專利名稱：高壓帶電體溫度實時測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及無線傳輸技術領域內、用于測量高壓電氣設備實時溫度的監測裝置。
背景技術：
在高壓輸配電系統中，如配電變壓器、開關、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，容易發熱而產生高溫，尤其在夏季，由于環境溫 度高，用電負荷大，發熱現象極其嚴重，如果不及時發現可能會損壞電力設施，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 的數據采集裝置測量其溫度，目前的方法是在這些接頭上涂上溫感材料，采取當溫度過高時， 通過肉眼觀測這些溫感材料顏色變化的方式來觀察接頭溫度是否超標，但不能測量其實際溫 度值，特別是在距離較遠的輸電線變壓器上還得用望遠鏡觀測，或者采用光纖傳感器監測溫 度變化。人工檢測的方法不僅不靈敏、不準確、而且反應比較遲鈍，難于實現全天候的實時 監測，而光纖傳感器由于價格過高而難于普及應用。
發明內容
為解決現有技術存在的問題，本發明提供了一種高壓帶電體溫度實時測量裝置，可在單 片機控制下，采集溫度傳感器從被測的接頭處感應的溫度，由無線收發電路將其發送至無線 接收裝置上，通過數據處理自動顯示被測帶電體的實際溫度，以實現解決高壓帶電體溫度難 于實時測量問題的目的。
本發明的技術方案在于包括單片機，實現溫度、電壓數據的采集、處理、傳輸，單片 機與無線收發電路相連接，無線收發電路上連接有天線，AD轉換器的輸入端與電源電壓采 集電路、溫度傳感器連接，數據輸出端與單片機連接，定時控制的輸出與單片機的中斷輸入 連接，電源電路內置穩壓芯片，為裝置中的所有電路提供電源，電源的"地"信號與屏蔽盒 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。
無線收發電路為專用的無線收發芯片、通用的無線收發芯片，或將單片機、AD轉換器、 無線收發電路整合在一起的多功能芯片；AD轉換器為單獨的AD轉換芯片、將AD轉換器集 成在單片機內、或將AD轉換器集成在溫度傳感器內；定時控制采用通用集成電路、專用定 時芯片，或單片機內置定時器；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。
本發明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，直接測量 接頭處的溫度，故它處于極強的工頻電磁場中。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 用既導磁也導電的材料制作，外屏蔽盒上開有橫向的窄縫，支架采用導熱良好的材料制作。
本發明的工作過程是在一個工作周期的絕大部分時間中，除定時控制外，裝置中的所 有電路均處于"睡眠"狀態，從而僅消耗極低的電能，定時時間到，定時控制的輸出信號將 單片機"喚醒"，單片機被喚醒后即啟動AD轉換器，完成一次溫度數據采集，由于溫度傳感 器安裝在高壓帶電體被測的接頭處，故該溫度值就是電氣接頭的溫度；然后單片機啟動無線 收發電路發送出本次采集的溫度值；當單片機確認已成功發送數據后，便關斷AD轉換器和 無線收發電路，再次進入睡眠狀態；當發現所采集的接頭上的溫度高于單片機中所設定的閾 值溫度時，發出報警信號，提醒工人及時檢修。由于信號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現數據傳輸的難點。
本發明與現有技術相比，克服了用人工或光纖傳感器檢測溫度的缺陷，可在單片機控制 下，實現全天候實時監測、自動采集、發送被測高壓帶電體接頭處的實際溫度，測量數據靈 敏、準確、安全、可靠，同時由于使用定時控制使整個裝置在大部分時間內處于極低功耗的 待機狀態，每隔一定時間"醒來"完成一次數據采集和傳輸，從而保證了整個裝置的耗電極 低，可以做到一只電池連續使用數年以上，可有效實現節能降耗。
下面結合附圖對本發明作進一步詳述。
圖l是本發明電路結構框圖2是本發明電路圖3是本發明結構簡圖4是本發明圖3的A-A剖視圖； 圖5是本發明外觀立體結構圖。
具體實施例方式
如圖1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2與無線收發電路1相連接，無線收發電路l可以采用專用的無線收發芯片，也 可以為通用的無線收發芯片，還可以為將單片機2、 AD轉換器3、無線收發電路l整合在一起的多功能芯片，無線收發電路1上連接有天線8; AD轉換器3的輸入端與電源電壓采集 電路4、溫度傳感器7連接，數據輸出端與單片機2連接，可以使用單獨的AD轉換芯片， 也可以采用在單片機2、溫度傳感器7內置AD轉換器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；定時控制5的輸出與單片機 2的中斷輸入連接，定時控制5可以采用通用集成電路構成，也可以使用專用定時芯片，還 可以采用在單片機2內置定時器；電源電路6內置穩壓芯片，為裝置中的所有電路提供電源； 無線收發電路l、單片機2 、 AD轉換器3、電源電壓采集電路4、定時控制5、電源電路6 所組成的電路板安裝于屏蔽盒中；內屏蔽盒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內為無線收發電路l的電路部分，主要由TI公司的短距離無 線收發芯片CC1100及其外圍電路組成，它通過其SPI接口、狀態輸出端口等與單片機2連 接，CC1100通過SPI接口接收單片機2發送的命令和數據，完成數據的接收和發送、或者進 入低功耗狀態，進入低功耗狀態后其耗電極低，可以延長電池的使用壽命，CCllOO的GDOO 配置為反映內部工作狀態的輸出狀態，連接到單片機2的P1. 3，單片機2通過該引腳判斷 CC1100的工作狀態，電容器C121、 C131、 C123、 C125、 C122、 C124，電感器L121、 L131、 L122、 L123組成轉換網絡，實現CC1100的平衡差分輸出到非平衡的單端之間的轉換，以連 接外接天線8， Y1是CC1100的時鐘振蕩器的晶振；虛線框2中是單片機2及其外圍電路， 為簡化結構，降低成本，這里采用內部帶有AD轉換器的單片機STC12LE5052AD，這種型 號的單片機除內部帶有AD轉換器、SPI接口外，其最重要的特性之一是它進入"掉電"狀 態后可以被中斷信號"喚醒"，其外中斷申請引腳與定時控制芯片的輸出連接；虛線框5內是 定時控制5的電路部分，單片機2完成一次溫度測量只是一個時間極短的過程，大約20毫秒， 根據需要大概每20秒測量一次即可，所以單片機絕大部分時間處于待機狀態，待測時正常工 作電流在4mA-7mA,在長期工作，在電池電量有限工作的情況下，這是個巨大的浪費。為解 決這一問題，讓單片機在待機狀態下處于掉電模式(掉電模式工作電流小于O.luA)，用定時 控制5的時鐘芯片的定時報警功能喚醒，讓單片機2開始工作，測量結束后再次進入掉電模 式，從而達到極低消耗電能的目的。當然時鐘芯片的功耗是極低的，約0.8uW，其功耗可以 忽略。本實施方案中定時控制5選用實時時鐘芯片PCF8563，該芯片通過IIC接口與單片機2 連接，在應用中被編程設置為20秒鐘產生一個輸出信號，其輸出連接到單片機2的第7腳，即INT1,用來為單片機2提供"喚醒"信號，PCF8563工作時消耗的電能極少。虛線框7中 是溫度傳感電路，為減少耗電量，延長電池的工作時間，這里加一個PNP型開關管，當需要 采集溫度時單片機2的P3.2端口置低電平打開開關管,測量完畢后P3.2端口置高電平關閉開 關管。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轉換器達到最 高的精度，串入的電阻阻值應等于熱敏電阻常溫下的阻值。單片機2的AD采樣通道應接在 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，為盡可能地節省電量，在此 也加一個PNP型開關管，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 采樣電壓在此對電源進行分壓，采樣通道接兩電阻之間，分壓后的采樣電壓應滿足(R2+Uon) / (Uon+R2+R3) *Vb<=3.3 (Vb為電池電壓，Uon為開關管的管壓降一般，硅管0.7V,鍺管 0.1V);通過上述設計，可以讓整個裝置在lOOOmAh的電池供應下，連續工作兩年以上；虛 線框6是電源電路，BT1為3.7V—次性電池，經穩壓管穩壓后給電路提供電源，U4為3JV 低壓差穩壓芯片，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，信號線與無線收發電路1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，它產生的強大的電磁場對單片機和通信模塊都有很大的影響，不加電場 屏蔽單片機無法工作。如圖4所示，為減小變壓器磁場在屏蔽殼上產生渦流電流，導致屏蔽 殼發熱，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，外屏蔽盒10置于外殼12內，屏蔽盒由導 磁、導電材料的鐵皮制作而成；為保證本發明同電氣接頭之間牢固而且方便地安裝，這里設 計了一種支架U，支架11采用導熱良好的鋁合金材料制作，其上平面有三個盒體固定孔呈 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 的嫘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，另一方面起導熱的作 用，為準確而快速地測量到接頭上的溫度，支架11側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。
權利要求
1、一種高壓帶電體溫度實時測量裝置，其特征在于包括單片機(2)，實現溫度、電壓數據的采集、處理、傳輸，單片機(2)與無線收發電路(1)相連接，無線收發電路(1)上連接有天線(8)，AD轉換器(3)的輸入端與電源電壓采集電路(4)、溫度傳感器(7)連接，數據輸出端與單片機(2)連接，定時控制(5)的輸出與單片機(2)的中斷輸入連接，電源電路(6)內置穩壓芯片，為裝置中的所有電路提供電源，電源的“地”信號與屏蔽盒(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、 根據權利要求1所述的高壓帶電體溫度實時測量裝置，其特征在于無線收發電路(l) 為專用的無線收發芯片、通用的無線收發芯片，或將單片機(2)、 AD轉換器(3)、無線收 發電路(1)整合在一起的多功能芯片。
3、 根據權利要求1所述的高壓帶電體溫度實時測量裝置，其特征在于AD轉換器(3) 為單獨的AD轉換芯片、將AD轉換器(3)集成在單片機(2)內、或將AD轉換器(3)集 成在溫度傳感器(7)內。
4、 根據權利要求1所述的高壓帶電體溫度實時測量裝置，其特征在于定時控制(5) 采用通用集成電路、專用定時芯片，或單片機(2)內置定時器。
5、 根據權利要求1所述的高壓帶電體溫度實時測量裝置，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、 根據權利要求1所述的高壓帶電體溫度實時測量裝置，其特征在于電源電路(6) 為電池，或源于外部電源。
7、 根據權利要求1所述的高壓帶電體溫度實時測量裝置，其特征在于電路板外部的屏 蔽盒(9)為單層，或多層，采用既導磁也導電的材料制作；多層時，屏蔽盒(9)外裝有外屏蔽盒(10)。
8、 根據權利要求8所述的高壓帶電體溫度實時測量裝置，其特征在于外屏蔽盒(10)上開有橫向的窄縫。
9、 根據權利要求1所述的高壓帶電體溫度實時測量裝置，其特征在于支架(11)采用導熱良好的材料制作。
10、 根據權利要求1所述的高壓帶電體溫度實時測量裝置，其特征在于溫度傳感器(7)裝在支架(11)或帶電體上。
全文摘要
一種高壓帶電體溫度實時測量裝置，適用于實時測量高壓帶電體的溫度。單片機與帶有天線的無線收發電路連接，AD轉換器分別與電源電壓采集電路、溫度傳感器、單片機相連，定時控制與單片機連接，電源電路內置穩壓芯片，電源的“地”信號與屏蔽盒相連，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。可在單片機控制下，實現全天候實時監測、自動采集、發送被測高壓帶電體接頭處的實際溫度，測量數據靈敏、準確、安全、可靠，同時由于使用定時控制使整個裝置在大部分時間內處于極低功耗的待機狀態，從而保證了整個裝置的耗電極低，可以做到一只電池連續使用數年以上，可有效實現節能降耗。
文檔編號G01K1/00GK101685036SQ20081019712
公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月27日 優先權日2008年9月27日
發明者呂治安, 成中臺, 陳宗煉 申請人:襄樊海特電子有限公司