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基于红外温度传感器的温度监测系统设计.doc

基于红外温度传感器的温度监测系统设计

爱有多深伤就有多深
2017-10-07 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于红外温度传感器的温度监测系统设计doc》,可适用于高等教育领域

基于红外温度传感器的温度监测系统设计基于红外温度传感器的温度监测系统设计摘要:开关柜在保障电力系统安全中起着关键作用。长期的运行必然会出现超负荷运转、开关老化等现象而这些现象极易导致设备局部温度升高出现安全隐患。如果没有及时排除这种隐患很可能引起设备故障甚至引发火灾损毁设备进而对工业生产、企业运作造成巨大损失。因此对开关柜内易出现高温的部分进行实时温度监测具有重要意义。针对上述问题本文设计实现了一套开关柜温度在线监测系统。系统采用红外温度传感器TS进行温度信息采集传感器输出模拟信号经放大滤波处理后送入微控制器单元MSPF进行模数转换并完成相应的数据处理。数据处理采用多次测量取平均值的方式从而减小测量误差。最后被测目标的实时温度一方面通过液晶屏FM显示出来以便工作人员现场查看另一方面则通过RS上传至计算机由上位机软件对其进行分析处理实现远程监测。本文设计的实时温度监测系统经过实验验证能实现对被测物体温度的实时监测。关键词:红外温度传感器MSPF开关柜实时监测DesignoftemperaturemonitoringSystembasedoninfraredtemperaturesensorAbstract:TheswitchcabinetplaysanimportantroleinkeepingthesafetyoftheelectricitysystemInthelongtermoperation,itwillappearequipmentoverloadrunningorswitchagingphenomenon,andthesephenomenacaneasilyincreasethetemperatureofthedevice,andthusincurringhiddendangerIfthedangerisnotpromptlyeliminated,itislikelytoleadtomanyproblems,suchasequipmentfailure,firedisaster,whichwilldamagetoindustrialproductionandcauseheavylossTherefore,therealtimemonitoringoftemperatureofswitchcabinethasagreatsignificanceInviewpowtemp,程序中ε代表被测物体的发射率初始状态下为根据不同的被测物体来设定其值得大小常见物体发射率见附录。本章小结本章首先简要介绍了MSP的开发环境、使用的仿真工具接着介绍了整个程序设计思路以及程序流程图。之后分别对主要的功能函数作了详细的介绍包括程序的设计思想、算法实现。上位机软件设计方案设计上位机设计是温度监测系统的一个重要组成部分担负着管理、控制、维护和用户界面操作的重任。上位机与系统的通信实际上是与下端单片机的通信通过PC机向硬件电路发送指令单片机接收命令后将温度数据信息由UART模块通过RS传至PC机上位机机对温度信息进行一系列的处理将温度信息实时显示出来达到对设备的在线监测。VisualC一种集成开发环境被广泛应用于各个领域。本系统上位机基于MicrosoftvisualC的基础类库MFC进行开发。上位机与硬件电路整个通信流程如图所示。图上位机与硬件电路通信程序整体流程程序设计上位机软件通过PC机串口实现与硬件电路的通信和数据交换主要包含串口设置、串口数据获取、温度显示、温度曲线绘制。串口设置串口设置主要是对串口参数进行设置要完成上位机与硬件电路的通信必须保证两者间的数据帧格式、比特率完全相同。串口设置程序如下:voidCTestComDlg::SetComCStringstrtempintiUpdateDataTRUE读取编辑框内容imCtrlCboGetCurSelifmTestComGetPortOpenmTestComSetPortOpenFALSEmTestComSetCommPorti选择comif!mTestComGetPortOpenmTestComSetPortOpenTRUE打开串口elseAfxMessageBox"cannotopenserialport"strtempmCboifmCbo"NONE无"strtemp",n,"mCbo","mCboelseifmCbo"ODD奇"strtemp",o,"mCbo","mCboelsestrtemp",e,"mCbo","mCbomTestComSetSettingsstrtemp波特率无校验个数据位个停止位mTestComSetInputMode以二进制方式检到数据mTestComSetRThreshold参数表示每当串口接收缓冲区中有多于或等于个字符时将引发一个接收数据的OnComm事件mTestComSetInputLen设置当前接收区数据长度为mTestComGetInput先预读缓冲区以清除残留数据串口数据获取当有数据向串口发数据时计算机就会自动将数据写到一个特定缓冲区只需对该特定的缓冲区进行读取。ifmCommGetCommEvent判断接收缓冲区内有无数据minputmCommGetInput读取缓冲区内的数据minputGetOneDimSize确定数据长度minputGetElementi,datai将数据转换为BYTE型数组由于直接获取的数据为VARIANT型数据而进行数据处理时要求数据类型为INT和CString型因此需要进行数据类型转换。指令发送单片机向上位机发送数据采用中断方式当有串口接收缓存收到命令时产生中断执行数据发送程序将最新的温度数据发送至串口发送缓存区再送入上位机进行处理。因此需要上位机程序向单片机发送数据传输命令本设计中采用自动发送方式程序如下:voidCCommTestDlg::OnAutosendifmAutoSendFALSEUpdateDataTRUE设置自动发送时间mAutoSendTRUEifmsendTimereturnCStringssssFormat"d",msendTime::MessageBox,ss,"rr",MBOKSetTimer,msendTime,elsemAutoSendFALSEKillTimer温度显示上位机软件读取串口数据后通过调用数据解析类将被测物体温度数据和环境温度数据转化为对应的温度值再调用OnCommMscomm函数在如图所示的窗口中显示出来。voidCTempViewDlg::OnCommMscommVARIANTvResponseunsignedchar*ucReciverintTemperatureintBufferlenififmComGetCommEvent事件值为表示接收缓冲区内有字符BufferlenmComGetInBufferCountvResponsemComGetInputucReciverunsignedchar*vResponseparraypvDatawhileBufferlenforintiiiRSBuffiRSBuffiRSBuff*ucReciverucReciverBufferlenifRSBuffxaaRSBuffxTemperatureRSBuff*RSBuffTemperatureTemperature*mScrollMapSetScrollPointTemperature更新温度值breakUpdateDatafalse温度曲线绘制本设计中图形绘制采用直线方式(LineTo)先定义一个全局变量用来保存采集的数据值在画图函数OnPaint中用这个全局变量作为纵坐标等分的个点作为横坐标最后用直线将这个点连接起来就组成了一个完整温度曲线图。当全局变量中的数值发生变化时使用函数thisInvalidate强制重载OnPaint函数温度曲线图就可以不断的更新与温度显示中的温度值保持一致。温度曲线绘制窗口如图。OnPaint画图函数如下:voidCCommDlg::DisplayifNextTimestopFALSELineHightNextTimeLineHight中保存的是最新采集的一个数据elseforintiiiLineHightiLineHightiLineHightLineHightNextTimeNextTimethisInvalidatereturn上述详细程序见附录。图温度显示窗口图温度曲线显示窗口本章小结本章简要介绍了上位机软件的设计以及主要功能的实现。软件运行稳定能够实现温度的实时显示,完成绘制温度曲线等功能基本符合设计要求。总结与展望工作总结本文针对传统高压开关柜温度监测方法和手段的缺点结合温度测量技术的发展趋势以高性能、低功耗单片机MSP为核心基于红外温度传感器设计并制作出高压开关柜在线温度监测系统。主要完成了以下工作:完成了高压开关柜数据采集系统的软硬件设计实现了温度数据采集、LCD显示、数据发送等功能完成了通信系统的软硬件设计基于RS实现了串口通信完成了上位机软件的设计实现了数据接收、温度显示、数据存储、曲线绘制等功能完成了整个系统的各功能模块的整合以及调试工作。系统采用非接触式的红外温度传感器TS进行温度测量经前置放大滤波处理后由MSPF集成的位AD转换成数字信号再通过单片机进一步处理转化单片机将得到的温度值送液晶屏显示同时将数据储存起来等待上位机查询。通信采用RS串口异步通信方式。所设计的测温系统具有以下优点:非接触式测量安全、稳定且易于维护响应时间短。展望设计工作仅是对温度监测系统的一个探索性设计仅从系统硬件、软件运行情况来看基本符合设计要求。但是由于实验条件、个人能力和时间的有限测温系统仍存在不完整和不完善的地方。下面对设计中还需改进的地方作以说明:该系统中的硬件电路部分也没有在实际开关柜环境中进行测试尚未确定开关柜实际环境对整个系统运行会有那些影响这些还需要在以后的工作中进一步完善。需要长期运行记录足够的数据验证传感器的温度特性寻找产生误差的原因并作相应的修正或补偿。测温系统工作条件恶劣需要安装于高压、强电场、强磁场环境中硬件电路容易受干扰因此对它的封装和保护设计非常必要。此外本测温系统采用的是串口通信方式与上位机进行数据交换而实际中不可能利用有线传输因此应考虑采用无线方式进行数据传输。对系统采用的传感器特性还未完全了解需要后期进行大量的实验对可能影响传感器测量准确性的因素进行确认并采取对应措施减小或避免这些因素的影响。再有程序中对AD转化的所有结果都进行同样的处理并未对数据进行筛选数据处理方式不够好。因此需要设计更好的程序实现数据的筛选和处理。单片机程序代码还存在冗余需要不断优化减少冗余提高可执行性使单片机在长期运行中更加稳定。上位机软件仅完成简单的温度显示和曲线绘制功能还有比如高温报警、历史数据查询等功能都未考虑在以后的工作中应进一步改进完善。另外整个上位机软件操作界面不够美观还需加以改善。致谢经过半年的忙碌和工作本次毕业设计已经接近尾声作为一个本科生的毕业设计由于经验的匮乏难免有许多考虑不周全的地方如果没有导师的督促指导以及同学和师兄们的支持想要完成这个设计对我而言十分困难。在这里首先要感谢我的导师江虹老师。江老师平日里工作繁多但在我做毕业设计的每个阶段从查阅资料、方案设计修改、中期检查、后期详细设计以及论文写作过程中都给予了我悉心的指导。其次要感谢带我作毕业设计的贝伟仰师兄、许文举师兄、徐冠军师兄、王军红师姐在他们的帮助下克服了许多困难来完成此次毕业设计。然后还要感谢大学四年来所有的老师为我们打下通信专业知识的基础同时还要感谢所有的同学们正是因为有了你们的支持和鼓励,此次毕业设计才会顺利完成。还有感谢我的父母家人感谢他们一直以来对我的付出与关心感谢他们一直在背后默默的支持我正是因为他们才有了我今天的一切。最后感谢西南科技大学感谢信息工程学院四年来对我的大力栽培。参考文献:吴云峰(电气设备控制屏红外测温检测仪的软硬件设计和实现D(吉林大学:周书栓(红外辐射测量基础M(上海交通大学出版社:,:钱伟(基于红外传感器的开关柜温度在线实时监测系统设计D南京理工大学:HongLing,CaoChengmao,LiuQuan(RealtimeTemperatureMonitoringSystemforHighVoltageSwitchgearBasedonInfraredWirelessTransmissionAnhuiAgriculturalUniversityIEEE,:ModelTSThermopileSensormeasurmentspecialties:ICLDatasheetIntersil:UltalowOffsetVoltageOperationalAmplifierOPAnalogDevices:MSPxxxUser’sGuideTEXASINSTRUMENTS:FM使用说明书长沙太阳人电子有限公司:HuangXinboandHuangGuanbao(AnOnlineMonitoringSystemofContactTemperatureinsideHVSwitchgearCabinetBasedonZigbeeWirelessNetwork(IEEE,:康华光(电子技术基础模拟部分第五版M高等教育出版社:,,,:日马场清太郎何希才译(运算放大器应用电路设计M(科学出版社:,:侯凡赵宇(基于MSP单片机的高压电力设备温度在线监测系统J(工业控制计算机,:李智奇白小平陈晓龙樊晓红(MSP系列超低功耗单片机原理与系统设计M(西安电子科技大学出版社:,:邱银安周咏梅彭三城满君丰(MSPF单片机及其应用研究J(株洲工学院学报,:魏小龙(MSP系列(单片机接口技术及系统设计实例M(北京:北京航空航天出版社:,:胡大可(MSP系列(单片机C语言程序设计与开发M(北京:北京航空航天出版社:,:DatasheetNiSOTMeasurementSpecialties:TheNiSOTisatemperaturesensorforuseincontacttemperaturemeasurement:红外温度传感器热电堆式Thermopile(深圳新世联科技有限公司:AlbertLivshitz,BorisBukengolts,DrBellaHChudnovsky,DrBorisAChudnovsky(ONLINETEMPERATUREMONITORINGOFPOWERDISTRIBUTIONEQUIPMENT(MaterialIEEE,:候俊杰(深入浅出MFC第版M(华中科技大学出版社:,:曹卫彬等(CC串口通信典型应用实例编程实践M(电子工业出版社:,:李朝青(PC机及单片机数据通信技术M(北京航空航天大学出版社(:,附录基于红外无线网络传输的高压开关柜实时温度监测系统Hongling,CaoChengmao,LiuQuanCollegeofEngineering,AnhuiAgriculturalUniversityHefei,AnhuiProvince,China摘要:在本文中对高压开关HVS温度实时监控系统进行了详细介绍。采取接触温度的测量方法,使用数字温度传感器测量开关接触温度。系统数据采集和处理模块的供电由高压开关柜内母线电流变换器提供采用红外无线技术进行无线传输实现电压隔离。此外,还介绍了该系统的结构和功能以及系统硬件和软件的设计,并在文章最后给出了实验结果。结果表明该系统能够实现实时温度测量和显示、温升分析与报警。通过实验证明了该系统具有功耗低、安装方便、精度高、抗电磁干扰能力强的特点。关键词:高压开关柜数字温度传感器实时温度监测红外无线传输高低电压隔离引言高压开关HVS在电力系统中起着至关重要的作用,担负着为开启和关闭的电线以及保障电网系统安全性的重任。由于柜内接触点接触电阻太大、过热老化造成高压开关柜发热设备过热会降低金属材料的力学强度和加速电气绝缘材料老化,最终可能导致设备故障从而引发严重事故。因此,对连接点进行实时温度监测及时消除隐患确保设备正常运行,提高电力系可靠性非常重要。目前,主要有两种方法来测量高压开关柜内接触点的温度:接触式测量和非接触式测量。非接触式测量方法,主要包括红外辐射测温及光纤温度测量。然而,红外辐射测温测量准确度不够高,尤其难以获取被隔绝的接触点的温,而光纤温度测量要有较高的稳定性需要有光接收或发送电路但是存在精密不够高、速度不快、成本较高和空间分布困难的缺点。虽然接触测量方法可以直接获取温度信号,由于温度传感器处于强电磁场高温环境下它同样有许多缺点,例如供电电源困难,高低电压隔离和信号传输等。考虑到测量精密及安装的方便,本设计仍然采用接触测量方法。为了克服上述问题,采用了电流互感器和红外无线传输技术。高压开关柜在线温度监测系统概述高压开关柜在线温度监测系统可以分为五个部分通讯模块、模块、温度数据采集模块、供电电流传感器CT模块其基本结构如图所示。六个温度采集节点分别安装在每一个高压开关柜内对三相隔离开关接触点进行温度采集,节点个数可根据需求增加或减少。现场监测单元FMU安装在开关柜外表面采用红外线通讯模块进行数据和指令的传输。利用红外线为载体,根据从模块传输的数据进行接触点的温度计算然后显示它。与此同时,它可以分析升温、报警、保存或查询记录、参数设定、发送温度数据和报警通过RS总线与PC连接。图温度监测系统结构系统硬件设计电力供应模块CT、测温节点和模块是位于高压一边而FMU模块和模块是位于了低压一侧测温节点产品如图所示。本产品用于高压开关柜时只需要几个安装孔而不改变开关柜的结构并且对开关柜的各种性能尤其是电绝缘性能没有影响。图产品实物目前变频器供电的应用基于电磁感应及铁芯磁饱和原理、CT电源是专为测温节点和模块提供供电。通过安装一个由硅钢片制成的磁性的磁芯,在载流的树干,感应圈产生感应电动势,因为磁路在磁芯是形成的交变磁场下,引起高躯干电流。该方法根据铁芯磁饱和的原理当主干电流足够高使得磁芯达到磁饱和状态时得到的电流,因此通常感应电动势稳定,如图所示。图电磁感应产生的电压波形测温节点数字温度传感器转换温度值具有超低功耗、频率选择优点,它采用单线传输信号具有较强的抗干扰能力。因此使得测温节点具有成本低、体积小、重量轻的特点。测温节点由热收缩管轧制,然后固定在高压开关柜一边的六个三相接触A,B和C上。其输出的方波信号已被接触点的温度所调制。红外通信模块红外通信模块主要进行数据和指令传输,包括模块和模块。模块主要工作是调整温度信号转化为红外脉冲信号并发送给模块和接收检测温度命令。模块发送收到红外脉冲信号,传送到FMU并将温度采集命令发送给模块。红外通信运用于两个模块间通信具有诸多优点例如电压隔离、电磁不破坏电气性能。对温度信号的传输处理过程如图所示。图温度信号处理发送测温节点模块的主要部分是PT,PT具有抑制噪声能力和位三太地址最多可以提供个地址编码。每个感测器在测温节点中的地址在温度都又它设定,从而大幅度削减任何代码的碰撞和未经授权的代码扫描的可能性。PT工作后如果有请求信号则将接收到的地址于它自己的地址进行比较。如果两个地址彼此匹配,就将数据存对应的寄存器中。然后在具有良好匹配的连续两个地址下发送已调制的温度信号的。编码是由程序控制这样就可以省略掉编码芯片,使得模块的电路简化达到降低成本和提高稳定性和可靠性。一个模块与个模块对应如图中所示。为了保证数据传输的平稳,两个模块之间的红外线接收二极管和红外发射二极管的位置必须对齐,安装使用过程中尽量绕开障碍物。实验证明,红外接收和发射二极管之间的距及水平倾角对红外通信没有明显影响。监测装置结构FMU采用STC单片机、CAAD作为主要的控制器,它具有丰富的资源,如:KB闪光,B静态存储器,KBEEPROM,看门狗和IO等,完全满足程序储程、数据存储、数据记录、过压保护以及其他相关系统复位功能的要求。除此之外,它还有许多其它的组件,例如实时时钟芯片DS记录系统时间,*液晶温度显示、报警模块,与电脑进行通信得。它的硬件框图如图所示。图监测系统硬件框图系统软件设计本设计采用KielCx语言进行程序编写,系统软件用于实时监测高压开关柜内测量点的温度并提示预警、报警及温度上升分析后继电器的控制。用户可以通过钥匙设定或修改报警温度值、温度采间隔时间和传感器地址以方便信息的查询。该系统的软件主要包括主程序、温度采集、温度计算、报警、按键服务和与电脑通讯程序。主程序主程序通过用PT循环的从既定的地址逐一的采集温度信号,并检查温度的上升是否存在异常。如果任何一个键被按则转向执行相应的sub程序,否则显示当前的温度值。PC机和上部FMU之间的通信采用中断模式来够实现。主程序流程图如图所示。图主程序流程图温度测量和数据处理温度测量的精度与信号的频率密切相关,因为信号的频率已经被设备温度所调制。考虑到测量精度、测量方法能多处使用以及专为防止数据误差降低误码率对温度信号的无线传输的影响而设计的微分比较算法设计出温度数据处理流程如图所示。由于改变温度不可能在极短的时间内迅速变化,因此认为两个相邻测量点有C的测量误差。图数据处理程序流程实验本文所设计的系统在安徽凯丽供电科技集团有限公司的一个高压开关柜内进行了现场试验,实验数据如表所示。实时温度监测系统安装在高压开关柜内通过测量热电偶测温TT进行监控接触的温度变化和测量值的比较。实验结果表明,温度的变化规律和设备负荷变化是一致的,该系统在高压开关柜内运行稳定可靠动态测量精度高,误差小于C,误码速率低于。结论本文所描述的实时温度监测系统已经在千伏的高压开关柜中运行。该系统能够实时监测接触点的温度和显示,当温度超过预设的极限值时产生警报。由于利用了数字温度传感器和无线红外通信技术,使得系统具有结构简单、测量精度高、响应速度快的特点,电力供应的CT设计,不但能为模块一提供能量而且避了高压开关柜的电气的伤害。用户可以通过钥匙直接设定报警及环境参数。它同时通过RS总线连接到一台计算机上提高了系统的自动化程度。结果表明该系统在C~C范围内测量精度可达C因此该系统可以用于高压开关保护避免温度过高所引起的事故从而提高供电电网的可靠性。参考文献ZHANGYan,TIANJing,YEFengchunDevelopmentofTemperatureRealtimeMonitoringNetworkforHighVoltageSwitchCabinetBasedonIRSensorJHighVoltageApparatus,,:QIANXiangzhong,WANGXueleiFBGBasedSensingSystemforTemperatureMonitoringoftheHighVoltageApparatusJProceedingdofTheCSUEPSA,:GONGXianfeng,YIHonggang,WANGChangsongResearchonTemperatureMonitoringofIsolatorsinHVSwitchgearJProceedingsofTheChineseSocityforElectricalEngineering,,:QIANXiangzhongDesignofOnlineMonitoringSystemofTemperatureforContactInsideoftheHighVoltageSwitchgearJInstrumentTechniqueandSensorLITaijunXIAO,ChenggangWANGZhangqiOnlineMonitoringTheBusBar'sTemperatureInsideASwitchgearCubicleJHighVoltageApparatus,:MShMisrikhanov,KVMozgalev,AVShuntovReliabilityofgasinsulatedsubstationsandswitchgearswithtraditioninsulationPowerTechnologyandEngineering,:BRAUNOVICMilenkoReliabilityofpowerconnectionsJournalofZhejiangUniversitySCIENCEA,:WookJaeYoo,BongsooLee,DongHyunCho,etalNoncontactTemperatureSensorUsinganInfraredOpticalFiberforMedicalUsagesIFMBEProceedings,Vol:thefirstwordinapapertitle,exceptforpropernounsandelementsymbols附录RealtimeTemperatureMonitoringSystemforHighVoltageSwitchgearBasedonInfraredWirelessTransmissionHongLing,CaoChengmao,LiuQuanCollegeofEngineering,AnhuiAgriculturalUniversityHefei,AnhuiProvince,ChinaAbstract:Inthispaper,thetemperaturerealtimemonitoringsystemforHighVoltageSwitchgearHVSwasintroducedApplyingcontactmeasuringmethod,thetemperatureofswitchcontactsweredirectlymeasuredbydigitaltemperaturesensorsThepowersupplyfordataacquisitionandprocessingwasprovidedviathecurrenttransformerofbusbarsinHVS,andthewirelesstransmissionwassolvedthroughinfraredwirelesstechnologytoguaranteethevoltageisolationbetweenthehighandthelowpotentialAtthesametime,structureandfunctionalityofthesystemweredescribedaswellashardwareandsoftwaredesigninthepaper,andtheexperimentresultwaspresentedfinallyThesystemenablesrealtimetemperaturemeasurementanddisplay,temperatureriseanalysisandalarmItwasprovidedthesystemhavelowpowerdissipation,convenientinstallation,highaccuracyandstrongantielectromagneticcapabilitybyexperimentKeywords:highvoltageswitchgear,digitaltemperaturesensor,realtimetemperaturemonitoring,infraredwirelesstransmission,thevoltageisolationbetweenthehighandthelowpotentialIIntroductionHighvoltageswitchgearHVSservesanimportantroleinelectricpowersystems,whichassumestheresponsibilityforopeningandclosingelectricwiringaswellassafeguardsthesecurityofelectricgridsystemThecontactsiteofcontactsinHVSbecomehotbecauseagingortoolargecontactresistanceOverheatingwillreducethemechanicalstrengthofmetallicmaterialsandacceleratetheagingofelectricalinsulatingmaterials,soitmaycausebreakdownandleadtoaccidentTherefore,realtimetemperaturemonitoringofcontactfordetectingandremovingthehiddenheatdangerearlyisimportanttoensurenormaloperationofHVS,andalsoimprovetheoperatingreliabilityofelectricpowersystemAtpresent,therearemainlytwowaystomeasurethecontact'stemperatureofHVS:contactmeasuringmethodandnoncontactmeasuringmethodThenoncontactmeasuringmethodmainlyincludestheinfraredradiationtemperaturemeasurementandtheopticalfibertemperaturemeasurementHowever,theformerisinaccurateandespeciallyitishardtoobtainthetemperatureofenclosedcontact,whilethelatterhashighstabilityrequirementsoflightreceivingorsendingcircuit,shortcomingsinprecision,speed,costandspatialresolutionFurthermore,fibersurfaceseparatingthehighvoltagemaybepollutedthatcancausesurfacedischargingThoughthecontactmeasuringmethodcangettemperaturedirectly,ithasmanydisadvantages,suchaspowersupply,voltageisolationfromhighvoltagesidetolowoneandsignaltransmissionetc,duetothehighvoltagesidewherethetemperaturesensorssitatishotandfillofelectromagneticfieldConsideringprecisemeasurementandconvenientinstallation,thecontactmeasuringmethodisapplyingInordertoovercometheaboveproblems,thecurrenttransformerisdesignedandtheinfraredwirelesstransmissionisadoptedIIOverviewofdevelopedforthehighvoltageswitchgearonlinetemperaturemonitoringsystemThehighvoltageswitchgearonlinetemperaturemonitoringsystemcanbeimplementedfromfivepartswhichbasicconfigurationisgiveninFiglInfraredcommunicationmoduleathighvoltageside,Module,gatherthetemperaturedatafromtemperatureelementwiththepowersupplyfromcurrenttransducerCTSixtemperatureelementsareplacedineachhighvoltageswitchgeartocollecttemperaturesofthethreephasesegregateswitchcontact,moreoveritcanincreaseaccordingtoneedFieldmonitoringunitFMUisinstalledonexternalsurfaceoftheswitchgearwhichconnectswithinfraredcommunicationmoduleathighvoltagesideModuleTemperaturedataandcommandfromFMUistransmittedbetweentwomodulesByusinginfraredrayasthecarrier,FMUcalculatescontact'stemperatureonbasisofdatafromModule,andthendisplaysitAtthesametime,itcananalyzetemperaturerise,givealarm,storeorqueryrecords,setparameters,andsentthetemperaturedataandalarmtotheupperPCviaRSbustoconnectintosubstationautomationsystemFigTheconfigurationoftemperaturemonitoringsystemIIISystemhardwaredesignPowersupplyofCT,temperatureelementandModulearelieathighvoltagesidewhiletheFMUandModulearelieatlowvoltageside,realproductsasshowninFigAsappliedtoHVs,mountingholeisneedonlytofixpartsathighpotentialwithoutchangingthestructureofHVsItalsohasnoinfluenceonvariouspropertiesofHVs,especiallytheinsulationperformanceFigPictureofrealproductsACurrenttransducerpowersupplyBasedonelectromagneticinductionandironcoremagneticsaturationprinciple,theCTpowersupplyisdesignedfortemperatureelementsandModuleByinstallingitwithamagneticcore,madeofsiliconsteelsheet,oncurrentcarryingtrunk,inductioncoilproducesinducedelectromotiveforcebecausemagneticcircuitisformedinthecoreunderthealternatingmagneticfieldwhichwasinducedbythehightrunkcurrentAccordingtotheprincipleofironcoremagneticsaturation,thecorereachesmagneticsaturationwhenthetrunkcurrentishighenoughandexcitesnormallyatlowcurrent,sotheinducedelectromotiveforceissteady,seeFigBTemperatureelementDigitaltemperaturesensorwithultralowenergyconsumptionselectedconvertstemperaturevaluetofrequencywhichadoptsmonglineoutputsignalhasstrongantiinterferenceabilityOwetoittemperatureelementhasadvantagesoflowcost,smallvolumeandlightweightTemperatureelementsarerolledbythethermalshrinkagepipe,andthenfixedonsixthreephasecontactsA,BandCinHVswiththesidewherethesensoronclingingtothemeasuredpointItexportsthesquarewave:dutycyclemodulatedbycontact'stemperaturespontaneouslyFigVoltagewaveformoftheinducedelectromotiveforceInfraredcommunicationmoduleFigtransmissionprocessoftemperaturesignalInfraredcommunicationmodulemainlyperformsdataandcommandtransmissionwhichincludesModuleandModuleModulemodulatesthetemperatureintoinfraredpulsedandsentoutthesignaltoModuleorreceivesthecommandtodetecttemperatureModulesendthereceivedinfraredpulsedsignaltotheFMU,andtransmitscommandtoModuleInfraredcommunicationisappliedbetweentwomodules,whichhasmanyadvantagessuchaselectromagnetismandvoltageisolation,nodestructiontoelectricalperformanceofHVsTransmissionprocessoftemperaturesignalisshowninFigThemainelementofModuleisPTwhichhasanoiserestrainingabilityandbitsoftristateaddresspinsprovidingaimumoforaddresscodesTheaddressofeachsensorintemperatureelementissetbyit,thereby,itdrasticallyreducinganycodecollisionandunauthorizedcodescanningpossibilitiesPTworksinstandbymodeafterelectrifyingwithoutrequestsignalorcomparesthereceivedaddresswithitsownaddressIftwoaddressmatchedeachother,itstoresthedataintoregisterAndthentransmitsthemodulatedtemperaturesignaloutunderagoodmatchbetweentwosuccessiveaddressesEncodingisdonebyprogramowetoitsstrongcontrolabilityoftheFMUHence,encodingchipsaresaved,andthenitcansimplifycircuitforModuleaswellasreducecostandimprovestabilityandreliabilityOneModulecorrespondtothreeModule,asshowninFigInordertoensurethesmoothtransmissionofinfraredraybetweentwomodules,positionofinfraredreceivingdiodemustbeoppositetothatofinfraredemissiondiode,andoccludedobjectsshouldbeavoidedifpossibleduringinstallationatsiteTheexperimentsprovedthatdistanceandhorizontalinclinationofinfraredreceivingandemissiondiodehasnoevidenteffectoninfraredcommunicationbetweentwomodulesDFieldMonitoringDeviceFighardwareblockdiagramoffieldmonitoringdeviceFMUusestheSTCMCU,CAAD,asthemaincontroller,whichhasarichresourcessuchas:KBFLASH,BSRAM,KBEEPROM,watchdogandIOetc,soitisveryconvenienttoachievethestoragerequirementofprogramanddatastoring,thehistoricaldatarecording,thepowerbrokenprotection,systemresetandotherinterrelatedfunctionsBesides,ithasmanyothercomponents,suchastherealtimeclockchipDStorecordsystemtime,*latticeLCDtodisplayoperationinterface,temperaturevalueandalarmmenu,toproceedcommunicationtotheuppercomputerHardwareblockdiagramofitisgiveninFigIVSystemsoftwaredesignWritteninKeilCxlanguage,thesystemsoftwaremonitorsrealtimetemperatureofmeasuringpointsinHVS,giveprewarningandalarmandcontroltherelayaftertemperatureriseanalysisUsercansetormodifyalarmtemperatures,currenttimeandsensoraddressesconvenientlyaswellasinquiryalarminformationthroughkeysThesystemsoftwaremainlyincludesmainroutine,temperaturecollecting,temperaturecalculation,alarm,keypressserviceandthecommunicationsubroutinewithupperPCAMainroutineMainroutineperformscircularlytogathersignalsfromtemperatureelementsonebyoneaccordingtotheestablishedaddressbyPT,andcheckwhetherthetemperatureriseexistsabnormalityItturnstoexecutethecorrespondingsubprogramsifanykeyhasbeenpressed,otherwisedisplaysthetemperaturevalueCommunicationbetweenFMUandupperPCisrealizedunderinterruptmodeFlowchartofmainroutineisshowninFigFigFlowchartofmainroutineBTemperaturemeasurementanddataprocessingTemperatureaccuracyofthemeasuringpointsiscloselyrelatedtothefrequencysignalbecauseit'sfrequencyhasmodulatedwiththetemperatureTakingaccountintomeasuringprecision,multiperiodmeasurementmethodisusedAtthesametime,differentialcomparisonalgorithmisdesignedtokeeperrordataoutinordertoreducethebiterrorrateoftemperaturesignalduringwirelesstransmissionFigshowstheflowchartofthetemperaturedataprocessingTemperaturecanbehardlychangedrapidlyinaveryshorttime,therefore,itisconsideredthatthereisaerrorwhilethetemperaturedifferenceoftwoadjacentmeasurementhasoverCFigFlowchartofdataprocessingVExperimentThefieldexperimentisperformedinaHVsofAnhuiKailiTechnologyGroupCO,LtdandtheresultisgivenTableillustratesagroupofantithesestestdataTherealtimetemperaturemonitoringsystemisinstalledintheHVstomonitorthetemperaturevariationofcontactsandthemeasuredvalueofitiscomparedwiththatmeasuredbythethermocouplethermometerTTTheresultsofexperimentshowthatthelawoftemperaturechangeisconsistentwiththatofloadvariationofHVSThedynamicmeasureprecisionishighandtheerrorislessthanC,,andmeanwhilethesystemworksstablyandreliablyduringtheoperationofHVSwithalowerrorcoderateofVIConclusionTheRealtimeTemperatureMonitoringSystemdescribedinthispaperhasbeenworkingforKVHVSItcanmonitorrealtimetemperatureofcontact,displaythevalueoftemperatureandalarmwhenthetemperatureexceedsthepresetlimitvalueByusingdigitaltemperaturesensora
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