CN111664958A - 一种无线测温系统及其测温方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线测温系统及其测温方法，属于电力技术领域，包括：包括主温度汇集单元和多个从温度感知单元，从温度感知单元与被测物体连接用于测量被测物体的温度，从温度感知单元与主温度汇集单元经无线方式连接以将采集的被测物体的温度发送至主温度汇集单元，主温度汇集单元与主机连接以将汇集的温度信息发送至主机。本发明使用一主多从的方式，可实现对多个被测物体进行实时温度测量，从温度感知单元和主温度汇集单元之间无线连接，传输使用方便。

Description

一种无线测温系统及其测温方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别涉及一种无线测温系统及其测温方法。

背景技术

随着我国经济的快速发展和科技水平的不断提高，电力设备越来越丰富，尤其是高精端设备越来越丰富，这些设备对温度要求非常高。不同的温度对设备影响巨大，如变压器触头，实时温度反映了用电负荷情况，如果在高负荷情况下触头温度会升高，温度升高会影响变压器性能从而致使变压器故障，最后导致停电等一些不可估量的经济损失。

随着智能化社会发展，传统的人为抄读温度仪表盘的方式已不能应对当前飞速发展的社会。演变出来的有线式连接主机进行测量方式，此种方式对布线规划，施工等要求大；无线测温发送方式，此种方式对主站硬件要求过高且不灵活；巡检机器人图像识别仪表盘或者红外相机判断被测物体温度的方式，此种方式对被测物要求过高，需要有温度传感器硬件支持且被测地方需要能够被观察。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术存在的缺陷，提供一种简便有效且对主机系统通用的无线测温方式。

为实现以上目的，本发明采用一种无线测温系统，包括主温度汇集单元和多个从温度感知单元，从温度感知单元与被测物体连接用于测量被测物体的温度，从温度感知单元与主温度汇集单元经无线方式连接以将采集的被测物体的温度发送至主温度汇集单元，主温度汇集单元与主机连接以将汇集的温度信息发送至主机。

进一步地，所述从温度感知单元包括温度传感器、温度检测电路、第一MCU、第一电源管理电路、锂电池、锂电池电压测量电路、第一看门狗电路、第一RF无线传输模块和第一RF天线；

温度传感器安装在所述被测物体上，温度传感器经温度检测电路与第一MCU连接，第一看门狗电路与第一MCU输出端连接，锂电池经锂电池电压测量电路与第一MCU的输入端连接，第一MCU的输出端经第一RF无线传输模块、第一RF天线与所述主温度汇集单元连接

锂电池输出端与第一电源管理电路连接，第一电源管理电路分别与温度检测电路、第一看门狗电路、锂电池电压测量电路、第一MCU和第一RF无线传输模块连接为其供电。

进一步地，所述第一MCU为低功耗MCU。

进一步地，所述温度检测电路包括第一分压电路、电压跟随电路和mos管开关电路，第一分压电路输出与电压跟随电路连接，电压跟随电路和mos管开关电路均与所述第一MCU连接。

进一步地，所述锂电池电压测量电路采用第二分压电路，第二分压电路包括电阻R10、R11和R12，电阻R11经插接件与电阻R10连接，电阻R12与电阻R10串联，电阻R12两端并联有电容C16，电容C16一端连接所述第一MCU的ADC引脚。

进一步地，所述主温度汇集单元包括USB接口、USB转串口、第二MCU、第二看门狗电路、第二电源管理电路、第二RF无线传输模块和第二RF天线；

第二RF无线传输模块经第二RF天线与所述第一RF天线连接，第二RF无线传输模块输出端与第二MCU连接，第二MCU输出经USB转串口、USB接口与所述主机连接，第二MCU输出与第二看门狗电路连接；

USB接口与第二电源管理电路输入端连接，第二电源管理电路的输出端分别与第二MCU、第二看门狗电路、第二RF无线传输模块以及USB转串口连接为其供电。

进一步地，所述第一看门狗电路和第二看门狗电路均采用看门狗芯片电路。

进一步地，所述第一电源管理电路包括3.3V低压差线性稳压器和2.5V基准稳压电路，第二电源管理电路采用3.3V低压差线性稳压器。

另一方面，采用一种无线测温系统的使用方法，包括：

从温度感知单元中，第一MCU对第一看门狗电路进行操作，进行看门狗喂狗；

温度检测电路将温度传感器所采集的被测物体的温度值保存在第一MCU中，锂电池电压测量电路测量锂电池的电压并将电压保存至第一MCU中；

将第一RF无线传输模块设置为接收模式，并在接收模式过程中接收到主温度汇集单元发送的读取信息指令，并根据读取信息指令将锂电池的电压和被测物体的温度值发送至主温度汇集单元中，发送完毕后进入睡眠状态；

所述主温度汇集单元将被测物体温度值和锂电池电压存储在第二MCU Modbus表中以供主机通过USB接口使用Modbus规约读取。

进一步地，还包括：

从温度感知单元中，第一MCU对第一看门狗电路进行操作，进行看门狗喂狗；

温度检测电路将温度传感器所采集的被测物体的温度值保存在第一MCU中，锂电池电压测量电路测量锂电池的电压并将电压保存至第一MCU中；

第一MCU经无线传输方式将被测物体的温度值和锂电池电压发送至所述主温度汇集单元并等待主温度汇集单元应答后进入低功耗睡眠在状态；

所述主温度汇集单元将被测物体温度值和锂电池电压存储在第二MCU Modbus表中以供主机通过USB接口使用Modbus规约读取。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明中从温度感知单元采用锂电池供电，方便现场安装，且第一MCU为低功耗MCU，采用超低功耗方式采集被测物体温度信息和锂电池电量信息，使用时间长且方便后期维护。主温度汇集单元采用USB硬件插口、Modbus软件接口与主机连接，使得主机种类设置更加灵活。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1是一种无线测温系统的结构图；

图2是温度检测电路的电路结构图；

图3是锂电池电压测量电路的电路结构图；

图4是看门狗电路的电路结构图；

图5是电源管理电路的电路结构图；

图6是空中匹配模式从设备流程图；

图7是空中主动上报模式从设备流程图。

具体实施方式

为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。

如图1所示，本实施例公开了一种无线测温系统，包括：主温度汇集单元13和多个从温度感知单元2，从温度感知单元2与被测物体1连接用于测量被测物体1的温度，从温度感知单元2与主温度汇集单元13经无线方式连接以将采集的被测物体1的温度发送至主温度汇集单元13，主温度汇集单元13与主机连接以将汇集的温度信息发送至主机12。

本实施例使用一主多从的方式，可实现对多个被测物体1进行实时温度测量，从温度感知单元2和主温度汇集单元13之间使用RF无线无线连接，ID号辨识，传输使用方便。

进一步地，所述从温度感知单元2包括温度传感器21、温度检测电路3、第一MCU5、第一电源管理电路8、锂电池9、锂电池电压测量电路10、第一看门狗电路11、第一RF无线传输模块6和第一RF天线4；

温度传感器21安装在所述被测物体1上，温度传感器21经温度检测电路3与第一MCU5连接，第一看门狗电路11与第一MCU5输出端连接，锂电池9经锂电池9电压测量电路与第一MCU5的输入端连接，第一MCU5的输出端经第一RF无线传输模块6、第一RF天线4与所述主温度汇集单元13连接

锂电池9输出端与第一电源管理电路8连接，第一电源管理电路8分别与温度检测电路3、第一看门狗电路11、锂电池9电压测量电路、第一MCU5和第一RF无线传输模块6连接为其供电。

其中，所述第一MCU5为低功耗MCU。

需要说明的是，从温度感知单元2采用锂电池9供电，方便现场安装；采用低功耗设计摆脱取电问题，可长达5年以上的带电使用，且可上传电池电量信息利于维护。

进一步地，如图2所示，温度检测电路3包括第一分压电路31、电压跟随电路32和mos管开关电路33；其中，TEMP_PWR和TEMPH_PWR分别接入第一MCU5引脚，第一MCU5可控制高低电平来控制mos管开关电路33，通过选择10千欧姆电阻R15、330欧姆电阻R16与热敏电阻R17组成第一分压电路。热敏电阻R17根据外界温度不同自身阻值不同的特性，根据欧姆定理会将温度的变化转化成热敏电阻R17两端电压变化。根据功率放大器特性组成电压跟随电路，TEMP_AD处电压就反映热敏电阻R17电压。TEMP_AD连接第一MCU5的ADC(模拟数字转换器)引脚，可算出电压值，根据电压和温度之间算法，从而算出温度值。第一MCU5芯片睡眠模式醒来，分别改变TEMP_PWR和TEMPH_PWR电平导通MOS管开关电路33，根据分压电路32和电压跟随电路31，通过TEMP_AD读取热敏电阻R17两端电压，算出当前温度。通过判断导通TEMP_AD和TEMPH_PWR两分压电阻的不同，可得到两温度值根据使用环境不同可选择想要的温度分辨率和范围。TEMP_PWR温度分辨率较小，温度采集范围较大。TEMPH_PWR温度分辨率较大，温度采集范围较广。

进一步地，如图3所示，锂电池9电压测量电路采用第二分压电路，通过R10和R12对电池电压进行分压，根据欧姆定律可以通过R12电压算出电池电压，DC-BAT连接MCU ADC引脚，可读出R12电压。MCU睡眠模式苏醒，测量完温度后，读取R12电压，算出电池电压。

进一步地，所述主温度汇集单元13包括USB接口14、USB转串口15、第二MCU17、第二看门狗电路16、第二电源管理电路18、第二RF无线传输模块19和第二RF天线20；

第二RF无线传输模块19经第二RF天线20与所述第一RF天线4连接，第二RF无线传输模块19输出端与第二MCU17连接，第二MCU17输出经USB转串口15、USB接口14与所述主机12连接，第二MCU17输出与第二看门狗电路16连接；

USB接口14与第二电源管理电路18输入端连接，第二电源管理电路18的输出端分别与第二MCU17、第二看门狗电路16、第二RF无线传输模块19以及USB转串口15连接为其供电。

需要说明的是，主温度汇集单元13采用USB硬件接口，Modbus软件接口与主机12连接。使得主机12种类设置更加灵活，使用更加开放，可与包括电脑，手机，平板电脑，TTU(智能配变终端)，巡检机器人等拥有USB接口14的主机12进行连接，且主温度汇集单元13使用USB供电，通用便捷，降低使用难度。

其中，主温度汇集单元13采用主动上报和空中匹配两种工作方式进行交互，使用灵活，降低功耗，提高产品稳定性。

空中匹配模式如图6，从温度感知单元2进入睡眠超低功耗状态，睡眠周期到达，模块苏醒转化为工作状态，第一步进行看门狗喂狗，第二步进行温度传感器21温度测量，第三步进行电池电压检测，第四步将RF无线模块设置为接收模式，接收超时模块进入睡眠状态。接收模式过程中收到主温度汇集单元13读取信息，发送温度和电池电压信息至温度汇集单元，模块进入睡眠状态。此模式适合移动物体抄读温度数据，如插入温度汇集单元的巡检机器人，插入温度汇集单元的手机，人为巡检等。

主动上报模式如图7，从温度感知单元2进入睡眠超低功耗状态，睡眠周期到达，模块苏醒转化为工作状态，第一步进行看门狗喂狗，第二步进行温度传感器21温度测量，第三步进行电池电压检测，第四步模块发送采集的被测物体1温度信息和锂电池9电量信息，发送完毕接收到主温度汇集单元13应答，模块进入低功耗睡眠模式。若未收到应答，模块继续发送直至超过重发次数，模块进入低功耗睡眠模式。此模式适合固定在从模块附近不移动主机12，如插入温度汇集单元的TTU，插入温度汇集单元的台式电脑等。

进一步地，如图4所示，第一看门狗电路11和第二看门狗电路16均包括看门狗芯片电路。电源管理电路给看门狗芯片供电，看门狗芯片开始工作。看门狗芯片WDI引脚连接MCUIO口(通用输入输出接口)，RESET连接MCU RESET引脚(复位引脚)，MCU定时给WDI一个脉冲信号进行喂狗，看门狗芯片获取喂狗信号，不对RESET引脚输出脉冲信号，不对MCU进行复位。如果MCU故障无法进行喂狗操作，看门狗芯片会输出脉冲信号，对MCU进行复位解除故障。

进一步地，如图5所示，第一电源管理电路8和第二电源管理电路18均包括3.3V低压差线性稳压器，第一电源管理电路8还包括2.5V基准稳压电路。第一电源管理电路83.3V低压差线性稳压器将电池电压稳定3.3V供锂电池9电压测量电路、看门狗电路、温度测量电路、RF无线传输模块、低功耗MCU使用。2.5V基准稳压电路供温度测量电路和电池电压测量电路做电压分压电源使用。并将基准电压输入MCU基准电压输入口。提供准确的ADC基准电压。第二电源管理电路183.3V低压差线性稳压器将USB接口14提供的电压转化成稳定的3.3V电压，供给USB转串口15电路，看门狗电路，RF无线传输电路，MCU使用。

本实施例还公开了一种无线测温系统的使用方法，包括空中匹配模式如下步骤：

从温度感知单元2中，第一MCU5对第一看门狗电路11进行操作，进行看门狗喂狗；

温度检测电路3将温度传感器21所采集的被测物体1的温度值保存在第一MCU5中，锂电池9电压测量电路测量锂电池9的电压并将电压保存至第一MCU5中；

将第一RF无线传输模块6设置为接收模式，并在接收模式过程中接收到主温度汇集单元13发送的读取信息指令，并根据读取信息指令将锂电池9的电压和被测物体1的温度值发送至主温度汇集单元13中，发送完毕后进入睡眠状态；

所述主温度汇集单元13将被测物体温度值和锂电池9电压存储在第二MCU17Modbus表中以供主机12通过USB接口14使用Modbus规约读取。

还包括主动上报模式，如下步骤：

从温度感知单元2中，第一MCU5对第一看门狗电路11进行操作，进行看门狗喂狗；

温度检测电路3将温度传感器21所采集的被测物体的温度值保存在第一MCU5中，锂电池9电压测量电路测量锂电池9的电压并将电压保存至第一MCU5中；

第一MCU5经无线传输方式将被测物体的温度值和锂电池9电压发送至所述主温度汇集单元13并等待主温度汇集单元13应答后进入低功耗睡眠在状态；

所述主温度汇集单元13将被测物体温度值和锂电池9电压存储在第二MCU17Modbus表中以供主机12通过USB接口14使用Modbus规约读取。

需要说明的是从温度感知单元2与主温度汇集单元13之间采用主动上报和空中匹配两种工作方式进行交互，使用灵活，降低功耗，提高产品稳定性。

进一步地，在从温度感知单元2中，低功耗MCU一般处于低功耗睡眠模式，在到达苏醒时间进入苏醒模式，在苏醒模式下，低功耗MCU对第一看门狗电路11进行操作，以保证从温度感知单元2正常运行。在主温度汇集单元13中，第二MCU17间隔对第二看门狗电路16进行操作，保证程序的稳定运行。

进一步地，主机12根据获取的被测物体的温度值，可判断被检测设备使用温度，根据当前温度现场可判断设备当前运行状态，如温度过高设备可能异常，现场可对设备进行维修。

进一步地，主机12根据获取的锂电池9的电量信息，可判断当前从温度感知单元2电量情况，现场可根据从温度感知单元2电量情况进行维护，如低电量进行电池更换或者更换设备。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无线测温系统，其特征在于，包括：主温度汇集单元和多个从温度感知单元，从温度感知单元与被测物体连接用于测量被测物体的温度，从温度感知单元与主温度汇集单元经无线方式连接以将采集的被测物体的温度发送至主温度汇集单元，主温度汇集单元与主机连接以将汇集的温度信息发送至主机。

2.如权利要求1所述的无线测温系统，其特征在于，所述从温度感知单元包括温度传感器、温度检测电路、第一MCU、第一电源管理电路、锂电池、锂电池电压测量电路、第一看门狗电路、第一RF无线传输模块和第一RF天线；

温度传感器安装在所述被测物体上，温度传感器经温度检测电路与第一MCU连接，第一看门狗电路与第一MCU输出端连接，锂电池经锂电池电压测量电路与第一MCU的输入端连接，第一MCU的输出端经第一RF无线传输模块、第一RF天线与所述主温度汇集单元连接

锂电池输出端与第一电源管理电路连接，第一电源管理电路分别与温度检测电路、第一看门狗电路、锂电池电压测量电路、第一MCU和第一RF无线传输模块连接为其供电。

3.如权利要求2所述的无线测温系统，其特征在于，所述第一MCU为低功耗MCU。

4.如权利要求2所述的无线测温系统，其特征在于，所述温度检测电路包括第一分压电路、电压跟随电路和mos管开关电路，第一分压电路输出与电压跟随电路连接，电压跟随电路和mos管开关电路均与所述第一MCU连接。

5.如权利要求2所述的无线测温系统，其特征在于，所述锂电池电压测量电路采用第二分压电路，第二分压电路包括电阻R10、R11和R12，电阻R11经插接件与电阻R10连接，电阻R12与电阻R10串联，电阻R12两端并联有电容C16，电容C16一端连接所述第一MCU的ADC引脚。

6.如权利要求2所述的无线测温系统，其特征在于，所述主温度汇集单元包括USB接口、USB转串口、第二MCU、第二看门狗电路、第二电源管理电路、第二RF无线传输模块和第二RF天线；

第二RF无线传输模块经第二RF天线与所述第一RF天线连接，第二RF无线传输模块输出端与第二MCU连接，第二MCU输出经USB转串口、USB接口与所述主机连接，第二MCU输出与第二看门狗电路连接；

USB接口与第二电源管理电路输入端连接，第二电源管理电路的输出端分别与第二MCU、第二看门狗电路、第二RF无线传输模块以及USB转串口连接为其供电。

7.如权利要求6所述的无线测温系统，其特征在于，所述第一看门狗电路和第二看门狗电路均采用看门狗芯片电路。

8.如权利要求6所述的无线测温系统，其特征在于，所述第一电源管理电路包括3.3V低压差线性稳压器和2.5V基准稳压电路，第二电源管理电路采用3.3V低压差线性稳压器。

9.一种无线测温系统的使用方法，其特征在于，包括：

从温度感知单元中，第一MCU对第一看门狗电路进行操作，进行看门狗喂狗；

温度检测电路将温度传感器所采集的被测物体的温度值保存在第一MCU中，锂电池电压测量电路测量锂电池的电压并将电压保存至第一MCU中；

将第一RF无线传输模块设置为接收模式，并在接收模式过程中接收到主温度汇集单元发送的读取信息指令，并根据读取信息指令将锂电池的电压和被测物体的温度值发送至主温度汇集单元中，发送完毕后进入睡眠状态；

所述主温度汇集单元将被测物体温度值和锂电池电压存储在第二MCU Modbus表中以供主机通过USB接口使用Modbus规约读取。

10.如权利要求9所述的无线测温系统的使用方法，其特征在于，还包括：

从温度感知单元中，第一MCU对第一看门狗电路进行操作，进行看门狗喂狗；

温度检测电路将温度传感器所采集的被测物体的温度值保存在第一MCU中，锂电池电压测量电路测量锂电池的电压并将电压保存至第一MCU中；

第一MCU经无线传输方式将被测物体的温度值和锂电池电压发送至所述主温度汇集单元并等待主温度汇集单元应答后进入低功耗睡眠在状态；

所述主温度汇集单元将被测物体温度值和锂电池电压存储在第二MCU Modbus表中以供主机通过USB接口使用Modbus规约读取。

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