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选用5V直流电源供电的无线测温传感器操控体系规划与研讨成功啦!!

规划完成了一种新式自供电型的无线测温传感器操控体系,包含无线信号转发中继设备及自供电取能电路,首要运用在高压触头、母线和电缆头无线测温传感器体系。
 
与惯例无线测温传感器功用比较,新增功用包含:1)针对目前惯例中继设备首要选用5V直流电源供电,无法接入市电问题,添加AC/DC开关电源直接接入市电AC220V;2)添加了一路无线通讯模块,将从无线测温传感器收集到的数据利用无线通讯的方法发送出去;3)添加了人机接口界面;4)添加了自供电无线测温传感器取能电路,提高了作业功率。
 
在工业、电力职业中,电气设备的正常运转确保了社会的正常运作以及公民的正常日子,因而设备的牢靠性至关重要。很多企业发起对设备进行预防性保护,而温度是预防性保护中最重要的监控参数,温度的过高或过低均意味着毛病发生的可能性。完成温度在线监测是确保高压设备安全运转的重要手法[1-5]。
 
针对煤矿、石化、冶金等职业现场作业环境恶劣,布线困难,作业量大以及信号电缆保护本钱较高级缺乏[6-10],本文规划开发了一种新式无线测温传感器体系,包含无线信号中继设备和自供电取能电路。
 
其功用包含:1)添加了AC/DC开关电源,可以直接接入市电,无需用户外部供给5V直流电源或直流电源适配器;2)可供给无线数据转发。可将收集到的无线测温传感器数据,经过新添加的无线通讯模块再次以无线的方法转宣布去;3)供给了人机界面,用户可以在就地经过无线中继观察到经过无线信号传输过来的无线测温传感器测量到的温度信息,又可以便利的设置装备参数,大大添加运用的灵敏性;4)规划选用单线圈开路操控方法完成了自供电无线传感器取能电路。当电压升高时,电子开关是处在开路状态下,因而线圈的电流很小。因而,不会发生线圈发热的问题。同时利用电压升高时,使后续电路与主电路经过电子开关断开的方法来操控电压,功率大大提高。
 
1  现有的无线测温传感器体系
 
1。1  无线信号中继转发设备
 
如图1所示,现有无线测温传感器信号中继设备首要选用5V直流电源供电,无法直接接入市电,有必要选用直流电源适配器或者其他设备供给的5V输出电源供电。选用无线通讯模块接纳无线测温传感器宣布的无线信号,并经过CPU处理后,驱动RS485通讯模块将温度收集信息经过双绞线输出到监控体系[11]。因为没有人机接口所以无法设置参数,有必要出厂前固化好装备信息,才干进行通讯。
 选用5V直流电源供电的无线测温传感器操控体系规划与研讨成功啦!!
图1 当时无线测温传感器无线信号转发中继设备框图

选用传统的无线测温传感器无线信号转发中继,存在以下缺陷:
 
1)选用弱电5V直流电源供电,因为电平低,在遭到电磁干扰时,耐受容限很低,使中继设备无法正常运转。
 
2)用户有必要外部供给外部5V直流电源,添加了硬件本钱。
 
3)如图1所示,规划设备因为没有人机接口电路,用户无法在本地观察到无线温度传感器所收集的温度信息。用户尽管可以经过相应的辅件(如USB转RS485模块、无线接纳模块)与笔记本电脑进行通讯,经过相应的装备软件即可完成现场参数定值保护,但是增大了操作的繁琐性。同时,设备有必要在出厂前固化好装备信息(例如RS485通讯地址以及通讯波特率等),无法满意现场灵敏组网通讯的要求。
 
4)只供给RS485双绞线通讯方法,再用户安置网络线困难的状况下,无法满意用户需求(尤其是后期改造安装项目,再次安置网络线施工难度很大。因而用户大都状况下回绝再次施工布线)。
 
1.2  自供电无线传感器供电电路
 
目前,传统的自供电无线测温传感器供电部分处理电路见图2。其作业原理是选用如下操控方法,环形铁芯有两组线圈,其间一组作为供电线圈,另一组为短路线圈。
 
作业原理如下:当高压在流体有电流经往后,发生沟通电压UAC1,经过整流电路后对储能电容充电。LDO经过对储能电容电压进行线性变换后供后级电路供电。当电压超越设定值时(VDC电压不能过高,否则会损害电子电路),电压安稳反应电路作业,操控电子开关导通,使短路线圈经过整流桥短路[12]。因为作业线圈和短路线圈同在一个铁芯上,短路线圈短路后,铁芯上的磁通根本都降落在短路线圈上,因而作业线圈上的电压就会下降。当作业线圈电压下降到设定值时,电压反应电路操控电子开关翻开,作业线圈发生的电压升高,对电容充电,供后续电路作业。
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图2  为当时自供电无线测温传感器取能电路框图。

选用传统的自供电无线测温传感器取能电路,存在以下缺陷:
 
1)需要在环形铁芯上环绕两组线圈,添加了本钱,并多发生了一道工序,下降了生产功率。
 
2)因为为了操控作业电压不能过高,因而短路线圈一直处在短路、开路交替作业的状态下,因而,发生了一个断续的短路电流,该电流在线圈中继续作业,会引起线圈发热,而且跟着短路电流的升高,发热状况越来越严峻。
 
3)操控功率低。因为选用短路作业方法,在高压在流体电流增大,磁场增大时,该电路有必要连读短接一组线圈,来下降另一组线圈的电压。该作业电路首要将能量转化为热量消耗掉,因而功率很低。
 
2  无线测温传感器规划与完成
 
2.1  无线信号转发中继设备硬件的完成
 
该设备的硬件完成部分,如图3所示,分为:1)开关电源电路和线性电源电路:将市电AC220V变换为5V,然后经过线性电源电路将5V变换为3.3V,为微操控器和其它电路有用;2)无线通讯模块1和2:无线通讯模块1为433MHz无线收发模块,而无线通讯模块2为2.4GHz的无线收发模块,两者都可以与CPU进行无线数据的收发;3)RS485通讯模块:与CPU进行串行数据的转发,为有线接口电路;4)人机接口电路:首要有LCD液晶显示屏和按键、指示灯等,用户可以便利的设定装备信息和读取传感器的所测量出的温度。
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图3 新式无线测温传感器无线信号转发中继设备原理电路组成框图

设备接入市电AC220V后,开关电源电路将电源变换成5V直流电源弱电,5V再经过线性电源降压成3。3V,供CPU微处器理电路和其它模块运用。CPU微处理器经过两个SPI接口别离和无线通讯模块1与无线通讯模块2衔接,CPU驱动两个无线模块别离和无线测温传感器与无线通讯服务器进行通讯,详细运用哪个模块与无线测温传感器和无线通讯服务器通讯,取决于用户的装备信息记载。同时,CPU经过串行口UART和RS485通讯模块进行外部485通讯总线进行通讯,外部485通讯可以经过通讯双绞线衔接到监控体系。
 
CPU电路经过外部总线和IO与人机界面衔接,用户可以经过LCD屏幕查看到当时的设置信息与无线温度传感器经过无线通讯传输过来的温度信息,并可以经过按键来设置一些装备参数和报警值。
 
本电路有如下长处:
 
1)可直接接入市电,无需用户供给5V电源或直流电源适配器。因为选用了开关电源,产品的抗干扰性能大大提高。
 
2)可供给无线数据转发,经过添加的一路无线通讯模块,可将收集到的无线测温传感器数据,经过新添加的无线通讯模块再次以无线的方法转宣布去。
 
3)供给了人机界面,用户可以在就地经过无线中继观察到经过无线信号传输过来的无线测温传感器测量到的温度信息,又可以便利的设置装备参数,大大添加运用的灵敏性。
 
2.2  自供电无线传感器取能电路硬件的完成
 
如图4所示,本电路分为:整流电路、电子开关电路、电子开关驱动电路、稳压与分压电路、电容储能池、LDO线性电源电路、电压安稳负反应电路。
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图4  一种新式自供电无线测温传感器取能电路原理图

本体系选用单线圈开路操控方法。环形铁芯在高压载流体的磁场效果下,构成交变磁场。磁场使环形铁芯的线圈发生沟通电压。沟通电压在整流电路处理后构成直流电源电压VDC[13]。电压VDC经过电子开关后,再经过火压衔接到储能电容上,并作为LDO的输入电压。
 
为操控LDO输入电压不超越芯片的规定值,电压安稳反应电路一直对其进行监督,当电压高过设定电压时,反应电路操控电子开关断开,这是负载的供电彻底依靠电容中的储能。跟着电容储能的泄放,电压Vin下降。
 
当低于设定值后,电压安稳反应电路将电子开关翻开,VDC经过火压后对储能电容进行充电,当充电到高压设定值后封闭。因为电容上的电压不能骤变,因而LDO的输入电压Vin是在必定范围内的充电、放电。而LDO的输出稳压特性,决定了后续3。3V电压的安稳。
 
为了确保在后续电路上电瞬间能发动作业,电子开关的驱动电路中的U1为常闭型的MOSFET型继电器。在电瞬间,电子开关翻开,对电容充电。当电容电压升高到LDO可以发动作业的电压后,后续电路开端作业,对电压进行安稳操控。
 
本电路有如下长处:
 
1)环形铁芯线圈只需一组,下降了硬件本钱和减少了一道工序,提高了作业功率;
 
2)选用单线圈开路操控方法,下降了电路的杂乱程度,简略牢靠;
 
3)处理了线圈发热问题。因为传统的操控方法,电路在安稳运转过程中,电子开关不断短接线圈,短接线圈处在断续的短路方法,发生了一个改变的短路电流,这个电流在线圈中继续发热,进而引起线圈温度升高。而本规划选用开路操控方法,当电压升高时,电子开关是处在开路状态下,因而线圈的电流很小。因而,不会发生线圈发热的问题;
 
4)电路功率大大提高。因为传统的操控方法是在电压升高时短接线圈,将能量彻底转化为热量,而本发明在电压升高时,使后续电路与主电路经过电子开关断开的方法来操控电压,因而功率大大提高,不会发生线圈过热问题,提高了电路功率。
 
3  结论
 
本文规划开发了一种新式无线测温传感器操控体系,包含无线信号中继设备和自供电取能电路,首要运用在高压触头、母线和电缆头无线测温传感器体系。
 
其功用包含:1)添加了AC/DC开关电源;2)可供给无线数据转发。可将收集到的无线测温传感器数据,经过新添加的无线通讯模块再次以无线的方法转宣布去;3)供给了人机界面,即可以便利的设置装备参数,大大添加运用的灵敏性;4)规划选用单线圈开路操控方法完成了自供电无线传感器取能电路。处理了线圈发热问题和大大提高电路功率。

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