設備需要直接與被測的電纜頭、觸頭等設備直接接觸，才能測得溫度數據，因此實施變電站無線測溫系統時，對現場測溫設備應特別重視如下情況：

（1）、該設備不能影響電力系統的正常運行，不能影響電力設備的檢修維護，因此該設備盡量避免安裝天線等突出物，并盡量減小設備體積。

（2）、由于該設備的安裝調試、檢修維護都必須在設備停電的情況下進行，為了減少因維護測溫設備而造成電力設備停電，必須要求測溫設備有很高的可靠性、穩定性，以避免電力設備停電。

（3）、電池使用壽命要長。該設備不能靠電力線路提供電源，只能靠電池提供電源，由于該設備需要24小時全天候運行，電能消耗很大，普通電池會在很短的時間的將電力用盡而使系統癱瘓。為此，必須最大限度地延長電池使用壽命，我公司的測溫模塊即采用了軍品電池，使用壽命大于6年。

（4）、電能消耗的智能控制。數據發送是電池能量損耗的主要因素，減少數據發送次數能減少電能損耗，但又不能影響數據傳輸質量和精度，因此需采用定時發送與動態發送相結合的技術：傳感器平時處于休眠狀態，每半分鐘分析一下當前溫度是否有變化，超過限值（±1℃）則立即發送。若沒超過限值則繼續休眠，每四分鐘定時發送一次數據。這樣既節省了電能，延長了電池的使用壽命，又滿足了監控溫度的實時性與準確性。

篇（11）

光纖光柵在線溫度監測系統具有絕緣度高、不受電磁環境影響、適合遠距離、高質量信號傳輸，測量精度高等優點，特別適合煤礦復雜環境、點多面廣、高電壓、強磁場的環境使用，因此從根本上解決了傳統測溫設備的缺陷，為電力設備的安全運行提供可靠的技術保障。就KBW-90系列礦用光纖溫度在線監測系統在淮北礦業集團孫疃煤礦副井提升系統的應進行介紹。

一、系統介紹

KBW-90系列礦用光纖溫度在線監測系統采用國際先進的光纖光柵溫度傳感技術，具有耐高壓、不受電磁干擾、本質安全、長期可靠、易擴展等特點，對室外及地下電纜接頭等監測點的溫度進行實時在線監測，能實時顯示當前溫度，通過軟件數據分析預測電纜頭的故障趨勢和溫度變化率分析，歷史數據保存與分析，異常數據保存與分析，當溫度超限時能及時告警，并準確提供電纜的故障部位。

應用范圍：提升機電機定子、導向輪軸承、滾筒軸承溫度監測；開關柜內觸點溫度監測；主變線連接頭溫度監測；電纜饋線終端頭溫度監測；電纜中間接頭溫度監測。

工作原理：寬帶大功率泵浦激光器輸出的寬帶光經光纜傳輸最后到達高靈敏光纖溫度傳感器，不同波長的光經光柵反射后返回高精度光譜分析儀解調模塊解調出波長，后經智能光電轉換系統變成數字信號到達PC機通過軟件進行信號處理將波長和溫度顯示出來。當溫度變化時，光柵將發生變化從而波長也發生變化，由于在一定范圍內溫度和波長成線性關系，根據波長的變化就可以得出變化后的溫度。

二、系統組成及性能指標

（一）光纖多點溫度在線監測系統包含如下組件：1、礦用光纖溫度調制解調儀。包括：高精度光譜分析儀模塊、多通道光路開關模塊、寬帶大功率泵浦激光器、報警輸出模塊等。2、溫度監測軟件。包括：溫度數據監測模塊、報警控制模塊。3、溫度傳感器。4、光信道轉換系統。包括：多路光轉換開關。5、報警系統。包括：聲光報警、手機短信報警。6、其他組件。包括：標準機柜、工控機、顯示器等。

（二）系統特點：1、安全性高：整個系統的信號處理和控制單元處于遠離工作區域的控制室，傳感器對溫度信號的采集在無電（本身不帶電）的情況下進行，本征更安全；2、精確度高：采用光纖光柵溫度傳感器，典型精度±1℃；3、容量大：溫度測量系統最大可以接入32路傳感器，每路可串聯12個測點，單臺設備最大可以完成384個溫度測點；4、方便定位：通過軟件關聯技術，能夠快速定位測點的區域或者具體物理位置；5、實時在線測量：系統采用的光源使用壽命長（20年以上），能夠滿足實時在線、全天候監測的需要；6、快速響應：系統響應時間不超過60秒，確保事故能夠得到及時處理；7、簡單直觀：在溫度測量系統的顯示屏上可以直接看到各被測點的溫度情況，在設定溫度告警門限后，系統自動提供聲光報警；8、布設方便：可以根據工程需要，靈活調整傳感器的布設位置；9、良好的兼容性：通過各種通訊接口（串口、網口等），可以實現與外部系統的良好結合，提高系統之間的數據交換速度；10、使用壽命長：在正常工作情況下能安全運行20以上年。

（三）系統軟件功能：1、顯示功能：立體流程畫面的顯示功能；具有多種類型圖表、系統圖、曲線圖，用戶界面更加直觀；2、分析功能：歷史趨勢顯示，對未來趨勢進行評估，提供檢修參考信息；3、報警功能：根據實際情況設定不同地點的定溫及差溫預警值、火警值、報警級別及地理位置名稱；系統可設置聲音報警功能；4、打印功能：可以進行各種報表的打印；5、上傳功能：實時溫度數據網絡上傳，輕松實現無人值守；6、自檢功能：系統中某一個傳感器出現故障，能夠通過軟件甄別出故障傳感器；7、表格定制：用戶可定制各種表格：實時數據表、歷史數據及統計報表、設備參數表、報警一覽表、常用數據表、目錄表、備忘錄等。

三、實施方案

該系統方案針對孫疃煤礦提升機系統及其供電系統溫度進行監測，在主控制室內安裝1臺高精度光纖光柵信號解調儀，對提升機及其供電系統測溫點的溫度、溫升信息進行分析，預警報告。

（一）對提升機系統的溫度監測。由于提升機系統原有的熱電偶式溫度傳感器出現測量不準等狀況，所以主要是對已有監測點進行升級改造，用新型光纖光柵溫度傳感器取代原有的熱電偶式傳感器，其中導向輪設4個監測點；電機定子四周均勻布設6個監測點；滾筒軸承設2個監測點，共計12個點。這樣既保證了測溫精度，也便于在控制室內對提升機及其供電系統進行集中監控。

（二）對提升機供電系統溫度監測設計。其中動力變壓器兩臺，每臺設6個測點；勵磁變壓器兩臺，每臺設9個測點；整流變壓器兩臺，每臺設9個測點；快開裝置兩臺，每臺設4個測點；電抗器兩臺，每臺設4個測點；對1#進線開關柜、1號動力變壓器開關柜、1號整流變壓器開關柜、2#進線開關柜、2號整流變壓器開關柜、2號動力變壓器開關柜、勵磁柜進行監測，每面柜子設6個測點；另根據現場情況及礦上工作人員的要求對已經或易發熱點進行監測，其中直流電機主、從調速柜，各設2個測點，切換柜設6個測點，一樓高壓室環境溫度1個測點。共計117個測點。實際監測點位，可根據用戶需求進行調整。