智能监测仪

智能监测仪（共12篇）

智能监测仪 篇1

1、系统总体方案

智能温度监测系统的设计主要由硬件电路和软件设计完成,温度监测系统的流程包括:信号调理和采集功能;数据分析和处理功能;参数设置和结果显示。根据实际情况和现有的条件,智能温度监测系统的总体设计方案由3大部分组成。

1.1、硬件电路设计部分

此部分主要完成信号的发生。包括:稳定的电源(以供给传感器和运放的电源),信号调理电路(使信号能符合数据采集卡的信号采集),传感器电路(完成温度数据转化为电压信号并进行调节)。

1.2、数据采集卡部分

此部分完成数据采集功能。包括与硬件电路连接的采集板,主要是设置正确的通道,使其到采集卡时为归一化的模拟电信号,最后再由采集卡进行A/D转换。这部分的软件称为仪器(或设备)驱动器,需要在计算机上安装采集卡驱动和设置正确的通道。

1.3、数据处理和显示部分

此部分硬件包括各种高性能的计算机(笔记本机、PC机、工控机、工作站等)及附件。其软件为控制、分析、处理程序,主要由LabVIEW程序来设计,把温度值通过转变在计算机屏幕上进行显示并处理。

2、硬件电路的设计

2.1、组成

温度监测系统要求对温度进行监测,并显示温度。选用集成温度传感器AD590对温度进行测量,先把温度信号转换为电流信号,再加以转化为电压信号进行调理输出。

硬件电路由数据采集卡、温度传感器、电源、放大电路和计算机等组成。其中温度传感器选用AD590集成温度传感器,作用是将采集的环境或者人体的温度转化为可测量的信号,并进行判断。电源主要是提供稳定的电源。放大电路主要使对电流信号进行放大。数据采集卡则是采集电压信号,在LabVIEW平台下,编写程序实现数据显示和信号处理,并将数据传入计算机。

2.2、温度传感器AD590电路分析

(1)电源部分:

上图电路采用双12V电源供电,交流输入后经过变压成为12V交流,由整流桥二极管进行整流,使之输出直流,再由电容滤波,除去杂波干扰,最后在输出供给集成温度传感器AD590时加以稳压,使之输出稳定的+/-5V电源,相应的对集成运放提供+/-12V的稳定电源。

(2)传感器部分:

由于AD590输出的是电流,因此需将其转化为电压信号,进行放大,在与传感器之间串联约20K可调电阻,使之输出的信号可以被运放放大。

(3)信号调理部分:

由于连接电路的数据采集卡的输入信号是有限的,所以当传感器部分输入电压信号后,在运放的反向输入端接如约70K的可调电阻进行信号放大调节,其初始输出电压为对应的当前温度值,最终做到每当温度变化1度时,其输出端的电压信号也相应的变化0.1V,其范围在+/-10V之间变化。

2.3、数据采集卡的选择

数据采集卡采用的是NI公司的PCI-6014数据采集卡,PCI-6014是基于PCI总线的16位多功能高速数据采集卡,提供16路单端或8路差分模拟输入,2路16位模拟输出,最高采样率是200kS/s。同时提供8路数字1/0线和2个24位计数器/定时器。PCI-6014附带NI-DAQ驱动软件,提供LabVIEW语言的强大编程接口,使用方便。PCI-6014发送控制信号和采集测量的程序由LabVIEW编写。利用NI的软件Measurement&Automation Explore和DAQ助手快速进行工作模式(差分还是单端),任务和通道设置。

3、虚拟仪器的构成

虚拟仪器的构建主要从硬件电路的设计、软件开发与设计2个方面考虑。硬件电路的设计主要根据用户所面对的任务决定,其中接口设计可选用的接口总线标准包括GPIB总线、VXI总线等。推荐选用VXI总线。通用模块包括:信号调理和高速数据采集;信号输出与控制;数据实时处理。这3部分概括了数字化仪器的基本组成。将具有一种或多种功能的通用模块组建起来,就能构成任何一种虚拟仪器。系统的主要硬件包括控制器、主机箱和仪器模块。常用的控制方案有GPIB总线控制方式的硬件方案、MXI总线控制方式的硬件方案、嵌入式计算机控制方式的硬件方案3种。扩展器目前是备用件,为今后新型器件提供发展通道。将VXI仪器制作成寄存器器件,消息基器件是首先要做出的决策。寄存器基器件的通信情况极像VME总线器件,是在低层用二进制信息编制程序。这种高速通信可以使测试系统吞吐量大大提高。消息基器件与寄存器基器件不同,他在高层次上用ASCII字符进行通信,与这种器件十分相似是独立HPIB仪器。消息基器件用一组意义明确的“字串行协议”相互进行通信,这种异步协议定义了在器件之间传送命令和数据所需的挂钩要求。消息基器件必须有CPU(或DSP)进行管理与控制。

VXI总线接口软件由零槽控制器提供,包括资源管理器、资源编辑程序、交互式控制程序和编程函数库等。仪器驱动程序是完成对某一特定仪器的控制与通信的软件程序,也即模块的驱动软件,他的设计必须符合VPP的2个规范,即VPP3.1《仪器驱动程序结构和模型》和VPP3.2《仪器驱动程序设计规范》。“软面板”设计就是设计具有可变性、多层性、自助性、人性化的面板,这个面板应不仅同传统仪器面板一样具有显示器、LED、指针式表头、旋钮、滑动条、开关按钮、报警装置等功能部件,而且应还具有多个连贯操作面板、在线帮助功能等。

智能监测仪 篇2

一、项目背景及意义

随着城市化的进展，城市的中水的生产及利用越来越快，中水被广泛利用于，城市绿化、城市清洁喷洒、城市景观蓄水、车辆清洁等行业。因此，在城市中，分布着与自来水、排污水管道并行的中水管道。中水作为水资源之一，也需要有偿提供，城市中水销售终端一般具备如下特点：终端安装在户外交通便利地方、IC卡记账自助型终端，太阳能供电，图像监控，在线式无线通讯方式。

二、终端工作原理

如图所示，终端的供电系统，由太阳能支持，在中水管道上，安装受IC卡控制的电磁阀门及流量计，将其连接至IC控制终端，该终端连接至HX-SJ/GPRS-P无线GPRS智能在线数据传输终端，所有销售数据、设备数据均通过无线GPRS通道传输至中控室，现场所有场景过程，均通过3G网络，将图像传输至中控室。

三、系统特点 1． 2． 3． 4． 5． 6． 太阳能供电，绿色环保，不受有线供电线路限制。IC卡售水，方便用水单位，插卡售水，拔卡记账。无线GPRS实时监测，设备数据、取水数据及时上传。无线3G网络图像监控，现场活动一目了然。无线远程遥控，应急时刻，可切断水源。

五环 南岗洼桥智能监测 篇3

调蓄池如饥似渴

防汛预案：

麻峪大桥的改造工程可谓双管齐下。当桥区开始积水时，升级后的泵站将率先发挥作用，将积水抽升至附近河道，如果河道内水位过高，则将积水引至容量为5200立方米的调蓄池，待河道水位下降后，再排入河中。此外，东侧上游处新修建的入河新管线将在雨中起到重要作用。雨水在此被截流，直接通过地下管道进入河道，以缓解桥下的积水压力。

绕行方案：

途经此地的市民可绕行阜石路或麻峪东街。

金安桥

河道已疏通 空等被泄洪

防汛预案：

去年的特大暴雨中，石景山区金安桥下积水一度高过30厘米，对行至此处的车辆和人员安全造成了很大威胁。如今，附近的北洼渠和北八沟在多次治理和疏通后，将在今年汛期中承载起金安桥下“泄洪”的任务。桥区内新建的雨水泵房、修建调蓄池、雨水口以及进水管线等，将在暴雨来临时，上演其在改造之后的“首秀”。

绕行方案：

途径此地的市民可绕行金安桥东侧联络线，向北行驶的车辆可绕行和平街、阜石路，到东侧桥下掉头。向南行驶的车辆可绕行金顶南路、阜石路、和平街。

上清桥

泵车排水 交警封路

防汛预案：

今年，位于北五环中路、沟通五环与京藏高速的上清桥再次受到抢险部门的重视。由于今年改造的重点桥区中并未涉及该桥，因此，一旦局地突发暴雨，桥下恐怕会再次形成较大范围的积水。届时，数台已经驻守桥下的水泵会及时开动，确保桥下积水不至阻塞交通。但如果雨量过大，致使水位超过警戒线，交管部门也会采取封路措施，确保途径车辆的安全。

绕行方案：

向东行驶的车辆可绕行西侧的厢白旗桥，向西车辆可绕行东侧的林萃桥。

南岗洼铁路桥

装有全市首个智能监测系统

防汛预案：

如遇突降暴雨，智能监测装置将实时算出积水深度，一旦超过警戒线，安装在桥下的传感器便会向指挥平台和相关业务负责人发送报警。泵室内的5台机器和室外的1台机器将依次打开，并以最高4400立方米/小时的抽水速度展开工作。

绕行方案：

绕行附近的京周路、周口店路和京深路。

其它

除上述桥区外，京石高速路上的大瓦窑桥南侧铁路桥、阀东桥、杜家坎环岛西侧铁路桥，以及附近五环路上的衙门口桥，同样为今年可能发生积水的地方。虽然这些地区将有防汛抢险救援人员及设备驻守，但高速公路和五环路周边铁路道桥较多，绕行路线也相对复杂，因此防汛专家建议，市民尽量在接到暴雨预警信息后放弃出行，确有必要时，尽量选择公交出行。

对于必须自驾出行的市民而言，京石高速今年依然是“危险”路段，途径上述桥区的车辆可绕行京开高速和六环路。此外，位于京藏高速上的沙河大桥以及回龙观铁路桥同样存在积水的风险，市民可绕行京承高速、六环路或京包路。在北五环路东段的顾家庄桥北侧，同样因为躲避铁路形成了下凹式结构，市民途径此处时，可绕行来广营桥。

本刊记者 张 晨

智能式用电计量监测仪开发与应用 篇4

据统计, 国电公司线损管理每年降低一个百分点, 能收回电费150亿, 供电企业用电管理中各种不明电量损失的分析与窃电的查找, 如何降损已成为电力营销的一项难题。

目前, 国内现有用电检查设备如:计量装置综合误差测试仪、多功能查窃电仪、电缆故障寻踪定位仪、钳型电流表等, 它们都围绕用户擅自私动计量装置的窃电、电量异常、误接线而开发设计, 针对窃电者采用高科技窃电器、表前T接电源经隐蔽工程与正常负荷实现闭锁转换方式、不定时段窃电等问题缺少有效检测工具, 用电稽查人员经常出现因没有实用的检测设备, 而放弃查找。

各类复杂窃电方式检查中, 理想状态是不停电、不惊扰用电户情况下进行。智能式用电计量监测仪正是根据这样一种工作需求设计开发的。

2 智能式用电计量监测仪的开发

设计一种携带方便, 操作灵活的计量监测仪器。根据智能式用电计量监测仪在用电计量回路监测反映的技术数据, 及现场运行经验, 设计功能应满足 “准确、可靠、快速、报警” 四项技术要求。

a.准确:是能够准确监测计量用户实际使用电量和丢失电量, 进而发现窃电户用何种方法窃电, 以便用电检查人员及时准确查处窃电。

b.可靠:安全运行, 数据可靠, 不产生误判和漏判现象。

c.快速:携带方便、操作灵活, 快速反映用户窃电时发生的电量变化, 以利于供电企业及时查处窃电和减少经济损失。

d.报警:利用负控、载波、GPRS系统的现有资源及时发现窃电线索并及时报警。

3 技术方案实施

3.1 接线方式

把智能式用电计量监测仪, 接在380/220 V供电系统中, 由监测仪的端口向外接出采样连线, 末端分别连接钳形电流互感器、电压取样钳, 对应于电流采样和电压采样。钳形电流互感器和电压取样钳的每一对分别连接在A、B、C三条线上, 末端的一个电压取样钳连接在N线上, 见图1。

3.2 工作原理

新型智能式电能计量监测仪, 采用在线电能采集数据处理方式, 由专用电压、电流取样回路对运行中380 V/220 V负荷进行在线数据采样后输入计量模块, 转入中央处理器模块, CPU处理器向外连接远程报警器, 显示器和终端设备, 启动多功能电能计量模块转换成电能数据进行存储和显示。电压采样结果输入失压检测装置, 失压检测结果输入CPU处理器。电流采样结果输入阻抗检测装置, 阻抗检测结果输入CPU处理器。电流采样和电压采样由电能计量模块计量后, 连接电能脉冲输出。 同时, 运行中远程无线传输模块利用手机 (SIM) 卡实施断线等故障监视, 通过手机短信报警, 利用中央处理器指令将监测结果随时打印输出, 见图2。

3.3 智能式用电计量监测仪接入系统工作方式

计量监测仪接入系统工作方式, 见图3。

4 实践案例案例一

2007年11月, 大庆电业局XX供电局让北线G08所3号台区线损较大, 经过排查, 用电户**洗浴中心实际用电量与经营规模不符, 用电量存在异常, 经多次对其计量装置检查, 封、锁、电能表计量及接线、TA变比均正常。

2007年12月27日9时15分在没惊扰用户情况下, 将该测量仪安装在进户电缆的首端 (6—3配电转接箱内) , 截止2007年12月29日9时15分, 智能式用电计量监测仪监测发生电量1 295 kW时。该用户以往平均每两日用电量为432 kW时, 由此判定该用户存在表前接线, 决定对其实施延伸检查。经过对该用户进户电缆走向细致检查, 终于发现该用电户利用地下室作为掩体, 于地沟隐蔽处将进户电缆T接出一路表前电源, 利用两个专用交流接触器在地下暗室以自动闭锁转换方式, 将这路表前电源与正常计量负荷环接进行窃电。现场窃电设备容量32.50 kW, 根据供电营业规则规定, 对该用户追补电量70 200 kW时, 追补电费68 796元, 应追补三倍违约使用电费206 388元。

应用智能式用电计量监测仪成功破获了这起表外T接电源方式的隐蔽性技术窃电, 充分证明了该仪器在锁定电量异常用户上的方便、快捷, 使反窃电行动有的放矢。窃电前后电量变化见表1。

案例二

大庆电业局xx供电局用电户“**娱乐城”实际用电量与计量装置计量电量相比异常, 经多次反窃电检查无果。

采用智能式用电计量监测仪对该用户进行在线电量监测。在用电户没被惊扰情况下, 将该仪器安装在希工甲线G06配电亭内该用电户进户电缆首端。经过3 d的在线电量检测, 2008年 3月17日10:20至18日10:20, 智能式用电计量监测仪在线监测电量900 kW。通过远程抄表, 核算该用户计量表发生电量日均约为300 kWh, 由此锁定该用电户用电量异常, 决定对其实施延伸检查。发现该用电户有擅自开启计量锁、封嫌疑, 经重点对计量表内部细致检查, 发现该用户有擅自开启计量锁、封嫌疑, 经重点对计量表内部细致检查, 发现该用户电能表内装设微型开关, 利用隐蔽式开遥控器, 将表内A、C两相电压回路暗中操控造成计量表随时可以少计量电。

这例案件说明, 智能式用电计量监测仪对采用高科技窃电、隐蔽式窃电方式用户的查找和发现有着独特的侦破效果, 实战经济效益可观, 应用前景非常广阔。 窃电前后电量变化见表2。

5 结论

5.1 智能式用电计量监测仪是集多功能电能计量表、CPU中央处理器、断相断流计时仪、高精度钳型互感器、专用电压取样卡具、远程无线数据传输模块 (手机SIM卡) 、微型打印机、防过电压 (防雷) 自复式电源模块、自动加热装置 (抗低温) 等多项设备技术整合而成。

5.2 智能式用电计量监测仪可广泛应用在380 V/220 V系统中, 对侦破各种专业窃电器、表前T接电源分回路等窃电及供电企业的线损指标考核、台区承包考核、用电户电量异常监测分析, 判别准确。

5.3 仪器智能化程度高, 携带方便、安装操作简单易行。可在配电箱 (柜) 、配电亭、箱式变、开闭所、变台等多种不同环境中使用, 运行过程中与您的手机短信互动, 实现了远程监控, 监测电量。

参考文献

[1]丁毓山.电子式电能表与抄表系统[M].北京:中国水利水电出版社, 2005.

智能监测仪 篇5

随着社会的发展，人们对于生活居住条件的要求越来越高，人们希望可以像比尔盖茨一样随时随地掌控居住环境。近些年，由于信息技术和传感器技术等的不断发展，智能家庭正在悄悄走进千家万户。智能家庭是在联网设备的基础上，通过传感器采集数据，网络后台获取并存储数据，通过特定的算法对数据进行分析，将得到的结果返回给执行机构或通知用户，从而为用户提供一个智能的居家生活环境。目前智能家庭系统方案众多，各有优缺点。

笔者在智能家庭方面进行了研究，提出了一套易于扩展、高性能的智能家庭系统。本系统是一个轻量级的但功能完整的智能家庭系统。传统的智能家庭对设备的控制大多基于局域网络，只适应于家庭内部进行监测控制，本系统以家庭为单位，将所有家庭的数据采集到云端存储，便于以后的分析挖掘，使本系统可以更加智能，同时系统采用分层的模块化架构，便于维护和扩展。本系统在设计的时候充分考虑安全和成本，力求在安全的前提下降低系统成本。系统架构

2.1 整体架构设计

如图1所示，每个家庭都通过 TCP/IP 协议接入智能家庭云平台，在家庭和Internet 之间通过网关管理控制，家庭内部则采用 Zigbee 构建的局域网进行通信，达到监测和控制的目的。用户可以通过客户端连接到云平台查看家庭环境数据和控制家庭中的联网设备。云平台可以通过特殊的算法对采集到的数据进行分析处理，层而达到越用越聪明的目的。

Zigbee 是一种低功耗、短距离、低速短延时、简单大容量、安全可靠的无线网络传输技术[1]。zigbee 具有强大的自组织网络性能，主要工作在ISM 频段。其中，2.4GHz 频段较为常见，并且免费使用。在每一个家庭中通过 Zigbee 构建局域网络，达到安全可靠、成本低、低功耗的家庭网络的需求。

家庭网关采用Arduino 模块。Arduino 是一块基于开放原始代码的 Simple I/O平台[2]，因为 Arduino 是为业余电子爱好者开发的，所以开发语言和开发环境具有简单易懂的特点，同时Arduino 开发语言是建立在 C语言的基础上，功能强大，可以尽情发挥想象[3]。Arduino 以其简单、便宜、功能强大赢得了成千上万电子工程师的喜爱。

客户端采用 WEB 形式，降低开发成本并且具有很高的兼容性。当模块增多，功能复杂的时候可以考虑开发APP，本身 APP 也可以通过 webview 等组建直接嵌入 WEB页面，同时 WEB 也可以直接和微信打通，方便用户使用。

2.2 云平台架构设计

本系统采用 REST 架构。REST(Representational State Transfer)表征状态转移是从资源的角度看待整个网络[4]，分布在网络中的各种资源都是通过 URL(统一资源定位器)来唯一确定，应用程序可以通过 URL 来取得网络资源的表征，从而改变其状态。REST 架构希望通过统一的 Hypermedia Controls，实现标准的可扩展性高的标准语义及表现形式，从而达到无需人工干预、机器之间通用的交互协议边的目的[5]。

物联网(Internet of things)能够让被独立寻址的物体互相连通，其中涉及的联网设备非常庞大，物联网包含的物体个数保守估计在千万亿级别，面对如此强大的资源世界，采用 REST 架构构建物联网系统，在目前来看是最好的解决方案。硬件实现

3.1 主控制器设计

主控制器采用Arduino+Zigbee模块，如图，Arduino 拥有14个数字IO 接口和6个模拟 IO 接口，外部供电5V～9V 直流电源，输出5V 和3.3V 直流电压，采用 Atmega328微处理器控制器芯片。Zigbee 模块使用 TI 公司的 CC2530芯片，此芯片具有增强型 8051CPU，系统内部可以编程闪存，且其具有4种不同的闪存运行模式模式，可直接在片上系统进行编程且代码移植性好，技术成熟，成本低等优势让其成为目前 ZIGBEE 开发的主流芯片。

3.2 温湿度监测模块

通过DHT11温湿度传感器实时采集数据并通过 Zigbee 网络传输给网关。DHT11具有快速响应、全程测量、数字输出等优点。

3.3 继电器控制模块

主要由继电器和简单的电路构成，用于接收动作命令控制大功率家电设备。

3.4 电路检错模块

电路检错模块独立封装，用于检测设备是否正常，检错电路工作原理：协调器获得开灯指令后，如果电路输出为高电压状态，即设备损坏或电路接触不良等，则客户端和主控制器检错指示灯亮，提醒用户检查电路情况。软件实现

4.1 硬件系统工作流程

设备开始运行先进行初始化，然后尝试连接到云平台，如果没有连接成功则写入日志并再次尝试，三次之后若还没有成功则对用户做出反馈。硬件设备成功连接到网络之后开始等待指令，得到指令之后立即执行指令，成功则继续等待执行下一条指令，如果执行不成功则记录到日志并对用户做出反馈。用户可以随时查看设备日志，方便发现问题并解决问题。

4.2 云平台设计实现用

服务器采用 Node.js 技术实现。Node.js 是一个可以让服务器运行 javascript 脚本的平台，使 javascript 可以像 PHP、Perl、Ruby、Python 等语言一样不需要依赖于浏览器运行。Node.js 是为实时 WEB 而生，在构建之初就考虑在实时响应、超大规模数据要求下架构的可扩展性。

Node.js的特点是单线程、异步 IO、事件驱动，这种程序设计模型的优点是性能优异、开发效率高[10]。目前 Node.js 凭借其优秀的特性吸引了一大批开发者和公司，形成了一个庞大的生态系统。成千上万的第三方模块让 Node.js 开发更加高效，因此我们选择采用 Node.js 技术构建智能家庭系统的服务器平台。

4.3 客户端设计实现

通过服务器提供的 API，可以很方便实现各个平台的客户端。为了减少开发周期和尽可能多的适配客户端，我们选择先实现自适应的 WEB 客户端。采用WEB 技术实现客户端，可以一次开发多种

客户端适配，不同尺寸、不同平台的设备都可以得到一个完美的呈现。

5结束语

广播传输监测及智能切换系统设计 篇6

关键词：广播信源监测；传输节点监测；智能切换

中图分类号： TN011 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）16-167-2

0 引言

近年来，广播电视网络不断创新发展，广播电视技术的数字化、网络化、智能化不断提高。随着国家“十三五”规划加强对农村广播电视数字化的覆盖要求。

各级电视台对发射台建设重视程度不断增加，萧县广播电视台立足于国家广电总局对数字化覆盖的补贴及县相关部门对萧县广播电视台的大力支持，萧县广播电视台着眼与未来广电技术与网络融合的发展，构建发射台FM广播传输系统及监测系统。此系统构建必须满足广播电视技术未来发展的需要，充分结合其他地方台构建系统的经验；充分利用新技术不断地创新；充分符合国家广电总局对我台的技术要求与指导；充分满足广电网新融合发展的需要。

数字化方面全面构建全数字信源传输预留高清通道，网络化方面基于IP传输架构光纤网络传输方式，智能化方面构建基于IP网络架构的智能切换及远程数据查询。监测系统可以实现故障预警、信源丢失等故障报警，FM音频监测动态电平大小、峰值电平等参数。

1 FM广播监测系统

此系统必须考虑传输安全稳定可靠，通过监测技术手段监看、预警信源故障，能自动实现主备切换，达到高效应急、缩短故障延时积极有效的避免带来的停播、劣播影响安全播出。系统能实现安全、可靠、便捷、高效、可控的智能化平台，系统满足日常的安全播出、发射需求，要求各个环节均数字化，流程化，无带化，为提高节目音频数字化质量。系统主要对FM广播信源中断、过大、过小及电平动态范围值、峰值电平等参数进行故障报警。系统预留地面数字广播监测系统接口，可监测1个频点中的8套FM信源指标故障，同时系统可以对本地人员非法入侵及发射机房周围环境实时监测，监测的实时数据上传到服务器中保存，所有音源监测信息以动态音量柱实时显示在监看大屏幕上，音频FM广播监测系统如图1所示。

系统可实现对各个频率的各个节点的音频的实时采集监测，可以对监测音频节点进行选择性监听或循环监听，循环监听采用多路循环监听监看器，可对其需要监听的所有频道在1-90s范围内设置循环，同时也可以监看到当前监听频道的动态音量柱。可实现对监测节点出现静音及劣播等故障进行报警等功能，专业监测切换装置，信源自动切换；内置DSP处理，音频相位可控，支持对监测信源录音，可按时段定制录音，也可全频段录制。机房环境通过对温湿度传感器，电流传感器，电压传感器，水浸，烟感，人感等设备的采集，可实现对发射机房温湿度、电压、电流、火情、水情等环境的监测；支持巡机数据导入，方便对巡机情况进行查询，有效地

保证了日常巡机工作的执行质量。监测到异态时可通过声音、光电、短信等方式实时本地或远程报警；具备完善的统计分析及日志管理等，可查询发射设备、电源、机房环境等主要运行数据以及查询通讯中断、机房入侵、重要操作、报警等事件数据；支持Internet广域网远程监视、值日管理、参数设置等。

2 音频信源传输及智能切换播出系统

萧县发射台位于海拔280米高的灵山之上，距离山下电视台直线距离7公里左右。电视台制作后的信号源通过光纤网络上传到发射台经行播出发射，虽两地距离较短但传输敷设光纤的环境比较复杂（穿过新老城区及山上居民区），为此我台技术人员根据实际需要敷设两路光缆作为主备同时预留无线微波传输系统，信源传输利用数字光端机具有IP数据双向传输功能技术，可以传输音频AES信源同时传输双向控制数据，对系统传输经行切换。系统所采用的设备都具有SNMP网络管理功能，系统提供设备工作状态、参数、设备接口信息等。系统还可以提供远程控制、远程定时开关机、自动开启备、自动切换等功能。音频传输智能切换播出系统如图2所示。

智能自动控制系统：

采用智能自动控制系统可以通过子系统数据控制端口实现实时自动切换，系统可以实现对4路本地信源AES或模拟立体声L/R与4路网络音频（可以从网络接收实时传输音频信号作为信号源）自动监测切换播出，系统具有强大的DSP处理功能，可以对输入输出信号的电平和相位进行在线调整，同时具备音频信号智能监测报警功能，可以对所有输入输出信号的参数进行在线检测。采用先进的帧检测技术，保证音频信号的帧切换，实现各路音频通道间无噪音切换。可以对所有输入输出信号进行实时检测，做智能化故障判断，并对输入音频信号故障做蜂鸣器鸣叫提醒，对输出信号做报警或应急自动切换处理。监测到故障自动切换后，将根据事先设置好的是否允许回切参数，决定是否自动回切到主通道。

3 小结

智能监测仪 篇7

系统总体方案设计

本文设计的基于GSM网络的智能人体健康参数无线监测仪, 有操作简单, 可实现度高, 经济成本低廉, 效果显著等特点, 可以批量生产开发和使用。智能人体健康参数无线监控仪以STC89C52单片机和GSM通信模块为核心, 采用温度、血压、脉搏等传感器实时检测人体健康状况的生理参数情况, 当出现异常情况时进行现场报警, 并以短信的形式将异常信息发送护理人员及家属。

系统的硬件设计

基于GSM网络的智能人体健康参数无线监测仪的硬件部分分为如下几块:脉搏检测模块、体温检测模块、报警电路、LED数码显示模块、单片机与GSM通信模块和电源模块。

脉搏检测模块

采用光电式红外传感器, 本设计选用一对红外对射二极管实现。光电式检测方法是利用光电传感器检测人体内血液流动时对光的透过率或反射率不同而将其转换成电信号的方法。有对射式和反射式。对射式是在一个大小合适的环的两侧各放一个发射管和一个接收管, 测量时将人的手指伸到环中, 由于手指中的血流量的变化而使光电接收管的光电流也随之变化。

体温检测模块

DS18B20是数字型温度传感器, 内部自带A/D转换器, 输出数字信号, 可以直接与单片机相连。编程可实现分辨率为9到12位, 对应智能分辨率温度分别为0.5°, 0.25°, 0.125°, 0.0625°。此次设计采用的为12位分辨率, 当测的室温大于0时, 只需让测得数值乘以0.0625, 就可以得到实际温度。

温度转换需要三步:每次读写前需要复位;复位后发送ROM指令;最后发送RAM指令。当单片机按照指定的程序工作时, 对ROM会进行跳过指令操作, 转而直接进行温度转换与温度读取的工作。

报警电路

当心率大于199次/min或小于50次/min, 蜂鸣器报警

LED数码显示模块

显示部分主要由一个四位七段数码管和四个三极管、电阻组成。当基极是低电平时, 三极管处于导通状态, 相当于开关闭合。当基极是高电平时, 三极管截止, 相当于开关断开。三极管和电阻组成的电路起驱动的作用, 驱动数码管发亮。

单片机与GSM通信模块

GSM模块是将GSM射频芯片, 基带处理芯片, 存储器, 功能放大器等集成在一起的模块, 其具有独立的操作系统, 可实现短信的收发, 电话拨打, GPS定位等功能, 若加上键盘, 显示屏可制作成简单的手机。GSM模块自带系统, 故对其操作需要用标准的AT指令来控制, 进而实现各种无线通讯功能。本次设计中采用的GSM模块为SIM900A, 相对于TC35I, 其具有功耗低, 性能更稳定, 具有GPRS定位功能, 操作更简单等优点。

电源模块

电源模块作为系统的供电设备, 对智能人体健康参数监测仪的正常工作起着决定性的作用。本设计采用的是锂电池作为供电电源, 输出电压12V, 经DC/CD转换电路, 将其转换为5V电源为单片机工作。

系统软件设计

STC89C52单片机采用C语言编写控制, 实现其功能, 主要分为单片机的检测部分、蓝牙传输部分与报警及远程控制部分。在检测部分, 该系统主要实现的是红外, 烟雾以及温度传感器的数据采集, 并在液晶屏上显示相应的数据;在蓝牙传输部分, 当某项数值超过阈值时, 数据经蓝牙模块传送到单片机, 单片机对数据进行处理;在报警远程控制部分中, 单片机用GSM模块向预先设定好的手机发送短, 当用户发送短信后, 经过指令操作, 控制继电器, 控制家中的电器的开关。

系统程序设计中采用模块化的编程方法, 采用模块化的程序设计方法有以下优点:第一个优点为单个模块结构的程序结构清晰, 各个模块之间并没有紧密的联系, 有利于单个模块的修改, 节省程序修改的时间和经历;第二个优点为模块程序的可读性能好, 便于对其功能扩充和版本升级。系统的程序图如图3、图4所示。

实验结果

实验结果表明:基于GSM网络的智能人体健康参数无线监测仪可对人体健康状况无线实时监测, 可对人体的温度、血压、脉搏等健康状况的生理参数情况实时检测, 当出现异常情况时进行现场报警, 并以短信的形式将异常信息发送护理人员及家属。

结束语

智能监测仪 篇8

在电子工程设计与测试、医疗设备维修,日常体检中,常常需要一些复杂的、具有特殊要求的信号,要求其波形可任意产生,频率方便可调。通常的脉搏监测仪只有通过繁琐的线缆输出,难以满足实时,方便无线传输要求。结合实际需要,我们采用成熟技术的单片机芯片AT89S52和蓝牙模块HC-06设计了基于蓝牙的脉搏监测仪。

本应用主要是利用精密高性能8位数字信号控制器芯AT89S52和蓝牙HC-06模块, 通过单片机采集、控制其输出波形、输出波形的幅度及其频率,最后将输出波形的参数显示在基于C#编写的智能手机程序上。若将其广泛应用于运动监测、医院移动监测、家庭健康监测等领域,具有重要的临床使用价值;该课题仅仅是利用了脉率这一生理参数作为代表,为血氧、心电、心率、呼吸等无创生理参数都可以利用蓝牙传输数据到智能手机上实时显示这些参数。

本应用产生脉搏波容易,电路较简单,外接元件少,软件编程比较容易实现,且产生波形能对其频率和幅度进行调节,成本在百元左右。如图1、图2。

1 硬件电路设计与软件设计

1.1 利用高性能8位微信号控制器采集,控制以及传输等波形的信号源, 并通过HC-06结合基于C#高级软件开发的智能手机软件来接收HC-06传输的数据,控制其输出波形、输出波形的幅度及其频率,最后将输出波形参数显示在Windows Mobile上。

如下图2,

1.2 该系统是采用Microsoft Visual Studio2008开发环境中的C#语言来编写智能手机程序,该程序是基于Windows Mobile系统的。Windows Mobile,是 Microsoft 用于Pocket PC和 Smartphone 的软件平台。Windows Mobile操作系统有三种,分别是Windows Mobile Standard、Windows Mobile Professional,Windows Mobile Classic,该应用是采用Windows Mobile 6.5的。

基于Microsoft Windows SDK v6.5的Microsoft Visual Studio 2008开发平台,开发基于C#的Windows Mobile蓝牙手机程序,部分源程序如下:

2 整机运行说明

本监测仪采用220V AC供电,经过LM317芯片电路AC—DC变换器,转换成固定的3.3V供给蓝牙HC-06模块用。接上5V电源供给硬件电路后,接上人体指夹式脉搏传感器,按AT89S52的复位开关。因复位按键处理子程序采用的是查询方式,而且该设计软件要调用的子函数比较多,所以,按键响应有可能会出现慢或者不响应的情况。

3 总结

3.1 功能扩展

3.1.1 可利用高性能8位数字信号微处理器单片机AT89S52、通信模块等多功能的与手机连接,从而实现输出波形的实时显示,在运动监测、医院移动监测、家庭健康监测等领域,具有重要的临床使用价值。

3.1.2 该课题仅仅是利用了脉率这一生理参数作为代表,为血氧、心电、心率、呼吸等无创生理参数都可以利用蓝牙传输数据到智能手机上实时显示这些参数,这也对于提高医疗设备的诊断的效率有着非常重要的作用。

3.2 应用前景

现在市场上的脉搏监测仪价格是在几千元到上十万元左右,而且有线,比较麻烦,不能实时移动,而本设计的的成本价只是数百元。相对成本低。除此之外其还有以下几大特别点:首先本脉搏监测仪是基于目前很热门的蓝牙无线传输来设计的,可有两种波型输出,而且幅度稳定,幅度值可调。第二,同时也基于目前比较广泛的智能手机应用来开发的医疗设备,其频度由低频到高频,可现实连续可调。第三,本脉搏监测仪功能扩展方便,误差小,幅度、频率实现Windows Mobile显示,而且采用单片机自动控制,只需进行简单的按键操作。若在此基础上改进为其他生理参数波形显示、以及相关参数计算、功耗微型化、微电池供电,则该监测仪使用范围更大,应用前景更好。

市场应用范围:医疗,保健,科研,无线开发及民用领域。

摘要：目的:该课题仅仅是利用了脉率这一生理参数作为代表,我们都可以把血氧、心电、心率、呼吸等无创生理参数利用蓝牙传输数据到智能手机上实时显示出来。方法:本设计利用目前已有成熟技术的单片机芯片AT89S52和蓝牙模块HC-06设计基于蓝牙技术与智能手机的脉搏无线监测系统。此项研究将先进的近距离无线传输技术应用于生理参数监护中,使大量数据的传输由有线变为无线、实时、可移动。结果:由病人随身携带可连续记录脉搏信号的便携式采集信号控制器,在采集的数据将同时传输到智能手机上,实现实时监测,若该参数超过或低于预设值,智能手机就会自动报警,监护服务器端就会响应。结论:因此能广泛适用于运动监测、医院移动监测、家庭健康监测等领域,具有重要的临床使用价值。

关键词：蓝牙,智能手机,无线,生理参数

参考文献

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智能监测仪 篇9

电动机是轮机领域最主要的设备之一,船用电机的任何部分出现问题都会影响行船安全。船用电机的工作条件十分恶劣,为了使航运具有优良的牵引和安全性能,必须保证电机的质量。电枢是电机实现能量的转换的重要部件,据航运统计,电枢故障是电机的主要故障之一,约占牵引电机总故障的40%。因此,在船用电机的各项试验和检查中,对电枢的检测是很重要的。检测内容主要包括电枢的工频交流耐压试验、直流高压泄漏电流试验、绕组匝间耐压试验和绕组直流电阻的测定[1]。

电机电枢传统的检测方法是人工逐片检测,劳动强度高、效率低、误差大。电机电枢参数智能监测仪的使用,实现了检测自动化、提高了检测的准确性。然而,随着该仪器的应用,逐渐曝露出一些问题:步进电机的失步;数据传输的速度;触头升降机构的冲击;上位机的通信等等。

本文针对以上问题,对原智能监控仪进行了技术改进。通过在支撑板上安装编码器,采用步进电机的核步法[2]闭环控制实现了防止失步造成的数据测量错误;通信模块使用75LBC184完成RS-485的数据传输,来提高测量数据的传输速度;触头升降机构由带位置感应开关的微型气缸代替电磁铁控制,能保证触头可靠接触换向片,同时增加一个触头,提高了测试的效率。

2 智能监测仪的组成及工作原理

电机电枢参数智能监测仪由机械装置、单片机控制系统以及专用测试仪器组成,电枢的各项参数是通过专用测试仪测量得到。通过单片机控制步进电机的旋转、电磁铁的吸合,对船用电机的电枢参数进行自动检测,并通过RS-232实现单片机与外围专用测试仪器间的串行通信。

2.1 电气控制系统

单片机系统以AT89C51为核心,主要完成参数监控、数据处理和各种算法功能模块程序实现;存储单元E2ROM芯片X25045主要完成数据存储功能;报警单元通过报警信号驱动蜂鸣器、发光二极管完成被测量及系统自检的声光报警;LED单元由4位8段LED数码管显示实时检测数据及操作、运行状态;键盘单元是主要的人机输入接口,完成参数设置及在线修改功能。通信单元是多根RS-232通信线和专用检测设备连接;单片机通过步进电机控制器驱动步进电机的旋转;电磁铁的吸合,决定了测量触头的动作,也是通过单片机的一个输出接口实现开关量的控制。

2.2 机械装置

机械装置是系统的重要组成部分,它包括V形块夹紧机构、螺杆传动机构、步进电机、触头升降机构等[3]。测试时,通过由单片机控制的步进电机驱动器输出的脉冲来控制步进电机的旋转,从而带动支杆以及触头升降机构的旋转到适当位置;触头升降机构的核心部件:微型电磁铁,恢复弹簧。微型电磁铁断电,在弹簧力的作用下,触头被放下;压紧电枢的换向片,专用测试仪对电枢参数进行检测;测量完成,电磁铁通电,触头被抬起,允许步进电机旋转到下一换向片位置,进行新数据的测量。重复进行以上的动作,直到电枢所有的换向片测量完成,数据全部存储到单片机的存储器中,等待打印。

3 智能监测仪的技术创新及改进

针对实际使用中发现的一些问题,通过现场调研,征询了各方面的意见,对智能监测仪进行了技术改进的工作。改进工作分为两部分:电气控制系统的改进和触头升降机构的改进。

3.1 电气控制系统的改进

电气系统的改进从三个方面来进行。

3.1.1 步进电机控制部分

原电气系统是基于单片机的步进电机开环控制系统。本检测仪中使用的步进电机因为要求步距角小,所以采用的是五相式混合步进电机,其控制较为复杂,因而配有专门的驱动器,这样只需根据其使用说明,输入相应的脉冲信号即可控制步进电机[3]。步进电动机经常被用于精确定位的场合,因而保证电动机不发生失步至关重要。步进电动机正常工作时,每接收一个控制脉冲就移动一个步距角,即前进一步。若连续地输入控制脉冲,电动机就相应地连续转动。步进电动机的失步,包括丢步和越步两种情况。步进电动机是开环进给系统中的一个重要环节,其性能直接影响着数控系统的性能。电动机失步会影响触头升降机构的定位控制精度,造成测量的数据中可能含有错误。

闭环控制是检测步进电机的实际转动角度和角速度,然后通过反馈和比较等处理,自动给出相应的驱动脉冲。采用闭环控制,不仅能有效地防止失步对测量结果的影响,还可以获得更加精确的位置控制和平稳的运行特性。

首先根据步进电机的步距角来选择光电编码器。步进电机的最小步距角为0.09°,故光电编码器选用4000转/分,两者必须相匹配。这里采用核步法闭环控制原理实现步进电机的闭环控制。闭环控制子程序框图如图1所示。

3.1.2 通信模块

原监试仪器对电枢的参数进行测量之后,通过RS232串行通信将测量数据传给单片机,然后进行处理。采用9600波特率,无奇偶效验,1位起始位,8位数据位和1位停止位的10位异步通信方式。

为了加快数据的传输,提高仪器的工作效率,采用75LBC184完成RS485信号的驱动、隔离与收发功能。采用两线制连接方式,通信速率可编程设置,遵循IEC870-5-1数据传输协议。同时,增加一个通信接口来实现单片机和上位机的通信,以实现对测量数据的高层次管理和处理。

通信口的初始化应设置AT89C51串行口控制寄存器SCON、控制寄存器TCON、中断允许控制寄存器IE以及中断优先级控制寄存器IP的相应位。具体的C语言串口初始化子程序代码如下。其中SCON设置为0xd0H;SM0、SM!为1、1,即串行口为工作方式3。REN为1,即允许串口接收数据。

改进后的电路框图见图2。

3.1.3 显示模块

原系统的显示输出是通过数码管来实现的。数码管与蜂鸣器的配合使用为操作者提供了一个简单的人机界面。数码管提供的简单的代码符号与蜂鸣器的不同声音频率相互配合来代表仪器的不同工作状态。这样的人机界面显然是不能满足现代发展的需要。

TC1620A是一种16字×2行的字符型液晶显示模块,经过合适的编程,可以把仪器的状态通过文字直观表达出来,使得人机界面更加友好。TC1620A的控制指令共11条,其中9条是针对命令寄存器IR的,另外2条是针对数据寄存器DR的。对显示模块的控制是通过多个子程序实现的:查看忙碌信号子程序、清TC1620A显示器子程序、启动TC1620A子程序等。

3.2 触头升降机构的改进

触头升降机构的核心部件是一个微型电磁铁,通过对电磁铁的通、断电,实现触头的抬起与放下[4]。

由于是在电磁铁和弹簧力的作用下实现升降功能,故存在一些问题:测量机构和电机电枢安装的同心度误差会导致触头移动到不同位置时,触头与换向片的接触压力不同,这将产生一定的测量误差;触头动作时的冲击力不易控制,减少触头的使用寿命;一个触头升降机构在机械上不对称,不仅影响步进电机的工作特性,又降低了测试的效率。机械装置示意图见图3。

针对以上的问题,采用微型气缸代替电磁铁,气缸上安装有磁性感应开关,单片机通过检查磁性感应开关的状态决定下一步的动作,增加了机构的动作安全性;气缸的行程和速度都是可以调整控制的,可以实现稳定的触头压力,减少触头的冲击力,提高触头的使用寿命;在触头升降机构的反方向增加一个触头升降机构,改善了步进电机的负载特性,显著提高了测量的速度。

显然可见,通过机械装置的改进,进行一个电机电枢的测量任务时,步进电机仅仅需要转动半圈,即转180度。当然,在测量过程中上下两个升降触头的动作要交替进行,不能够同时下降进行测量。这可以在电路控制中应用互锁电路来轻易实现。步进电机转动半圈就完成测量的另一个好处是:触头和气缸上的引线方式更加灵活和方便。

4 总结

智能监试仪的技术革新和改进工作,解决了该仪器存在的一些问题,使得测量的速度、数据的可靠性、触头的寿命等性能指标得到了提高。同时预留了和上位机的通信接口,为以后电机电枢测量数据的统一管理和处理功能做好准备。

1.步进电机2.支撑板3.下V型块4.气缸5.电枢6.光电编码器7.上V型块8.触头

本智能测试仪能更加方便、有效、准确地检测船用电机电枢参数,实现了测试的自动化,降低工人的劳动强度,提高电机检修的质量管理,能满足技术进步的要求,保证了船舶的安全运行。

参考文献

[1]唐剑飞,桂永胜.电机模型中的参数设计[J].船电技术,2005(1):25-27.

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[3]尚德舜,李华德,张芳,等.异步电机多变量矢量控制系统[J].中小型电机,2005,32(1):25-27.

智能监测仪 篇10

1系统总体设计

本文设计的监测仪以单片机为核心芯片, 采用光强传感器、温度传感器、湿度传感器、甲醛传感器、烟雾传感器和拾音器采集数据, 采用彩灯和蜂鸣器同时报警, 此外该系统具有键盘, 可以任意设置报警阈值。通过软件编程使各个部分协调工作, 实现周围环境的光照、温度、湿度、甲醛、烟雾和噪音等多种环境信息的采集、存储、处理及显示、报警。多路环境监测仪的总体框图如图1所示。

当前环境温度、湿度、空气中甲醛含量程度、光照度、可燃气体含量程度、噪声强度等监测结果可在显示屏上实时显示, 同时当空气中甲醛含量程度超标时蜂鸣声音报警, 且黄灯闪烁, 当空气中可燃气体含量程度超标或检测到烟雾时蜂鸣声音报警, 且红灯闪烁, 当噪声系数达到噪声级别时, 蓝灯闪烁报警。

2系统硬件设计

本文设计的监测仪选用PIC18F4550型号的单片机, 内置24LC08存储芯片, 掉电数据不丢失;温度传感器选用TM275, 测量范围为零下20℃至100℃。甲醛传感器选用MQ138, 它的灵敏度高, 同时也可检测醇类、酮类、醛类、芳族化合物等有机挥发物, 反应时间0.5s。光强传感器选用BH1750, 受红外线影响很小, 可通过50Hz除光噪音实现稳定的测定。可燃气体传感器选用响应时间小于等于10s的MQ2。湿度传感器选用HIH-4000, 其工作稳定, 漂移性小, 抗化学性。同时系统配有BISS0001, 检测人体发出的红外辐射, 并可有效抑制人体辐射波长以外的干扰辐射。系统通过USB接口可传输实时检测到的数据, 也可上载存储的历史数据。各个传感器模块采用I2C总线的方式和单片机通信。

3系统软件设计

按照系统功能, 采用模块化的思想开发系统程序, 具体设计流程如图2所示。其中烟雾检测模块、可燃气体检测模块、人体红外检测模块、甲醛含量检测模块、噪声强度检测模块均按照蜂鸣器报警、报警灯亮、LCD显示屏显示、按键确认的流程来设计, 四个模块较好的实现了代码的复用, 提高了开发效率。

此外, 在开机系统初始化阶段, 4*4的键盘可供用户可设置系统时间、检测阈值、存储参数及报警音量等。温度、湿度和光照强度检测可在LCD显示屏上实时显示, 同时从系统时钟获取并同时显示当前时间, 之后该次测量的数据一同被存储。

4结论

本文设计的室内环境监测系统智能化程度高, 具有良好的人机交互性, 整个系统由单片机控制, 报警阈值可依用户需要随意由键盘键入, 且即输入即设定即使用。工作性能良好, 具有功耗低、体积小、成本低、测量精度高、灵敏度高等特点, 具有很好的研究和应用前景。

摘要：本文设计了一款智能多路环境监测仪, 可用于家庭环境或者相似环境中, 实时监测并显示当前环境温度、湿度、空气中甲醛含量、光照度、可燃气体含量以及噪声强度等, 当测量值超标时, 系统提供灯光和声音报警。对系统硬件构成和软件实现做了详细介绍。

关键词：智能,环境监测,设计

参考文献

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智能化风电机组在线监测技术研究 篇11

关键词：风电机组；智能化；在线监测技术

中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）27-0066-02

1 风能机组

风能是一种干净的、可再生的能源，在当前国家大力保护环境、节约能源的背景下，利用风能发电是极为重要且极具有发展潜力的发电方式。然而随着风电机组装机容量及机组单机容量不断增长的同时，又对风电机组的安全、可靠性提出了更高的要求。

据统计，大兆瓦级风力发电机组的故障主要集中在齿轮箱、发电机、叶片、电气系统、偏航系统等关键部件。

这些关键部件一旦出现故障，会造成风电机组停机损失发电量，再加上风电场所处的地理位置比较偏僻，气候条件比较恶劣，而且机组处于高空运行，维修维护成本较高，严重影响风力发电的经济效益。

因此，对于机组的主要部件进行连续监控，第一时间了解机组的健康状态，具有重要的社会经济价值。

本文所阐述的智能化在线监测系统目前在国内3 MW机组上实现批量安装。

据分析，使用在线监测系统，由于齿轮箱故障导致的维修费用相比没有安装在线监测系统，可节省59%的费用。

可见，安装在线监测系统，对于风电行业的经济效益有着显著的影响。

2 智能化风电机组在线监测的技术原理

针对当前控制机组安全运行、降低风电机组的维护成本，提高机组利用率的需求，开发智能化的风电机组在线监测系统，以便更及时、更准确的对风电机组健康状态进行评估，保证机组安全、可靠、经济的运行，同时系统经过长期运行，可以获得机组的状态数据，对机组设计的改进及现场维护有积极的指导意义。

高、低频加速度传感器的参数表，见表1、2。

从表中可以看出，智能化风电机组在线监测器系统的高、低频加速度传感器具有更高的灵敏度，并且，在频响范围上有了较大的改善，在很大程度上提高了传感器的应用效率。

此外，在温度范围上，-50～+120 ℃进一步提高了传感器的应用性。

根据风电机组的机械结构特点，在风电机组的主要传动链部件上安装振动传感器，结合风电机组主要部件的振动特性，定制专门的数据采集策略来实现数据的采集，在研究部件振动机理的理论基础上，采用智能化的数据处理方法来实现部件特征信息的提取，建立起适用于风电机组故障的专家知识库，进而实现系统的自动智能诊断。智能化风电机组在线监测系统中数据采集单元的参数表，见表3。

从表中可以知道，数据采集单元的优越性更加显著，-30～65 ℃的运行环境、-40～70 ℃的储存环境温度，这对于确保数据有效采集是至关重要的。榆次同时，在IP等级和防腐等级方面，为进一步确保数据采集单位的有效工作，防腐登记和IP等级都有了较大的提高，进而体现在线监测技术的优越性。

3 智能化风电机组在线监测的技术要点

相比于其他的在线监测系统，智能化风电机组在线监测的技术要点更加显著、更有助于提高在线监测的有效性。

具体而言，智能化风电机组在线监测的技术要点，集中表现在以下几个方面。

3.1 高可靠性的硬件设计与开发技术

智能化风电机组在线监测所开发的硬件系统，具有稳定好，可靠性高、环境适应性好等特点。同时在数据采集方面，针对传动链不同部件的振动特性，定制适用于该测点的采集策略，通过通讯的方式从风电机组主控系统获取相关参数信息（功率、风速、轴承温度等），实现这些参数信息与振动数据的同步采集。

3.2 风电机组振动故障特征信息的提取方法

风电机组由于其变转速、变载荷的特性，加上其运行过程中会受到变桨、偏航等的影响，使得其振动信号比较复杂。本课题通过分析研究风电机组传动链各部件的振动机理及故障特征，在传统数据处理的基础上，采用智能化的数据处理方法从复杂的信号中提取部件的故障特征特征频率，为建立专家数据库，准确的判断机组的运行情况提供有力的依据。

3.3 故障诊断专家知识库的建立

故障诊断是风电机组在线监测系统的重要部分，故障诊断的准确性直接关系到系统的应用情况。本课题在风电机组主要机械部件振动机理研究的理论基础上，结合长期的振动数据的积累及故障案例的分析总结，建立基于风电机组的故障诊断专家知识库，进而实现系统的自动智能诊断功能。

3.4 准确的报警设置方法

针对不同风电机组在不同工况下的振动特性，建立基于工况的数据存储策略，通过分析各工况下风电机组的振动数据，自动设置报警值，避免发生误报漏报的情况，提高系统报警的准确性，为现场维护提供更为可靠的建议。

3.5 良好的系统集成性

本系统可以兼容油液传感器的数据分析，与振动数据的分析互相支撑、互相补充；同时系统软件可以与风场SCADA系统兼容，即在SCADA界面上可以实时显示风电机组主要部件的运行状态，以便于风场管理人员对整个风电机组的管理与控制。

4 智能化风电机组在线监测的技术价值

在实际中，在线监测系统已作为3 MW机组的标准配置，实现批量化应用。如西班牙Laloma风电场、南非Metro Wind风电场、上海东海大桥风电场、江苏东风电场等。系统运行稳定，能实现对风电机组主要部件进行实时监测，对机组的健康状况做出准确的判断与评估的功能，为现场维护提供了指导性的建议。

未来该系统也会成5 MW、6 MW以及更大机型上作为标准配置。

国家《风力发电机组状态监测导则》中明确规定，对于2 MW及以上风力发电机组，必须安装在线监测系统。可见，随着风力发电机组装机容量的不断增加，在线监测系统也有着广阔的市场空间。

目前，关于智能化的风电机组在线监测技术，国内外均已开展相关工作。在线监测系统的目的是通过对数据的分析，发现风电机组主要部件运行过程中可能存在的隐患。可见，故障诊断的准确性是评价在线监测系统好坏的主要指标之一。

然而，准确的故障诊断又与所采集数据的准确性、采集策略、对风电机组特性的了解、数据处理方法等环节都有着密切的关系。与其他在线监测系统对比，本文所研究的监测系统，其价值主要体现在以下几方面。

4.1 数据采集策略的多样性

针对风电机组主要部件的振动机理，针对不同 部件不同测点采取不同的采集策略，同时实现机组主控参数信息、振动信息的同时采集，从而获得有效的数据。

4.2 报警值设置的准确性

当前大多在线监测系统报警值的设置基本上基于VDI3834标准，但是由于风电机组有其不同的振动特性，用统一的标准来设定报警值，效果极其不理想。本系统采用基于不同工况的报警值设置方法，使得报警更准确。

4.3 数据处理方法的先进性

目前大部分在线监测系统都采用传统的数据处理方法，本课题在传统数据处理方法的基础上，采用了一些智能化的数据处理方法，为故障诊断提供有力的工具。

4.4 故障诊断的自动化、智能化

目前大部分在线监测系统都是通过人工的分析方法，故障的发展是一个循序渐进的过程，仅通过人工的方法定期分析数据，这样会花费较高的人工和时间成本。智能化风电机组在线监测系统可以对常规的故障实现智能诊断，对于比较复杂的故障，还需要专业的工程师进行分析。

5 智能化风电机组在线监测技术应用的社会效益

随着风电机组装机容量的增加，以及风电机组向大兆瓦级的方向发展，由于风电机组故障停机导致的发电量损失、维护维修成本过高等问题已成为风电行业比较关注的问题。

如陆上一台3 MW机组，塔架高达90 m左右，齿轮箱重量20 t左右，如果齿轮箱发生故障，仅拆装费用可高达100万元以上，如果再加上运输和维修费用，则高达200万元，这相当于风力发电机组生产成本的13%，而且还会导致机组停机数月，影响发电量。海上机组由于拆装的困难，维护需要出动大型轮船，其维护成本至少是陆上的2倍以上。

因此，在风电机组上安装在线监测系统，实时监控风电机组的运行状态，及时发现设备存在的隐患，采取有效措施避免重大事故的发生，同时可将当前风电场定期维护和事后维护的模式改为预测维护模式，可以有效的降低运行维护成本。

6 结 语

总而言之，风能作为一种可再生清洁能源，近年来得到了快速发展，成为电力行业发展的重要部分。风电机组的安全稳定运行，是确保风能有效利用的重要前提，如何构建智能化的在线监测系统，是确保风电机安全稳定运行的重要工作。

本文通过智能化在线监测技术的研究，并建立智能化风电机组在线监测系统，在很大程度上优化了在线监测技术，对于进一步推动风电机组在线监测技术的发展，起到了重要的作用。

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电池温度智能监测系统设计 篇12

关键词：电池温度,无线传输,DS18B20,热敏电阻

蓄电池作为一种供电方便、安全可靠的直流电源, 在电力、通信、军事等领域中得到了广泛的应用。温度是蓄电池的一个重要参数, 它可以间接地反映电池的性能状况, 并且根据此温度参数可以对电池进行智能化管理, 以延长电池的寿命。在蓄电池组充放电维护及工作工程中, 电池内部产生的热量会引起电池的温度发生变化, 尤其是蓄电池过充电、电池内部电解液发生异常变化等原因均可能造成电池温度过高而造成电池损坏。传统上用人工定时测量的方法, 劳动强度大、测量精度差, 工作环境恶劣, 尤其是不能及时发现异常单体电池, 容易导致单体电池损坏, 甚至导致整组电池故障或损坏;基于总线结构的有线多点温度监测系统, 能够实现温度的智能化测量, 但存在布线繁多复杂、维护扩展困难等不足。鉴于此, 设计了一种基于单总线温度传感器和无线收发模块的电池温度无线监测系统, 能够有效地克服热敏电阻测温和总线结构控制系统的不足, 有利于提高蓄电池性能监测的智能化水平。

1 单总线温度传感器DS18B20[1,2,3]

1.1 DS18B20 芯片特性

DS18B20数字温度传感器是美国DALLAS半导体公司生产的新一代适配微处理器的智能温度传感器, 它将温度传感器、A/D转换器、寄存器及接口电路集成在一个芯片中, 采用1-wire总线协议, 可直接数字化输出、测试。与其他温度传感器相比, 具有以下主要特性:采用独特的单线接口技术, 与微处理器相连仅需一根端口线即可实现双向通信, 占用微处理器的端口较少, 可接收大量的引线和逻辑电路;使用中不需要任何外围电路, 全部传感元件及转换电路都集成在形如一只三极管的集成电路内;测温范围-55～+125 ℃, 精度可达±0.5 ℃, 可编程9～12位A/D转换精度, 测温分辨率可达0.062 5 ℃, 可实现高精度测温;测量结果直接输出数字温度信号, 同时可传送CRC校验码, 具有极强的抗干扰纠错能力;支持多点组网功能, 多个DS18B20可挂在总线上, 实现组网多点测温。适应电压范围宽:3.0～5.5 V, 在寄电源方式下可由数据线供电;DS18B20与单片机连接如图1所示, 单总线器件只有一根数据线, 系统中的数据交换、控制都在这根线上完成, 单总线上外接一个4.7 Ω的上拉电阻, 以保证总线空闲时, 状态为高电平。

1.2 DS18B20 的控制时序

DS18B20与微处理器间采用的是串行数据传送, 在对其进行读写编程时, 必须严格保证读写时序, 否则将无法读取测温结果。DS18B20控制时序主要包括初始化时序、读操作时序和写操作时序[4], 如图2所示。

(1) 初始化时序。

时序见图2 (a) , 主机总线t0时刻发送一复位脉冲 (最短为480 μs 的低电平信号) 接着在t1时刻释放总线并进入接收状态, DS18B20在检测到总线的上升沿之后等待15～60 μs , 接着DS18B20在t2时刻发出存在脉冲 (低电平持续60～240 μs) , 如图中虚线所示。

(2) 写操作时序。

当主机总线t0 时刻从高拉至低电平时, 就产生写时间隙。从t0 时刻开始15 μs之内应将所需写的位送到总线上, DS18B20在t0后15～60 μs间对总线采样, 若低电平写入的位是0, 若高电平写入的位是1, 连续写2位的间隙应大于1 μs , 见图2 (b) 。

(3) 读操作时序。

当主机总线t0时刻从高拉至低电平时, 总线只需保持低电平6～10 μs 之后, 在t1时刻将总线拉高, 产生读时间隙, 读时间隙在t1时刻后到t2 时刻前有效, t2～t0为15 μs, 也就是说, 在t2时刻前主机必须完成读位, 并在t0后的60～120 μs内释放总线, 见图2 (c) 。

2 系统硬件结构

监测系统主要由温度监测节点、主控单元和上位机等3部分组成, 系统结构如图3所示。温度监测节点分布在蓄电池组的各个单体电池上, 采集各单体电池的温度信息, 通过无线网络传输给主控单元;主控单元与所有监测节点进行通信, 接收上位机的命令和来自监测节点的温度信息, 并将温度信息上报上位机;上位机实时显示蓄电池的温度信息, 并对数据进行分析处理, 根据设定的报警门限启动告警程序, 及时发现异常电池。

2.1 温度监测节点设计

温度监测节点的功能是完成对单体电池的温度信息采集、处理和无线数据传输。采用单片机控制无线收发芯片nRF2401和单总线数字温度传感器DS18B20来实现温度的智能测量, 主要包括单片机系统、温度采集电路、无线收发电路、显示电路、告警电路和电源等组成, 其硬件结构如图4所示。

DS18B20测温电路如图1所示, 用热传导的粘合剂将DS18B20粘附在蓄电池的表明, 管芯温度与表面温度之差大约在0.2 ℃之内[5]。利用nRF2401无线收发芯片实现无线传输, nRF2401 是一个单片集成接收、发射器的芯片, 工作频率范围为全球开放的2.4 GHz 频段。它内置了先入先出堆栈区、地址解码器、解调处理器、GFSK滤波器、时钟处理器、频率合成器, 低噪声放大器、功率放大器等功能模块, 需要很少的外围元件, 使用起来非常方便。在本系统中nRf2401 通过P2 口与单片机进行通信, AT89S51 的P2.0 和P2.1 口分别与nRF2401 的CLK1, DATA 相连接。nRf2401 的CS 是片选端, CE 是发送或接收控制端, PWR_UP 是电源控制端, 分别由单片机的P2.3, P2.4 和P2.5 引脚控制。nRF2401 的DR1 为高时表明在接收缓冲区有数据, 接单片机的P2.2[6,7,8] 。

由于nRF2401 的供电电压范围为1.9～3.6 V , 而AT89S51 单片机的供电电压是5 V, 为了使芯片正常工作, 需要进行电平转换和分压处理, 设计采用MAXIM 公司的MAX884 芯片进行5 V到3.3 V 电平转换, 如图5所示。

2.2 主控单元设计

主控单元和监测节点组成无线网路, 通过主控单元实现上位机和监测单元的数据通信。主控单元的基本结构和监测单元类似, 主要由单片机系统、无线收发模块、显示电路、串行通信电路及电源等组成。

串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议, 大多数计算机包含2个基于RS 232的串口, PC的串行口是RS 232C电平, 而单片机的串行口是TTL电平, 两者之间通过串口通信时, 必须进行电平转换, 设计运用MAX232A芯片完成单片机与PC之间的数据传输, 硬件连接电路如图6所示[9]。

3 控制程序设计

系统控制程序主要由单总线测温控制程序、无线收发控制程序和上位机监测程序等组成。单总线测温程序负责单总线设备初始化、采集电池温度并传送给nRF2401模块;无线收发控制程序主要功能是负责无线网络的组建和数据信息的无线传送;上位机监测程序的主要功能是通过串口和主控单元进行数据通信, 实时显示并存储数据信息。以监测节点为例, 图7是监测单元的程序流程图, 监测单元首先进行初始化, 主要包括单片机系统的通信、中断及定时的初始化等, 然后采集单体电池的温度信息、保存并用数码管显示, 实时监测主控单元的数据传送命令, 如果有就将电池的温度数据通过无线模块发送出去。

4 试验结果

设计了试验样机, 监测节点试验电路实物如图8所示, 在室内进行了温度测试, 采用4个监测节点, 分别在距离主控单元4 m, 8 m, 12 m的距离进行了试验, 试验数据如表1所示。

从表1可以看出, 温度的测量精度可达±0.3 ℃, 无线传输的准确率较高, 能够满足无线温度监测的需要。

5 结 语

本文针对蓄电池组中单体电池的温度监测问题, 设计了基于DS18B20数字温度传感器和无线收发芯片组成的远程无线监测系统。系统由上位机、主控单元和多个监测单节点组成, 主控单元通过串口与上位机进行通信。与传统的有线多点温度测量系统相比, 具有布设、扩展、维护及更新方便等特点, 有一定工程实际应用价值。

参考文献

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