《供配电系统高压设备运行温度多点检测系统设计13785.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《供配电系统高压设备运行温度多点检测系统设计13785.docx（52页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、江西理工大学应用科学学院毕业设计供配电系系统高压压设备运运行温度度多点检检测系统统设计摘要开关柜是是重要的的输配电电设备，在在电力系系统中起起着非常常关键的的作用。在在设备长长期运行行中，由由于触头头老化或或超负荷荷运行，容容易导致致局部温温度过高高，如果果没有及及时排除除，最终终将引发发火灾等等事故。因因此，对对开关柜柜进行监监测具有有重要意意义，尽尽量做到到提早预预防、提提早发现现、及时时处理。本文给出出的开关关柜温度度在线监监测系统统设计，采采用红外外温度传传感器采采集开关关柜内母母线排温温度，所所得的模模拟信号号经过AA/D转转换后送送到现场场控制单单元，由由微处理理器对数数据进行行处
2、理。最最终得到到的温度度值由液液晶屏显显示。控控制单元元根据设设定值判判断温度度是否超超限，若若超限则则启动报报警装置置。数据据通过RRS-4485串串口通信信上传到到管理计计算机，实实行远程程监控。系统传感感器、电电路板工工作所需需电源都都由板上上集成的的电源模模块供给给，与外外接电源源隔离，RRS-4485通通信采用用光电隔隔离处理理。在处处理温度度数据时时，采取取多次测测量，去去掉最大大、最小小值后取取平均值值的方法法，数据据传送采采用偶校校验。监监控软件件可以实实时采集集数据，并并进行显显示、存存档和对对比处理理，具备备记录、报报警、打打印、设设置等功功能。系系统使用用MFCC开发温温
3、度监控控软件，数数据存储储采用目目前实时时通信系系统中比比较常用用的关系系型数据据库Acccesss 220000，采用用ADOO访问技技术。关键词:开关柜柜；在线线实时监监测；传传感器；A/DD转换IIIAbsttracctSwittchggearr iss onne oof tthe mosst iimpoortaant parrts of thee ellecttricc syysteem. Butt thheree arre aalwaays somme aacciidennts herre bbecaausee off thhe hhighh teempeeratturee. WWe
4、 aall knoow tthatt thhe ccurrrentt geets acrrosss thhe rresiistaancee wiill heaat tthe equuipmmentts. Wheen tthe temmperratuure excceedds tthe limmt tthenn a firre hhapppenss whhichh caausees aa loot oof ddamaage. Allso thee teempeeratturee gooes tooo hiigh is a ssignnal of thee errrorr off thhe eeq
5、uiipmeent whiich is thee baase of thee ellecttricc syysteem. Theerefforee, mmoniitorr syysteem mmeanns aa loot tto tthe eleectrric sysstemm. IIt ccan enssuree thhe eelecctriic ssysttem to worrk wwelll. Thiis ssysttem is bassed on thee miicrooconntroolleer MMSP4430FF1499, uusinng IIR ttempperaaturre
6、mmeassureemennt ttechhnollogyy. TThe AD776566 trranssferrs aanallog inpputss innto diggitaal ooutpputss annd tthenn paassees tto MMSP4430FF1499. UUsinng mmicrro-pproccesssor to proocesss tthe freequeencyy siignaal oof iinfrrareed ttempperaaturre ssenssorss annd tto ddispplayy thhe ttempperaaturre, a
7、ndd giive an alaarm acccorddingg too thhe rrisiing temmperratuure of swiitchhgeaarss meeasuurinng ppartt. TThe monnitoorinng ssysttem sennds temmperratuure datta tto ccompputeer tthrooughh RSS-4885.The powwer suppplyy off thhe ssysttem is isoolatted froom tthe outtsidde.AAlsoo RSS-4885 ccommmuniicat
8、tionn iss oppticcal isoolatted. Thhe ffinaal ttempperaaturre iis aan avveraage of sevveraal mmeassureemennts, exxceppt tthe larrgesst aand thee smmalllestt daata. Veeriffyinng eevenn whhen thee daata is traansfferdd too thhe ccompputeer. Thee sooftwwaree off onn-liine reaal-ttimee moonittoriing forr
9、 teempeeratturee caan sshoww thhe ttempperaaturre rreall-tiime, annalyyse thee daata, giive an alaarm, saave thee daata, annd sso oon. Thee syysteem ccan nottifyy thhe wworkkerss abboutt thhe aalarrm iin ttimee too avvoidde tthe acccideent. Thhe ssofttwarre iis eempooldeeredd ussingg MFFC. Thee teem
10、peeratturee iss saavedd too thhe AAcceess 20000 ddataabasse. Thee sooftwwareeusees AADO tecchniiquee too reead thee daata froom tthe dattabaase.Key worrds: swwitcchgeear; onn-liinerreall-tiime;sennsorr；AD connverrsioon目录摘要IAbsttracctIII1 绪论论11.1选选题目的的及意义义11.2 研究技技术现状状11.3 主要要内容和和安排222 红外外测温原原理和方方案设计
11、计42.1 红外外测温原原理42.2 红外外测温影影响因素素52.3红红外测温温系统组组成结构构62.4系系统总设设计方案案62.5硬硬件功能能72.6软软件功能能8本章小结结83 系统统硬件设设计1003.1设设计方案案103.2器器件选型型103.3各各功能模模块电路路设计1123.4 PCBB设计1773.5本本章小结结184 现场场控制软软件单元元设计1194.1开开发环境境简介1194.2程程序总体体设计2204.3.数据采采集2114.4数数据处理理224.5 LCDD显示2224.6中中断处理理234.7偶偶校验函函数2444.8 本章小小结2445 上位位机监控控软件设设计25
12、55.1监监控界面面简介2255.2各各功能模模块设计计255.3本本章小结结286 总结结与展望望296.1工工作总结结296.2 展望望29致谢300参考文献献31附录A:外文翻翻译-原文部部分333附录B：外文翻翻译-译文部部分355附录C:硬件PCCB图37江西理工大学应用科学学院毕业设计1 绪论论1.1选选题目的的及意义义近年来红红外测温温技术被被越来越越多的企企业和厂厂家所认认识和接接受，在在冶金、石石化、电电力、交交通、水水泥、橡橡胶等行行业得到到了广泛泛的应用用。红外测温温具有如如下优点点：(1)、不不需要接接触被测测物体，不不会扰乱乱被测物物体的温温度场，不不影响温温场分布布
13、，从而而具有较较高的测测量准确确度；(2)、在在测量过过程中，光光电器件件不必和和被测介介质达到到热平衡衡，所以以测量速速度快，因因而能检检测温度度的迅速速变化过过程，并并能测量量运动物物体的温温度；(3)、测温范范围广，采采用红外外接受器器件，可可以测量量相当高高的温度度，下限限可测量量-1770；(4)、测测量距离离可近可可远，近近者可达达几厘米米，甚至至更小，远远者可达达近百公公里；(5)、可可以测量量小面积积的目标标，目前前可测量量出直径径小至77.5m的目标标温度；(6)、测测量对象象以黑体体最为合合适，但但也可以以测量一一般物体体。正是这些些优点使使得红外外测温技技术得到到越来越越
14、受到广广泛的应应用，该该技术在在温度测测量领域域具有不不可替代代的优势势。随着着电力系系统的大大容量化化、高电电压化、结结构复杂杂化、用用电客户户对电网网稳定性性提出越越来越高高的要求求，供电电控制设设备的安安全运行行对社会会生产具具有非常常重要的的作用。因因此对供供电控制制设备进进行实时时的状态态监测十十分必要要。电力系统统中，开开关柜的的应用相相当广泛泛，担负负着开合合电气设设备、保保护设备备安全的的双重重重任，其其内部导导电连接接处的接接触特性性直接影影响到控控制器件件工作的的可靠性性。开关关柜由许许多继电电器和强强电控制制器组成成，在设设备长期期运行过过程中，会会出现接接触点老老化、接
15、接触不良良、接线线柱松动动等情况况。这些些情况容容易导致致设备局局部发热热或者产产生电弧弧，烧蚀蚀周围部部件，造造成设备备损坏、停停电事故故甚至引引发火灾灾，给工工厂、企企业单位位、国家家等造成成巨大经经济损失失。为了了确保电电力系统统的安全全运行，最最大程度度地降低低事故发发生率，需需要对开开关柜关关键部位位的温度度进行在在线监测测，达到到对设备备运行情情况的实实时了解解，以减减少设备备故障次次数，防防止重大大安全事事故的发发生。本本文针对对该问题题旨在设设计实现现一套基基于红外外测温传传感器的的温度监监测系统统。1.2 研究技技术现状状1.2.1开关关柜测温温技术研研究开关柜大大多处于于高
16、温、高高压、强强电场、强强电磁环环境中，要要实现对对它的温温度测量量，必须须保证测测量装置置在上述述恶劣环环境条件件下具有有较强的的适应能能力。目目前开关关柜测温温方式大大多采用用接触式式测温和和非接触触式测温温两种形形式。接触式测测温是通通过设在在测量点点的温度度传感器器直接测测量温度度，有热热电偶间间接测温温法、集集成温度度传感器器测温法法等。非非接触式式测温是是通过热热辐射原原理来测测量温度度的，测测温元件件不需与与被测介介质接触触，有红红外传感感器测温温法、光光纤温度度传感器器测温法法等。接接触式测测量的优优点在于于测量点点位置不不受限制制，传感感器安装装布局灵灵活、简简单、可可靠，且
17、且测量精精度高。其其缺点在在于必须须要求传传感器在在高温、强强电场、强强磁场环环境条件件下具有有较强的的可靠性性，还必必须解决决传感器器与采集集部分的的高压隔隔离以及及传感器器自身的的工作电电源问题题。而且且由于测测温元件件需与被被测介质质接触后后进行热热交换，才才能达到到热平衡衡，从而而具有一一定的安安全隐患患。另外外，接触触式传感感器受到到耐高温温材料的的限制，接接触式测测温不能能应用于于很高温温度的测测量。非非接触式式测温的的优点在在于接收收器(传感器器)可远离离被测对对象，解解决了高高压隔离离以及传传感器环环境温度度高的问问题，测测温速度度较快，不不会破坏坏被测物物体的温温度场。其其缺
18、点是是只能测测量在传传感器视视角范围围内的测测量点的的温度，且且受到物物体的发发射率，被被测对象象到测量量装置之之间的距距离，烟烟尘和水水汽等其其它介质质的影响响，一般般测温误误差较大大。上述两种种测温形形式常用用的方法法有贴色色片测温温法、热热敏电阻阻式测温温、光纤纤测温、红红外辐射射测温法法。贴色色片测温温根据色色片颜色色随温度度的不同同而发生生变化的的原理来来实现温温度的测测量，测测温准确确度低，可可靠性差差。热敏敏电阻式式测温系系统在开开关柜内内部恶劣劣的环境境下具有有很大的的误差，布布线复杂杂且易损损坏、维维护量大大。光纤纤测温是是将光纤纤作为温温度传感感器，通通过温度度变化调调制透
19、过过光纤的的光强来来确定温温度，对对光源、发发射和接接收电路路的技术术和稳定定性要求求高，测测量速度度慢、空空间分辨辨率低、系系统实现现困难。光光纤测温温的另一一种形式式是以半半导体温温度传感感器作为为探头，光光纤作为为传光介介质，该该方法缺缺点在于于测量装装置大，减减小了开开关柜内内的绝缘缘空间，给给开关柜柜的安全全运行带带来隐患患，另外外还需要要外加工工作电源源，更换换电源时时需停电电，影响响系统的的运行。红红外辐射射测温法法，是通通过感知知被测目目标的温温度变化化对应红红外辐射射变化来来确定其其温度，也也是一种种非接触触测量方方式，其其测量结结果受环环境影响响大，准准确度较较低，可可通过
20、大大量实验验数据对对测量结结果进行行校正。1.2.2国内内外研究究状况目前国内内外对高高压开关关柜温度度的测量量同样通通过上述述两种方方式来实实现。国国外的AABB配配电公司司开发了了一种名名为“SSafeeGuaard”的温度监测系统，用于对高压开关柜的关键部位进行连续不断的温度测量。其原理是采用一个SAW元件直接安装在测量点上作为温度传感器，利用传感器的信号通过振荡电路产生一个频率与温度相关的脉冲信号，使用微处理器进行数据分析，实现与PC机监测的连接。整个系统采用全数字化设计以抑制强电磁场干扰，并用微机联网对高电位上三相多点的温度实行二十四小时连续集中遥测和实现过热报警。我国北京京安伏电电
21、子技术术有限公公司开发发的SCCAN-30000分布布式光纤纤测温系系统，该该系统采采用一种种由光纤纤传输温温度信号号的高技技术传感感器，为为一种非非接触式式测量。由由于光纤纤的高绝绝缘性能能，使其其在高压压电器设设备方面面有着广广泛的应应用领域域，如中中高压电电缆接头头的运行行温度在在线监测测、母线线连接点点的运行行监测、主主变压器器内部有有载分接接开关连连接处的的运行温温度监测测、避雷雷针等其其它设备备的温度度监测。SCAN-3000分布式光纤温度监测系统能实现高压运行部件的在线监测，与传统的蜡片和色温法相比，具有良好的实时性和稳定性，但是存在光纤沿表面放电的问题，需要很长的沿面放电时间，
22、所以存在一定的缺陷。鉴于以上上分析，有有必要研研究一种种应用于于高压开开关柜设设备温度度在线监监测装置置，不仅仅要实现现高压隔隔离，温温度实时时监测，而而且还要要解决传传感器环环境温度度高、电电磁干扰扰等问题题。1.3主主要内容容和安排排本系统采采用红外外温度传传感器对对开关柜柜温度进进行采集集，大大大提高了了安全性性。随着着科技、工工艺的进进步，以以前局限限红外温温度传感感器应用用的一些些缺点已已经得到到改善，系系统采用用的红外外测温仪仪IPTTP-SSOOLLS体积积小，性性能好，加加上配合合使用高高精度的的A/DD转换芯芯片，多多次采集集并去掉掉最大、最最小值，再再取平均均值来减减小误差
23、差，测量量结果比比较精确确。论文文所研究究的开关关柜温度度在线实实时监测测系统，主主要由三三部分构构成:温温度数据据采集、单单片机数数据处理理和上位位机监控控软件部部分。每每个开关关柜内放放置6个红外外测温探探头，分分别采集集柜内各各隔离开开关触点点的温度度，通过过AD转换换单元将将数据送送至单片片机，单单片机再再将数据据根据转转换公式式转换为为温度值值，送LLCD显显示并储储存，若若上位机机查询数数据则将将储存的的数据通通过RSS-4885总线线送到上上位机。多多个这样样的系统统可以联联网同时时工作，每每个开关关柜都有有一个独独立编号号，上位位机可以以在线实实时循环环查询各各个开关关柜内各各
24、触点的的温度，温温度分辨辨率可以以达到116biit。上上位机对对每个触触点的温温度进行行数据存存储，实实时分析析，如果果温度超超过上位位机设置置的报警警温度，上上位机将将提醒使使用者并并生成温温度报警警记录。开关柜温温度监测测系统的的系统软软件由在在线监测测和实时时分析两两部分组组成。软软件具有有在线采采集、监监测、分分析现场场温度的的功能，这这些分析析包括超超温分析析、温升升分析、相相间温差差分析等等，并能能作出报报警、对对比等处处理。软软件还具具有历史史记录分分析、查查看、打打印等功功能。论文的主主要工作作是:根根据上述述系统要要求，选选择合适适的器件件，设计计硬件电电路，制制版、焊焊接
25、并调调试，编编写现场场控制单单元软件件以及上上位机监监控界面面。本文章节节安排如如下:第一章:主要介介绍本论论文的相相关背景景、研究究现状、研研究目的的、主要要内容。第二章:详细介介绍红外外测温原原理、误误差分析析。给出出了系统统总体框框架图，对对各部分分的功能能进行简简要介绍绍。第三章:主要介介绍了系系统硬件件部分的的设计实实现，包包括原理理图的设设计、电电路焊接接、调试试。第四章:主要介介绍了现现场控制制单元软软件的设设计，其其中应用用的一些些算法和和一些功功能函数的实现现，同时时简要介介绍了单单片机的的开发环环境和仿仿真器的的使用。第五章:主要介介绍了系系统上位位机监控控软件界界面的设设
26、计。第六章:对本课课题系统统的设计计过程进进行了总总结，就就目前仍仍存在的的问题，提提出了改改进的方方向和一一些实施施办法。2 红外外测温原原理和方方案设计计2.1 红外外测温原原理自然界中中凡是温温度高于于绝对零零度的物物体都会会产生红红外辐射射，辐射射通量密密度是物物体温度度的函数数，且与与物体本本身发射射能力有有关。物物体所发发出的红红外辐射射能量的的强度与与其温度度成比例例。物体体的温度度越高，所所发出的的红外辐辐射能量量越强。红红外传感感器经汇汇聚的红红外光照照射后产产生信号号，该信信号传到到处理电电路，处处理电路路对其进进行处理理并计算算出物体体的温度度。2.1.1斯蒂蒂芬-波尔兹
27、兹曼定律律温度为TT的物体体，其辐辐射出射射度M(,TT)(辐射源源在单位位面积上上向半球球空间发发射的总总辐射功功率，单单位为WW/CMM2)由温度度决定。根根据斯蒂蒂芬-玻尔兹兹曼定律律，由下下式求出出： (2-1)式中为为斯蒂芬芬波尔兹兹曼常数数；T为物体体热力学学温度。2.1.2维恩恩位移定定律在任意温温度下，黑黑体光谱谱辐射通通量最大大值所对对应的峰峰值波长长m与温度度T乘积为为一常数数，这就就是维恩恩位移定定律，即即(2-22)其中mm为光谱谱辐射出出射度的的峰值波波长；为一常常数。因因此，光光谱辐射射出射度度的峰值值波长与与绝对温温度成反反比。2.1.3基尔尔霍夫定定律任何物体体
28、都不断断发出和和吸收辐辐射能量量。当物物体从周周围吸收收的能量量功率恰恰好等于于自身辐辐射减小小的能量量功率时时达到热热平衡。于于是，辐辐射体可可以用一一个确定定的温度度来描述述。物体辐射射度M(,TT)和吸吸收比(,T)的的比值与与物体的的性质无无关，只只是波长长和温度度的普适适函数：(2-33)不同的物物体对外外来辐射射的吸收收，以及及它本身身向外的的辐射都都不相同同。根据据吸收比比定义可可知吸收收比是被被物体吸吸收的辐辐射通量量与入射射的辐射射通量之之比，它它是物体体温度及及波长等等因素的的函数。当当(,T)=1时，这这种物体体被定义义为绝对对黑体。换换言之，绝绝对黑体体是能够够在任何何
29、温度下下，全部部吸收任任何波长长的入射射辐射的的物体。在在自然界界中，理理想的黑黑体是没没有的，吸吸收比总总是小于于1。2.1.4普朗朗克定律律单位面积积的黑体体在半球球面方向向上单位位时间里里光谱辐辐射能量量是黑体体温度TT和波长长的函数数，这就就是普朗朗克定律律。它给给出了绝绝对黑体体辐射的的光谱分分布其中中M(,T)为绝对对黑体的的辐射出出射度；T为绝对对温度；为波长长；C1为第一一辐射常常数；CC2为第二二辐射常常数。此外红外外辐射，又又称红外外线，是是物质分分子在其其振动状状态发生生改变时时辐射出出的电磁磁波，其其波长在在0.776mm到10000mm之间。红红外辐射射是不可可见光，
30、但但是具有有较强的的热效应应。由以上相相关理论论可得到到实际测测量物体体温度与与其红外外辐射度度的关系系为：(2-44)式中为为物体表表面的发发射率；为斯蒂蒂芬波尔兹兹曼常数数；T为物体体热力学学温度。因此由式式(2-4)可得，被被测目标标的温度度。2.2红红外测温温影响因因素2.2.1待测目目标辐射射率通过以上上原理描描述可知知辐射率率的大小小决定了了物体的的红外能能量幅出出度与被被测物体体实际温温度紧密密相关。辐射率是指一般物体相对于黑体的辐射能力大小的物理量，与物体的材料形状、凹凸度、表面粗糙度等因素有关，另外也与测量的方向有关。不同物质的辐射率是不同的，红外测温装置从被测物体上接收到的
31、辐射能量大小正比于它的辐射率。2.2.2待测目目标尺寸寸红外温度度传感器器都有一一个测量量视角，测测温装置置的精度度与被测物物体尺寸寸和传感感器视角角相关。使使用红外外测温装装置测温温时，通通常只能能测定被被测目标标表面上上某一确确定面积积的平均均值。待待测物体体的尺寸寸与传感感器视角角有以下下几种关系系：1、当待待测物体体尺寸小于于测试视视角时，被被测物体体周围事事物辐射射的能量量就会进进入传感感器的测测量区域域，干扰扰测温数数据，造造成误差差。最终终得到温温度信息息是被测测物体和和周围事事物温度度的加权权平均值值。因此此，在实实际测温温时，通通常要求求被测物物体尺寸寸要超过过传感器器视角大
32、大小的550%。2、当被被测目标标大于测测试视场场时，测测温装置置就不会会受到测测量区域域以外事物影影响，能能够准确确的测量量被测物物体位于于传感器器视角内内确定面面积的实实际温度度，此时时传感器器的测试试效果最最佳。3、当被被测目标标等于传传感器测测试视角角时，由由于环境境中物体体间的能能量在不不断的传传递，尤其是是事物与与事物直直接相互互接触部部位，所所以此时时被测物物体温度度已受到到一定程程度影响响，但一一般影响响还比较较小，测测试效果果相对可可信。从上述几几种情况况可看出出在设计计测温装装置时需需要对测测量实际际情况进进行实地地考察，确确定被测测物体的的尺寸，选选取适合合的温度度传感器
33、器，保证证测量装置的的测量精精度。2.2.3测量距距离所有能量量的传递递都会有有一定程程度的衰衰减，被被测物体体辐射出出的能量量在传送送到传感感器的过过程中同同样会受受到外界界环境的的影响，造造成能量量衰减，衰衰减程度度与传感感器到被被测物体体的距离离相关，距距离越远远衰减越越大。因因此在使使用红外外传感器器进行温温度信号号采集时时，需要要通过实实验分析析选取适适合的距距离对被测物物体进行行温度测测量。2.2.4环境影影响红外测温温的准确确性还与与环境温温度有很很大关系系，被测测物体处处于一定定温度的的环境中中，自身身辐射能能量的同同时会吸吸收环境境的辐射射能量。假假设被测测物体的的温度为为T
34、0，环境境温度为为T1，此时时该被测测物体单单位面积积发射的的辐射能能量为AA.TT04，被它它所吸收收的环境境辐射能能量为AA.TT14，因此此该物体体单位面面积发出出的净辐辐射能量量为Q，A为单位位面积，为物体吸收率，为物体发射率，为斯蒂芬波尔兹曼常数。综合以上上分析，在在设计温温度测量量装置时时需要充充分考虑虑这些影影响因素素，采取取适当的的方法减减小由这这些因素素所引起起的测量量误差。2.3红红外测温温系统组组成结构构红外测温温仪是根根据物体体的红外外辐射特特性，依依靠其内内部光学学系统将将物体的的红外辐辐射能量量汇聚到到探测器器(传感感器)，并并转换成成电信号号，再通通过放大大电路、
35、补补偿电路路及线性性处理后后，在显显示终端端显示被被测物体体的温度度的仪器器。系统统主要由由光学系系统、光光电探测测器、信信号放大大器及信信号处理理、显示示输出等等部分组组成，其其核心是是红外探探测器，将将入射辐辐射能转转换成可可测量的的电信号号(如图图2.11 )。图2.11红外测测温系统统组成结结构2.4系系统总设设计方案案根据系统统设计的的要求，系系统的主主要功能能是实现现温度监监测的智智能化，摆摆脱人工工巡检，只只需在管管理计算算机上，就就可以了了解所有有开关柜柜的运行行情况，判判断是否否存在异异常。系系统的主主要结构构图如图图2.2。数据据处理模模块包括括A/DD转换、LLCD显显示
36、、报报警等功功能，上上位机监监控软件件界面具具有实时时温度分分析、历历史温度度查询、报报警参数数设置等等功能。下下位机多多个模块块可以同同时且独独立于上上位机自自主工作作，只有有在收到到上位机机的查询询要求时时才将数数据上传传。因此此，工作作人员既既可以从从管理计计算机上上获得温温度信息息，也可可以从现现场直接接获得。图2.22系统总总体结构构图2.5硬硬件功能能系统硬件件部分主主要完成成数据采采集和数数据处理理工作，可可分为以以下几个个功能模模块:数据采采集模块块系统采用用红外温温度传感感器来采采集温度度，具有有安全、准准确、快快速等优优点。红外温温度传感感器感知知被测点点的温度度，然后后通
37、过内内部调理理电路处处理，将将温度值值以电信信号的形形式送到到后续电电路进行行处理。数据处处理模块块传感器送送出的信信号是模模拟信号号，而单单片机只只能处理理数字信信号，因因此需要要先将温温度信号号进行AA/D转转换，AA/D转转换完成成后将结结果送到到单片机机。单片片机将所所得到的的数字信信号再通通过算法法转换成成温度值值，然后后送LCCD显示示，同时时将数据据储存起起来，待待上位机机查询时时，再送送出去。另另外，还还要根据据报警参参数的设设置来对对采集到到的数据据进行判判断，看看是否存存在异常常。通信模模块通信模块块的主要要功能是是与上位位机进行行通信，完完成数据据交换。由由于系统统需要实
38、实现点对对多的通通信，考考虑采用用RS-4855方式。上上位机根根据每套套硬件系系统的编编号寻址址，单片片机接收收到串口口中断时时，会将将上位机机送过来来的地址址与本身身的编号号进行比比对，如如果符合合则进一一步响应应。2.6软软件功能能系统软件件主要由由在线监监测和实实时分析析两个部部分组成成。具体体功能模模块可分分为:自检模模块为了使系系统能够够可靠的的工作，系系统设计计为在打打开界面面后对各各开关柜柜硬件设设备进行行检测，看看其是否否能正常常工作。若若发现异异常，则则及时显显示提示示信息，提提醒工作作人员检检查测温温设备。另另外，在在系统工工作过程程中，也也可以通通过比较较采集到到的数据
39、据，分析析可能发发生的故故障，如如通信故故障、传传感器故故障、单单片机故故障等。通通过建立立自检模模块，能能够尽可可能的避避免因系系统故障障而产生生的误报报警，方方便设备备的检查查、维修修工作，同同时保证证设备正正常有效效的工作作。报警参参数设置置模块监控软件件的主要要功能是是及时发发现安全全隐患，提提醒工作作人员加加以排除除，因此此报警功功能是系系统不可可或缺的的一部分分。使用用者可以以根据行行业标准准或经验验值在报报警参数数设置模模块中实实现对温温度报警警限定值值的设置置。系统统软件则则会根据据设定值值对数据据进行分分析，并并判断是是否需要要做出报报警。根根据开关关柜温度度监测的的实际需需
40、求，温温度报警警限定值值主要包包括:温温度报警警上限，温温度报警警下限，温温升报警警值和相相间温差差报警。另另外，为为避免非非工作人人员的误误操作，温温度报警警限定值值的设置置和修改改需要具具有管理理员操作作权限。实时温温度显示示模块为了能让让工作人人员实时时了解开开关柜的的运行情情况，实实时温度度数据显显示是一一种最直直接也是是最有效效的方法法。该模模块列出出了每个个开关柜柜6路传传感器所所测得的的实时温温度值，并并设有温温度报警警、温升升报警、相相间报警警警示灯灯。历史温温度曲线线模块工作人员员往往需需要查询询过往的的数据，于于是历史史温度曲曲线模块块应运而而生。该该模块连连接数据据库，可
41、可以查询询有记录录的任何何一天的的温度，并并显示当当天的最最高及最最低温度度。地址修修改模块块由于系统统由多个个开关柜柜温度监监测模块块组成，上上位机查查询数据据会根据据地址来来识别各各开关柜柜，这个个地址并并不是固固定不变变的，只只要不和和已有的的地址重重复，可可以根据据需要进进行修改改，这样样便大大大提高了了系统的的灵活性性。日志记记录模块块考虑到系系统安全全的需要要，在系系统启动动后，所所有有关关的操作作都会被被记录，如如何时登登录系统统，何时时执行了了何种操操作等。一一旦出现现问题，操操作人员员可以查查看历史史日志修修复错误误操作。数据查查询模块块该模块可可以查询询记录到到数据库库的所
42、有有数据，包包括每个个开关柜柜每个传传感器每每天测得得的温度度以及报报警参数数的设置置。打印印功能能能将表格格数据全全部打印印出来。系统安安全模块块考虑到系系统运行行的安全全问题，登登录系统统需要用用户名和和密码，另另外，系系统对操操作权限限也做了了分级控控制，普普通操作作员只能能进行常常规操作作(如查查询数据据、查看看记录等等)，而而对温度度报警的的上下限限及其他他一些重重要的参参数的设设置只能能由系统统管理员员完成。本章小结结本章主要要介绍了了红外测测温的原原理，遵遵循的理理论依据据，根据据原理推推导出计计算温度度的公式式。同时时对运用用红外温温度传感感器测量量温度时时的一些些重要影影响因
43、素素和设计计时应需需要注意意的问题题做了简简单说明明。最后后根据测测温原理理设计出出了整个个系统的的总体方方案，简简要介绍绍了一些些重要模模块的相相关功能能，每一部部分功能能的具体体实现会会将在后后续的章章节加以以详细阐阐述。3 系统统硬件设设计系统的硬硬件主要要包括电电源模块块、温度度采集模模块、单单片机处处理模块块、LCCD显示示模块以以及RSS-4885通讯讯模块。硬硬件电路路设计主主要包含含以下工工作:方方案论证证、器件件选型、画画原理图图、PCCB制版版、焊接接以及调调试。3.1设设计方案案根据系统统设计要要求，硬硬件需要要实现数数据采集集、数据据处理和和温度显显示的功功能，同同时，
44、要要能跟上上位机进进行通信信，每一一套系统统都要有有自己的的地址，方方便上位位机查询询。另外外，为减减小外界界影响，加加入了独独立的电电源模块块。硬件件主要结结构如图图3.1 。图3.11硬件结结构图3.2器器件选型型3.2.1温度度传感器器温度传感感器采用用红外测测温仪，综综合考虑虑各方面面性能，选选择器件件型号:IPTTP-SSOOLLS。 其主要要性能为为:测温范范围:0-5000 ;环境温温度:0-600 ;储存温温度:-200-800;响应时时间:1150mms;距离系系数:115:11;电源:24VV DCC ;.尺寸: 188mm96mmm (L);信号输输出:标标准4-20mm
45、A 。由于电流流发热效效应，开开关柜的的温度不不会低于于0 ，所以以0-5000己足够够，060的环境境温度也也符合。由由于温度度是一个个缓变量量，所以以采集频频率不需需要很高高，系统统设计为为5s一次，1150mms的响响应时间间对于系系统并无无影响。距距离系数数15:1，即即要准确确测量直直径为11 cmm的圆形形区域的的温度，必必须将传传感器安安装在距距离15m的地方方，再加加上其本本身尺寸寸也很小小，适合合像开关关柜这样样比较狭狭小的地地方。3.2.2 AA/D转转换芯片片为了提高高数据的的精度，A/D转换芯片采用模拟器件公司的16位高分辨率AD7656，其主要性能如下:6通道道16-
46、bitt逐次逼逼近型AADC ;最大吞吞吐率为为2500kS/s; AVVCC范范围为44.755V-55.255V ;低功耗耗:在供供电电压压为5V、采采样速率率为2550kSS/s时时的功耗耗为1660m/v;宽带宽宽输入:输入频频率为55OkHHz时的的信噪比比(SNNR)为为85ddB;片上有有2.55V基准准电压源源和基准准缓冲器器;有并行行和串行行接口;与SPPI/QQSPII小Wiire/DSPP兼容的的高速串串行接口口;可通过过引脚或或软件方方式设定定输入电电压范围围仕(l0V，5V);采用iiCMOOS工艺艺技术;64引引脚QFFP 。6通道使使得单个个系统采采集的点点数最多
47、多可达66个，监监测更加加全面。由由于不使使用外接接电源，低低功耗能能减小电电源模块块的损耗耗。ADD76556功能能完善，易易于单片片机控制制。AD76656的的转换结结果编码码采用116位二二进制补补码方式式，如图图3.2 .图3.22 ADD76556转换换结果对对应输入入编码图图3.2.3单片片机由于系统统需要的的单片机机控制端端口比较较多，而而且，作作为中央央处理单单元，必必须性能能稳定，协协调各器器件工作作，具有有一定的的处理速速度，另另外，还还应具备备通信功功能，开开发环境境要成熟熟，因此此，选择择TI公公司开发发的具有有16位位总线的的flaash单单片机MMSP4430FF1499o MMSP4430FF1499由于性性价比和和集成度度高，受受到广大大技术开开发人员员的青睐睐。它采采用166位的总总线，外外设和内内存统一一编址，寻寻址范围围可达664K，还还可以外外扩存储储器，具具有统一一的中断断管理，具具有丰富富的片上上外围模模块，片片内有精精密硬件件乘法器器、两个个16位位定时器器、一个个14通通道的112位的的A/DD转换器器、一个个看门狗狗、6路