高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng).doc

高壓開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)摘 要 開關(guān)柜是保證電力系統(tǒng)安全運行的重要設(shè)備之一，但是經(jīng)常因為開關(guān)柜局部過熱，而引起事故，造成損失。在以往的開關(guān)柜過熱故障檢測中，采用人工巡檢，不僅費時、費力，而且不易及時發(fā)現(xiàn)事故。開關(guān)柜過熱故障在線監(jiān)測系統(tǒng)不僅克服了開關(guān)柜內(nèi)高溫、高壓、強磁場環(huán)境下溫度不易監(jiān)測的難題，而且通過監(jiān)控軟件實時顯示開關(guān)柜內(nèi)測點的當前溫度值，并做出報警處理，節(jié)省了大量人力、物力，提高了事故預判的準確性、實時性。 本文從硬件和軟件兩個方面介紹了監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計過程。硬件方面設(shè)計了兩種不同的溫度傳感系統(tǒng)：中壓開關(guān)柜過熱故障監(jiān)測采用光纖式溫度傳感器，同時采用光纖傳輸數(shù)據(jù)；低壓開關(guān)柜采用單總線數(shù)字式溫度傳感器，數(shù)據(jù)采用無線傳輸。監(jiān)測系統(tǒng)軟件主要實現(xiàn)了實時顯示測點溫度，并對溫度數(shù)據(jù)做出分析、報警、保存等功能。及時提醒工作人員對報警情況做出處理，避免事故的發(fā)生。關(guān)鍵詞： 開關(guān)柜 在線監(jiān)測 溫度傳感器 實時監(jiān)控軟件 MFC ADOAbstract As the most important equipment, Metal-clad switchgear guarantee the safe operationof electric power system. Sometimes, the temperature of part of Metal-clad switchgearmaybe over the limit of safe operation, and then arouse accident, bring losing. In past,workers check up the Metal-clad switchgear on schedule, which takes time and hardsledding, can not work efficiency and betimes. On-line real-time monitoring fortemperature overcome the difficulties of high temperature, high voltage and high magneticfield, to be a new method of checking up the Metal-clad switchgear. It can show thetemperature of the spot of being monitored, judge the temperature and give an alarm. Thesystem saves lots of resource and improves the veracity. The paper presents the detail about the procedure of the design for the system fromboth hardware and software aspects. There are two defferent design of hardware: opticalfiber temperature sensor is used for middle-voltage Metal-clad switchgear, which data istransferred by optical fiber; another one is 1-Wire Digital Thermometer, it is used forlower-voltage Metal-clad switchgear, and the data is transferred by unwired. The softwareof On-line real-time monitoring for temperature can show the temperature real-time,analyse the data, gave an alarm, save the data, and so on. The system can awoke theworkers about the alarm in time, avoiding the accident.The result of the axperiment indicates the new system works well, it has accomplishedthe design aims of anticipating, providing a good guarantee of the safe operation ofMetal-clad switchgearKey words: Metal-clad switchgear. Keywords: monitoring softwareon-line monitoring MFC ADO目 錄1緒論11.1課題背景和意義11.2開關(guān)柜溫度監(jiān)測技術(shù)的研究21.3系統(tǒng)監(jiān)測軟件的設(shè)計需求31.4課題主要任務42開關(guān)柜在線監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計62.1監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)62.2監(jiān)測系統(tǒng)軟件功能設(shè)計73監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計103. 1光纖式溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計103.1.1光纖式溫度傳感器113.1.2光纖溫度在線監(jiān)測儀123.1.2 Nsmart接口通信協(xié)議143.2單總線數(shù)字式溫度傳感器電路設(shè)計173.2.1單總線數(shù)字式溫度計173.2.2溫度監(jiān)測模塊的其他外圍元件203.2.3單總線溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計233.3兩種溫度監(jiān)測硬件設(shè)計比較總結(jié)234監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計254.1軟件開發(fā)平臺介紹254.2軟件總體設(shè)計254.2.1多線程的編程模式254.2.2線程間的通信294.2.3多線程編程設(shè)計要點304.3軟件功能模塊設(shè)計324.3.1溫度報警功能的實現(xiàn)374.3.2通信模塊編程394.4本章小結(jié)405 監(jiān)測系統(tǒng)的運行及調(diào)試415.1監(jiān)測系統(tǒng)軟件的功能調(diào)試416總結(jié)42參考文獻43翻譯部分44英文原文44中文翻譯58 北京化工大學北方學院07屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第70頁1 緒論1.1課題背景和意義“高低壓開關(guān)柜過熱故障在線監(jiān)測系統(tǒng)”是為減輕人工巡檢的負擔，實現(xiàn)開光柜溫度實時監(jiān)測、提前報警而合作開發(fā)的實時溫度監(jiān)測系統(tǒng)。發(fā)電廠、變電站的中低壓開關(guān)柜是保證電力系統(tǒng)安全運行的重要設(shè)備之一。但在運行過程中，經(jīng)常因為發(fā)熱引起設(shè)備燒毀或突然停電等事故，導致大量的經(jīng)濟損失?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)對電能質(zhì)量的要求越來越高，相應地對開關(guān)柜運行的可靠性也提出了更高的要求。同時，隨著傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)、計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，使得對開關(guān)柜的運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患并對累計性故障做出預測成為可能。它對于保證開關(guān)柜的正常運行，減少維修次數(shù)，提高電力系統(tǒng)的運行可靠和自動化程度具有重要意義。在設(shè)備長期運行過程中，開關(guān)柜中的觸點和母線排連接處等部位因老化或接觸電阻過大而發(fā)熱，或母線與觸點在載流過大時經(jīng)常出現(xiàn)溫升過高，使相鄰的絕緣部件性能劣化，而這些發(fā)熱部位的溫度無法監(jiān)測，由此最終導致?lián)舸┥踔粱馂亩斐墒鹿?。電氣設(shè)備的外部熱故障主要指裸露接頭由于壓接不良等原因，在大電流作用下，接頭溫度升高，接觸電阻增大，惡性循環(huán)造成隱患，此類故障占外部熱故障的90%以上。統(tǒng)計近幾年來檢測到的外部熱故障的幾千個數(shù)據(jù)，可以看到線夾和刀閘觸頭的熱故障占整個外部熱故障的77%。電氣設(shè)備內(nèi)部熱故障的特點是故障點密封在絕緣材料或金屬外殼中，如電纜。內(nèi)部熱故障一般都發(fā)熱時間長而且較穩(wěn)定，與故障點周圍導體或絕緣材料發(fā)生熱量傳遞，使局部溫度升高，因此可以通過檢測其周圍材料的溫升來診斷電氣設(shè)備的內(nèi)部故障。根據(jù)電力事故分析，電氣設(shè)備過熱故障可引起火災導致大面積設(shè)備燒損，造成被迫停電，短時間內(nèi)無法恢復生產(chǎn)，造成重大經(jīng)濟損失。近年來，在發(fā)電廠和變電站已經(jīng)發(fā)生多起開關(guān)柜過熱事故，造成火災和大面積的停電事故，解決開關(guān)柜局部過熱問題是杜絕此類事故發(fā)生的關(guān)鍵。因此，必須采取有效措施監(jiān)控開關(guān)柜內(nèi)母線與觸點等的溫度。為了提高供電可靠性，減少停電時間和次數(shù)，保證用戶長期、穩(wěn)定、安全的用電，有必要設(shè)計能實時監(jiān)測并記錄電力設(shè)備關(guān)鍵點的溫度變化的監(jiān)測系統(tǒng)，預測可能引起火災或設(shè)備故障的局部過熱情況，為現(xiàn)場設(shè)備的安全運行提供可靠保證。同時又可以作為電氣設(shè)備故障的溫度記錄器，能在設(shè)備故障發(fā)生之前發(fā)出報警及檢修建議，讓管理人員及時發(fā)現(xiàn)故障前兆，提前采取防患措施，變“定期檢查”為“按狀態(tài)檢修”減少大量的人力物力。通過監(jiān)測開關(guān)柜內(nèi)觸點溫度的運行情況，可有效防止開關(guān)柜的火災發(fā)生，由于開關(guān)柜內(nèi)高壓狹小的結(jié)構(gòu)，很難進行人工巡查測溫，因此實現(xiàn)溫度在線監(jiān)測是保證變電站開關(guān)柜安全運行的重要手段。1.2開關(guān)柜溫度監(jiān)測技術(shù)的研究由于開關(guān)柜觸頭及母線處于高電壓、高溫度、強磁場以及極強的電磁干擾環(huán)境中，要實現(xiàn)對它們的測溫，必須解決電子測量裝置在上述惡劣環(huán)境條件下的適應性，解決溫度傳感器的電位隔離、抗電磁干擾、小尺寸和便于安裝等問題。目前常用的溫度監(jiān)測方法有下列幾種：1熱敏電阻式測溫系統(tǒng)：熱敏電阻具有體積小、溫度響應快、產(chǎn)品成熟、成本低等優(yōu)點，可以顯示溫度值，但由于每個熱敏電阻都需要獨立的接線、布線復雜且熱敏電阻易損壞、維護量大，傳感器不具備自檢功能，需要經(jīng)常校驗，因此不常采用。2紅外探頭測溫系統(tǒng):紅外測溫有著響應時間快、非接觸、使用安全及使用壽命長等優(yōu)點。紅外測溫儀器主要有3種類型:紅外熱像儀、紅外熱電視、紅外測溫儀（點溫儀）。非接觸紅外測溫儀包括：便攜式、在線式和掃描式三大系列，可以在線監(jiān)測。但由于系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，體積較大，受安裝空間限制，外加受環(huán)境影響嚴重，誤報較多，也不常采用。3示溫蠟片/試溫蠟片溫：采用“示溫蠟片/試溫蠟片”存在一些問題，一是在粘貼時普遍采用清漆將“示溫蠟片/試溫蠟片”粘貼在電氣設(shè)備需要測試的部位，這樣粘貼牢固后，待測點溫度達到“示溫蠟片/試溫蠟片”相同溫度時，不能脫落下來，只有溫度超過很大程度才會脫落下來，這樣很容易給操作人員造成誤導，判斷不及時。二是:“示溫蠟片/試溫蠟片”只能靠熔化現(xiàn)象表示發(fā)生了過熱，現(xiàn)象不直觀也不易發(fā)現(xiàn)。三是:電氣設(shè)備的負荷是隨用戶需求量變化的，接點溫度也是隨之變化的，當被監(jiān)視的電氣設(shè)備接點發(fā)生了不同程度的過熱，使用“示溫蠟片/試溫蠟片”不能隨之不同程度熔化或脫落下來。4使用示溫記錄標簽:“示溫記錄標簽”是以膠粘貼固定的，只要在測溫范圍內(nèi)發(fā)生了過熱，就可以繼續(xù)保留在貼片接點部位?！笆緶赜涗洏撕灐北砻嫱恳粚与S溫度變化而改變顏色的發(fā)光材料，通過觀察其顏色變化來大致確定溫度范圍，這種方法準確度低、可讀性差，不能進行定量測量，因此也不能滿足現(xiàn)在系統(tǒng)監(jiān)測的需要。其它還有：采用雙CCD彩色CCD及NICCD)成像技術(shù)，基于比色測溫原理，研制生產(chǎn)可以實現(xiàn)大范圍目標溫度全面實時測量的高溫測量電視系統(tǒng)。提高了測溫的靈敏度、線性度、檢測速度，而且大大地減少了檢測過程對目標物體發(fā)射率的依賴性，做到了不受檢測距離的影響，成功地解決了溫度場動態(tài)實時檢測的技術(shù)難題。但是這種方法成本太高，并不利于大面積推廣。或者采用新興ZigBee組網(wǎng)技術(shù)，研制、生產(chǎn)的ZBT 1. 0型無線測溫系統(tǒng)，實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的高壓和超高壓母線、高壓開關(guān)接點(以2及人員無法接近的其他危險、惡劣環(huán)境)的溫度進行實時在線檢測，經(jīng)過與電力自動化系統(tǒng)連接，在中心監(jiān)控室內(nèi)就可以監(jiān)視運行狀態(tài)，真正做到了遠距離遙測，當被測點溫度超過預先設(shè)定的閥值時，就發(fā)出報警信號及時提醒有關(guān)人員采取措施。國內(nèi)ZigBee無線傳輸系統(tǒng)仍然處于實驗階段，技術(shù)并不成熟，而且對于單片機、無線發(fā)射模塊在高溫、高壓、高磁場的環(huán)境下的穩(wěn)定運行并不能保證。根據(jù)以上分析，電力系統(tǒng)中需要一種高性能、穩(wěn)定、低成本、安裝方便、不需外供電源的開關(guān)柜溫度監(jiān)測設(shè)備，并組成相應監(jiān)測系統(tǒng)。為實現(xiàn)上述溫度在線監(jiān)測的功能，現(xiàn)有兩種不同的溫度傳感系統(tǒng)滿足需求。一種是分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)。分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)原理是同時利用光纖作為溫度傳感敏感元件和傳輸信號介質(zhì)，采用先進的OTDR技術(shù)，探測出沿著光纖不同位置的溫度和應變的變化，實現(xiàn)真正分布式的測量。溫度測量原理是基于Raman散射效應的分布式溫度傳感系統(tǒng)，光纖光柵溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)采用布置在各個觸點的光柵傳感器將溫度信號通過光纖傳至網(wǎng)絡分析儀。由于利用了光纖光柵固有的絕緣性和抗電磁場干擾性能，并具有極高的可靠性和安全性，因此從根本上解決了開關(guān)柜內(nèi)母線及觸點運行溫度及柜內(nèi)環(huán)境溫度不易監(jiān)測的難題。對于在線監(jiān)測包括母線連接處的溫度及斷路器等觸頭溫度的另一種溫度傳感器，常用的還有單總線數(shù)字溫度傳感器、石英傳感器、光微薄硅溫度傳感器和吸收型光纖溫度傳感器，它們分別以石英晶體、硅片及玻璃構(gòu)成的Fabry perot槽和GaAs晶體作為感溫元件，并對數(shù)據(jù)無線傳輸，這就有效地解決了電磁干擾問題。1.3系統(tǒng)監(jiān)測軟件的設(shè)計需求變電站中低壓開關(guān)柜過熱故障在線監(jiān)測系統(tǒng)是基于分布式溫度測量、數(shù)據(jù)采集與傳輸、顯示及報警等部分組成的計算機實時溫度監(jiān)測系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用分布式、可組網(wǎng)、隔離性能良好的高精度溫度傳感器，對變電站中低壓開關(guān)柜內(nèi)的母線、斷路器與隔離開關(guān)觸點、互感器(包括電纜接頭)等這些易產(chǎn)生異常溫升的部件實現(xiàn)在線溫度測量與監(jiān)控。利用溫度采集單元采集多路溫度信號并通過RS232或RS485總線上傳到監(jiān)控主機，主機采用巡檢式(查詢式)工作方法，逐一巡檢每個測量點的溫度，并可統(tǒng)計、打印、報警，設(shè)定工作溫度范圍，顯示每個開關(guān)柜內(nèi)測量點的溫度及歷史數(shù)據(jù)。系統(tǒng)軟件需要實現(xiàn)多種報警方式，當發(fā)生報警時，主監(jiān)控計算機能自動彈出報警窗口，顯示出報警時間、報警測點名稱和安裝部位，同時發(fā)出聲、光報警并可以打印報警記錄，提醒運行人員檢查。所有的報警信息都被記錄數(shù)據(jù)庫中，以備查閱。系統(tǒng)能提供完善的分析功能，包括超溫分析、溫升趨勢分析、相間溫差分析，并能做出報警、對比、歷史記錄統(tǒng)計與分析等處理，保障工作人員在開關(guān)柜發(fā)生事故之前做出及時處理。測控軟件可以建立開關(guān)柜設(shè)備數(shù)據(jù)庫，幫助工作人員監(jiān)測和分析開關(guān)柜內(nèi)母線與觸點的過熱情況，預測出故障發(fā)生的部位，保證開關(guān)柜設(shè)備的安全運行。監(jiān)測結(jié)果可通過本地數(shù)據(jù)庫進行存儲，監(jiān)測結(jié)果和統(tǒng)計報表可通過屏幕和打印機與網(wǎng)絡等多種方式進行輸出。1.4課題主要任務根據(jù)項目的要求，開關(guān)柜溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計主要有以下幾個方面：1)溫度測量、信號隔離與傳輸對于中高壓開關(guān)柜的過熱故障監(jiān)測采用光纖式溫度傳感器，用光纖進行高壓隔離和信號傳輸。利用光纖固有的絕緣性和抗電磁場干擾性能，從根本上解決了開關(guān)柜內(nèi)母線與觸點溫度不易監(jiān)測的難題。對于低壓開關(guān)柜的過熱故障監(jiān)測采用單總線數(shù)字式溫度傳感器，數(shù)據(jù)傳輸采用無線傳輸方式，以實現(xiàn)高、低壓側(cè)的電隔離。2)溫度的數(shù)據(jù)采集光纖式溫度傳感器將母線與觸點的溫度值轉(zhuǎn)換為模擬量，通過數(shù)據(jù)采集變換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過通訊總線，上傳到控制計算機，實現(xiàn)溫度在線監(jiān)側(cè)。系統(tǒng)采用完全的總線測量方式，使系統(tǒng)的擴展和與其它網(wǎng)絡互連變得很方便。單總線數(shù)字式溫度傳感器直接測量母線與觸點的溫度，通過無線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器，然后傳送到監(jiān)控中心。多只數(shù)字式溫度傳感器可直接連接到一條總線電纜上，在擴展測點時不受布線的限制。3)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件有在線監(jiān)測和實時分析兩個主要功能。軟件具有在線采集、監(jiān)測、分析現(xiàn)場溫度的功能，實時分析則包括超溫分析、溫升趨勢分析、相間溫差分析等，并能做出報警、對比等處理，保障工作人員在母線或觸點發(fā)生事故之前做出處理。軟件還具有歷史記錄分析、查看等功能，實現(xiàn)對相應測點歷史運行狀態(tài)的查看，評估。本課題在完成以上研究的同時，要實現(xiàn)完整的系統(tǒng)調(diào)試。2 開關(guān)柜在線監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計 本設(shè)計方案中，變電站中低壓開關(guān)柜溫度監(jiān)測系統(tǒng)以微型計算機作為監(jiān)測核心，結(jié)合高精度的溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集變換器及可靠的通訊技術(shù)，構(gòu)成功能強大、操作簡便、工作安全可靠的在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)計中，充分考慮系統(tǒng)的可操作性、可靠性等，使系統(tǒng)能夠應用于實踐并加以推廣。2.1監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)整個監(jiān)測系統(tǒng)的硬件由溫度傳感器、信號傳輸線纜(光纖或者無線通信)、數(shù)據(jù)采集變換器、RS-485總線、RS-485/RS232轉(zhuǎn)換器以及監(jiān)測中心構(gòu)成，系統(tǒng)總體連接示意圖如2-1所示: 圖2-1系統(tǒng)總體連接示意圖其中，系統(tǒng)設(shè)計要求每個開關(guān)柜有6個溫度監(jiān)測點，即每個溫度采集模塊連接6個溫度傳感器。系統(tǒng)采用兩種不同的溫度監(jiān)測方式，分別利用不同的數(shù)據(jù)傳輸方式，并需要設(shè)計相對應的溫度采集模塊。在高溫、高壓以及強磁場的環(huán)境下，必須保證監(jiān)測系統(tǒng)的正常工作，測溫和信號傳輸?shù)臏蚀_性。各硬件模塊的選擇和功能如下：1)溫度傳感器：溫度傳感器是組成整個監(jiān)測網(wǎng)絡底層的工作單位，保證傳感器長期、穩(wěn)定的工作是系統(tǒng)運行的保證?；诰C合考慮，對于中高壓開關(guān)柜的過熱故障監(jiān)測采用光纖式溫度傳感器，并采用光纖傳輸數(shù)據(jù)。對低壓開關(guān)柜的過熱故障監(jiān)測采用單總線數(shù)字式溫度傳感器DS1820，監(jiān)測數(shù)據(jù)采用無線傳輸。在監(jiān)測系統(tǒng)中，傳感器通常緊貼需要監(jiān)測的母線排、開關(guān)觸點等安裝。要求傳感器測溫精度不小于100。2)溫度采集模塊每個開關(guān)柜設(shè)置一個溫度采集模塊，實現(xiàn)該開關(guān)柜內(nèi)溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集，并將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)測中心。對于兩種不同的溫度傳感器，需要設(shè)計不同的溫度采集模塊光纖式數(shù)據(jù)采集器采用Nsmart光纖式溫度監(jiān)測儀接收光纖信號，完成溫度數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化。單總線數(shù)字式溫度傳感器DS1820通過無線傳輸數(shù)據(jù)，需要無線接收模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收與轉(zhuǎn)發(fā)。溫度采集模塊可安裝在開關(guān)柜面板，并需要外部提供24V直流電源供電。3) RS-485總線在溫度采集模塊和監(jiān)測中心之間采用 RS-485電纜進行通訊連接，以保證信號可靠的傳輸，RS-485通信在1200m內(nèi)可以保證可靠的通信質(zhì)量，因此監(jiān)測計算機與最遠的開關(guān)柜間距離應小于1200m。監(jiān)測計算機一般采用工控機，而工控機只帶有RS-232接口，故RS-485總線末端需要用RS-485/RS-232轉(zhuǎn)換器進行信號轉(zhuǎn)化，方便系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)采集。4)監(jiān)測中心監(jiān)測中心是由工業(yè)控制計算機構(gòu)成(含不間斷電源UPS)，保證對系統(tǒng)進行實時監(jiān)測。監(jiān)控中心通過系統(tǒng)軟件對接收到的溫度信號進行適當?shù)奶幚?，完成顯示、報警等功能。2.2監(jiān)測系統(tǒng)軟件功能設(shè)計軟件開發(fā)使用Microsoft Visual C+ 6. 0的基礎(chǔ)類庫MFC, MFC作為大型的工程編程語言，已經(jīng)大量的應用于實踐當中。它提供了大量預先編寫好的類及支持代碼，大大減少了工程開發(fā)的時間，提高了工作效率。系統(tǒng)軟件由在線監(jiān)測和實時分析兩個主要部分組成。軟件具有在線采集、監(jiān)測、分析現(xiàn)場溫度的功能，這些分析包括超溫分析、溫升趨勢分析和相間溫差分析，并能做出報警、預報警(包括溫升預報警，三相相間溫差預報警等)、報警日志記錄等處理?？梢栽跀?shù)據(jù)庫中保留歷史數(shù)據(jù)，作查看與分析使用。系統(tǒng)功能模塊可大致分為開關(guān)柜自檢模塊、溫度管理模塊、數(shù)據(jù)顯示與分析統(tǒng)計模塊、溫度報警模塊、日志記錄和系統(tǒng)安全模塊等組成。各模塊功能如下:1)自檢模塊為了使監(jiān)測系統(tǒng)能夠可靠的工作，系統(tǒng)在第一次上電時對溫度采集模塊、傳感器等硬件設(shè)備進行自檢。同時在系統(tǒng)工作中，也可以通過比較采集到的數(shù)據(jù)，提示可能發(fā)生的故障：如采集器通信故障、光纖故障(含溫度傳感器故障)等。自檢模塊通過在系統(tǒng)運行過程中的自檢，方便設(shè)備的檢查、維修工作，同時保證設(shè)備正常有效的工作。2)溫度管理模塊溫度管理模塊主要實現(xiàn)對溫度報警限值的設(shè)置。系統(tǒng)需要根據(jù)報警限值來對數(shù)據(jù)進行分析和報警。根據(jù)開關(guān)柜溫度監(jiān)測的實際需求，溫度報警限值主要有三種:溫度上限報警值，溫升趨勢報警值和相間溫差報警值。溫度報警限值的設(shè)置需要用戶根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，并且溫度報警限值的設(shè)置和修改需要具有管理員操作權(quán)限。3)數(shù)據(jù)顯示與分析統(tǒng)計模塊該模塊可對采集到的數(shù)據(jù)進行實時顯示與分析，各測點溫度的實時顯示可以用數(shù)碼管顯示框或溫度實時變化曲線來反映，同時也可以實時顯示溫升曲線;相間溫差也可用數(shù)碼管顯示框或溫差實時變化曲線圖來反映。此外該模塊可通過讀取保存在數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)，對所有測點溫度的數(shù)據(jù)和變化情況進行分析和統(tǒng)計。如可查看測點溫度的日平均值、最高值、最低值及對應的檢測時間;可查看各測溫點的溫度歷史曲線，溫升歷史曲線，相間溫差歷史曲線。4)溫度報警模塊系統(tǒng)通過對實時數(shù)據(jù)與報警限值的比較來做出報警判斷。系統(tǒng)報警時，對應數(shù)據(jù)顯示與報警狀態(tài)指示燈都會變成橙色，同時激活聲音報警系統(tǒng)，提示操作人員檢修。操作人員可以通過點擊實時溫度監(jiān)測按鈕來查看報警傳感器，并可以通過點擊報警傳感器彈出報警對話框，查看報警測點的準確位置、測點名稱以及這次報警的詳細時間。報警對話框還可以顯示最近一個小時內(nèi)的溫度變化曲線圖。由于系統(tǒng)能指示出故障發(fā)生的準確部位，因此能有效指導檢修工作。報警信息可被長期記錄。5)日志記錄模塊考慮到安全操作的需要，在系統(tǒng)開機后，所有與監(jiān)測系統(tǒng)有關(guān)的操作都將被記錄，如什么時候開始登錄監(jiān)測系統(tǒng)，何時執(zhí)行了何種操作等。如果出現(xiàn)問題，操作人員就可以查看歷史日志，完成修復工作。6)系統(tǒng)安全模塊考慮到系統(tǒng)運行的安全問題，系統(tǒng)對操作做了分級控制，普通操作員一般只能進行常規(guī)操作(如讀取數(shù)據(jù)并查看)，而對報警的上下限、一些重要的參數(shù)等設(shè)置只能由系統(tǒng)管理員完成。上述對系統(tǒng)軟、硬件的大體設(shè)計。它的功能設(shè)計基本上滿足開關(guān)柜系統(tǒng)監(jiān)測的需要，避免了開關(guān)柜內(nèi)惡劣環(huán)境對溫度監(jiān)測和數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊?。系統(tǒng)監(jiān)測軟件能夠很好的完成報警，分析，設(shè)置等功能，使工作人員不必再對開關(guān)柜執(zhí)行巡檢，大大減少了工作量，提高溫度監(jiān)測的自動化程度。3 監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計3. 1光纖式溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計光信號，將其解碼為標準的攝氏溫度數(shù)值。圖3-1顯示了光纖測溫儀的結(jié)構(gòu)組成：在開關(guān)柜溫度實時監(jiān)測系統(tǒng)中，傳感器是底層的硬件設(shè)備。開關(guān)柜內(nèi)部是高電壓、高溫度、以及強磁場的環(huán)境，在這種環(huán)境下實現(xiàn)對開關(guān)觸頭以及母線等的溫度測量，必須解決電子測量裝置在上述環(huán)境條件下的工作可靠性，解決溫度傳感器的電位隔離、抗電磁干擾、小尺寸和便于安裝等問題。光纖式溫度在線監(jiān)測儀采用光纖進行高壓隔離和信號傳輸，利用光纖固有的絕緣性和抗電磁場千擾性能, 從根本上解決了高壓開關(guān)柜內(nèi)觸點溫度不易監(jiān)測的難題。Nsmart光纖式溫度監(jiān)測儀是北京安伏電子技術(shù)有限公司開發(fā)的，用于監(jiān)測高溫, 高壓設(shè)備的光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)。采用先進的光纖和光電子技術(shù)，在溫度測點和測溫儀表之間使用光導纖維進行高壓隔離和信號傳輸，因此具有極強的抗干擾性能。溫度監(jiān)測儀接受來自光纖傳感器的圖3-1 Nsmart光纖測溫儀的結(jié)構(gòu)組成Nsmart光纖式溫度監(jiān)測儀單個單元裝置包括溫度傳感器、傳輸光纖、監(jiān)測儀主機三個部分。測量電路轉(zhuǎn)換測溫點采集的溫度量為相應的電信號，經(jīng)邏輯控制電路產(chǎn)生數(shù)字信號并傳給光調(diào)制器調(diào)制后由光纖傳給監(jiān)測儀主機，由LCD屏顯示各測點溫度。監(jiān)測儀主機可以將溫度數(shù)據(jù)通過RS-485通訊總線傳到監(jiān)控中心作進一步處理，實現(xiàn)開關(guān)柜溫度的集中監(jiān)測、處理。3.1.1光纖式溫度傳感器1)光纖光柵溫度傳感器原理光纖光柵就是一段光纖。光纖光柵是利用光纖中的光敏性制成的。所謂光纖中的光敏性是指激光通過摻雜光纖時，光纖的折射率將隨光強的空間分布發(fā)生相應變化的特性。而在纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵，其作用的實質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一個窄帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡。利用這一特性可制造出許多性能獨特的光纖器件。這些器件具有反射帶寬范圍大、附加損耗小、體積小，易與光纖禍合，可與其它光器件兼容成一體，不受環(huán)境塵埃影響等一系列優(yōu)異性能。光纖光柵的種類很多，主要分兩大類：一是Bragg光柵(也稱為反射或短周期光柵);二是透射光柵(也稱為長周期光柵)。光纖光柵從結(jié)構(gòu)上可分為周期性結(jié)構(gòu)和非周期性結(jié)構(gòu)，從功能上還可分為濾波型光柵和色散補償型光柵，色散補償型光柵是非周期光柵。光纖沿徑向從里向外分為纖芯、包層、涂覆層三部分，用特殊的紫外光照射工藝，光纖纖芯折射率受到永久的周期性微擾而形成一種光纖無源器件。它能將入射光中某一特定波長的光部分或全部反射。滿足布拉格條件的波長被光纖光柵反射，相關(guān)公式如下： n其中是被反射的波長是光纖光柵的有效折射率為光柵周期通過拉伸和壓縮光纖光柵，或者改變溫度，可以改變光纖光柵的周期和有效折射率，從而達到改變光纖光柵的反射波長的目的。反射波長和應變、溫度、壓力物理量。溫度變化量根據(jù)這些特性，可將光纖光柵制作成應變、溫度、壓力、加速度等多種傳感器。光纖光柵傳感系統(tǒng)主要由光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)、信號傳輸系統(tǒng)和傳感器三個主要部分組成。對光芯進行照射，使得光纖纖芯的一段區(qū)域折射率發(fā)生周期性變化，從而制成光纖光柵。光纖光柵傳感器獲取物理變化量。以光波長為載體，通過光纖傳輸系統(tǒng)傳至解調(diào)系統(tǒng)，由解調(diào)系繞對光信號進行處理分析，獲取物理變化量數(shù)據(jù)。2 )Optic-3000光纖式溫度傳感器光纖式溫度傳感器用于測量帶電物體表面的溫度，如高壓開關(guān)柜內(nèi)的裸露觸點和母線連接處的運行溫度。Optic-3000光纖式溫度傳感器，如圖3-2所示，探頭體積小巧，耐壓高，工作范圍大，不受磁場干擾，可以直接安裝在開關(guān)柜測溫點測量溫度。它由測溫點、光纖調(diào)制器和光纖接口(ST接口)3部分組成。測溫點采用感溫石英晶體材料，直徑通常4mm，測溫點與光纖調(diào)制器封裝成一體化結(jié)構(gòu)，由后者的一個側(cè)面檢測溫度，其工作電源為一節(jié)3.6V鋰電池，應用時間達到兩年以上，能夠滿足開關(guān)柜監(jiān)測需要，可結(jié)合設(shè)備檢修適時更換。圖3-2 Optic-3000型光纖溫度傳感器 Optic-3000光纖式溫度傳感器利用光纖作為傳感敏感元件和傳輸信號介質(zhì)，有效地解決了在高電壓，高溫度，強磁場的環(huán)境中，溫度難以監(jiān)測得難題。Optic-3000光纖式溫度傳感器的主要性能指標為： 測溫范圍:-55+100 測量誤差:小于0.5 (全量程范圍) 測溫分辨率:士0.1 光纖長度:小于50m 接口方式:標準ST接口 外觀尺寸:6.0(長)cm*3.2(寬)cm*2.2(高)cm該光纖式溫度傳感器有一個測面是感溫面，傳感器測得的溫度就是該感溫面的溫度，若傳感器放置在空氣中，則測到的就是環(huán)境溫度。為了準確測量物體表面的溫度，應保證傳感器的感溫面與被測物體的表面緊密接觸。安裝光纖傳感器之前，首先要找到傳感器的測溫面，每一個Optic-3000光纖式溫度傳感器的光纖接口都有一個定位缺口，和定位缺口相反的一面就是傳感器的感溫面。傳感器的傳感頭與光纖設(shè)計為可拆卸的結(jié)構(gòu)，即通過標準ST光纖接口與多模光纖連接。3.1.2光纖溫度在線監(jiān)測儀Nsmart光纖式在線溫度監(jiān)測儀組成溫度監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡的節(jié)點，實現(xiàn)對傳感器溫度數(shù)據(jù)的采集，并通過RS-485總線將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心。檢測儀安裝可以直接嵌入到開關(guān)柜的前柜門上，也可以放置在其他易于觀察的地方。在方便安裝的同時，可以現(xiàn)場觀察溫度數(shù)據(jù)。它的系統(tǒng)指標如下:光纖通道:6ch(支持1到6個光纖式溫度傳感器); 光纖接口:標準ST光纖接口; 光纖類型:多模光纖; 巡檢周期:小于60s/6光纖通道(典型值:45s); 溫度顯示:LCD液晶顯示器，帶背光; 報警輸出:1個(無源接點)250Vac, 0.6A或24Vdc, 5A; 網(wǎng)絡接口:隔離RS485工業(yè)總線接口; 工作電壓:直流10-30V或交流220V (外接電源適配器); 工作溫度:-10+80; 存儲溫度:-40+85; 安裝方式:掛裝或嵌入式盤裝。主要功能為：1)溫度顯示功能監(jiān)測儀具有6個ST光纖接口，能夠同時支持6個光纖溫度傳感器，實現(xiàn)最多6通道的溫度測量。帶背光的LCD顯示屏能夠同時顯示6個通道的溫度數(shù)值，并具有溫度報警和溫度測點故障指示等功能。2)運行狀態(tài)指示當Nsmart光纖溫度監(jiān)測儀運行時，可以通過儀表的LCD顯示屏了解當前的運行情況。在儀表LCD顯示屏上，有一個運行狀態(tài)指示(run)，該指示在顯示屏的右上角。運行狀態(tài)指示是一個可以旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)棒，每測到一個通道的溫度值時，該狀態(tài)棒即旋轉(zhuǎn)450。3)報警功能 Nsmart光纖溫度監(jiān)測儀具有多種報警功能，每個光纖測溫通道都可以設(shè)置獨立的定溫報警值和溫升報警值，報警值可以通過RS-485通訊接口下載。當發(fā)生超溫報警時，報警狀態(tài)在LCD液晶屏上指示，一個繼電器型的報警輸出，可以控制外部設(shè)備動作或用于報警指示。4) RS-485網(wǎng)絡接口Nsmart光纖溫度監(jiān)測儀具有一個RS-485接口，該接口用于與上位計算機的通信，接口可以支持64個Nsmart光纖溫度監(jiān)測儀聯(lián)網(wǎng)運行，使用網(wǎng)絡驅(qū)動器可以增加聯(lián)網(wǎng)的光纖溫度測量儀的數(shù)量，整個網(wǎng)絡最多可連接254臺光纖溫度測量儀。光纖溫度監(jiān)測儀采用可插拔接線端子，方便儀表的電氣連接。這是一個8位端子，可以帶電插拔，它包括電源供電、通訊接口和報警輸出，其功能定義如表3-1所示：表3-1 Nsmart光纖式溫度監(jiān)測儀接線端子功能定義端子號名稱功能說明1NC state報警輸出的無源接點，常閉接點2Com.報警輸出的公共端子3No state報警輸出的無源接點，常開接點4No used未使用5Rs485()Rs485通訊接口正端子（）6RS485(+)Rs485通訊接口正端子（+）7Power()直流供電電源正端子（）8Power(+)直流供電電源正端子（+）3.1.2 Nsmart接口通信協(xié)議 Nsmart光纖溫度在線監(jiān)測儀作為光纖溫度傳感器的接入設(shè)備，通過RS-485網(wǎng)絡接口與上位機進行數(shù)據(jù)傳輸。Nsmart在線監(jiān)測儀設(shè)備的RS-485通信接口采用標準異步串行通信方式，格式由1個起始位，8個數(shù)據(jù)位和1個停止位組成，無校驗位。位格式如圖3-3所示。每個Nsmart設(shè)備都具有一個唯一的設(shè)備地址號，這個設(shè)備地址號用于主機與設(shè)備通訊時使用，它可以由用戶自己設(shè)定。每個設(shè)備地址由一個字節(jié)組成，這表明設(shè)備地址的整個分布空間為256個地址可供使用，但對于Nsmart又有不同的限制，其設(shè)備地址分配表如圖3-4 圖3-4 Nsmart設(shè)備地址空間分布為使Nsmart設(shè)備能與主機通信，它們應該設(shè)定相同的通信速率，即波特率。這樣運行在主機上的軟件才能采集到Nsmart設(shè)備中的溫度數(shù)據(jù)。Nsmart設(shè)備RS-485通訊接口的波特率可以由用戶設(shè)定，其波特率可以選擇為以下四種:1200bps,2400bps, 4800bps, 9600bpso Nsmart設(shè)備RS-485通訊接口初始波特率為2400bps。多臺Nsmart設(shè)備通過RS-485接口構(gòu)成總線網(wǎng)絡，網(wǎng)絡采用主從通信方式，Nsmart設(shè)備作為網(wǎng)絡中的從設(shè)備工作，主設(shè)備(可以為上位機)發(fā)出命令幀，與其相匹配的Nsmart設(shè)備會響應該命令幀，并發(fā)出響應幀。響應幀是由網(wǎng)絡中的Nsmart設(shè)備響應主設(shè)備的命令幀的數(shù)據(jù)時，用于傳輸Nsmart設(shè)備測量到的溫度數(shù)據(jù)。每個響應幀由41個字節(jié)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如下圖3-5所示。 圖3-5命令幀結(jié)構(gòu)Nsmart光纖式溫度監(jiān)測儀已經(jīng)通過中國電力科學研究院高壓所的測試實驗，能夠滿足高溫、高壓和強磁場環(huán)境下的溫度監(jiān)測功能。實驗結(jié)果如表3-2所示:氣象條件b=100.2kPa,ta=25.5,tw=210電壓等級KV光纖長度mm規(guī)定電壓KV校正值KV試驗電壓KV耐受時間min實驗結(jié)果61002525251通過101253535351通過352508586861通過665001401411411通過1108502002022021通過22020003603623621通過50045006806836831通過 表3-2光纖式溫度在線監(jiān)測儀工頻耐受電壓試驗結(jié)果3.2單總線數(shù)字式溫度傳感器電路設(shè)計3.2.1單總線數(shù)字式溫度計對于低壓開關(guān)柜的過熱故障檢測我們采用單總線數(shù)字式溫度傳感器，數(shù)據(jù)傳輸采用紅外線傳輸方式，以實現(xiàn)高、低壓側(cè)的電隔離。由DALLS公司生產(chǎn)的DS1820溫度傳感器就是常用的一種單總線1W工RE數(shù)字溫度傳感器，可以廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領(lǐng)域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設(shè)備中。1) DS1820溫度傳感器DS1820數(shù)字溫度計提供9位溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經(jīng)過單線接口送入DS1820或從DS1820送出，因此從中央處理器到DS1820僅需連接一條線(地線也需要連接)。讀寫和完成溫度變換所需的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供，而不需要外部電源。每一個DS1820都有唯一的系列號(silicon serial number)，因此多個DS1820可以存在于同一條單線總線上。這允許在許多不同的地方放置溫度靈敏器件。此特性的應用范圍包括HVAC環(huán)境控制，建筑物、設(shè)備或機械內(nèi)的溫度檢測，以及過程監(jiān)視和控制中的溫度檢測。其主要特性有:獨特的單總線接口方式:DS1820與總線連接時，只需1個接口引腳即可實現(xiàn)雙向通信;多點Multidrop能力使分布式溫度檢測應用得以簡化;在使用中不需要任何外部元件可以用正常供電，也可以使用IO寄生供電方式工作，電壓范圍:+3.0V+5.5V.測量范圍從-55至+125，增量值為0.5 ，等效的華氏溫度范圍是-67 0F至2570 F，增量值為0.9 0 F;以9位數(shù)字的方式讀出溫度; 在1秒(典型值)內(nèi)把溫度變換為數(shù)字;用戶可以自設(shè)定EEPROM的報警上下限值;告警搜索命令識別和尋址溫度超過報警上下限值之外的器件(溫度告警情況);支持多點組網(wǎng)功能，多個DS1820可以并聯(lián)在一起工作，實現(xiàn)多點測溫;負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作。DS182溫度傳感器具有體積小，接口方便，傳輸距離遠等特點。DS 1820有三個主要的數(shù)據(jù)部件:1) 64位激光ROM, 2)溫度靈敏元件，3)非易失性溫度告警觸發(fā)器TH和TL。器件從單線的通信取得其電源，在信號線為高電平的時間周期內(nèi)，把能量貯存在內(nèi)部的電容器中，在單信號線為低電平的時間期內(nèi)斷開此電源，直到信號線變?yōu)楦唠娖街匦陆由霞纳娙蓦娫礊橹?。作為另一種可供選擇的方法，DS1820也可用外部5V電源供電。與DS1820的通信經(jīng)過一個單線接口，可以將單片機串行輸出口與DS1820傳感器DQ引腳相連接。在單線接口情況下，在ROM操作約定未建立之前不能使用存貯器和控制操作。如果在單線上有許多器件那么可以挑選出一個特定的器件并給總線上的主機指示存在多少器件及其類型。一個控制操作命令指示DS1820完成溫度測量。該測量的結(jié)果將放入DS1820的高速暫存(便箋式)存貯器(Scratchpad memory)，通過發(fā)出讀暫存存儲器內(nèi)容的存儲器操作命令可以讀出此結(jié)果。每一溫度告警觸發(fā)器TH和TL構(gòu)成一個字節(jié)的EEPROM。如果不對DS1820施加告警搜索命令，這些寄存器可用作通用用戶存儲器。使用存儲器操作命令可以寫TH和TL。對這些寄存器的讀訪問通過便箋存儲器，所有數(shù)據(jù)均以最低有效位在前的方式被讀寫。2) DS1820的電源與通信DS1820的電源供電主要有兩種方式，一種是外部5V電源供電，將電源接在VDD引腳即可。第二種是器件從單線的通信總線取得電源，即寄生電源。為了使DS1820能完成準確的溫度變換，當溫度變換發(fā)生時，I/0線上必須提供足夠的功率。因為DS1820的工作電流高達1mA，寄生電源供電將使I/0線沒有足夠的驅(qū)動能力，如果幾個DS1820在同一條I/0線上而且企圖同時變換，那么這一問題將變得特別尖銳。解決問題的方法是通過使用連接到VDD引腳的外部電源供電。這種方法的優(yōu)點是在I/0線上不要求強的上拉，總線上主機不需要上拉引腳以便在溫度變換期間使線保持高電平。這就允許在變換時間內(nèi)其它數(shù)據(jù)在單線上傳送，此外在單線總線上可以放置任何數(shù)目的DS1820。而且如果它們都使用外部電源，那么通過發(fā)出跳過(Skip ROM)命令和接著發(fā)出變換(Convert) T命令可以同時完成溫度變換。需要注意的只是外部電源處于工作狀態(tài)，GND地引腳不可懸空。我們在系統(tǒng)設(shè)計中就采用外部電源供電。圖3-6 64位激光ROM每一個DS 1820包括一個唯一的64位長的ROM編碼，如圖3-8. 64位ROM和ROM操作控制部分允許DS1820作為一個單線器件工作，并遵循單線總線系統(tǒng)的單線協(xié)議，直到 ROM操作協(xié)議被滿足，DS1820控制部分的功能是不可訪問的?？偩€上的主機根據(jù)64位ROM的前56位計算CRC的值并把它與存儲在DS 1820內(nèi)的值進行比較以決定ROM的數(shù)據(jù)是否已被主機正確地接收。CRC的等效多項式函數(shù)為:CRC= X8+Xs+X4+1DS1820在使用CRC來確認數(shù)據(jù)傳送的每一種情況中，總線主機必須使用上面給出的多項式函數(shù)計算CRC的值并把計算所得的值與存儲在64位ROM部分中的8位CRC值(ROM讀數(shù))，或者與DS1820中計算得到的8位CRC值(在讀暫存存儲器中時，它作為第九個字節(jié)被讀出)，進行比較。當存儲在DS1820內(nèi)或由DS1820計算得到的CRC值與總線主機產(chǎn)生的值不相符合時，在DS1820內(nèi)設(shè)有電路來阻止命令序列的繼續(xù)執(zhí)行。校驗碼CRC可以使用如圖3-7所示，由一個移位寄存器和“異或”(XOR)門組成的多項式產(chǎn)生器來產(chǎn)生。移位寄存器的所有位被初始化為零，然后從產(chǎn)品系列編碼的最低有效位開始，每次移入一位，接著移入序列號。在序列號的第48位進入之后，移位寄存器便包含了CRC值。移入CRC的8位應該使移位寄存器返回至全零。圖3-7單線CRC編碼3) DS1820的報警功能DS1820通過使用在板(on-board)溫度測量專利技術(shù)來測量溫度。溫度測量電路的方框圖見圖所示。DS1820通過門開通期間內(nèi)低溫度系數(shù)振蕩器經(jīng)歷的時鐘周期個數(shù)計數(shù)來測量溫度，而門開通期由高溫度系數(shù)振蕩器決定。同時計數(shù)器用斜率累加器電路所決定的值進行預置。為了對遵循拋物線規(guī)律的振蕩器溫度特性進行補償，這種電路是必需的。斜率累加器用于補償振蕩器溫度特性的非線性，以產(chǎn)生高分辨率的溫度測量。通過改變溫度每升高一度，計數(shù)器必須經(jīng)歷的計數(shù)個數(shù)來實行補償。此計算在DS1820內(nèi)部完成以提供0. 5 攝氏度的分辨率。溫度讀數(shù)以16位、符號擴展的二進制補碼讀數(shù)形式提供。DS1820以0. 5攝氏度的增量值，在-55攝氏度至+125攝氏度的范圍內(nèi)測量溫度。對于應用華氏溫度的場合，則需要使用查找表或變換系數(shù)。注意，在DS1820中，溫度以1/2攝氏度 LSCB(最低有效位)形式表示時，產(chǎn)生以下9位格式，見下圖3-8：圖3-8DS1820內(nèi)數(shù)據(jù)表示格式最高有效(符號)位被復制到存儲器內(nèi)兩字節(jié)的溫度寄存器中較高的MSB的所有位，這種“符號擴展”產(chǎn)生了如表3-3所示的16位溫度讀數(shù)。溫度數(shù)字輸出(二進制)安息字輸出（十六進制）+12500000000 1111101000FAh+2500000000 001100100032h+1/200000000 000000010032h+000000000 000000000032h-1/211111111 111111110032h-2511111111 110011100032h-5511111111 100100100032h表3-3溫度/數(shù)據(jù)對應表在DS 1820完成溫度變換之后，溫度值與貯存在TH和TL內(nèi)的觸發(fā)值相比較。TH或TL的最高有效位直接對應于16位溫度寄存器的符號位，如果溫度測量的結(jié)果高于TH或低于TL，那么器件內(nèi)告警標志將置位。每次溫度測量更新此標志。只要告警標志置位，DS1820將對告警搜索命令做出響應。這允許并聯(lián)連接許多DS1820，同時進行溫度測量。如果某處溫度超過極限，那么可以識別出正在告警的器件并立即將其讀出，而不必讀出非告警的器件。3.2.2溫度監(jiān)測模塊的其他外圍元件1) CC1000射頻芯片的應用在單總線數(shù)字式溫度傳感系統(tǒng)的設(shè)計中，數(shù)據(jù)采用無線傳輸方式。為了避免強磁場對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懀詈貌捎酶哳l波段傳輸。為此我們采用了CC1000來實現(xiàn)這個功能。CC1000是Chipcon公司推出的單片可編程RF收發(fā)芯片，它基于Chipcon ISSmart RF技術(shù)，是一種高性能、低損耗、高靈敏度的射頻芯片。CC1000專用于低功率和低電壓類無線電產(chǎn)品，并且很容易通過編程使其工作頻率在300-1000MHz范圍內(nèi)，完全滿足設(shè)計的需求。CC1000的結(jié)構(gòu)示圖見圖3-9： 圖3-9 CC1000簡化模塊圖CC1000的主要工作參數(shù)可由三個串行接口(PDATA, PCLK和PALE)編程設(shè)定來控制CC1000處于發(fā)送或接收模式。CC1000在一個電路中只能在一種模式下工作。芯片提供信號接口DIO和DCLK，用于收發(fā)數(shù)據(jù)。DIO是雙向數(shù)據(jù)線，DCLK提供數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收的同步時鐘。在接收模式下，CC1000可看成是一個傳統(tǒng)的超外差接收器。射頻(RF)輸入信號經(jīng)低噪聲放大器(LNA)放大后翻轉(zhuǎn)進入混頻器，通過混頻器混頻產(chǎn)生中頻(IF)信號。在中頻處理階段，該信號在送入解調(diào)器之前被放大和濾波?？蛇x的RSSI信號和IF信號也可通過混頻產(chǎn)生于引腳RSSI/IF。解調(diào)后，CC1000從引腳DIO輸出解調(diào)數(shù)字信號，解調(diào)信號的同步性由芯片上的PCLK提供的時鐘信號完成。在發(fā)送模式下，壓控振蕩器(VCO)輸出的信號直接送入功率放大器(PA)。射頻輸出是通過加在DIO腳上的數(shù)據(jù)進行控制的，稱為移頻鍵控(FSK)。這種內(nèi)部T/R切換電路使天線的連接和匹配設(shè)計更容易。當調(diào)制數(shù)據(jù)時，CC1000能被