一种适用于风电机组的多功能无线测温装置

一种适用于风电机组的多功能无线测温装置

岳永军

中国大唐集团有限公司内蒙古分公司 010050

简要：随着进入新世纪，我国经济迅速发展，风电机组的应用环境、要求与之前相比有了很大的不同。当下，应用于风电机组的测温装置还是使用之前的技术，对风电机组的测温范围有限，不能全面的对风电机组进行保护；对风电机组温度的采集时间过长，往往技术人员在获知风电机组的温度异常之后，问题很大。本文我们针对这些问题，设计一种多功能无线测温装置，解决风电机组温度检测出现的问题。

关键词：风电机组；温度检测；设计

一 系统整体架构

1.1 硬件设计

以ATmega16为核心处理器，设置有无线发射功能的模块，通过该无线发射模块对风电机组的温度变化实施全天候的检测。ATmega16与之前的控制器相比，性能增强很多，采用AVR RISC结构，功耗低、信息传输速度快，保证温度检测信息传输的及时性。该系统的总体结构框图如图1所示。

图1 系统总体框架图

除ATmega16核心处理器之外，我们还需要采用多个温度传感器。根据相关的统计调查结果，热电阻式无线温度传感器433的性能最佳。这种传感器不需要直接接触风电机就可以测得该区域的温度，精度高，稳定性好，测量范围为-200℃～+500℃，基本满足高温环境的温度测量要求。该热电阻式无线温度传感器还需要搭配数据收集器，并使用ttl转485将收集的数据传送至单片机上进行解析。在实际使用时，需要在温度传感器钱安装一个斩波器，主要作用是起调压的作用(开关电源)， 同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

1.2 软件设计

主要有四个组成部分，分别是微控制器、IIC总线的寄存器模块，风电机组温度显示模块，温度信号无线发射及接受模块，信号处理电路。在实际工作时，温度传感器采集风电机组的温度信息，温度信号无线发射及接受模块接受该信号并将该信号发射，IIC总线接受模块发射的信号，需要注意的是IIC总线并不是直接转发该温度信号，IIC总线需要先将温度信号汇总，直接发送传输给风电机组温度显示模块，再由温度显示模块将该温度数据传输到数据中心中央大脑进行分析处理。

信号处理电路是整个温度信号采集、传输的环境，传感器、微控制器模块、信号接受传输模块都是这个电路的一部分，此外，信号传输电路还包括滤波器、检波器和温度补偿电路等等。传感器是通过检测辐射强度进而检测风电机组实际温度的，然后在实际工作中，风电机组的辐射强度很低，很难被检测到。由于目标红外辐射信号为微弱慢变化信号，为得到很好的功率放大倍数，采用了探测器多极放大的连接电路。前置放大器电介隔离型场效应管OPA602。低偏置电压最大为±250 μV，低偏置电流最大为±1 pA，具有快速的还原时间1 μs-→0.01%、高转换速率 35 V/μs，以及较宽的带宽 6.5 MHz。将放大的信号依次经过检波器和滤波器，目的是剔除其他的信号，输出纯净的温度信号，提高温度检测的精确度。对一些温度变化较小的区域，采用热敏电阻进行电压的放大，作为温度补偿，进而使一些温度变化较小的区域温度被检测到。

1.3 系统判定

这一部分是检测温度信号的正确与否。温度检测系统在运行时可能会发生各种各样的意外，导致系统没有办法正确的工作。单靠人工来检验温度检测系统工作的正常与否，往往存在着滞后性。正确的温度信号误判成错误的还好，只是浪费一些人力资源，错误的温度信号被检测成正常的，这会导致风电机组出现故障，严重还会导致出现事故，出现人员的伤亡。在该次温度检测系统中，我们采用高精度面源黑体作为温度检测的复核工具，用测温系统对黑体温度进行测量，并对每一个温度点进行多次测量，经过多组数据处理后计算其均值，然后用黑体温度与系统输出信号的关系曲线进行标定。在该温度检测系统中，我们建立两个主服务器，一个备份服务器，作为该温度检测系统的终端。当然，我们还得设定一个温度的误差范围，以风电机组能够承受的温度为上限，一旦检测到上限温度，立即报警。

二 温度预警

采用服务器的方式进行温度预警。采用成熟的单片机技术，将数字温度传感器采集的数据发送到主计算机进行提示及告警。数据采集端使用单片机进行采集，单片机主芯片为89C52,使用C语言编写。上位机使用灵活的Delphi 语言编写，采样频率为2秒采集一次，采集到的数据实时显示在主界面，并可以进行报警上限的设置、越限报警、报警时直观显示故障位置等实用功能。采集端集成在标准1U机箱内，机箱前面板设有单片机、数传模块的供电指示、数传模块工作状态的指示、数传模块的独立开关以及各路温度数据的数码管显示。

系统主要由数据采集端、上位机监测显示端、数据传输等环节构成。数据采集端由传感器和单片机构成，由多个DS18B20数字温度传感器采集各点的温度信息，采集到的温度信息是数字信号，送到单片机进行处理并与监测端主机通讯，监测显示端主机将接收到的数据进行处理，完成在软件中显示各测温点的实时温度、报警和数据记录及统计等功能。

为使值班人员能快速定位故障点，在上位机电脑的界面上显示的是依照设备实际位置绘制的示意图，当过热报警时会在相应的位置闪动报警图标，同时发出声音报警，这样就可以一目了然地看到报警点的具体位置。该系统具有数据记录功能，为防止数据量过大，所有监测点温度处于正常范围时系统不做记录，当某个点温度达到预设的条件时开始自动记录数据，用户可以随时对以往的异常数据进行查询。在程序中具有报警上限设置功能，可对各测温点的报警上限值分别进行修改，使系统的使用更灵活。 用于采集数据的单片机标准化、模块化，每个单片机可以连接14个测温点，如果需要增加测温点，在单片机允许范围内可以随时添加探头，不需要修改单片机程序和增加其它设备，只需适当修改上位机主程序即可。如果需要在其他地点增加测温功能，或探头数量超过单片机容量，只增加数据采集模块（单片机和数传模块等构成）即可。如果需要监测更远距离的设备，只需换功率更大的数传模块即可，也可采用中继方式进行传输。

三 手机端远程监控和操纵

使用单片机实现手机远程监控和操纵温度检测系统的运行。以 TC35i模块作为远程信号的传输平台，以短信息和电话的形式传输数据与命令。GSM平台实现远程收发数据与命令，MCU实现所有信息的整合和处理。GSM平台用TC35i工业模块来实现，通过AT指令的形式传输信息。实现手机端远程操纵和监控的基础是软硬件的配合，其中，硬件的核心是处理器，根据几种处理器的性能对比，AT89S52处理器比较适合。此外，光有处理器是不够的，还需要一些小零件的配合，比如外置按键、显示灯等。系统的软件设计与实现重点在单片机的编程上。通过数字温度检测模块配合单片机编程，采集环境或被控对象表面温度并实时显示。通过单片机控制单元向TC35i写入不同的AT指令完成相关远程功能。软硬件的紧密配合能够使手机更加方便的控制该温度检测系统，这也是该风电机组温度检测系统在恶劣条件下的使用的基础。

四 结语

本测温设备采用手机进行远程操控，单片机传输信息，适用于各种恶劣环境，比如有水、潮湿、高温、高压、有强磁干扰的环境下各种物体的温度检测，温度预警系统即时准确，能够切实保证风电机组运行的安全。

参考文献

1. 居水荣.单片机及其发展趋势[J].微纳电子技术，2001(02)．

2. 杨波，陈忧先.热释电红外传感器的原理和应用[J].仪表技术，2008（6）:66-68.

3. 刘征，彭小奇，丁剑等.国外CCD检测技术在工业中的应用与发展[J]. 工业仪表与自动化装置，2005（4）;65-69.

4. 王桂荣，李宪芝主编.传感器原理与应用[M]．北京：中国电力出社，2010．