《毕业设计（论文）-高压带电设备的在线温度与预报警设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）-高压带电设备的在线温度与预报警设计（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、设计 摘 要随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温度因素，高压设备开关触头因接触不良，发生烧毁，造成严重损失事件时有发生。对此现象，人们对开关触头温度的关注也多种多样，但大多是非接触或者用间断的方式获得温度值，不利于分析和及时的反应异常情况，避免事故的发生。本课题以DS18B20为采集核心，采用进口高速低功耗PIC16系列MCU进行处理，配合射频无线传输技术，远程通讯技术，能对多点的温度进行实时监测。组建起温度传感器网络，通过远程通讯技术将温度值传输到后台工业控制计算机。利用强大的计算机后台软件，实现实时分析、存储和预报警动作。给相关的管理和维护人员提供维护，保养，和检修设备的必要参
2、考数据，从而大大降低开关设备因过热烧毁的事故发生率。本文结合实际使用经验，介绍了本系统的组成、原理和实现方法。关键词：温度；无线射频；高压；远程传输；后台分析软件 第一章 绪论1.1 课题背景在人类的生活环境中，温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里，从事什么工作，无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来，工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业，可以说几乎80%的工业部门都不得不考虑着温度的因素。当然，如何测量开关柜触头温度也经过了很长时间的摸索和探讨的过程。测量开关柜触头温度大体经过了三个发展阶段：停电检测，使用常规测温设备进行检测
3、，该方法需要停电才能进行检测，对生产，和检测工作都带来了很大不方便的因素；所以很快，人们发明了红外线测温仪，红外线测温仪不需要停电，采用非接触式方法测温。所以大大提高了检测方法的水平。但是它还是有很多缺点：由于非接触会受到环境和距离的影响，准确度就会有所偏差。同时还是无法做到在线，自动检测的目的。为了进一步改善这种局面，提高生产力和加强安全性。本文就接触式，无线传感在线监测的原理和实现方法进行了阐述第二章 硬件方案2.0 方案2.1.无线传感器方案：2.1 温度传感器2.1.1 温度传感器选用细则 现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，
4、是在进行某个量的测量时首先要解决的题。当传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。1） 根据测量对象与测量环境确定传感器的类型要进行个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量；传感器的来源，国产还是进口，价格能否承受，还是自行研
5、制。2）灵敏度的选择通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽员减少从外界引入的串扰信号3）频率响应特性 传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较
6、低。4）线性范围 传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。5） 稳定性传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构外，主要是传感器的使用环境。因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适
7、应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。6） 精度精度是传感器的一个重要的性能指标，它是关系到整个测量系统测量精度的一个重要环节。传感器的精度越高，其价格越昂贵，因此，传感器的精度只要满足整个测量系统的精度要求就可以，不必选得过高。这样就可以在满足同一测量目的的诸多传感器中选择比较便宜和简单的传感器。如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。对某些特殊使用场合，无法选到合适的传感器，则需自行设计制造
8、传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。2.1.2 温度传感器DS18B20DS18B20型单线智能温度传感器，属于新一代适配微处理器的智能温度传感器。全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。与传统的热敏电阻相比，它能够直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现912位的数字值读数方式。其可以分别9375ms和750ms内完成9位和12位的数字量，最大分辨率为00625 ， 而且从DS18B20读出或写入DS18B20的信息仅需要一根口线(单线接口)读写。 DS18B20的性能特点单线数字化智能集成温度的传感器，其特点是： DSI8B20可将被测温度直接转换成计算机
9、能识别的数字信号输出，温度值不需要经电桥电路先获取电压模拟量，再经信号放大和AD转换成数字信号，解决了传统温度传感器存在的因参数不一致性，在更换传感器时会因放大器零漂而必须对电路进行重新调试的问题，使用方便 DS18B20能提供9到12位温度读数，精度高，且其信息传输只需1根信号线，与计算机接口十分简便，读写及温度变换的功率来自于数据线而不需额外的电源 每一个DS18B20都有一个惟一的序列号，这就允许多个DS18B20连接到同一总线上尤其适合于多点温度检测系统 负压特性：当电源极性接反时，DS18B20虽然不能正常工作，但不会因发热而烧毁 正是由于具有以上特点，DS18B20在解决各种误差、
10、可靠性和实现系统优化等方面与传统各种温度传感器相比，有无可比拟的优越性，因而广泛应用于过程控制、环境控制、建筑物、机器设备中的温度检测。其外形和管脚如下图： 图3.1 DS18B20外部形状及管脚图DS18B20与单片机的典型接口设计DS18B20测温系统具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。Dsl8B20与单片机的硬件连接有两种方法：一是Vcc接外部电源，GND接地，I/0与单片机的I/0线相连；二是用寄生电源供电，此时,UDD和GND接地，I/0接单片机I/0。无论是哪种供电方式，I/0口线都要接47k Q左右的上拉电阻。图4给出了DSl8B20与微处理器的典型连接。
11、DS18B20寄生电源供电方式：如下面图3.2(a)所示，在寄生电源供电方式下，DS18B20从单线信号线上汲取能量：在信号线DQ处于高电平期间把能量储存在内部电容里，在信号线处于低电平期间消耗电容上的电能工作，直到高电平到来再给寄生电源（电容）充电。 独特的寄生电源方式有三个好处：1） 进行远距离测温时，无需本地电源2） 可以在没有常规电源的条件下读取ROM3） 电路更加简洁，仅用一根I/O口实现测温 要想使DS18B20进行精确的温度转换，I/O线必须保证在温度转换期间提供足够的能量，由于每个DS18B20在温度转换期间工作电流达到1mA，当几个温度传感器挂在同一根I/O线上进行多点测温时
12、，只靠4.7K上拉电阻就无法提供足够的能量，会造成无法转换温度或温度误差极大。因此，该电路只适应于单一温度传感器测温情况下使用，不适宜采用电池供电系统中。并且工作电源VCC必须保证在5V，当电源电压下降时，寄生电源能够汲取的能量也降低，会使温度误差变大。 DS18B20寄生电源强上拉供电方式： 改进的寄生电源供电方式如下面图3.2(b)所示，为了使DS18B20在动态转换周期中获得足够的电流供应，当进行温度转换或拷贝到E2存储器操作时，用MOSFET把I/O线直接拉到VCC就可提供足够的电流，在发出任何涉及到拷贝到E2存储器或启动温度转换的指令后，必须在最多10S内把I/O线转换到强上拉状态。
13、在强上拉方式下可以解决电流供应不走的问题，因此也适合于多点测温应用，缺点就是要多占用一根I/O口线进行强上拉切换。 DS18B20的外部电源供电方式： 如下面图3.2(c)所示，在外部电源供电方式下，DS18B20工作电源由VDD引脚接入，其VDD端用355V电源供电，此时I/O线不需要强上拉，不存在电源电流不足的问题，可以保证转换精度，同时在总线上理论可以挂接任意多个DS18B20传感器，组成多点测温系统。注意：在外部供电的方式下，DS18B20的GND引脚不能悬空，否则不能转换温度，读取的温度总是85。（c）DS18B20外部电源供电方式 （a）DS18B20寄生电源供电方式 (b) DS
14、18B20温度转换期间的强上拉供电（寄生电源方式）图3.2 DS18B20与微处理器的典型连接图（3）DS18B20 的内部结构：图3.3 为DS18B20 的内部框图，它主要包括寄生电源、温度传感器、64 位激光ROM 单线接口、存放中间数据的高速暂存器(内含便笺式RAM)，用于存储用户设定的温度上下限值的TH 和TL 触发器存储与控制逻辑、8 位循环冗余校验码(CRC)发生器等七部分。64位光刻ROM 的排列是：开始8位是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码。光刻R0M 的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这可实现一根总线上挂
15、接多个DS18B20的目的。暂存存储器包含了8个连续字节，前2个字节是测得的温度信息，第1个字节的内容是温度的低8位，第2个字节是温度的高8位。第3个和第4个字节是TH、TL的易失性拷贝，第5个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这3个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第6、7、8个字节用于内部计算。第9个字节是冗余检验字节 图3.3 DS18B20的内部结构（4）DS18B20 的测温原理：DS1820测温原理如下图所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。 图 3.4 DS18B20测温原理高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循
