温度监测系统大全11篇

绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇温度监测系统范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。

篇（1）

1引言

高压开关柜设备是非常重要的输配电设备，主要用于电力系统的控制和保护，保证电网中无故障部分的正常运行及设备、运行维修人员的安全。大多数高压开关设备采用封闭结构，散热条件差，而且长时间工作于高电压、大电流等恶劣环境中，很容易引起热量的积累而导致其内部温度升高。开关柜温度过高可能会引起大范围停电严重者还会诱发火灾，这些都将给社会造成巨大的经济损失。因此设计出一套可靠有效的开关柜温度在线监测系统对电力系统安全、稳定的运行具有十分重要的意义。

目前高压开关柜温度在线监测方法主要有CCD摄像头监测示温蜡片测温法、红外测温法、光纤测温法和无线网络法，这些方法没有考虑开关柜实际运行环境和负荷等信息，都只孤立地对温度进行测量，属于预防性维修和试验的范畴。本系统分析了传统开关柜监测方法的缺点和不足，并且为达到状态维修的目的，提出两组新的监测量，系统结构简单、性能可靠，能够很大程度上提高高压开关柜运行水平，降低事故发生率。

2系统设计方案

高压开关内部结构分为母线室、开关室、电缆室，本设计系统的数据采集模块分别采集和实时监测三室的温度、外界环境温度以及通过开关柜的电流，并在这五组参数的基础上根据温度和电流的关系以及一定时间内温度变化对三室的影响提出了两组新的监测量进行实时监测。

2.1系统结构

本设计系统主要包括数据采集模块，通讯模块，上位机监控中心3大部分，如图1所示。数据采集模块由温度和电流采集模块组成，四路温度传感器选用薄膜铂电阻，分别传输母线室温度、开关室温度、电缆室温度和环境温度；电流传感器选用闭环霍尔电流传感器，传输开关柜的三相交流电。整个系统的数据采集模块和上位机监控中心通过RS-485总线通信，上位机监控中心提供友好的交互界面，供用户进行监控和操作。

2.2监测量

对开关柜各室温度进行单独越限报警虽然简单，但通常情况下某室出现温度异常时，开关柜已接近或处于故障状态。为尽早发现各种随机因素引起的故障，降低维修成本，我们提出两组新的监测量：

（1）监测系统上电开始采集后每1h内每隔6min分别对各室测一次温度t，同时记录此刻通过开关柜的电流I和外部环境温度t环温。根据温度变化和电流平方成正相关原理，提出参数P：

P=（P8+P9+P10）/3

其中，各室P取每小时后三个记录点Pn的平均值。Pn=（t-t环温）/I2，n=1，2，…，10。

若P>（1+5%）P0，则触发报警（P0表示监测系统开始采集后第一个小时内P的计算值）。

（2）监测系统上电开始采集后每隔1h分别对母线室、开关室、电缆室各测一次温度记为：t0、t1、t2，同时记录此刻开关柜外部环境温度t环温。经研究发现开关柜内部相邻两室之间温度变化的比值对开关柜的运行也会造成一定影响，因此提出K参数：

K1=-（t0-t环温）/（t1-t环温）

K2-（t1-t环温）/（t2-t环温）

K3-（t2-t环温）/（t0-t环温）

Kn分别代表母线室、开关室、电缆室的K值，n=1，2，3。

若Kn>（1+9%）K0，则触发报警（K0表示监测系统开始采集后第一个小时内K的计算值）。

3系统硬件设计

系统硬件主要负责温度和电流的采集，并把数据通过RS485总线传输给上位机，进行后续处理。其主要分为温度采集模块和电流采集模块。

3.1温度采集模块

温度采集模块选用集智达公司6通道热电阻输入模块RemoDAQ-8036，特性参数如表1所示。

3.2电流采集模块

电流采集模块为自行设计，处理器采用的是意法半导体推出的STM32F103ZET6微控制器。该微控制器采用高性能的ARM Cortex-M3内核，它的最高工作频率为72MHz，内置高速存储器。整个电流采集模块由AD转换电路、信号调理电路、通信状态指示灯、电源电路、RS485电路、前端滤波电路等组成。模块硬件结构如图2所示。

3.2.1AD7606芯片与STM32的接口设计

模数转换芯片采用8通道16位同步采样的AD7606，其所有通道均能以高达200kSPS的速率进行采样，具有可编程的数字滤波器且数据传输接口可选择为并行模式和串行模式，采用5V单电源供电不再需要正负双电源并支持真正的双极性信号输入，而且输入端箝位保护电路可以承受最高达±16.5V的电压。

本设计使用前三个通道进行同步采集，其与微控制器数据传输采用并行工作模式，数据输出端与STM32的D组GPIO连接，这样STM32通过对D组GPIO口整体操作很容易读取一个通道的数据。把AD7606的RANGE端接地，使其采集电压范围为±5V。由下位机程序来控制过采样。AD7606与STM32的连接如图3所示。

3.2.2STM32与RS485接口的设计

STM32收发TTL电平信号而RS485总线收发差分信号，因此需要设计一个接口使两者无障碍传输数据。本模块中把RS-485通信模式设置成半双工工作模式，把STM32F103的串口1接口转化成RS-485接口，用STM32的GPIOA7口来作为控制数据传输方向，我们选用的电平转换芯片是SN75LBC184，在差分输出间接一个100欧的电阻。电路连接如图4所示。

4系统软件设计

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中图分类号TG5 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）112-0075-02

0引言

我们在实际生产过程及现实生活中，需要测量很多设备及实物的温度，但有些却无法或不容易进行接触式的温度测量，如测量运行中的机床轴瓦温度、用电设备配电箱中各电器的温度、或其它特殊设备的温度等等。在这里介绍了一种基于TN-9的红外温度监测系统的设计，该系统利用红外辐射测温的原理，采用红外模组阵列实现了非接触式测温，这种非接触式的测温方式具有无需对测量对象进行改造、不易损毁、易于维护等优点，其测量的精度也能满足±监测设备工作状态的需要。无线传输是该系统的又一特点，有效的避免了由于添加传输介质而引起的系统成本上升问题，非常适合于生活和工业现场使用。

1 机床温度监测系统设计方案

热误差成为影响机床加工精度的最重要的因素，为寻找可靠的的办法评估热误差，设计的温度监测系统必须具有高精度，实时性，能够及时了解部件的温度情况，以保证机械加工的质量。因此，本设计采用了具有高精度的TN9系列红外温度探测模组，该模块解决了传统测温中需接触的问题，并且具备回应速度快、测量精度高、测量范围广和可同时测量环境温度和目标温度的特点，配合单片机控制可成为一个测量距离达30米的非接触式的温度测量计。同时也解决了在机床部件中安装接触式温度探头的不便，通过采集测控端的信号，经过主控端的处理，利用无线传输双向通信技术，在主控端显示模块显示出来，并经过设定一个高温报警限值，实现温度监测报警。 系统方框图如图1所示：

图1 系统方框图

各环节的功能:

1）TN-9模组数据处理是整个系统的重要组成部分，通过模组端口位寄存器的功能选择，软件设置，读取传感器的温度值；

2）单片机控制模块是系统的核心部分，通过单片机的按键动态扫描，判断模组测量环境温度或者目标温度，功能判断，设置中断程序读取温度值，以及数据传输；

3）通信模块采用315发送接收模块，外配2262发射编码芯片和2272接收解码芯片，以实现数据的无线传送，并予以显示。

各环节的功能实现：

1）TN-9内部具有5位寄存器，其中Item 存放的的是目标和环境温度值，可通过功能口A端口来设定，MSB、LSB分别存放数据的高8位和低8位，Sum 则Item+MSB+LSB=SUM， CR 0DH，结束码，信号清零。通过单片机读出TN9的温度值，软件实现在后面提到；

2）单片机选用AT89S51，低成本，功能足以实现；

3）通信模块选用315模块，编码译码简单，可靠性好。

2 系统硬件电路的分析与设计

2.1 TN－9红外传感器模组

TN9是国外生产的先进红外传感器模组，它的测温范围在-33℃～+220℃之间，而且精度高。测温范围内非线性差为±0.6℃。并且具备SPI通信接口，方便与单片机连接。但是在设计时有一点需要注意的，单片机必须适应它发出的时钟信号，而与一般的从时钟信号适应主时钟有所区别。

2.2 控制单元

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

2.3无线模块

无线模块选用315发送接收模块，其性能简单可靠，并能够满足系统的功能要求。该模块具备了系统要求的可靠性。

适用范围： 用于数据传送及信号控制，工业控制防盗报警，无线摇控等。

2.4 显示电路

使用液晶显示屏显示转换结果。液晶显示屏(LCD)具有轻薄短小，耗电量低，无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强和显示形式灵活等优点。

3 系统软件电路的分析与设计

图2发射部分主要流程图

本系统的软件设计主要分为下位机机床部位红外温度数据采集、单片机的中断控制和无线传输。每个功能模块对于整体设计都是非常重要的，通过软件编程与硬件电路的协调才能使系统真正的运行起来。本系统的软件设计主要包括发射和接收两部分的程序设计[5]。

系统整体程序设计发射/接收部分主要流程图如图2所示。

4结论

本文介绍了利用单片机STC89S51和传感器模组TN-9来实现红外温度监测，本设计的温度控制精度为±1℃，将温度采集与单片机控制紧密结合实现机床温度监测，结果令人满意。

在取得结果的同时，系统还有待改进和扩展的地方，如进行与计算机上位通信扩展，该系统不仅可用于机床温度监控，还可适用于其它工业现场的高温监控，这将有利于提高工业水平，提高生产效率和经济效益。

参考文献

[1]徐翔，杨建国.一种基于AT89S51微处理器的智能温度测控系统.制造业自动化，2006(2).

[2]沈德金，陈粤初.MCS-51系列单片机接口电路与应用程序实例[M].北京：北京航天航空大学出版社，1990：35-42.

篇（3）

引言

温度采集在很多应用系统中都有极其重要的作用。如婴儿保温箱恒温控制系统等。传统的温度测量一般采用有线系统测量，具有布线繁琐、添加节点复杂等困难、可靠性低等缺点，而且单个保温箱控制失效一般由工作人员检查得知，容易发生意外。基于基于物联网[1]的无线温度检测系统采用无线采集数据、传输，通过互联网将采集的数据和设备状态传到远程用户，实现远程用户对现场数据和设备状态的实时监控，极大地提高了系统的可靠性。

1 基于物联网的无线温度监测系统的体系结构

本系统由传感器节点、协调器节点、主控机、互联网和远程监控用户组成。基于物联网的无线温度检测系统的体系结构如图1 所示。

图1 基于物联网的无线温度监测系统的体系结构

由传感器节点和协调器节点构成了物联网的感知层，由无线网和互联网构成了物联网的传输层，由主控机和远程用户构成了物联网的应用层[2]。传感器节点采集现场的温度，通过无线的方式传输到协调器节点，协调器节点通过RS232总线将采集到的数据传到主控机中，主控机对采集到的数据分析、存储、预处理、报警等处理，远程用户通过互联网对设备的状态实时监控。

2 传感器节点的设计

传感器节点用于保温箱温度的采集、标度变换、数据传输等。传感器节点由电源模块、传感器模块、处理器模块和通信模块组成，如图2所示。

图2 传感器节点结构图

2.1 传感器节点的硬件结构

处理器模块和通信模块由CC2530[3]实现。CC2530 是德州仪器开发的用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 应用的一个真正的片上系统解决方案，内部集成了具有代码预取功能的低功耗8051 微控制器内核，能够以非常低的成本建立强大的网络节点。CC2530 具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。CC2530内部集成了一个温度传感器和一个12位的A/D转换器，但其精度不高，所以传感器模块由STH15实现。SHT15是Sensirion公司温湿度传感器，两线制的串行接口与内部的电压调整，使系统集成变得快速而简单，该产品具有品质卓越、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优点。

2.2 传感器节点的软件设计

传感器节点上电后对定时器、串行口、看门狗、中断系统、STH15传感器等硬件进行初始化，然后发现协调器节点并通过认证程序[4]通过协调器节点的认证加入到传感网。只有经过协调器节点认证后的传感器节点才能向协调器发送数据。传感器节点向协调器节点发送数据的格式如图3所示：

图3 传感器节点数据格式

3 协调器节点的设计

协调器节点用于无线网络的管理，对传感器节点进行认证，只有通过认证的传感器节点才能在网络中发送有效的数据。协调器节点由电源模块、串口模块、处理器模块和通信模块组成，结构如图4所示：

图4 协调器节点结构图

串口模块由MAX232[5]实现，用来实现协调器节点和主控机的通信。处理器模块和通信模块由CC2530实现，负责接收传感器节点的发送的数据，进行数据预处理，然后将数据通过串行口送到主控机中。主控机的功能是接收协调器节点的数据，对数据进行分析、处理、存储，通过服务器程序将数据发送发到远程用户端，实现远程用户对设备状态的实时监测。主控机和协调器节点通信的数据帧格式如图5所示：

图5 协调器与主控器通讯数据帧格式

帧标志为0111111011111111，表示帧的开始和结束；节点数表示本次采集数据的节点数量；节点名称是各个节点的逻辑地址，数据位本次采集到的温度值，校验码采用累加和校验。

系统实现

将4个传感器节点分布在不同位置，设置不同的环境温度，在主控机上设置温度的报警阈值，其它主机通过互联网，实时监测传感器节点的温度。在实验的过程中将4号节点关闭，然后再打开，通过远程监控端查看各传感器节点的状态，如图6所示：

图6 远程监控端查看各传感器节点的状态

通过实验，能够准确地测得各传感器节点的温度值，在2、3、4次采样的数据中节点4的值为“*”，是因为实验过程中关闭了4号节点，打开4号节点后其温度值正确地传到了客户端。实验结果和实验现场完全一致。

4 结束语

分析了物联网技术和温度采集的方法，采用CC2530和STH15实现了温度的无线采集、传输，远程用户通过Internet，可对设备状态进行在线监测，实现了基于物联网的无线温度监测系统，解决了有线数据采集的弊端，杜绝了单个设备节点失效后设备状态无法检测的缺点。本系统采用不同的传感器，可实现湿度、气体浓度、压力等现场数据的实时监测。

参考文献

[1]孙其博，刘杰.物联网：概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报，2010（6）：1-9.

[2]王保云.物联网技术研究综述术[J].电子测量与仪器学报，2009（12）：1-7.

[3]李俊斌，胡永忠.基于CC2530的ZigBee通信网络的应用设计[J].电子设计工程，2011（8）：108-111.

[4]赵亮，张吉礼，梁若冰.面向建筑能源系统的物联网通用网关设计与实现[J].大连理工大学学报，2014（1）：85-90.

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中图分类号：TN964 文章编号：1009-2374（2016）34-0012-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.34.006

1 概述

为及时发现运行设备超负荷运载或存在接触不良导致发热的情况，电力系统行业把设备测温作为一项日常巡视工作。目前，获取配电变压器的出线接头温度的方法是通过红外电子枪获取的，测温工作虽然简单，但在配电网络中，变压器分布分散、数量众多，因此测温成为一项简单但繁重的工作。温度的获取可以通过多种多样的方法、不同的硬件电路实现，但是无论何种方式，最终的目的都是为了将温度以直观的方式呈现给运维人员，传统的方式是利用现场测量记录，每次测量需多人配合完成，耗费大量的人力、物力，而且只能获取某一时刻的温度，因为运维人员不可能长时间待在户外监测温度。本文利用串口获取温度信息，采用Labview进行编程，开发出一套界面友好、时效性强的温度监测系统，实现了远程温度的检测。

2 系统架构

系统采用labview2014编写，Labview（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本进行创建应用程序的图形化编程语言。其图形化编程语言可大大缩短研发周期，同时实现界面的美观、友好性。系统组成及执行顺序如图1所示。

基于Labview的配网温度监测系统执行过程中需设置采集的变压器号。设置后，上位机通过串口向下位机发送采集指令，下位机在接收指令后，判别是采集哪一变压器的温度。然后根据指令反馈相关数据，系统接收到下位机返回数据后进行数据翻译，同时通过温度计和波形显示出来。

2.1 前面板设计

基于Labview的配网温度监测系统前面板设计如图2所示。前面板中包含选择变压器下拉框，用于设置变压器号，A、B、C三相实时温度显示，显示A、B、C三相的实时温度，同时有波形显示功能，并对A、B、C三相分色显示，定值设置用于设置报警定值，当A、B、C三相中任一相温度超过定值温度，温度报警灯亮红色，串口设置用于选择硬件所在串口。

基于Labview的配网温度监测系统程序框图如图3所示。整个系统在一个while循环中，选择变压器后，对变压器号进行编码，写入串口，发送到下位机，再从串口中读取下位机反馈回的数据，进行译码，译码正确则显示出来，并与定值进行比较，高于定值温度则报警，报警灯亮红色，否则报警灯亮绿色，同时系统设置了停止键，按下则停止采集。

3 系统数据处理

基于Labview的配网温度监测系统的数据处理主要包括三部分：数据写入、数据读取、数据编码。该部分是系统的核心部分，用到了Labview的串口读取、串口写入、字符串处理、显示控件、数值比较等功能。

3.1 数据的写入

数据写入是为了进行变压器的选择。本文通过下拉菜单选择变压器，下拉菜单每一项都有对应数值，代表不同变压器，利用数值转字符串控件和字符串连接控件对指令进行编码，再通过串口写入控件，将指令写入串口向下位机发送，完成指令下达。

3.2 数据读取

通过串口读取控件读取串口的信息，再用搜索字符串控件和截取字符串控件对下位机反馈回的数据进行译码，并通过显示控件显示出来，同时通过数值比较控件将译码结果与定值比较，若温度高于定值，则发出告警信号，告警灯亮红色，若低于温度定值，则告警灯亮

绿色。

3.3 数据编码

3.3.1 指令编码。指令编码是指由系统向下位机发送用于选择采集哪台变压器温度的编码，指令编码由4个字节组成，第1个字节为报文头，固定为aaH，中间两个字节为变压器地址，可取0000H-FFFEH，最后1个字节为停止符，固定为FFH，其结构表1所示：

3.3.2 数据编码。数据编码是指由下位机向系统发送的相应变压器的温度数据，数据编码由5个字节组成，第1个字节为报文头，固定为aaH，第2个字节为A相温度数据，可取00H-FEH，第3个数据为B相温度数据，可取00H-FEH，第4位为C相温度数据，可取00H-FEH，最后1个字节为停止符，固定为FFH，其结构表2所示：

4 结语

本文利用Labview编程，开发出一套配网温度监控系统。该系统的开发完成了温度远程采集上位机方案，配套相应硬件电路，便可实现温度的远程监控，该方案合理地解决了变压器地域分布广泛、温度采集耗时长的问题，实现了温度的集中采集。采用该系统，可以在短时间内集中采集到所有变压器的温度，提高了工作效率，减少了户外工作时间，有效地减轻了配网运行人员的工作负担。

参考文献

[1] 耿欣，刘磊.基于单片机和Labview的温度系统的设计[J].黑龙江科技信息，2015，（32）.

[2] 郭宗莲.基于GPRS无线通信的配变监测系统设计[J].电力系统保护与控制，2008，（23）.

[3] 张娜.基于单片机的远程温度监测系统设计[J].信息技术，2015，（9）.

[4] 杨继文.基于Labview的密闭空间远程环境监测平台研究与设计[D].沈阳航空航天大学，2010.

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中图分类号TN92 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）50-0203-01

0 引言

随着温室大棚种植技术的不断发展应用，现代农业种植，大棚温室种植已成为重要手段。而温室大棚中所种植的农作物对温度的要求极高。大棚温度控制不好，会影响到各种农作物的生长，从而导致大棚的效益下降。由此，便需对大棚温度实时的、精确的监测。但是目前，国内的很多温室大棚温度监测仍然采用的是以单片机控制为核心的传统有线监测系统。这种监测系统通过采用复杂的电缆将其各部件连接并进行数据传输，系统具有布线复杂、局限性强以及设备维护困难等问题。

针对这些问题，提出了一种基于无线射频CC2430（ZigBee）技术和数字温度传感器的无线温度检测装置。设备主要由一个无线节点（接点根据需要可扩展到56个）和一个协调器组成。系统通过协调器与无线节点进行无线通信，将无线节点所采集到的温度数据信息由串口将数据显示出来，从而达到对温度检测的目的。

1 ZigBee9技术简介

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术或无线网络技术，是一组基于IEEE批准的802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的技术，主要适合于承载数据流量较小的业务，可嵌入各种设备中。网络功能是ZigBee最重要的特点，也是与其他无线局域网(WPAN)标准不同的地方。在网络层方面，其主要工作在于负责网络机制的建立与管理，并具有自我组态与自我修复功能。

传统农业主要使用孤立的、没有通信能力的机械装置，主要依靠人力监测作物的生长状况。采用了由成千上万个传感器构成的比较复杂的ZigBee网络后，农业将可以逐渐地转向以信息和软件为中心的生产模式，使用更多的自动化、网络化、智能化和远程控制的装置来耕种。ZigBee技术已广泛应用于现代精确农业。

2 系统的硬件结构组成

整个无线测温装置硬件由无线节点和协调器两大部分组成。通常，一套装置只有一个协调器，其主要包括微控制器及射频收发单元、无线节点、电源模块及接口单元。

系统硬件在选用上，主要从温度监测的精确度、温度检测的范围以及所选元器件使用的便利性和经济型方面考虑。我们主要采用的是DS1820的无线温度传感器和无线射频CC2430。

DS1820的无线温度传感器内部结构主要由温度传感器、A/D转换器、信号处理器、存储器及接口电路五部分组成。其主要特点是温度测量精确，对温度的分辨率为0.5℃；测量范围广，测量范围可从-55℃到+125℃；单总线接口，只需一个接口即可完成温度转换的读写操作，可简化线路，节省I/O资源，提高经济性。系统可将检测到的温度信息数字化，采用9位数字方式直接读取温度，其典型转换时间仅为1s。

无线射频CC2430芯片的是完全符合ZigBee技术的2.4GHz射频系统单芯片，适用于各种无线网络节点。其主要特点是体积小、高性能、低功耗，具有优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。

接口单元我们采用的是目前PC与通信工业中应用最广泛的一种串行接口RS-232接口。RS-232接口采用的是串行通讯方式，具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。

3 工作原理

系统的工作主要由3部分实现：信息采集终端、信息收集终端、信息显示终端。

温度数据由DS1820采集之后传给节点，之后经两块ZigBee模块的无线通信把温度值传给协调器，最后通过串口把温度值显示出来。在进行多点通信时，装置中每个协调器可连接多达255个节点。不仅可以极大的解决传统有线设备的布线问题，还可节约大量导线，提高设备经济性。

1）信息采集终端：主要指是无线节点。从经济性及便利性方面考虑主要采用的是由数字DS1820、无线射频CC2430、电源等组成的无线节点。无线节点主要分布温室大棚中需要进行温度检测的各个地点，节点之间通过射频进行无线通信。工作中，终端在无线节点的增加或者删除时，可快速的对网络拓扑结构进行调整，实现网络的自我修复从而保证系统工作的稳定性。温度传感器在与协调器绑定进行温度检测后，检测到得温度通过无线通信发送到协调器；

2）信息收集终端：主要是指协调器。协调器主要安放在温度检测控制室，其作用主要是完成整个系统网络的建立与维护，与无线节点间实现绑定的建立，接收由无线节点通过ZigBee无线网络发送过来的温度数据，并实现数据的存储及汇总。之后，通过RS-232串口将采集到得温度数据信息传送到上机位，以便对数据进一步处理；

3）信息显示终端：主要是指上机位。通常与信息采集终端同样安放在温度检测控制室。其主要作用是将由信息采集终端传送过来的温度检测数据储存并做进一步的处理后显示。其中温度值的显示是以16进制形式显示的，再做进一步处理是可以对其十进制化。实验时，装置在室温情况下测量得到的数据温度值为16+11=27摄氏度，较为准确。

4 结论

基于ZigBee的温度检测系统实现的是温度的无线检测，设备可靠性高和功耗小，成功解决了传统有线温度检测系统布线等复杂的问题，适合工业级要求，有较高的实用价值。

参考文献

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1.引言

温度的监测在现代工业生产以及日常生活中的应用愈来愈广泛，并且在某些领域也发挥着愈来愈重要的作用。在很多生产过程中，温度的监控与生产安全、生产效率、产品质量、能源节约等方面有着紧密的联系。目前，传感器已成为衡量一个国家科技发展水平的重要标志之一。而本文正是结合温度传感器与单片机所做的设计，该设计对温度的监测可广泛应用于食品、化工、机械等方面。

2.系统整体设计

结合温度监控器在实际应用的要求，为实现温度的实时监测以及报警的功能，本文采用以下电路模块对系统硬件进行设计：

主控芯片：选用AT89C51单片机作为整个系统的控制器；

显示模块：选用LCD1602液晶显示器作为系统的显示电路；

温度采集模块：选用DS18B20温度传感器作为系统的温度采集电路；

报警模块：采用蜂鸣器与发光二极管作为系统的报警电路。

综上所述，该硬件电路的系统框图如图1所示。

3.系统硬件设计

系统的整体硬件设计图如图2所示。

3.1 主控电路的设计

该模块是系统的核心控制部分，其主要任务是通过接口将获得的数据进行处理。本系统采用的AT89C51是美国ATMEL公司的一种高效微控制器。此单片机具有以下功能：4k字节Flash闪速储存器、128字节内部随机数据存储器（RAM）、32个I/O口线，而且它还与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。故而，这种低电压、高性能CMOS8位单片机可灵活应用于多种场所。

3.2 温度采集模块的设计

该系统的温度采集模块采用DS18B20进行温度数据的采集。DS18B20是美国Dallas半导体公司生产的数字化温度传感器。其测量温度范围为-55℃～+125℃，在-10～+85℃范围内，精度为±0.5℃。

在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好的解决引线误差补偿和放大电路零点漂移误差等技术问题，才可以达到较高的测量精度。另一方面，一般监控现场的电磁环境都非常恶劣，各种干扰信号较强，模拟温度信号容易受到干扰而产生测量误差，影响测量精度。因此，在温度测量系统中，解决这些问题的最有效方案是采用抗干扰能力强的新型数字温度传感器。并且适合于在恶劣环境中的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类电子产品等。DS18B20作为世界上第一片支持“一线总线”接口的新一代温度传感器，它具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果。尤其是现场温度直接以"一线总线"的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。

DS18B20采集到的温度值的位数随着其分辨率不同而不同，温度转换时的延时时间为750ms。DS18B20测温原理如图3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。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，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，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

3.3 报警模块

该电路模块的作用在于当温度采集系统所采集的温度高于或低于预设温度时，系统可以及时发出警报信息用来提示监测者做出相应的处理。由此，该模块的设计采用蜂鸣器及发光二极管作为报警元件。当系统检测到温度正常时，发光二极管D2发出绿光；当系统检测到温度异常时，发光二极管D2熄灭，同时，发光二极管D1开始闪烁，同时伴有蜂鸣器鸣叫。

3.4 温度显示模块

在单片机的人机交流界面中，输出方式通常有以下几种：LED数码管、发光二极管、液晶显示器。而选择晶液显示器作为输出器件因为它具有以下几个优点：

1）重量轻、体积小

液晶显示器显示原理是通过其显示屏上的电极控制液晶分子状态来进行显示的，因此，与相同显示面积的传统显示器相比，在重量上要轻得多。

2）功耗低

相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。

3）显示质量高

液晶显示器画质高而且不会闪烁，这是因为液晶显示器的每一个点在收到信号后会一直保持恒定的亮度与色彩，发光稳定性高，而不像阴极射线管的显示器（CRT）那样需要不断刷新亮点。

4）数字式接口

液晶显示器的数字式接口与单片机系统的接口相连接更加简单可靠，操作也更加方便。

3.5 键盘复位模块

本电路的复位模块共含有三个部分，分别为单片机自动复位部分、高温复位部分以及低温复位部分。在此，单片机复位部分就不再赘述。而S2、S3按键则分别被用于温度过高、过低时复位使用。

4.系统软件设计

4.1 主程序设计

本文所设计的主程序主要功能是负责温度的测量、读出、实时显示、判断并处理DS18B20的测量的当前温度值。温度的测量每1s进行一次，其程序流程见图4所示。

4.2 单总线通信实现

由于DS18B20在一根I/O线上读写数据，因此，对读写的数据位有着严格的时序要求。DS18B20有严格的通信协议来保证各位数据传输的正确性和完整性。该协议定义了几种信号的时序：初始化时序、读时序、写时序。所有时序都是将主机作为主设备，单总线器件作为从设备。以下是以C51为例编写的基本子程序：

（1）延时子程序

void delay（unsigned int z）//延时大约2z微秒

{ uint y；

for（y=0；y

}

（2）初始化子程序

void dreset （void）

{ ds=0； //拉低单总线用以复位

delay（240）； //延时

ds=1； //释放单总线

delay（40）； //延时

}

（3）读一位数据子程序

void tempreadbit（void）

{ bit dat；

ds=0； //拉低单总线开始读时序

delay（1）； //延时

ds=1； //释放单总线

delay（2）； //延时

dat=ds； //读回数据

delay（10）；

return（dat）； //返回数据值

}

（4）写一位数据子程序

void tempwritebit（char bit）

{ ds=0； //拉低单总线开始写时序

if（bit==1） //若需写“1”即将总线置高

ds=1；

delay（2）； //延时

ds=1； //释放单总线

}

5.结束语

本实验证实了基于AT89C51单片机的温度监测系统具有以下优点：硬件结构简单，性能稳定，并且本系统采用的LCD1602液晶显示器与LED相比，显示质量更高。同时，以数字温度传感器DS18B20作为温度采集器件，可以使误差控制在±0.5℃，因此所测温度更准确。当温度不在所预定的目标温度范围内时，蜂鸣器会发出报警信号并伴有指示灯闪烁，及时提醒监测者调整温度。但是，本实验仅仅是温度控制领域内的一个例子，还有许多有待改善的地方。

参考文献

[1]继昌，乔苏文，张海贵等.实用报警电路[M].北京：人民邮电出版社，2005：1-10.

[2]陈宇.基于DS18B20的温室大棚温度检测报警系统[J].辽宁师专学报，2012（02）.

[3]王建佳.温度湿度实时监测与报警系统[J].科技探索，2012（05）：386.

篇（7）

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0160-02

在现代化的工业生产中，电流、电压、温度、压力、流量、流速和开关量都是常用的主要被控参数。温度采集应用非常广泛：从家居环境，到交通运输；从农业生产，到工业控制；从陆地设备，到航空航天。例如：在冶金工业、化工生产、电力工程、造纸行业、机械制造和食品加工等诸多领域中，人们都需要对各类加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉中的温度进行检测和控制。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。本文以基于单片机的温度监测系统为例进行介绍，希望能收到举一反三和触类旁通的效果。

1 系统功能分析

1.1 基本功能

检测温度、时间；实时显示温度、时间；温限设定及参数存储；过限报警。

1.2 主要技术参数

温度检测范围：-20℃-+99℃；测量精度：≤0.5℃；显示方式：温度：四位显示；时间：YY-MM-DD HH：MM：SS；报警方式：温度过高：红色闪灯；温度过低：绿色闪灯。

1.3 其它要求

参数可调可存储，包括温度上限、温度下限、温度采集周期。

2 系统总体设计

2.1 MCU选型及最小系统

STC89C系列单片机具有高可靠、低成本、低功耗的特点。设计中选用的STC89C58RC型单片机具有最高80M外频；片内32KFlash ROM做为程序存储器；片内1280字节RAM做为数据存储器；拥有片内4个8位I/O接口、3个定时器、1个看门狗、UART接口等资源。

2.2 温度采集模块设计

温度采集模块主要使用DS18B20温度传感器。DS1820 是这样测温的：用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值。计数器被预置到对应于-55℃的一个值。如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置到-55℃）的值增加，表明所测温度大于-55℃。同时，计数器被复位到一个值，这个值由斜坡式累加器电路确定，斜坡式累加器电路用来补偿感温振荡器的抛物线特性。然后计数器又开始计数直到0，如果门周期仍未结束，将重复这一过程。斜坡式累加器用来补偿感温振荡器的非线性，以期在测温时获得比较高的分辨力。这是通过改变计数器对温度每增加一度所需计数的的值来实现的。因此，要想获得所需的分辨力，必须同时知道在给定温度下计数器的值和每一度的计数值。 DS1820内部对此计算的结果可提供0.5℃的分辨力。温度以16bit 带符号位扩展的二进制补码形式读出。数据通过单线接口以串行方式传输。

2.3 实时时钟模块设计

2.4 参数存储模块设计

这里使用非易失EEPROM存储器AT24C64芯片来实现参数的存储功能。它同样采用了IIC总线进行通信。如此将AT24C64与PCF8563做为IIC从机器件共同接入IIC总线，使用两条I/O引脚P2.6和P2.7分别与IIC的SCL和SDA相连。这样既节约了I/O资源，同时也减少了程序设计的工作量。

2.5 报警指示模块设计

3 软件设计

系统中的软件设计采用了前后台系统的思想。利用单片机的中断处理能力，完成前台工作，主要功能是按周期采集温度和中断检测按键输出。后台程序循环处理其它功能，包括界面的显示，时间获取，具体按键码的响应，数据远程传输，参数调整及存储等。

下面，结合总体设计思路，把四个主要模块的软件设计进行简要说明。

3.1 EEPROM存储程序

3.3 温度采集程序

采样周期定时器触发了温度的一次采集。在采集温度过程中主要使用DS18B20的驱动程序进行温度值的获取。函数为：unsigned int ReadTemperature（）；函数的执行过程对DS18B20进行了操作，这些操作包括：温度传感器复位；跳过序列号读取；启动温度转换；等待转换完毕；重新复位温度传感器；跳过序列号读取；启动读取命令；读取温度低有效位；读取温度高有效位；计算温度，返回温度值。

3.4 报警输出程序

报警输出采用I/O控制单色灯闪烁来完成控制。报警的判断在温度监测状态完成，主要工作是将当前采集的温度与参数结构体中的温度上下限进行对比判断，从而决定是否闪灯报警。

4 调试

4.1 IIC总线调试

系统中EEPROM芯片和PCF8563实时时钟芯片均采用IIC总线与单片机通信，在电路设计时采用两条I/O引脚分别与IIC的SCL和SDA相连，在程序设计时首先根据两个器件的特性选定了总线的通信速率范围。

4.2 按键调试

本系统中设计了4个按键。按键的功能在不同界面是复用的，这在程序设计上带来了一定的复杂度。最初按照设计阶段的方案进行编码，程序运行时按键功能并未完全实现，总会出现按键无响应和花屏现象。经过对程序进一步的跟踪，发现了问题出现在按键码处理后未及时清除的错误。更正后问题得到了解决。

4.3 联合调试

当多个模块的驱动程序完成后，系统开发进入了集成阶段。这时也是问题出现最多的一个阶段。每当有新的模块驱动程序加入系统，实现其功能时，就会出现一些符号冲突问题和接口不统一的问题。经过联合整理和优化，问题逐一解决。

4.4 参数设置调试

系统中涉及到了一些参数的设置，如温度上限、下限、采温周期、串口开关。由于现实中这些参数的调整是有一定范围限定和约束的，在代码最终测试阶段完善了这些约束。

5 结语

基于单片机的温度监测是当前工业生产中温度控制的重要组成部分，本系统的设计与实现，可以为进一步开发基于单片机的实用型温度控制系统提供较好的设计基础，具有一定的实际应用价值。

参考文献

[1]高洪志.MCS-51单片机原理及应用技术教程[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[2]赵亮，侯国瑞.单片机C语言编程与实例[M].北京：人民邮电出版社，2003.

[3]1602数据手册.

篇（8）

中图分类号：TP274+.2 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 12-0000-01

ARM-Based Temperature Monitoring System Design and Implementation

Guo Zhiheng

(University of Electronic Science and Technology of China,Zhongshan Institute,Zhongshan University,Zhongshan528402,China)

Abstract:In this paper,a system design for monitoring temperature based on ARM platform.the DS18B20 temperature sensors are used to collect temperature data,the microcontroller controls temperature acquisition and send data to the ARM host through the RS-485 bus protocol.The S3C2410 as the core with Qt GUI,carry out displaying of temperature and storing data for real-time.

Keywords:Embedded Linux;DS18B20;Temperature monitoring;Qt

一、引言

在工农业生产环境以及公共场所、家庭环境中，温度数据作为主要监测因素显得越来越重要，温度的远程监控问题尤其应用领域越来越广泛。目前温度监控系统主要使用在需要对温度数据信息进行实时获取的环境场合，比如：药品生产车间、温室蔬菜水果大棚中、禽类孵化房、服务器机房等。

二、系统软硬件环境

监控系统主机采用SAMSUNG公司的微处理器S3C2410，该芯片基于ARM9架构，主频202MHz，配置8寸640*480TFT真彩LCD、触摸屏，串口通讯电路。温度采集子系统采用ATmega16单片机，温度传感器DSl8B20电路，以及单总线串口电路。

嵌入式Linux（Embedded Linux）是指对标准Linux经过小型化裁剪处理后，适合于特定嵌入式应用场合的专门Linux操作系统。嵌入式Linux具有低成本、高性能、网络和广泛的硬件支持等优点，在嵌入式系统开发中有广泛的应用。本系统采用Linux-2.4内核，支持yaffs2根文件系统和带有完善的设备驱动。

三、系统设计与实现

传统的模拟远距离温度测量存在，如引线误差、多点切换误差、零点漂移等问题，为了克服这些问题系统采用美国DALLAS公司生产的可以组网的数字温度传感器DS18B20。温度传感器DS18B20可以实时采集温度并且通过单线串口发送到ARM主机上，对数据进行实时显示及存储[2]。

（一）温度采集子系统设计

ATmega16是高性能、低功耗的8位AVR单片机，具备有32个可编程的I/O口。用于控制数字温度传感器DS18B20进行多点温度采集和温度数据上传ARM主机通讯。

DS18B20内部结构ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，可以看作是该DS18B20的地址序列码，每一个DS18B20都不相同，可以实现一根总线上挂接多个DS18B20。CPU对DS18B20器件操作常用指令表如表1所示。

表1.命令表

指令 代码 功能

读命令 33H 读DS18B20 ROM中的编码（即64位地址）

定位命令 55H 发出此命令和64位ROM编码，单总线上与该编码相对应的DS18B20做出响应，为对其读写做准备。

查询命令 F0H 查询总线上DS18B20的数目及其64位序列号

跳过命令 CCH 该命令允许主机跳过ROM序列号检测而直接对寄存器操作，适用于单片工作。

读出命令 BEH 该命令可读出寄存器中的内容，复位命令终止读出。

转换命令 44H 该命令使DS18B20立即开始温度转换

采集温度的实现的程序流程：如图1所示。

图1.DS18B20流程图

（二）ARM主机端设计

1.用户界面。嵌入式主流用户界面接口（GUI）Qt支持Linux等多种操作系统，良好封装机制使得Qt的模块化程度非常高，可重用性较好，对于用户开发来说是非常方便。同时Qt还支持2D/3D图形，支持OpenGL。

2.读取、显示、保存数据实现。完成温度数据读取、显示、保存的程序使用多线程设计，主线程用于显示温度和界面交互响应，创建了一个线程用于实时监听串口的数据读入，把读入的数据传送给主线程显示，如果有用户要求保存温度数据的命令，还要把温度数据写入文件系统中。

四、系统测试

在系统开发中，测试是一个非常重要的环节。测试主要针对本系统的两个子系统进行测统完整测试。

ARM主机的测试内容主要有温度数据同步、温度数据显示、温度数据保存结果。从显示窗口观测到的数据与单片机LCD显示的数据完全一致，没有出现丢包，发错包的现象。通过文件系统保存的数据内容查看到的温度数据也与显示数据完全一致。

篇（9）

1.智能无线温度监测系统的工作原理

智能无线温度监测系统被设定成三个子系统，分别是采集系统、汇总系统、监测系统。三个子系统通力协调工作，实现了电力设备温度的实时、准确、便捷的智能无线监测。

智能无线温度监测系统的三个子系统间的连接方式是不同的，无线通信方式是应用于采集系统和汇总系统之间，而通信线缆则是使用在汇总系统与监测 系统之间，即一个无形，另一个有形。对应部位的热感应元件将其所监测到的温度信息通过无线通信设备传输到汇总系统的总站，总站将会对收集到的所有温度信息 进行分类整理、分析并处理，再将处理完毕的数据信息传输到监测系统的监测计算机上。同时，调节端监测计算机也将收到同样的数据信息。监测计算机对接收到的 数据信息进行二次处理分析，当处理所得数据结果超高设定的极限值时，监测计算机就会发出警示信号。每个总站可以管理数百个子站，信息量的采集将是非常巨大 的。

2.智能无线温度监测系统的组成

2.1采集系统

通过将热敏电阻、传感器等热感应元件安装在容易因工作而产生不正常散热的部位，实时的对温度数据进行测量与采集工作，并将采集到的信息发送出去。交流电作为长期供能电源及太阳能电池板作为的后备电源（确保突然断电后的数据持续收集的）是采集系统的正常工作的依靠。

2.2汇总系统

信息汇总系统主要由无线接收装置构成，在收集到采集系统所传递而来的数据信息后，再传递给总站，总站接收到分站的温度数据之后，继而再将其传递给当地监视系统，与此同时还将温度数据传递给调节终端。实时温度变化同样被调节终端监视，如此便避免了无人监测的情况。

2.3监测系统

监测系统又可以细分为站级监测系统和调节端监测系统。用于监测系统的计算机直接接受总站所传递的温度信息等数据，并与总站是直接通信的关系。 监测计算机对总站所传递来的数据信息进行汇总、整理、分析后，存储于特定的数据存储库（可以对数据库进行灵活改动，比如扩容）。监测计算机可以对数据信息 进行报表统计，准确记录处于何时、何地、何种状况下的温度情况。同时，监测计算机在温度越过某一设定极限值时会有警示信号出现。监测计算机的另一个便捷之 处在于，可以根据需要进行任何时间段的任何部件的温度查询。调节端监测系统的数据信息传输用到的是汇集系统的通讯管理器，通过数据传输线缆直接传输到 PCM设备之中，在经过线缆转送给调节端，经PCM的数据信息还可以作为存储资料被下载到调节端监测计算机。

3.智能无线温度监测系统的特点

3.1免于布置排线

因为采用了无线传输设备，所以不用布置排线，热感应元件的安装更方便。

3.2免于经常的维护

智能无线温度监测系统都是整体化设计，所以免于维护。

3.3节能

智能无线温度监测系统的各个部分均采用节能、低功率消耗设置，同时应用太阳能电池板更是绿色节能。

3.4警示系统更完善

当温度过高时，总站智能终端电源，后台监控系统能够及时发出警报。

3.5稳定性更高

智能无线温度监测系统中的设备均有坚实的外壳保护，同时又有静电保护。数据在传递过程中安全、稳定，能够抵抗外界的干扰。

3.6具有较好的兼容性

能够应用更多的应用软件和控制系统。

4.智能无线温度监测系统与传统监测间的对比

4.1智能无线温度监测系统由于装有位于各个需要测量的部位的热感应元件的帮助，这使得数据的采集与监测具有了实时性、连续性和准确性的优 点，通过对每年、月、日甚至每小时的温度数据的变化情况，总结出电力设备不同部位的相应温度的变化规律，确定出其温度规律的峰值，有效的对电力设备的工作 稳定性就行预见性分析，消除潜在的威胁。而传统的电力设备温度的监测是依靠监测人员定期的监测与测量才能得出的，传统的电力设备温度的监测耗费大量的人力 物力，由于人类生理的局限性，所测得的数据存在不确定误差，甚至会出现错误，而且潜在的故障威胁不能及时发现并作出应有的处理，致使出现不必要的人员或财 力的损失。

4.2智能无线温度监测系统对数据的处理速度以及对故障的预见性分析是人类所不能比拟的，其所存储的数据信息能够被极其方便的调阅，对数据信 息的存储量也是相当的巨大。而传统的监测数据信息要进行存储就需要建立专门的存档管理机构，而且常年所存储的信息量是无妨想象的，要对某段数据进行查阅也 是极为不便的，费时费力，极不现实，而智能无线温度监测系统则解决了上述所存在的所有问题。

4.3智能无线温度监测系统的应用软件简单，操作方便，减少人员培训上岗时间。而传统的监测测量则需要专门的工作人员进行培训。

5.智能无线温度监测系统的后台监控功能

5.1热感应元器件所监测的部位的温度能够实时的传递给监控计算机并于显示屏上呈现出来，出现警示温度时的时间及故障位置都会以数据的形式保存起来，保存期限可长达数年。

5.2可设置警示音的类型，如可以以真人语音的形式播报出来或者以文字警示的方式显示到屏幕上。

5.3监测计算机所监测到数据信息可以以年、月、日等为单位用线性图或者表格的形式一目了然的展现出来，也可以直接抽查或打印出来。

5.4当智能无线温度监测系统中的任何部件出现问题时（如电源故障、信号传输中断等），都会有警示出现，及时警示给工作人员。

5.5都可以实现对监测位置的编码、命名处理，方便系统化管理。

6.智能无线温度监测系统国内外现状

在国外许多国家，智能无线温度监测技术的发展极为迅速，它被广泛应用到了人们生活中的吃穿住行。当传统的监测方式产生多年后，智能无线温度监 测系统在万众期待中登上了历史舞台，监测技术从此掀开了新的一页。现今已经不仅仅局限于电力设备的维护方面了，精密生产线、医疗系统、农业方面都已成熟融 合。智能无线温度监测系统在电力方面的应用，也是国外首创的。

在中国国内，智能无线温度监测技术的起步就相对较晚了，但凭借着多年的不懈努力终于成功由实验走到了实验。智能无线温度监测技术的应用范围之 广已不用过多阐述，将其应用在监测温度的设备上已是非常常见的了。智能无线温度监测技术最突出的优点就在于不需要布线，用智能无线温度监测技术监测温度还 突出了其准确简洁的优势。目前，智能无线温度监测技术仍在朝着攻克减小功耗、增加传输距离的技术难题努力。

参考文献

［1］高人伯.数据仓库和数据开采相结合的决策支持新技术.计算机世界.

［2］任玉珑，王建，牟刚.基于CA模型的电力设备全寿命周期成本研究.工业工程与管理，2008，(5)：56-70.

［3］赵新民.智能仪器原理及设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990.

［4］吴正毅.测试技术与测试信号处理.北京：清华大学出版社，1988.

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Abstract: This paper introduces the need for construction of the substation temperature monitoring system, the feasibility of the overall structure and technical requirements, analysis of a specific embodiment, the issues that should be noted.Keywords: substation; temperature; online monitoring

中图分类号： X83 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1 建设的必要性

随着城市建设中箱式变电站、电缆线路的广泛应用和电力负荷的增长，变电设备、电缆头出现过热进而烧毁设备的可能性大大增加。无人值班变电站仅靠运维人员巡检测温会出现采集数据不及时、不全面的缺点，不仅增加了运维人员的劳动强度，而且只能在设备过热期间巡视才能起到预警作用，如果运维人员不在场，变电站温度将失去监测，对电力设备造成很大的安全隐患，不能做到风险的可控、在控、能控，更不能满足调控一体化的要求。

2 建设的可行性

电力设备在遭受外力破坏时，会触发相应的保护动作，而保护动作使开关掉闸的时限都很短，是一个瞬间的过程，维修人员根本不可能在开关掉闸前排除故障，只能在掉闸后排除故障，恢复送电。

变电设备、电缆头从正常运行温度达到烧毁设备的温度却是一个连续的过程，有较长的慢热时间，这就为运维人员检修设备提供了时间。只要预先设定告警温度，能够提前预警，安排运维人员检修，就可以排除隐患，避免事故的发生。

3 总体结构

变电站温度在线监测系统采用分层分布式结构，由现场测温部分、通信管理部分和主站软件三部分组成，各层的功能如下：

（1）、现场测温设备：处于系统最底层，在变电站现场的各种被测温设备（如电缆接头、触头等）安装温度传感器，负责采集温度数据并发送到上层的通信管理单元。

（2）、通信管理单元：处于系统的中层，负责参数设定和查询，同时把前端无线温度传感器发送的数据收集起来，并将数据打包发送至当地光通信设备，通过光纤通信系统上传至调度监控主站。

（3）、主站软件：处于系统的最高层，负责接收、存贮变电站温度数据，提供历史和实时数据和曲线，进行统计；预先设定一般告警、严重告警数值、三相温度不平衡告警、温升过快报警，并提供不同强度、不同频率的声光告警。

4技术要求

由于被测设备均属于实时运行的高压电气设备，因此在设计时需充分考虑该统对设备安全稳定运行的影响，其具体要求如下：

（1）、采用无线测温原理，如果现场测温设备至通信管理单元之间采用有线传输方式，通信线缆将对电网的安全运行造成隐患，因此采用的数据传输方式为无线式。

（2）、现场测温设备不改变被监测设备原有结构，安全可靠。

（3）、整个温度传感系统的测量精度高，且系统测量精度和温度分辨率不随温度测点个数的增加而降低。

（4）、温度刷新速度快，能够对所有测点的温度进行7×24小时不间断监测，可根据需要定时保存温度，并且通过监测软件可以精确确定发生过温报警的传感器位置。

（5）、具有完善的自我诊断功能。系统中任何一个传感器的损坏都可以在监控软件中精确定位。系统每进行一次温度测量的同时进行系统的自我检测与诊断，能够及时发现传感器失效和损坏，以便于及时的维修与维护。

（6）、具有强大的软件功能。监测软件通过网络通信，在人机界面上实时显示每个温度测点的位置、温度值、温度变化情况等。当测量温度大于预设报警温度时、三相温度失衡时、温升过快时，监控软件能触发软件界面的声光报警，提醒值班人员尽快处理。同时操作人员还可以对每个温度测点的历史温度数据、报警纪录进行多条件查询，生成安全运行报表等。

5 应注意的问题

在整个系统中，现场测温设备需要直接与被测的电缆头、触头等设备直接接触，才能测得温度数据，因此实施变电站无线测温系统时，对现场测温设备应特别重视如下情况：

（1）、该设备不能影响电力系统的正常运行，不能影响电力设备的检修维护，因此该设备尽量避免安装天线等突出物，并尽量减小设备体积。

（2）、由于该设备的安装调试、检修维护都必须在设备停电的情况下进行，为了减少因维护测温设备而造成电力设备停电，必须要求测温设备有很高的可靠性、稳定性，以避免电力设备停电。

（3）、电池使用寿命要长。该设备不能靠电力线路提供电源，只能靠电池提供电源，由于该设备需要24小时全天候运行，电能消耗很大，普通电池会在很短的时间的将电力用尽而使系统瘫痪。为此，必须最大限度地延长电池使用寿命，我公司的测温模块即采用了军品电池，使用寿命大于6年。

（4）、电能消耗的智能控制。数据发送是电池能量损耗的主要因素，减少数据发送次数能减少电能损耗，但又不能影响数据传输质量和精度，因此需采用定时发送与动态发送相结合的技术：传感器平时处于休眠状态，每半分钟分析一下当前温度是否有变化，超过限值（±1℃）则立即发送。若没超过限值则继续休眠，每四分钟定时发送一次数据。这样既节省了电能，延长了电池的使用寿命，又满足了监控温度的实时性与准确性。

篇（11）

光纤光栅在线温度监测系统具有绝缘度高、不受电磁环境影响、适合远距离、高质量信号传输，测量精度高等优点，特别适合煤矿复杂环境、点多面广、高电压、强磁场的环境使用，因此从根本上解决了传统测温设备的缺陷，为电力设备的安全运行提供可靠的技术保障。就KBW-90系列矿用光纤温度在线监测系统在淮北矿业集团孙疃煤矿副井提升系统的应进行介绍。

一、系统介绍

KBW-90系列矿用光纤温度在线监测系统采用国际先进的光纤光栅温度传感技术，具有耐高压、不受电磁干扰、本质安全、长期可靠、易扩展等特点，对室外及地下电缆接头等监测点的温度进行实时在线监测，能实时显示当前温度，通过软件数据分析预测电缆头的故障趋势和温度变化率分析，历史数据保存与分析，异常数据保存与分析，当温度超限时能及时告警，并准确提供电缆的故障部位。

应用范围：提升机电机定子、导向轮轴承、滚筒轴承温度监测；开关柜内触点温度监测；主变线连接头温度监测；电缆馈线终端头温度监测；电缆中间接头温度监测。

工作原理：宽带大功率泵浦激光器输出的宽带光经光缆传输最后到达高灵敏光纤温度传感器，不同波长的光经光栅反射后返回高精度光谱分析仪解调模块解调出波长，后经智能光电转换系统变成数字信号到达PC机通过软件进行信号处理将波长和温度显示出来。当温度变化时，光栅将发生变化从而波长也发生变化，由于在一定范围内温度和波长成线性关系，根据波长的变化就可以得出变化后的温度。

二、系统组成及性能指标

（一）光纤多点温度在线监测系统包含如下组件：1、矿用光纤温度调制解调仪。包括：高精度光谱分析仪模块、多通道光路开关模块、宽带大功率泵浦激光器、报警输出模块等。2、温度监测软件。包括：温度数据监测模块、报警控制模块。3、温度传感器。4、光信道转换系统。包括：多路光转换开关。5、报警系统。包括：声光报警、手机短信报警。6、其他组件。包括：标准机柜、工控机、显示器等。

（二）系统特点：1、安全性高：整个系统的信号处理和控制单元处于远离工作区域的控制室，传感器对温度信号的采集在无电（本身不带电）的情况下进行，本征更安全；2、精确度高：采用光纤光栅温度传感器，典型精度±1℃；3、容量大：温度测量系统最大可以接入32路传感器，每路可串联12个测点，单台设备最大可以完成384个温度测点；4、方便定位：通过软件关联技术，能够快速定位测点的区域或者具体物理位置；5、实时在线测量：系统采用的光源使用寿命长（20年以上），能够满足实时在线、全天候监测的需要；6、快速响应：系统响应时间不超过60秒，确保事故能够得到及时处理；7、简单直观：在温度测量系统的显示屏上可以直接看到各被测点的温度情况，在设定温度告警门限后，系统自动提供声光报警；8、布设方便：可以根据工程需要，灵活调整传感器的布设位置；9、良好的兼容性：通过各种通讯接口（串口、网口等），可以实现与外部系统的良好结合，提高系统之间的数据交换速度；10、使用寿命长：在正常工作情况下能安全运行20以上年。

（三）系统软件功能：1、显示功能：立体流程画面的显示功能；具有多种类型图表、系统图、曲线图，用户界面更加直观；2、分析功能：历史趋势显示，对未来趋势进行评估，提供检修参考信息；3、报警功能：根据实际情况设定不同地点的定温及差温预警值、火警值、报警级别及地理位置名称；系统可设置声音报警功能；4、打印功能：可以进行各种报表的打印；5、上传功能：实时温度数据网络上传，轻松实现无人值守；6、自检功能：系统中某一个传感器出现故障，能够通过软件甄别出故障传感器；7、表格定制：用户可定制各种表格：实时数据表、历史数据及统计报表、设备参数表、报警一览表、常用数据表、目录表、备忘录等。

三、实施方案

该系统方案针对孙疃煤矿提升机系统及其供电系统温度进行监测，在主控制室内安装1台高精度光纤光栅信号解调仪，对提升机及其供电系统测温点的温度、温升信息进行分析，预警报告。

（一）对提升机系统的温度监测。由于提升机系统原有的热电偶式温度传感器出现测量不准等状况，所以主要是对已有监测点进行升级改造，用新型光纤光栅温度传感器取代原有的热电偶式传感器，其中导向轮设4个监测点；电机定子四周均匀布设6个监测点；滚筒轴承设2个监测点，共计12个点。这样既保证了测温精度，也便于在控制室内对提升机及其供电系统进行集中监控。

（二）对提升机供电系统温度监测设计。其中动力变压器两台，每台设6个测点；励磁变压器两台，每台设9个测点；整流变压器两台，每台设9个测点；快开装置两台，每台设4个测点；电抗器两台，每台设4个测点；对1#进线开关柜、1号动力变压器开关柜、1号整流变压器开关柜、2#进线开关柜、2号整流变压器开关柜、2号动力变压器开关柜、励磁柜进行监测，每面柜子设6个测点；另根据现场情况及矿上工作人员的要求对已经或易发热点进行监测，其中直流电机主、从调速柜，各设2个测点，切换柜设6个测点，一楼高压室环境温度1个测点。共计117个测点。实际监测点位，可根据用户需求进行调整。