【正文】 工作。接著分模塊介紹了具體設(shè)計，最終將所有模塊組合起來，得到整體的原理圖，然后進行PCB設(shè)計。然后詳細論述了如何選擇合適的芯片，主要考慮那些參數(shù)，并對各芯片的主要性能作了簡單的介紹。易產(chǎn)生噪聲的器件、小電流電路、大電流電路等應(yīng)盡量遠離邏輯電路。過小，則散熱不好，同時易受臨近線條干擾。去禍電容的引線不能過長，特別是高頻旁路電容不能帶引線。對于噪聲能力弱、關(guān)斷時電流變化大的器件和ROM, RAM等存儲型器件，應(yīng)在芯片的電源線和地線間直接接入去藕電容。如果印制電路板的允許，采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會更好。配置去禍電容可以抑制因負載變化而產(chǎn)生的噪聲，是印制電路板的可靠性設(shè)計的一種常規(guī)做法，配置原則如下:③去藕電容配置在直流電源回路中，負載的變化會引起電源噪聲。為了抑制印制板導(dǎo)線之間的串?dāng)_，在設(shè)計布線時應(yīng)盡量避免長距離的平行走線，盡可能拉開線與線之間的距離，信號線與地線及電源線盡可能不要交叉。采用正確的布線策略。印制導(dǎo)線的電感量與其長度成正比，與其寬度成反比，因而短而粗的導(dǎo)線對抑制干擾是有利的。.選擇合理的導(dǎo)線寬度。②電磁兼容性設(shè)計電磁兼容性是指電子設(shè)備在各種電磁環(huán)境中仍能夠協(xié)調(diào)、有效地進行工作的能力。盡量加粗接地線。電路板上既有數(shù)字電路，又有模擬電路，應(yīng)使它們盡量分開，而且兩者的地線不要相混，減小串?dāng)_。地線設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點:在設(shè)計過程中，應(yīng)注意以下原則①地線的設(shè)計在電子設(shè)備中，接地是控制干擾的重要方法。由于一般二極管正向電流可達幾百mA到1A左右，選擇R21=R22=R23=1k，能滿足條件。第3腳D1和第4腳D2分別接二極管再通過電容接地。MSP430F149輸入電流應(yīng)小于12mA，因此，上拉電阻可選擇1k，此時，輸入電流最大為: I=( )⑤綜合以上，. RS485通信模塊RS485通信模塊的電路。這個ID號可以手動設(shè)置，利用撥碼開關(guān)來實現(xiàn)。④地址編碼電路。③報警電路是為了在發(fā)現(xiàn)溫度異常時提醒工作人員用的，Q1為NPN三極管，R28為DS2Y SDC5V繼電器。對整個TAP的控制是通過TAP Controller來完成的。電容大小的確定:C(XIN)=C(XOUT) =2 X CL,.JTAG是單片機的下載調(diào)試接口。電容兩端電壓Uc可由式()確定: （）②MSP430F149設(shè)計為使用外部晶振XT2，晶振頻率為8MHz。上電復(fù)位電路由電阻及電容組成 ，從電阻和電容之間引出信號接到MSP430F149的RST/NMI腳。單片機的電路設(shè)計主要包括外接晶振、上電復(fù)位電路、JTAG口，地址編碼以及I/O口的連接。所有的數(shù)字地連接在一起，模擬地也連接在一起，最后，再用0Ω的電阻將數(shù)字地與模擬地連接起來。AD7656管腳除電源端外，輸出數(shù)據(jù)時先送低字節(jié):輸入電流應(yīng)在177。 DB7/HBEN/DCEN接低電平， RANGE經(jīng)上拉電阻接高電平，表示轉(zhuǎn)換范圍為177。 WR/ REF EN/DISAB LE接低電平，禁用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓。各控制端口設(shè)計如下:另外，AD7656是5V供電，將AD7656的第九個引腳Vdrive。420mA乘以250Ω得到的電壓范圍為15V，滿足要求。由于紅外測溫儀輸出的是電流信號，范圍為420mA，而AD7656的輸入信號為電壓，范圍為05 V，所以必須將傳感器的輸出信號作一個初步處理，以匹配A/D轉(zhuǎn)換芯片的要求。調(diào)式通過后，將J12, J13, J19斷開，就可以將外部24V電源與內(nèi)部完全隔離起來，減小外界對系統(tǒng)的干擾。，J11為5V電源輸入端口，J1為24V電源輸入端口，J14為24V5V電源，J15為24V24V電源，J12, J13, J19跳針接口。系統(tǒng)使用的電源模塊具有寬輸入電壓范圍，輸出長期短路保護、可自動恢復(fù)，高開關(guān)頻率、高密度、高可靠性，輸入輸出無過沖，低電磁兼容性，紫銅外殼電泳黑，全六面金屬屏蔽等功能，模塊輸出電流大，能滿足系統(tǒng)的負載要求。其中24V和5V采用帶隔離的DCDC電壓模塊。它采用16位的總線，外設(shè)和內(nèi)存統(tǒng)一編址，尋址范圍可達64K，還可以外擴存儲器，具有統(tǒng)一的中斷管理，具有豐富的片上外圍模塊，片內(nèi)有精密硬件乘法器、兩個16位定時器、一個14通道的12位的A/D轉(zhuǎn)換器、一個看門狗、6路I/0口、兩路USART通信口、一個比較器、一個DCO內(nèi)部振蕩器和兩個外部時鐘，最高支持8M的時鐘( )。AD7656功能完善，易于單片機控制。6通道使得單個系統(tǒng)采集的點數(shù)最多可達6個，監(jiān)測更加全面。l0V，177。寬帶寬輸入:輸入頻率為5OkHz時的信噪比(SNR)為85dB。低功耗:在供電電壓為5V、采樣速率為250kS/s時的功耗為160m/v。 。 A/D轉(zhuǎn)換芯片為了提高數(shù)據(jù)的精度，A/D轉(zhuǎn)換芯片采用模擬器件公司的16位高分辨率AD7656，其主要性能如下:由于溫度是一個緩變量，所以采集頻率不需要很高，系統(tǒng)設(shè)計為5s一次，150ms的響應(yīng)時間對于系統(tǒng)并無影響。信號輸出:標(biāo)準(zhǔn)420mA 。.尺寸: 18mm96mm (L)。 其主要性能為: 。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，硬件需要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和溫度顯示的功能，同時，要能跟上位機進行通信，每一套系統(tǒng)都要有自己的地址，方便上位機查詢。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)的硬件主要包括電源模塊、溫度采集模塊、單片機處理模塊、LCD顯示模塊以及RS485通訊模塊。同時對運用紅外溫度傳感器測量溫度時的一些重要影響因素和設(shè)計時應(yīng)需要注意的問題做了簡單說明。⑧系統(tǒng)安全模塊考慮到系統(tǒng)運行的安全問題，登錄系統(tǒng)需要用戶名和密碼，另外，系統(tǒng)對操作權(quán)限也做了分級控制，普通操作員只能進行常規(guī)操作(如查詢數(shù)據(jù)、查看記錄等)，而對溫度報警的上下限及其他一些重要的參數(shù)的設(shè)置只能由系統(tǒng)管理員完成。⑦數(shù)據(jù)查詢模塊該模塊可以查詢記錄到數(shù)據(jù)庫的所有數(shù)據(jù)，包括每個開關(guān)柜每個傳感器每天測得的溫度以及報警參數(shù)的設(shè)置。⑥日志記錄模塊考慮到系統(tǒng)安全的需要，在系統(tǒng)啟動后，所有有關(guān)的操作都會被記錄，如何時登錄系統(tǒng)，何時執(zhí)行了何種操作等。該模塊連接數(shù)據(jù)庫，可以查詢有記錄的任何一天的溫度，并顯示當(dāng)天的最高及最低溫度。該模塊列出了每個開關(guān)柜6路傳感器所測得的實時溫度值，并設(shè)有溫度報警、溫升報警、相間報警警示燈。另外，為避免非工作人員的誤操作，溫度報警限定值的設(shè)置和修改需要具有管理員操作權(quán)限。系統(tǒng)軟件則會根據(jù)設(shè)定值對數(shù)據(jù)進行分析，并判斷是否需要做出報警。②報警參數(shù)設(shè)置模塊監(jiān)控軟件的主要功能是及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，提醒工作人員加以排除，因此報警功能是系統(tǒng)不可或缺的一部分。另外，在系統(tǒng)工作過程中，也可以通過比較采集到的數(shù)據(jù)，分析可能發(fā)生的故障，如通信故障、傳感器故障、單片機故障等。具體功能模塊可分為:①自檢模塊為了使系統(tǒng)能夠可靠的工作，系統(tǒng)設(shè)計為在打開界面后對各開關(guān)柜硬件設(shè)備進行檢測，看其是否能正常工作。上位機根據(jù)每套硬件系統(tǒng)的編號尋址，單片機接收到串口中斷時，會將上位機送過來的地址與本身的編號進行比對，如果符合則進一步響應(yīng)。③通信模塊通信模塊的主要功能是與上位機進行通信，完成數(shù)據(jù)交換。單片機將所得到的數(shù)字信號再通過算法轉(zhuǎn)換成溫度值，然后送LCD顯示，同時將數(shù)據(jù)儲存起來，待上位機查詢時，再送出去。紅外溫度傳感器感知被測點的溫度，然后通過內(nèi)部調(diào)理電路處理，將溫度值以電信號的形式送到后續(xù)電路進行處理。因此，工作人員既可以從管理計算機上獲得溫度信息，也可以從現(xiàn)場直接獲得。數(shù)據(jù)處理模塊包括A/D轉(zhuǎn)換、LCD顯示、報警等功能，上位機監(jiān)控軟件界面具有實時溫度分析、歷史溫度查詢、報警參數(shù)設(shè)置等功能。系統(tǒng)主要由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成，其核心是紅外探測器，將入射輻射能轉(zhuǎn)換成可測量的電信號( )。綜合以上分析，在設(shè)計溫度測量裝置時需要充分考慮這些影響因素，采取適當(dāng)?shù)姆椒p小由這些因素所引起的測量誤差。 環(huán)境影響紅外測溫的準(zhǔn)確性還與環(huán)境溫度有很大關(guān)系，被測物體處于一定溫度的環(huán)境中，自身輻射能量的同時會吸收環(huán)境的輻射能量。 測量距離所有能量的傳遞都會有一定程度的衰減，被測物體輻射出的能量在傳送到傳感器的過程中同樣會受到外界環(huán)境的影響，造成能量衰減，衰減程度與傳感器到被測物體的距離相關(guān)，距離越遠衰減越大。當(dāng)被測目標(biāo)等于傳感器測試視角時，由于環(huán)境中物體間的能量在不斷的傳遞，尤其是事物與事物直接相互接觸部位，所以此時被測物體溫度已受到一定程度影響，但一般影響還比較小，測試效果相對可信。因此，在實際測溫時，通常要求被測物體尺寸要超過傳感器視角大小的50%。待測物體的尺寸與傳感器視角有以下幾種關(guān)系：當(dāng)待測物體尺寸小于測試視角時，被測物體周圍事物輻射的能量就會進入傳感器的測量區(qū)域，干擾測溫數(shù)據(jù)，造成誤差。 待測目標(biāo)尺寸紅外溫度傳感器都有一個測量視角，測溫裝置的精度與被測物體尺寸和傳感器視角相關(guān)。輻射率是指一般物體相對于黑體的輻射能力大小的物理量，與物體的材料形狀、凹凸度、表面粗糙度等因素有關(guān)，另外也與測量的方向有關(guān)。因此由式(24)可得，被測目標(biāo)的溫度。紅外輻射是不可見光，但是具有較強的熱效應(yīng)。它給出了絕對黑體輻射的光譜分布 其中M(λ,T)為絕對黑體的輻射出射度；T為絕對溫度；λ為波長；C1為第一輻射常數(shù)；C2為第二輻射常數(shù)。在自然界中，理想的黑體是沒有的，吸收比總是小于1。當(dāng)α(λ,T)=1時，這種物體被定義為絕對黑體。物體輻射度M(λ,T)和吸收比α(λ,T)的比值與物體的性質(zhì)無關(guān)，只是波長和溫度的普適函數(shù)： (23)不同的物體對外來輻射的吸收，以及它本身向外的輻射都不相同。當(dāng)物體從周圍吸收的能量功率恰好等于自身輻射減小的能量功率時達到熱平衡。因此，光譜輻射出射度的峰值波長與絕對溫度成反比。根據(jù)斯蒂芬玻爾茲曼定律，由下式求出： (21)式中σ為斯蒂芬—波爾茲曼常數(shù)；T為物體熱力學(xué)溫度。紅外傳感器經(jīng)匯聚的紅外光照射后產(chǎn)生信號，該信號傳到處理電路，處理電路對其進行處理并計算出物體的溫度。物體所發(fā)出的紅外輻射能量的強度與其溫度成比例。第六章:對本課題系統(tǒng)的設(shè)計過程進行了總結(jié)，就目前仍存在的問題，提出了改進的方向和一些實施辦法。 第四章:主要介紹了現(xiàn)場控制單元軟件的設(shè)計，其中應(yīng)用的一些算法和一些功能函數(shù)的實現(xiàn)，同時簡要介紹了單片機的開發(fā)環(huán)境和仿真器的使用。給出了系統(tǒng)總體框架圖，對各部分的功能進行簡要介紹。本文章節(jié)安排如下:第一 章:主要介紹本論文的相關(guān)背景、研究現(xiàn)狀、研究目的、主要內(nèi)容。軟件還具有歷史記錄分析、查看、打印等功能。開關(guān)柜溫度監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件由在線監(jiān)測和實時分析兩部分組成。多個這樣的系統(tǒng)可以聯(lián)網(wǎng)同時工作，每個開關(guān)柜都有一個獨立編號，上位機可以在線實時循環(huán)查詢各個開關(guān)柜內(nèi)各觸點的溫度，溫度分辨率可以達到16bit。論文所研究的開關(guān)柜溫度在線實時監(jiān)測系統(tǒng)，主要由三部分構(gòu)成:溫度數(shù)據(jù)采集、單片機數(shù)據(jù)處理和上位機監(jiān)控軟件部分。 主要內(nèi)容和安排本系統(tǒng)采用紅外溫度傳感器對開關(guān)柜溫度進行采集，大大提高了安全性。SCAN3000分布式光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)能實現(xiàn)高壓運行部件的在線監(jiān)測，與傳統(tǒng)的蠟片和色溫法相比，具有良好的實時性和穩(wěn)定性，但是存在光纖沿表面放電的問題，需要很長的沿面放電時間，所以存在一定的缺陷。我國北京安伏電子技術(shù)有限公司開發(fā)的SCAN3000分布式光纖測溫系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用一種由光纖傳輸溫度信號的高技術(shù)傳感器，為一種非接觸式測量。其原理是采用一個SAW元件直接安裝在測量點上作為溫度傳感器，利用傳感器的信號通過振蕩電路產(chǎn)生一個頻率與溫度相關(guān)的脈沖信號，使用微處理器進行數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)與PC機監(jiān)測的連接。 國內(nèi)外研究狀況目前國內(nèi)外對高壓開關(guān)柜溫度的測量同樣通過上述兩種方式來實現(xiàn)。光纖測溫的另一種形式是以半導(dǎo)體溫度傳感器作為探頭，光纖作為傳光介質(zhì)，該方法缺點在于測量裝置大，減小了開關(guān)柜內(nèi)的絕緣空間，給開關(guān)柜的安全運行帶來隱患，另外還需要外加工作電源，更換電源時需停電，影響系統(tǒng)的運行。熱敏電阻式測溫系統(tǒng)在開關(guān)柜內(nèi)部惡劣的環(huán)境下具有很大的誤差，布線復(fù)雜且易損壞、維護量大。 上述兩種測溫形式常用的方法有貼色片測溫法、熱敏電阻式測溫、光纖測溫、紅外輻射測溫法。非接觸式測溫的優(yōu)點在于接收器(傳感器)可遠離被測對象，解決了高壓隔離以及傳感器環(huán)境溫度高的問題，測溫速度較快，不會破壞被測物體的溫度場。而且由于測溫元件需與被測介質(zhì)接觸后進行熱交換，才能達到熱平衡，從而具有一定的安全隱患。接觸式測量的優(yōu)點在于測量點位置不受限制，傳感器安裝布局靈活、簡單、可靠，且測量精度高。接觸式測溫是通過設(shè)在測量點的溫度傳感器直接測量溫度，有熱電偶間接測溫法、集成溫度傳感器測溫法等。 研究技術(shù)現(xiàn)狀 開關(guān)柜測溫技術(shù)研究開關(guān)柜大多處于高溫、高壓、強電場、強電磁環(huán)境中，要實現(xiàn)對它的溫度測量，必須保證測量裝置在上述惡劣環(huán)境條件下具有較強的適應(yīng)能力。為了確保電力系統(tǒng)的安全運行，最大程度地降低事故發(fā)生率，需要對開關(guān)柜關(guān)鍵部位的溫度進行在線監(jiān)測，達到對設(shè)備運行情況的實時了解，以減少設(shè)備故障次數(shù)，防止重大安全事故的發(fā)生。開關(guān)柜由許多繼電器和強電控制器組成，在設(shè)備長期運行過程中，會出現(xiàn)接觸點老化、接觸不良、接線柱松動等情況。因此對供電控制設(shè)備進行實時的狀態(tài)監(jiān)測十分必要。正是這些優(yōu)點使得紅外測溫技術(shù)得到越來越受到廣泛的應(yīng)用，該技術(shù)在溫度測量領(lǐng)域具有不可替代的優(yōu)勢。 sensor；AD conversion目錄摘要 IAbstract II1 緒論 1 1 研究技術(shù)現(xiàn)狀 1 主要內(nèi)容和安排 22 紅外測溫原理和方案設(shè)計 4 紅外測溫原理 4 紅外測溫影響因素 5