CN203132708U - 一种用于电缆终端在线检测的无线测温传感器 - Google Patents
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Abstract
一种用于电缆终端在线检测的无线测温传感器，属测量领域。其包括温度传感器、低功耗单片机、无线发射模块和随机电源，其中，低功耗单片机通过串行总线与温度传感器的信号输出端连接；低功耗单片机通过I/O端口与温度传感器的电源端连接电源；无线发射模块为Zigbee无线通信模块；低功耗单片机经串行总线与Zigbee无线通信模块的信号输入端连接；在随机电源和Zigbee无线通信模块电源端之间，设置电子开关电路；电子开关电路的控制端与低功耗单片机的I/O端连接。其采用Zigbee无线网络的数据传输方式，来解决高压端与低电压系统电位的可靠隔离问题，采用数字温度传感器输出数字信号，通过串行总线直接与CPU接口，稳度性极高。可广泛用于电力系统的设备状态监测领域。
Description
技术领域
本实用新型属于测量领域，尤其涉及一种用于电力设备的在线状态监测装置。
背景技术
为了确保电气设备应有的使用寿命、减少事故的发生，除了对设备的绝缘水平进行监测外，必须对运行中设备的发热点温度进行监测和保护。
电力设备导电连接处、插接处的电接触状况不良是引起该处温度过高的重要原因。因此连接处和插接处是在线监测的主要部位。
现有温度在线监测方式主要有两种：红外辐射的非接触式和采用热敏器件的接触式测温。非接触式红外传感器由于受环境、湿度、大气压的影响较大，红外辐射受遮挡就无法准确测量，使用有很大局限性。而接触式的传感器直接与测温点相接触，受环境因素干扰小，可实现准确、快速温度检测。
现有接触式测温方案的不足：接触式测温方案通常采用热电偶、光纤传感器、电阻式传感器作为测温传感器，采用热电偶作传感器时，由于热电偶冷端不可能保持在0℃，在室温下测定要加冷端补偿，在实际测量中热端与冷端间距较远时，还需要采用补偿导线；采用光纤传感器作传感器（包括发射端、接收端、连接器和光纤）时，光纤传感器如何安装走线很成问题，光纤传输信号方案并不容易做到高低电位的完全隔离，当发射端安装高压端时，对地绝缘的问题也无法解决；采用电阻式传感器直接接触测量，在高电位用有线输送信号，简单运用空气间隙隔离高低电位，通过红外光电转换传输温度信号是一个不错的办法，但红外发射、接收管外露，长期使用会落灰尘、污秽，使得信号传输的可靠性逐渐变差 影响测量值也是一个很难解决的问题，另外还必须进行现场专业安装调试 使用的便利性上不理想。
故温度在线监测装置的技术关键：对于低压系统检测主要技术是解决温度传感器绝缘又导热问题，对于高压系统检测必须有效解决高电压窜入低电压系统的问题。因为感温元件在高压端，检测处理的控制单元在低压系统，所以技术核心是实现高压端与低电压系统的电位可靠隔离。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于电缆终端在线检测的无线测温传感器，其采用Zigbee无线网络的数据传输方式，来解决高压端与低电压系统电位的可靠隔离问题，采用数字温度传感器输出数字信号，通过串行总线直接与CPU接口，相对于热电偶、热电阻等模拟量输出的传感器，无需校验，无需修正，因此稳度性极高。
本实用新型的技术方案是：提供一种用于电缆终端在线检测的无线测温传感器，其特征是：所述的无线温度传感器包括温度传感器、低功耗单片机、无线发射模块和随机电源，所述的随机电源包括并接的锂电池和储能电容；其中，所述的低功耗单片机通过串行总线与温度传感器的信号输出端连接；所述的低功耗单片机通过I/O端口与温度传感器的电源端连接电源；所述的无线发射模块为Zigbee无线通信模块；所述的低功耗单片机经串行总线与Zigbee无线通信模块的信号输入端连接；在随机电源和Zigbee无线通信模块电源端之间，设置电子开关电路；所述电子开关电路的控制端，与低功耗单片机的I/O端连接。
其所述的无线温度传感器经绝缘导热胶粘结或高温扎带捆绑固定在电缆接头或电缆终端的表面。
具体的，所述的无线温度传感器包括带有上盖的无线温度传感器壳体，所述无线温度传感器的温度传感器、低功耗单片机、无线发射模块集成在一块线路板上，安装固定在无线温度传感器壳体的腔体中，随机电源设置在电池仓中，无线发射模块的无线信号发射天线固定在上盖上，温度传感器的测温探头设置在无线温度传感器的底面上，与被测物体的表面紧密接触。
具体的，所述的电子开关电路包括开关管D1，所述开关管D1的第一、第二输出端分别与锂电池的正极和无线发射模块的电源输入端对应连接；所述开关管D1的控制端与低功耗单片机的I/O端口连接。
与现有技术比较，本实用新型的优点是：
1.采用Zigbee无线网络的数据传输方式，来解决高压端与低电压系统的电位可靠隔离问题；
2.采用锂电池和储能电容的电源方案，并通过低功耗单片机控制Zigbee无线通信模块是否进入工作状态，藉此最大限度的降低电能消耗，延长无线温度传感器的使用寿命。
3.无线温度传感器的输出是数字信号，通过串行总线直接与CPU接口，相对于热电偶、热电阻等模拟量输出的传感器，无需校验，无需修正，因此稳度性极高。
附图说明
图1是本实用新型的无线温度传感器的机械结构示意图；
图2是本实用新型无线温度传感器的电路结构示意图。
图中2-1为无线温度传感器壳体，2-2为上盖，2-3为温度传感器的测温探头，2-4为腔体，2-5为电池仓，2-6为无线信号发射天线。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
图1中，无线温度传感器包括温度传感器、低功耗单片机、无线发射模块和随机电源，其温度传感器、低功耗单片机、无线发射模块集成在一块线路板上，安装固定在无线温度传感器壳体2-1的腔体2-4中，随机电源设置在电池仓2-5中，无线发射模块的无线信号发射天线2-6固定在上盖2-2上，温度传感器的测温探头2-3设置在无线温度传感器的底面上，与被测物体的表面紧密接触。
其传感器壳体的机械结构采用阻燃耐高温PE塑料制成，由壳体和盖板组成，壳体下面开孔以便露出温度探头。
传感器的线路板焊接、调试好以后，装配于结构的底部，确保探头从壳体底部露出。然后进行环氧灌封。灌封好以后，盖好上盖，并经过屏蔽处理、绝缘处理工序后变成最终的成品。
本技术方案中数字温度传感器紧贴于电缆终端测温点放置，用于感应待测点的温度，超低功耗CPU定时采集温度传感器的温度，并通过Zigbee无线发射模块以无线的方式向外发送。
图2中，所述的无线温度传感器包括温度传感器S1、低功耗单片机U1、无线发射模块Z1和随机电源，所述的随机电源包括并接的锂电池B1和储能电容C1。
其中，所述的低功耗单片机通过串行总线与温度传感器的信号输出端连接；所述的低功耗单片机通过I/O端口与温度传感器的电源端连接电源；所述的无线发射模块为Zigbee无线通信模块；所述的低功耗单片机经串行总线与Zigbee无线通信模块的信号输入端连接；在随机电源和Zigbee无线通信模块电源端之间，设置有电子开关电路；所述电子开关电路的控制端，与低功耗单片机的I/O端连接。
其并接的锂电池B1和储能电容C1的正、负极，分别与低功耗单片机的正、负电源输入端对应连接。
其所述的电子开关电路包括开关管D1，所述开关管D1的第一、第二输出端分别与锂电池的正极和无线发射模块的电源输入端对应连接；所述开关管D1的控制端与低功耗单片机的I/O端口连接。
本技术方案中，单片机U1为本装置的核心，其通过I/O管脚给温度传感器供电，并通过串行总线（SPI）读取温度传感器的实时温度值，当采集到的温度值与上次的采集值之差大于设定值时，单片机通过I/O脚控制开关管D1的通/断，通过导通D1（PMOS开关管），从而给Zigbee无线通信模块Z1供电，并通过串行总线（SPI）将温度值通过无线的方式发送出去。
主要芯片型号如下：
B1为锂离子电池；
C1为表贴钽电容，用来在发射瞬间提供大电流；
D1为PMOS开关管TPS1100；
Z1为SZ05-ZBEE系列Zigbee无线通信模块；
U1为Microchip公司单片机PIC24F16KL402；
S1为ADI公司数字温度传感器ADT7410。
本系统的温度传感器采用数字温度传感器，由于传感器的输出是数字信号，通过串行总线直接与CPU接口，相对于热电偶、热电阻等模拟量输出的传感器，无需校验，无需修正，因此稳度性极高。
关于ZigbBee模块，现在已经有很多成熟的市售产品，常见的Zigbee无线信号传输平台都是由一个8位或16位的单片机和Zigbee射频芯片组成。随着芯片设计的发展，目前出现了无线单片机，即将处理器模块和射频模块集成在同一个芯片中。Ti-Chipcon公司的CC2430就是如此，CC2430集成了Zigbee射频前端、ROM和8051微控制器在一个芯片内，而且大小仅为7mm×7mm，这样就使得设备集成度高、外围器件很少、外形很小；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA，并且支持四种休眠机制，可以大大地降低功耗；CC2430工作在2.4GHz的免费频段，而且芯片价格比较低廉，使用成本很低，所以CC2430很符合Zigbee无线数据信号传输网络平台的设计要求。
在发射／接收通讯距离较近时，还可选用Chipncon AS公司的诸如CC1100之类的低成本低能耗RF收／发芯片。
关于各种ZigBee模块的具体工作原理和应用电路，可以参考各芯片／模块的生产厂商的产品资料，其还会提供各自芯片的标准应用电路和相应元件的优选参数，故其进一步的信息在此不再叙述。
关于ZigBee无线网络模块的具体构建，亦可参考“嵌入式工控网”（www.embedcontrol.com）上ZigBee模块ZICM2410应用开发指南中的相关内容，在此不再叙述。
实际使用时，由无线温度传感器对电缆接头或电缆终端表面的温度进行实时监测，通过Zigbee无线通信网络将温度数据发送给无线通信网关，无线通信网关就近将本区域内各监测点的温度进行收集，实现数据的集中收集、转发；在集中监控中心设置一中央服务器，其通过现场具备的各种通道方式收集各个变电站、箱式变压器、用户站的数据，并进行汇总，实现实时数据显示、历史数据存储、报表生成、历史曲线或短信报警功能。
由于本实用新型由无线温度传感器对待监测点的温度进行监测，通过无线通信将温度数据发送给通信网关，解决了高压端与低电压系统的电位可靠隔离问题，其可适应多种组网方式和数据传输方式，对现有数据传输网络的兼容性好，可降低现有数据传输网络的改造费用；无线温度传感器的输出是数字信号，通过串行总线直接与CPU接口，相对于热电偶、热电阻等模拟量输出的传感器，无需校验，无需修正，因此稳度性极高。
本实用新型可广泛用于电力系统设备状态监测领域。
Claims (4)
1.一种用于电缆终端在线检测的无线测温传感器，其特征是：
所述的无线温度传感器包括温度传感器、低功耗单片机、无线发射模块和随机电源，所述的随机电源包括并接的锂电池和储能电容；
其中，所述的低功耗单片机通过串行总线与温度传感器的信号输出端连接；所述的低功耗单片机通过I/O端口与温度传感器的电源端连接电源；
所述的无线发射模块为Zigbee无线通信模块；
所述的低功耗单片机经串行总线与Zigbee无线通信模块的信号输入端连接；
在随机电源和Zigbee无线通信模块电源端之间，设置电子开关电路；
所述电子开关电路的控制端，与低功耗单片机的I/O端连接。
2.按照权利要求1所述的用于电缆终端在线检测的无线测温传感器，其特征是所述的无线温度传感器经绝缘导热胶粘结或高温扎带捆绑固定在电缆接头或电缆终端的表面。
3.按照权利要求1所述的用于电缆终端在线检测的无线测温传感器，其特征是所述的无线温度传感器包括带有上盖的无线温度传感器壳体，所述无线温度传感器的温度传感器、低功耗单片机、无线发射模块集成在一块线路板上，安装固定在无线温度传感器壳体的腔体中，随机电源设置在电池仓中，无线发射模块的无线信号发射天线固定在上盖上，温度传感器的测温探头设置在无线温度传感器的底面上，与被测物体的表面紧密接触。
4.按照权利要求1所述的用于电缆终端在线检测的无线测温传感器，其特征是所述的电子开关电路包括开关管D1，所述开关管D1的第一、第二输出端分别与锂电池的正极和无线发射模块的电源输入端对应连接；所述开关管D1的控制端与低功耗单片机的I/O端口连接。
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