拆分式迷你多功能混凝土溫度智能在線監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種拆分式迷你多功能混凝土溫度智能在線監(jiān)控系統(tǒng)，編碼芯片（3）內(nèi)包括IIC存儲芯片，IIC存儲芯片存儲與溫度傳感器一一對應(yīng)的編號信息，采集系統(tǒng)通過溫度線和GND線連接于溫度采集電阻（2）的兩端，采集系統(tǒng)通過IIC頻率線和IIC數(shù)據(jù)線與IIC存儲芯片相連。本發(fā)明測量接口可擴(kuò)展，大大增加了傳感器數(shù)量；支持熱敏電阻、鉑電阻、銅電阻傳感器混搭測量；賦予傳感器唯一身份標(biāo)識，在斷線后可以方便的查找其所在位置，從而有效提高傳感器成活率、保證溫度監(jiān)測不出現(xiàn)盲點。通過軟件實現(xiàn)：超出安全值自動預(yù)警，GPS定位防盜，實現(xiàn)點測、分段循測、自動循測等功能。預(yù)留環(huán)境條件監(jiān)測、外置電源等因需選擇的輔助功能插口、方便實現(xiàn)即插即用。
【專利說明】
拆分式迷你多功能混凝土溫度智能在線監(jiān)控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種拆分式迷你多功能混凝土溫度智能在線監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]混凝土凝固過程中，產(chǎn)生水化熱使混凝土溫度升高而變形引起裂縫，給大壩安全帶來極大的隱患。目前，混凝土溫度的監(jiān)測主要采用人工方式:采用人工現(xiàn)場讀數(shù)和室內(nèi)整理、分析資料的監(jiān)控方式，使得溫度監(jiān)測的實時性差，而且有人為誤差，這種人為誤差不僅與監(jiān)測人員迫于工程進(jìn)度的要求故意人為調(diào)整所測的混凝土溫度值有關(guān)，而且受人員的技術(shù)水平、測量讀數(shù)習(xí)慣等因素影響，不能表現(xiàn)出混凝土真實的狀況，給大壩的質(zhì)量和安全帶來隱患。
[0003]混凝土溫度監(jiān)控系統(tǒng)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工監(jiān)測，實現(xiàn)混凝土溫度的實時監(jiān)控，有效解決人工監(jiān)測費時費力、測讀不及時、有盲段、人為誤差等問題。目前國內(nèi)外已出現(xiàn)功能比較完備的監(jiān)測系統(tǒng)，但是設(shè)備功能繁復(fù)、故障眾多，體積龐大、單價昂貴?，F(xiàn)有混凝土溫度監(jiān)控系統(tǒng)先將采集系統(tǒng)主機(jī)與裝有智能分析軟件的PC機(jī)用數(shù)據(jù)線連接，再將已埋入混凝土的溫度傳感器直接接于采集系統(tǒng)主機(jī)溫度傳感器接口，由于采集系統(tǒng)主機(jī)尺寸的限制(主機(jī)能夠提供的傳感器接口數(shù)量有限)，無法適用于傳感器數(shù)量較多的場景。
[0004]此外，混凝土溫度監(jiān)控系統(tǒng)對于傳感器的需求量非常大，而傳感器種類繁多，最常用的有:3ΚΩ熱敏電阻、PT1000鉑電阻、銅電阻溫度傳感器等。由于傳感器現(xiàn)場安裝時如若沒有清理好安裝點位不確定因素(如振搗造成的位移)，直接影響數(shù)據(jù)測讀、分析及結(jié)果的準(zhǔn)確性。現(xiàn)有溫度傳感器埋設(shè)在混凝土中意外斷線后無法識別又不能更換，從而降低了溫度傳感器的成活率，也使得混凝土內(nèi)部的溫度監(jiān)測出現(xiàn)盲點，不能有效監(jiān)控溫度變化，從而無法消除因溫度變化帶來的安全隱患。
[0005]再者，現(xiàn)有混凝土溫度監(jiān)控系統(tǒng)的溫度傳感器埋設(shè)在混凝土中容易與混凝土中的鋼筋搭接造成溫度傳感器性能下降甚至喪失功能，存在巨大的安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種拆分式迷你多功能混凝土溫度智能在線監(jiān)控系統(tǒng)，測量接口可擴(kuò)展，每個接口均可使用分線器分成另外8個接口，并且該分線器可呈金字塔形擴(kuò)展分接，大大增加了采集系統(tǒng)測量傳感器的數(shù)量;支持熱敏電阻、鉑電阻、銅電阻傳感器混搭測量;在傳感器內(nèi)部加入芯片賦予傳感器唯一身份標(biāo)識，在斷線后可以方便的查找其所在位置，從而有效提高傳感器成活率、保證溫度監(jiān)測不出現(xiàn)盲點。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:拆分式迷你多功能混凝土溫度智能在線監(jiān)控系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)采集儀、至少一個分線器和若干前端傳感器，前端傳感器包括3ΚΩ熱敏電阻溫度傳感器、ΡΤ1000鉑電阻溫度傳感器、銅電阻溫度傳感器;所述數(shù)據(jù)采集儀通過通訊網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通信，數(shù)據(jù)采集儀的采樣信號輸入端分別與各一級分線器相連，每個一級分線器連接多個二級分線器，末級分線器與八個前端傳感器連接； 所述的數(shù)據(jù)采集儀包括集線板通道、測量板通道、AD模塊、通道選擇電路和單片機(jī)，各前端傳感器分別通過集線板通道與測量板通道相連，測量板通道通過AD模塊與單片機(jī)的采樣信號輸入端連接，單片機(jī)的通道選擇信號輸出端通過通道選擇電路與測量板通道相連；所述的通道選擇電路包括3/8譯碼器、總線驅(qū)動器、兩個光電耦合器件、八個繼電器和兩個雙重四通道模擬多路復(fù)用器，3/8譯碼器的輸入端與單片機(jī)相連，3/8譯碼器的一路輸出端通過總線驅(qū)動器與兩個光電耦合器件，每個光電耦合器件分別連接四個繼電器，3/8譯碼器的另一路輸出端與兩個雙重四通道模擬多路復(fù)用器相連；
所述的AD模塊包括轉(zhuǎn)換芯片、3K Ω熱敏電阻采樣電路和PT 1000鉑電阻/銅電阻采樣電路，轉(zhuǎn)換芯片的串行時鐘輸入引腳與單片機(jī)的串行時鐘輸出引腳相連，轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)字輸出引腳與單片機(jī)的數(shù)字輸入引腳連接，轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)字輸入引腳與單片機(jī)的數(shù)字輸出引腳連接，3ΚΩ熱敏電阻采樣電路的輸出與轉(zhuǎn)換芯片的第一模擬輸入引腳相連，PT1000鉑電阻/銅電阻米樣電路的輸出與轉(zhuǎn)換芯片的第二模擬輸入弓I腳相連；
所述的3ΚΩ熱敏電阻采樣電路包括第一高精密金屬鉑電阻RJMl、電阻R92和電容C94，第一高精密金屬鉑電阻RJMl的一端與參考電壓REF相連，另一端通過電容C94接地，3ΚΩ熱敏電阻溫度傳感器并聯(lián)于第一高精密金屬鉑電阻RJMl與電容C94的公共連接點上，該公共連接點通過電阻R92與轉(zhuǎn)換芯片的第一模擬輸入引腳相連;所述的PT1000鉑電阻/銅電阻采樣電路包括第二高精密金屬鉑電阻RJM2、電阻R93和電容C95，第二高精密金屬鉑電阻RJM2的一端與參考電壓REF相連，另一端通過電容C95接地，PT1000鉑電阻溫度傳感器或銅電阻溫度傳感器并聯(lián)于第二高精密金屬鉑電阻RJM2與電容C95的公共連接點上，該公共連接點通過電阻R93與轉(zhuǎn)換芯片的第二模擬輸入引腳相連；
所述的前端傳感器包括一個一端開口一端封閉的不銹鋼殼體、溫度采集電阻和編碼芯片，溫度采集電阻和編碼芯片均設(shè)置于不銹鋼殼體內(nèi)，溫度采集電阻設(shè)置于不銹鋼殼體的封閉端，溫度采集電阻通過電纜與編碼芯片連接，編碼芯片通過電纜從不銹鋼殼體的開口端引出；所述溫度采集電阻的外緣設(shè)置有氧化鋁粉填充區(qū)，編碼芯片的外緣設(shè)置有環(huán)氧樹脂灌封膠填充區(qū)；
所述編碼芯片內(nèi)包括IIC存儲芯片，IIC存儲芯片用于存儲與溫度傳感器一一對應(yīng)的編號信息，采集系統(tǒng)通過溫度線和GND線連接于溫度采集電阻的兩端，采集系統(tǒng)通過IIC頻率線和IIC數(shù)據(jù)線與IIC存儲芯片相連。
[0008]所述的3/8譯碼器采用74HC137芯片，74HC137芯片的VCC供電引腳通過串聯(lián)的電容C21接地。
[0009]所述的總線驅(qū)動器采用74HC245芯片，74HC245芯片的VCC供電引腳通過串聯(lián)的電容C31接地。
[0010]所述的光電耦合器件采用TLP521芯片，TLP521芯片的輸入端ANO均通過第一限流電阻接正電壓，TLP521芯片的輸入端CAT分別連接控制輸入，TLP521芯片的輸出端EMI分別連接第二限流電阻。
[0011]所述的轉(zhuǎn)換芯片采用AD7192芯片。
[0012]所述的第一高精密金屬鉑電阻RJMl為1/8W-2.4K電阻，第二高精密金屬鉑電阻RJM2 為 1/8W-1.1K 電阻。
[0013]所述的溫度采集電阻為PT1000鉑電阻、3ΚΩ熱敏電阻或銅電阻。
[0014]所述的不銹鋼殼體的外側(cè)套接有橡膠保護(hù)套。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
I)支持遠(yuǎn)程監(jiān)測和集中管控，且測量接口可擴(kuò)展，每個接口均可使用分線器分成另外8個接口，并且該分線器可呈金字塔形擴(kuò)展分接，大大增加了采集系統(tǒng)測量傳感器的數(shù)量。
[0016]2)數(shù)據(jù)采集儀采用8路通道傳感器數(shù)據(jù)采集板，采集數(shù)據(jù)時，開通選擇的通道，斷開其他通道，一次只采集一個傳感器數(shù)據(jù)，采集完成后再選擇開通下一個通道，依次采集8個傳感器數(shù)據(jù)，使用方便、可靠。使用3/8譯碼器74HC137實現(xiàn)片選功能，總線驅(qū)動器74HC245擴(kuò)展了 PO端口功能并且增大了驅(qū)動能力。TLP521為光電耦合器件，帶有光電隔離功能，增加了安全性，減小了電路干擾，每個TLP521可驅(qū)動4個繼電器，可完成對8個通道的選擇。74HC137外接電容C21可有效濾波去耦，使電源電平更穩(wěn)定。光電耦合器件輸入端輸出端均外接限流保護(hù)電阻，可起到良好的限流保護(hù)作用，避免電流過大燒毀光電耦合芯片或繼電器。
[0017]3)設(shè)計不同的采樣電路，支持不同阻值溫度傳感器的混搭測量，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，設(shè)計及實現(xiàn)成本低。
[0018]4)傳感器的輸入信號為電阻，將其轉(zhuǎn)換為電壓信號才能被ADC采集處理，加上精準(zhǔn)REF5V電壓并且串聯(lián)一個高精密金屬鉑電阻(RJM1、RJM2)，則可轉(zhuǎn)換為電壓信號，而為了使輸入信號更加穩(wěn)定，再經(jīng)過RC濾波(R92-C94、R93-C95)，RC濾波電路簡單，抗干擾性強(qiáng)，有較好的低頻濾波性能，最后接入AD芯片的輸入引腳。
[0019]5)在傳感器內(nèi)部加入編碼芯片賦予傳感器唯一性身份標(biāo)識，與溫度采集系統(tǒng)交聯(lián)，通過配套軟件就能識別傳感器的身份信息，在斷線后可以方便的查找其所在位置，從而有效提高傳感器成活率、保證溫度監(jiān)測不出現(xiàn)盲點。
[0020]6)編碼芯片的外緣填充環(huán)氧樹脂灌封膠，可以起到良好的密封和保護(hù)作用。溫度采集電阻的外緣填充氧化鋁粉，可減少電極尖端變形、壓潰，防止電極粘附，大大延長使用壽命O
[0021]7)在傳感器外部加橡膠保護(hù)套，阻隔溫度傳感器與混凝土中的熱導(dǎo)體直接接觸，從而避免造成熱散失，保證溫度傳感器的性能、提高溫度傳感器的成活率與可靠性。
[0022]8)通過軟件實現(xiàn)以下功能:超出安全值自動預(yù)警，GPS定位防盜，實現(xiàn)點測、分段循測、自動循測等功能。
[0023]9)預(yù)留環(huán)境條件監(jiān)測、外置電源等因需選擇的輔助功能插口、方便實現(xiàn)即插即用。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)框圖；
圖2為本發(fā)明電路框圖；
圖3為本發(fā)明通道選擇電路框圖；
圖4為本發(fā)明74HC137連接電路原理圖；
圖5為本發(fā)明74HC137真值表；
圖6為本發(fā)明74HC245連接電路原理圖；
圖7為本發(fā)明TLP521-4內(nèi)部原理圖；
圖8為本發(fā)明TLP521-4連接電路原理圖； 圖9為本發(fā)明繼電器內(nèi)部原理圖；
圖10為本發(fā)明繼電器驅(qū)動電路原理圖；
圖11為本發(fā)明⑶4052真值表；
圖12為本發(fā)明⑶4052連接電路原理圖；
圖13為本發(fā)明AD7192連接電路原理圖；
圖14為本發(fā)明3K Ω熱敏電阻采樣電路原理圖；
圖15為本發(fā)明PT 1000鉑電阻/銅電阻采樣電路原理圖；
圖16為本發(fā)明傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖17為本發(fā)明傳感器數(shù)據(jù)傳輸原理圖；
圖中，1-不銹鋼殼體，2-溫度采集電阻，3-編碼芯片，4-電纜，5-氧化鋁粉填充區(qū)，6-環(huán)氧樹脂灌封膠填充區(qū)。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。
[0026]如圖1所示，拆分式迷你多功能混凝土溫度智能在線監(jiān)控系統(tǒng)，包括遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)采集儀、至少一個分線器和若干前端傳感器，前端傳感器包括3ΚΩ熱敏電阻溫度傳感器、PT1000鉑電阻溫度傳感器和銅電阻溫度傳感器;所述數(shù)據(jù)采集儀通過通訊網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通信，數(shù)據(jù)采集儀的采樣信號輸入端分別與各一級分線器相連，每個一級分線器連接多個二級分線器，末級分線器與八個前端傳感器連接。支持遠(yuǎn)程監(jiān)測和集中管控，且測量接口可擴(kuò)展，每個接口均可使用分線器分成另外8個接口，并且該分線器可呈金字塔形擴(kuò)展分接，一套采集系統(tǒng)理論最大可擴(kuò)展255個分線器，大大增加了采集系統(tǒng)測量傳感器的數(shù)量。
[0027]如圖2所示，數(shù)據(jù)采集儀包括集線板通道、測量板通道、AD模塊、通道選擇電路和單片機(jī)，各前端傳感器(3ΚΩ熱敏電阻溫度傳感器、PT1000鉑電阻溫度傳感器或銅電阻溫度傳感器)分別通過集線板通道與測量板通道相連，測量板通道通過AD模塊與單片機(jī)的采樣信號輸入端連接，單片機(jī)的通道選擇信號輸出端通過通道選擇電路與測量板通道相連;溫度傳感器接在各自的通道上，單片機(jī)通過通道選擇電路選擇測量通道，在選擇的通道內(nèi)，單片機(jī)通過IIC總線讀取傳感器信息數(shù)據(jù)，同時AD模塊也開始采集溫度數(shù)據(jù)，單片機(jī)通過SPI總線讀取AD芯片里的溫度數(shù)據(jù)，這樣依次采集每個通道。
[0028]如圖3所示，通道選擇電路包括3/8譯碼器74HC137、總線驅(qū)動器74HC245、兩個光電耦合器件TLP521、八個繼電器和兩個雙重四通道模擬多路復(fù)用器⑶4052，3/8譯碼器的輸入端與單片機(jī)相連，3/8譯碼器的一路輸出端通過總線驅(qū)動器與兩個光電耦合器件，每個光電耦合器件分別連接四個繼電器，3/8譯碼器的另一路輸出端與兩個雙重四通道模擬多路復(fù)用器相連。單片機(jī)通過此電路可完成8個通道的選擇(繼電器用于選擇溫度數(shù)據(jù)通道，CD4052用于選擇IIC通道)。使用3/8譯碼器芯片74HC137作選擇器，對74HC245以及CD4052進(jìn)行片選。74HC245為總線驅(qū)動器，對其使能后可以驅(qū)動TLP521元件。TLP521為光電耦合器件，帶有光電隔離功能，增加安全性，減小電路干擾，每個TLP521可驅(qū)動4個繼電器(共可驅(qū)動8個繼電器)，完成對8個通道的選擇。CD4052為雙重四通道模擬多路復(fù)用器，使用兩片可對8個通道進(jìn)行選擇。
[0029]單片機(jī)對傳感器的采集分為兩部分:1.讀取傳感器信息;2.采集溫度數(shù)據(jù)。傳感器信息包括:編號、型號。單片機(jī)通過程序控制選定開啟⑶4052芯片的第n(l<n<8)通道，在此通道上通過IIC雙線傳輸協(xié)議與傳感器內(nèi)部芯片通信，讀取該傳感器的出廠編號及型號，之后單片機(jī)繼續(xù)程序控制選定開啟繼電器第η通道，此時該通道的溫度線被接入AD模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)換，單片機(jī)通過與AD模塊通信讀取溫度數(shù)據(jù)，該通道采集完成后判斷8個通道是否均已采集完成，若采集完成則關(guān)閉外圍電路進(jìn)入待機(jī)模式，若還有通道沒有采集則繼續(xù)采集下一個通道。
[0030]如圖4所示，74HC137是一片3線轉(zhuǎn)8線的譯碼器，共有16個引腳:1、2、3腳Α0、Α1、Α2為3線譯碼輸入;4、5、6腳LE、E1、E2為使能端;8腳6仰;16腳￥0:供電;￥0~￥7這8個引腳為譯碼器8線譯碼輸出。74HC137芯片的VCC供電引腳通過串聯(lián)的電容C21接地，外接電容C21用于濾波去耦，使電源電平更穩(wěn)定接單片機(jī)P0.0-P0.2為芯片輸入選擇腳，4腳LE接單片機(jī)P4.6用以使能控制74HC137芯片，El接地、E2接正電壓為開啟使能。在此電路中，只使用了Y0、Y3、Y4輸出端口，YO為74HC245芯片的使能腳，Y3、Y4為兩片CD4052芯片的使能腳。在該電路中，僅使用I片74HC137便可使能控制下一級的三個芯片。關(guān)于3/8譯碼器的工作方式，可查看74HC137真值表，如圖5所示，通過使能端以及3線譯碼輸入，可使8線輸出中的某一腳電位拉低，由此可見，74HC137可以用來作為選擇器，將輸出腳接到下一級芯片的使能端，便可以使能8個芯片其中的一個芯片并使其工作。
[0031]如圖6所示，74HC245是一種三態(tài)輸出、八路信號收發(fā)器，主要應(yīng)用于大屏顯示，以及其它的消費類電子產(chǎn)品中作總線擴(kuò)展與驅(qū)動。在本電路中，我們將其用于單片機(jī)I/o端口擴(kuò)展，使PO端口完成更多的功能，同時該芯片驅(qū)動能力較強(qiáng)，單片機(jī)通過該芯片可以很好地驅(qū)動下一級芯片TLP521。結(jié)構(gòu)上，74HC245芯片的VCC供電引腳通過串聯(lián)的電容C31接地，同樣起到濾波去耦作用。
[0032]TLP521是可控制的光電耦合器件，廣泛應(yīng)用在各類電子產(chǎn)品電路之間的信號傳輸，通過光電耦合，使之前端與負(fù)載完全隔離，增加安全性，減小電路干擾，減化電路設(shè)計。圖7為TLP521-4的內(nèi)部原理圖:當(dāng)1、2腳之間通過一定正向電流，通過光電耦合，15、16腳便會導(dǎo)通，一個TLP521-4芯片含有4個光電耦合通道。
[0033]如圖8所示，TLP521芯片輸入端ANO接正電壓，通過5.1K電阻限流保護(hù);輸入端CAT為控制輸入，當(dāng)為高電平時，對應(yīng)的COL和EMI之間斷開，低電平時導(dǎo)通;輸出外接1K電阻用于限流保護(hù)。通過控制CAT的電平高低，便可控制對應(yīng)通道的開斷。
[0034]本系統(tǒng)為8通道采集系統(tǒng)，可采集8個通道的數(shù)據(jù)，而現(xiàn)在，前級的控制電路顯然已經(jīng)有能力驅(qū)動8個通道，而這一級我們需要選擇繼電器來實現(xiàn)這8個通道的開斷。
[0035]繼電器一般使用的是電磁式繼電器，電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片組成，如圖9所示，只要在線圈兩端I腳和16腳加上一定的電壓，使線圈中有電流流過，9腳與13腳便會導(dǎo)通，8腳與4腳同時也會導(dǎo)通，當(dāng)電流消失，剛才導(dǎo)通的便會斷開，而11腳與13腳則會導(dǎo)通，6腳與4腳同時也導(dǎo)通，從而達(dá)到在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。
[0036]如圖10所示，繼電器驅(qū)動電路:ν2+、ν2-為外加電壓(由電源模塊DY05D0505提供)，NTCI為3K Ω熱敏電阻溫度線，RTDI為PT 1000鉑電阻/銅電阻溫度線，CPI為3K Ω熱敏電阻溫度輸送線，CP2為PT1000鉑電阻/銅電阻溫度輸送線。二極管Dkl穩(wěn)壓保護(hù)，三極管Ql用于控制繼電器通斷。工作原理:電路通過coul(芯片TLP521-4的輸出引腳)電平的高低，控制Ql的開斷，從而間接控制繼電器開斷，當(dāng)coul為高電平時，三極管Ql導(dǎo)通，繼電器Kl開始工作，使NTCl與CPl之間導(dǎo)通、RTDl與CP2之間導(dǎo)通，從而將溫度傳感器的溫度線傳遞給AD模塊。3ΚΩ熱敏電阻、PT 1000鉑電阻/銅電阻只能選擇其一接入電路。
[0037]⑶4052為雙重四通道模擬多路復(fù)用器/多路信號分離器，帶有公共選擇邏輯端，每個多路復(fù)用器有四個獨立的輸入/輸出(OX?3X、0Y?3Υ)和一個公共輸入/輸出端(Χ、Υ)。公共通道選擇邏輯端包括了兩個數(shù)字選擇輸入端(Α、Β)和一個低電平有效的輸入端(ΙΝΗ)。⑶4052的真值表如圖11所示。如圖12所示，芯片⑶4052的Α、Β腳接單片機(jī)P0.0和P0.1，用于選擇開通四通道的其中對應(yīng)的某一通道;Χ、Υ接時鐘線(SCL2)和數(shù)據(jù)線(SDAl)，在選定的通道內(nèi)，以IIC時序讀取傳感器端編號板內(nèi)存儲的數(shù)據(jù);使能端INH接Y3(74HC137的輸出腳)，用于片選此芯片使其工作。
[0038]AD模塊是采集系統(tǒng)的中樞，溫度電阻通過溫度線接入AD模塊，經(jīng)過轉(zhuǎn)換過后，單片機(jī)與AD模塊通信，讀取采集到的溫度數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)使用的是AD7192芯片，該芯片是一款超低噪音、低漂移24位Σ-Δ型ADC轉(zhuǎn)換器，具有單獨的模擬電源和數(shù)字電源。模擬部分必須采用精準(zhǔn)5V電源供電，而數(shù)字電源獨立于模擬電源，可以輸入2.7V~5.25V范圍內(nèi)的任意電壓，由于單片機(jī)使用的是5V電壓，因此DVDD也須采用5V電源供電。
[0039]AD采集為模擬電路，須與數(shù)字部分分開，使用獨立的電源供電，并且分開布地線。這里使用78L05穩(wěn)壓管為其提供穩(wěn)定的+5V模擬電源電壓，以及使用ADR425穩(wěn)壓芯片提供精準(zhǔn)的+5V基準(zhǔn)采集供電電壓。
[0040]AD7192是一款適合高精密測量應(yīng)用的低噪聲完整模擬前端，內(nèi)置一個低噪聲、24位Σ - △型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，片內(nèi)低噪聲增益級意味著可直接輸入小信號。這款器件可配置為兩路差分輸入或四路偽差分輸入，片內(nèi)通道序列器可以使能多個通道，AD7192按順序在各使能通道上執(zhí)行轉(zhuǎn)換，這可以簡化與器件的通信。片內(nèi)4.92 MHz時鐘可以用作ADC的時鐘源，或者也可以使用外部時鐘或晶振。
[0041 ] 如圖13所示，AD模塊包括轉(zhuǎn)換芯片(Α?7192)、3ΚΩ熱敏電阻采樣電路和PT1000鉑電阻/銅電阻采樣電路，轉(zhuǎn)換芯片的串行時鐘輸入引腳(3腳SCLK)與單片機(jī)的串行時鐘輸出弓丨腳(ADSCK)相連，轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)字輸出引腳(23腳D0UT)與單片機(jī)的數(shù)字輸入引腳(ADOUT)連接，用以向單片機(jī)傳送數(shù)據(jù);轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)字輸入引腳(24腳DIN)與單片機(jī)的數(shù)字輸出引腳(ADDIN)連接，用以接收單片機(jī)傳來的數(shù)據(jù)。3ΚΩ熱敏電阻采樣電路的輸出與轉(zhuǎn)換芯片的第一模擬輸入引腳相連，ΡΤ1000鈾電阻/銅電阻米樣電路的輸出與轉(zhuǎn)換芯片的第二模擬輸入引腳相連。
[0042]在程序設(shè)計中，AD7192被配置為雙通道雙極性工作模式，S卩ΑΙΝ1-ΑΙΝ2為一個采集通道(AIN2接地，AINl接3K Ω熱敏電阻，用以采集3K Ω熱敏電阻的輸入信號)，AIN3_AIN4為另一個采集通道(AIN4接地，AIN3接PT1000鉑電阻/銅電阻，用以采集PT1000鉑電阻/銅電阻的輸入信號)。默認(rèn)采集為3K Ω熱敏電阻，若該通道采集不到信號，則轉(zhuǎn)換通道采集PT1000鉑電阻/銅電阻的輸入信號。
[0043]如圖14所示，所述的3ΚΩ熱敏電阻采樣電路包括第一高精密金屬鉑電阻RJMl、電阻R92和電容C94，第一高精密金屬鉑電阻RJMU1/8W-2.4K)的一端與參考電壓REF相連，另一端通過電容C94接地，3ΚΩ熱敏電阻溫度傳感器并聯(lián)于第一高精密金屬鉑電阻RJMl與電容C94的公共連接點上，該公共連接點通過電阻R92與轉(zhuǎn)換芯片的第一模擬輸入引腳相連。
[0044]如圖15所示，所述的PT1000鉑電阻/銅電阻采樣電路包括第二高精密金屬鉑電阻RJM2( 1/8W-1.1K)、電阻R93和電容C95，第二高精密金屬鉑電阻RJM2的一端與參考電壓REF相連，另一端通過電容C95接地，PT1000鉑電阻溫度傳感器或銅電阻溫度傳感器并聯(lián)于第二高精密金屬鉑電阻RJM2與電容C95的公共連接點上，該公共連接點通過電阻R93與轉(zhuǎn)換芯片的第二模擬輸入引腳相連。
[0045]傳感器的輸入信號為電阻，將其轉(zhuǎn)換為電壓信號才能被ADC采集處理，我們加上精準(zhǔn)REF5V電壓并且串聯(lián)一個高精密金屬鉑電阻(RJM1、RJM2)，則可轉(zhuǎn)換為電壓信號，而為了使輸入信號更加穩(wěn)定，再經(jīng)過RC濾波(R92-C94、R93-C95)，RC濾波電路簡單，抗干擾性強(qiáng)，有較好的低頻濾波性能，最后接入AD芯片的輸入引腳。
[0046]如圖16所示，帶編碼身份識別的溫度傳感器，包括一個一端開口一端封閉的不銹鋼殼體1(316不銹鋼殼體)、溫度采集電阻2(PT1000鉑電阻、3ΚΩ熱敏電阻或銅電阻)和編碼芯片3，溫度采集電阻2和編碼芯片3均設(shè)置于不銹鋼殼體I內(nèi)，溫度采集電阻2設(shè)置于不銹鋼殼體I的封閉端，溫度采集電阻2通過電纜4與編碼芯片3連接，編碼芯片3通過電纜4從不銹鋼殼體I的開口端引出，所述不銹鋼殼體I的開口端與電纜4之間通過熱縮管熱縮連接。所述溫度采集電阻2的外緣設(shè)置有氧化鋁粉填充區(qū)5，填充氧化鋁粉，可減少電極尖端變形、壓潰，防止電極粘附，大大延長使用壽命。編碼芯片3的外緣設(shè)置有環(huán)氧樹脂灌封膠填充區(qū)6，填充環(huán)氧樹脂灌封膠可以起到良好的密封和保護(hù)作用。所述不銹鋼殼體I的外側(cè)套接有橡膠保護(hù)套，阻隔溫度傳感器與混凝土中的熱導(dǎo)體直接接觸，從而避免造成熱散失，保證溫度傳感器的性能、提高溫度傳感器的成活率與可靠性。
[0047]所述編碼芯片3內(nèi)包括IIC存儲芯片，IIC存儲芯片用于存儲與溫度傳感器一一對應(yīng)的編號信息，如圖17所示，采集系統(tǒng)通過溫度線和GND線連接于溫度采集電阻2的兩端，采集系統(tǒng)通過IIC頻率線和IIC數(shù)據(jù)線與IIC存儲芯片相連。在傳感器內(nèi)部加入編碼芯片3賦予傳感器唯一性身份標(biāo)識，與溫度采集系統(tǒng)交聯(lián)，通過配套軟件就能識別傳感器的身份信息，在斷線后可以方便的查找其所在位置，從而有效提高傳感器成活率、保證溫度監(jiān)測不出現(xiàn)盲點。
[0048]溫度傳感器基本的測量線為溫度線和GND線，兩線連接在溫度采集電阻2兩端，采集系統(tǒng)通過該兩線可測量傳感器的電阻，從而計算溫度。而本發(fā)明的溫度傳感器為四線制，多了兩根數(shù)據(jù)線，用來讀取傳感器內(nèi)部數(shù)據(jù)，從而得到傳感器型號、編號等信息。
[0049]采集系統(tǒng)與傳感器之間的數(shù)據(jù)傳輸方式是IIC串口總線傳輸方式，傳感器內(nèi)部的儲存芯片為IIC器件24C02芯片，采集系統(tǒng)可直接通過IIC總線讀取數(shù)據(jù)。24C02芯片為IIC通信結(jié)構(gòu)，芯片工作需要5V供電，由于芯片功耗極低，可使用IIC頻率線再加一個電容為該芯片充當(dāng)電源。
[0050]IIC總線為雙線傳輸模式，通過標(biāo)準(zhǔn)的IIC時序，將24C02芯片中特定地址的數(shù)據(jù)(傳感器型號、編號均存儲在特定的地址空間內(nèi))讀取出來，從保存型號的地址位置可讀取出傳感器型號，從保存了編號的地址位置可讀出傳感器編號。
[0051]該傳感器即使僅僅使用溫度線和GND線，也仍可以正常測量得到溫度，只是除了溫度便沒有其他任何信息，如果想要知道該傳感器的型號、編號，可以連接上另兩根線，即可得到型號、編號數(shù)據(jù)。
[0052]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.拆分式迷你多功能混凝土溫度智能在線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:包括遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、數(shù)據(jù)采集儀、至少一個分線器和若干前端傳感器，前端傳感器包括3ΚΩ熱敏電阻溫度傳感器、PTlOOO鉑電阻溫度傳感器和銅電阻溫度傳感器;所述數(shù)據(jù)采集儀通過通訊網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心通信，數(shù)據(jù)采集儀的采樣信號輸入端分別與各一級分線器相連，每個一級分線器連接多個二級分線器，末級分線器與八個前端傳感器連接； 所述的數(shù)據(jù)采集儀包括集線板通道、測量板通道、AD模塊、通道選擇電路和單片機(jī)，各前端傳感器分別通過集線板通道與測量板通道相連，測量板通道通過AD模塊與單片機(jī)的采樣信號輸入端連接，單片機(jī)的通道選擇信號輸出端通過通道選擇電路與測量板通道相連；所述的通道選擇電路包括3/8譯碼器、總線驅(qū)動器、兩個光電耦合器件、八個繼電器和兩個雙重四通道模擬多路復(fù)用器，3/8譯碼器的輸入端與單片機(jī)相連，3/8譯碼器的一路輸出端通過總線驅(qū)動器與兩個光電耦合器件，每個光電耦合器件分別連接四個繼電器，3/8譯碼器的另一路輸出端與兩個雙重四通道模擬多路復(fù)用器相連； 所述的AD模塊包括轉(zhuǎn)換芯片、3ΚΩ熱敏電阻采樣電路和PT1000鉑電阻/銅電阻采樣電路，轉(zhuǎn)換芯片的串行時鐘輸入引腳與單片機(jī)的串行時鐘輸出引腳相連，轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)字輸出引腳與單片機(jī)的數(shù)字輸入引腳連接，轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)字輸入引腳與單片機(jī)的數(shù)字輸出引腳連接，3ΚΩ熱敏電阻采樣電路的輸出與轉(zhuǎn)換芯片的第一模擬輸入引腳相連，PT1000鉑電阻/銅電阻米樣電路的輸出與轉(zhuǎn)換芯片的第二模擬輸入弓I腳相連； 所述的3ΚΩ熱敏電阻采樣電路包括第一高精密金屬鉑電阻RJMl、電阻R92和電容C94，第一高精密金屬鉑電阻RJMl的一端與參考電壓REF相連，另一端通過電容C94接地，3ΚΩ熱敏電阻溫度傳感器并聯(lián)于第一高精密金屬鉑電阻RJMl與電容C94的公共連接點上，該公共連接點通過電阻R92與轉(zhuǎn)換芯片的第一模擬輸入引腳相連;所述的PT1000鉑電阻/銅電阻采樣電路包括第二高精密金屬鉑電阻RJM2、電阻R93和電容C95，第二高精密金屬鉑電阻RJM2的一端與參考電壓REF相連，另一端通過電容C95接地，PT1000鉑電阻溫度傳感器或銅電阻溫度傳感器并聯(lián)于第二高精密金屬鉑電阻RJM2與電容C95的公共連接點上，該公共連接點通過電阻R93與轉(zhuǎn)換芯片的第二模擬輸入引腳相連； 所述的前端傳感器包括一個一端開口一端封閉的不銹鋼殼體(I)、溫度采集電阻(2)和編碼芯片(3)，溫度采集電阻(2)和編碼芯片(3)均設(shè)置于不銹鋼殼體(I)內(nèi)，溫度采集電阻(2)設(shè)置于不銹鋼殼體(I)的封閉端，溫度采集電阻(2)通過電纜(4)與編碼芯片(3)連接，編碼芯片(3)通過電纜(4)從不銹鋼殼體(I)的開口端引出;所述溫度采集電阻(2)的外緣設(shè)置有氧化鋁粉填充區(qū)(5)，編碼芯片(3)的外緣設(shè)置有環(huán)氧樹脂灌封膠填充區(qū)(6); 所述編碼芯片(3)內(nèi)包括IIC存儲芯片，IIC存儲芯片用于存儲與溫度傳感器一一對應(yīng)的編號信息，采集系統(tǒng)通過溫度線和GND線連接于溫度采集電阻(2)的兩端，采集系統(tǒng)通過IIC頻率線和IIC數(shù)據(jù)線與IIC存儲芯片相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拆分式迷你多功能混凝土溫度智能在線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的3/8譯碼器采用74HC137芯片，74HC137芯片的VCC供電引腳通過串聯(lián)的電容C21接地。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拆分式迷你多功能混凝土溫度智能在線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的總線驅(qū)動器采用74HC245芯片，74HC245芯片的VCC供電引腳通過串聯(lián)的電容C31接地。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拆分式迷你多功能混凝土溫度智能在線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的光電耦合器件采用TLP521芯片，TLP521芯片的輸入端ANO均通過第一限流電阻接正電壓，TLP5 21芯片的輸入端CAT分別連接控制輸入，TLP5 21芯片的輸出端EMI分別連接第二限流電阻。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的拆分式迷你多功能混凝土溫度智能在線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的轉(zhuǎn)換芯片采用AD7192芯片。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拆分式迷你多功能混凝土溫度智能在線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的第一高精密金屬鉑電阻RJMl為1/8W-2.4K電阻，第二高精密金屬鉑電阻RJM2為I/8W-1.1K電阻。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拆分式迷你多功能混凝土溫度智能在線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的溫度采集電阻(2)為PT1000鉑電阻、3ΚΩ熱敏電阻或銅電阻。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拆分式迷你多功能混凝土溫度智能在線監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的不銹鋼殼體(I)的外側(cè)套接有橡膠保護(hù)套。
【文檔編號】G05B19/042GK106020031SQ201610456428
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】帥永建, 王 華, 楊波, 王桐森, 張勇, 楊祖林
【申請人】中國水利水電第七工程局有限公司