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一种基于双传感器的高温报警系统

发表时间：2020/1/8 来源：《科技新时代》2019年11期作者：毛健董国军

[导读] 某型雷达舱外部分可靠性受环境温度影响较大，夏季故障率明显增加，曾发生因高温线路粘连的问题，严重时导致火灾，造成重大损失。

毛健董国军
        （93498部队河北石家庄 050000）

        摘要：某型雷达舱外部分可靠性受环境温度影响较大，夏季故障率明显增加，曾发生因高温线路粘连的问题，严重时导致火灾，造成重大损失。为此，设计了一种双路温度传感器高温报警系统，一路用于监测装备，一路用于监测环境，根据环境温度调整装备高温报警门限，以提高装备保障能力。
        关键词：温度；高温；报警系统；保障能力

        某型雷达装备舱外部分可靠性受环境温度影响较大，高温易造成器件低效，特别是夏季故障率明显增加，曾发生因高温线型路粘连的问题。当出现高频打火、风机故障等严重问题时极有可能导致火灾，造成重大损失。曾为另一型装备设计过单路火警系统，但应用于此装备存在虚警问题，为此，设计了一种双路温度传感器的高温报警系统，一路用于监测装备，一路用于监测环境，根据环境温度调整装备高温报警门限，夏季温度高，适当提高报警门限，冬季温度低，可适当降低报警门限，提高温度监测的可靠性、准确性，解决单路报警存在虚警的问题。
        1 系统组成
        整个报警系统包括上位机分系统、下位机分系统、无线传输分系统三部分。上位机分系统安装于工作舱内，借助无线传输分系统实时接收下位机分系统发送的温度数据，整个系统工作状态和异常情况通过显示屏、指示灯和蜂鸣器反馈给舱内人员，主要包括基于STC89C52的控制单元、1602A型液晶显示屏、有源蜂鸣器、一组LED指示灯等。下位机分系统安装于装备舱外部分，实时监测关键点的温度，借助无线传输分系统将采集的数据实时发送出去，主要包括基于STC89C52的控制单元、2个温湿度传感器模块AM2302。无线传输分系统由一组采用2.4G无线通信技术的DL-21无线串口模块组成，分别连接在上位机分系统和下位机分系统串口上，负责上、下位机之间的数据传输。
        2 主要技术指标
        （1）系统工作环境要求：－40℃～80℃   ＜95%RH
        （2）温度测量范围：－40～80℃   分辨率0.1℃
        （3）数据采集速率：≥20次/分
        （4）串行通信波特率：9600
        （5）无线串口模块工作频率：2400M～2483MHz
        （6）维修性: 平均修复时间（MTTR）≤0.5h
        （7）供电要求：交流220V、直流5V
        3 工作原理
        系统由温度采集传感器、下位机单片机最小系统、无线通信模块、上位机单片机最小系统和显示五部分组成，使用2个温度传感器采集数据。如图1所示：




        图1 高温报警系统原理框图
        图1中温度传感器模块与下位机单片机之间采用单总线数据传输方式，单片机与无线串口模块之间采用串行数据传输方式，无线串口模块之间采用无线数据传输方式，上位机单片机与液晶、指示灯之间采用并行传输方式，下位机单片机与蜂鸣器之间采用单线数据传输方式。
        3.1 下位机系统的数据采集及控制
        下位机单片机负责对温度数据采集及控制发出指令，程序流程图如2：


        图2 STC89C52单片机程序流程图

        通过USB接口将程序下载到单片机，程序自动运行，首先完成串行口和定时器的初始化工作，然后根据指令依次读取每个传感器采集的数据，各模块与单片机连接接口及供电关系如表1：

        表1 各模块与单片机连接接口及供电关系

        当读取数据正常时，返回正常的参数信息，当读取数据不正常时，能够根据异常生成错误代码，并打包和正常数据一样长度的数据包，最后通过串口P3.0、P3.1连接无线串口模块，将数据发送给上位机进行显示。
        3.2 无线通信
        选用DL-21无线串口模块，采用2.4G无线传输技术，能有效解决旋转链路数据传输的问题，避开了装备工作频率，抗干扰效果好。DL-21采用3.3V TTL串口电平，可以和单片机串口直接连接，不需任何转换，仅需简单配置就能完成点对点传输，1.5dBm天线有效传输距离为150米，完全满足系统要求。
        3.3 上位机系统的显示及报警
        上位机STC89C52接收下位机发送的数据，首先对数据包进行分析，判断通信是否正常，有无误码，然后判断采集的数据是否为有效数据，验证数据的真实性，最后对数据进行显示。当通信中断超过10秒，上位机会点亮8位LED等并通过蜂鸣器报警；若是传感器模块未按照上位机命令采集数据，则会通过液晶屏显示“NO RESPONSE”并点亮对应的LED灯；当传感器发送的数据校验错误时，液晶屏显示“CHECK FAILED”并点亮对应的LED灯；上位机可以根据环境温度调整报警门限，当温度超出设定范围时，相应的LED灯会点亮，蜂鸣器同时发出警报。
        4 整机供电及抗干扰
        以安全为主，整机采用直流5V供电，其中下位机利用电源适配器从风机交流220V取电，传感器从下位机取电；上位机利用电源适配器从工作舱壁取电；无线串口模块接到上、下位机实验板上的3.3V电源引脚。只有负责无线传输的无线串口模块裸露在外，通过加装屏蔽盒和使用优质屏蔽信号线解决强电磁干扰问题，防止误码。
        5 结语
        该系统安装使用方便，能够实现温度参数实时监测，并对不合理参数进行报警，以提醒操纵人员及时停机检修，杜绝因大功率打火造成的重大停机故障和装备损坏，降低了任务无用度，提高了装备保障能力。
        参考文献
        [1]吴卓葵,许胜棋.基于LabVIEW的多点报警温度检测系统设计[J].制造自动化,2014,36(1):139-142.
        [2]陈雪薇,马国明,李成榕,等.高压开关柜无线测温系统设计及可靠性研究[J].高压电器,2015,51(6):152-160.