專利名稱：一種牽引變電站環(huán)境實時監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及環(huán)境監(jiān)測領域，尤其涉及電氣化鐵路牽引變電所及周圍的溫濕度、煙氣、燈光、漏水等環(huán)境情況的牽引變電站環(huán)境實時監(jiān)測裝置。
背景技術：
隨著我國中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃的實施，我國的鐵路建設迎來了新一輪高峰，尤其是
高速鐵路成為鐵路建設的重點。牽引變電所作為鐵道電力牽引的專用變電所，包括分區(qū)亭、開閉所、AT所等，承擔著變壓、傳輸和轉(zhuǎn)送的責任，所內(nèi)存放著牽引變壓器、動力變壓器、自耦變壓器，斷路器、電流互感器和電壓互感器等重要設備，變電所及其周圍的環(huán)境好壞直接影響著設備的可靠性和使用壽命，進而關系到機車旅客和運輸財產(chǎn)的安全。國內(nèi)外已經(jīng)開發(fā)了一系列變電所自動化監(jiān)控裝置和系統(tǒng)，可采集、傳輸和分析各類型電氣設備的電壓、電流、負荷等狀態(tài)參數(shù)，卻較少顧及變電所及其周邊環(huán)境各類因素的綜合影響，有少量系統(tǒng)關注某一種環(huán)境指標的采集或告警，例如，中國專利申請?zhí)?01010612768. 6 “無人值守變電站運行環(huán)境遠程智能調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)”主要監(jiān)控環(huán)境溫度，中國專利申請?zhí)?01010525810. 0 “變電站視頻及環(huán)境監(jiān)控省級主站系統(tǒng)”主要采集環(huán)境視頻數(shù)據(jù)；一些系統(tǒng)雖然采集多種環(huán)境數(shù)據(jù)，卻并不適應變電站環(huán)境的監(jiān)測安全需求，例如，中國專利申請?zhí)?00510024328.8 “一種環(huán)境監(jiān)測控制裝置”主要采集室外環(huán)境的污水、臭氣和噪音數(shù)據(jù)，應用于環(huán)保領域。根據(jù)這些系統(tǒng)，難以全面、實時的掌握變電所內(nèi)各設備良好運行所需求的溫度、濕度、煙氣、燈光、漏水等綜合環(huán)境信息，進而根據(jù)突發(fā)或漸變的環(huán)境綜合狀況及時發(fā)現(xiàn)問題并對其處理，保障機車的可靠運行。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供了一種牽引變電站環(huán)境實時監(jiān)測裝置，能夠同時接入3路電壓型模擬傳感器和I路電流型模擬傳感器，實時監(jiān)測牽引變電站環(huán)境的溫度、濕度、煙氣、燈光、漏水等情況。本實用新型的技術方案為一種牽引變電站環(huán)境實時監(jiān)測裝置，包括數(shù)字信號處理器DSP、復雜可編程邏輯器件CPLD、信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路、CAN總線接口驅(qū)動、供電模塊、RS-232接口電路，其特征在于信號調(diào)理電路分別與3個電壓型模擬傳感器、一個電流電壓變換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連，電流電壓變換器與一個電流型模擬傳感器相連，CPLD分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、DSP、RS-232接口電路相連，CAN總線接口驅(qū)動通過光電隔離電路與DSP相連，供電模塊為本裝置內(nèi)的各器件供電。DSP計算處理各類環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、濾波、分析計算和定時輸出；CPLD接收所述DSP處理器傳送的動作命令，輔助進行模數(shù)轉(zhuǎn)換、驅(qū)動外部通信；信號調(diào)理電路將傳感器輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟?shù)轉(zhuǎn)換電路量程能接受的電壓信號；[0010]電流電壓變換器將電流型模擬傳感器輸出的模擬電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟?shù)轉(zhuǎn)換電路量程能接受的電壓信號；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對調(diào)理后的4路傳感器模擬電壓信號進行多位采樣；與外部數(shù)據(jù)處理服務器相連的CAN總線接口驅(qū)動，將四路傳感器的電壓數(shù)據(jù)和濾波處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)組織成數(shù)據(jù)幀，反饋給上位機；光電隔離電路用于所述DSP與CAN總線接口驅(qū)動之間的電氣隔離；與所述CPLD處理器相連的RS-232接口電路，負責與上位機的數(shù)據(jù)交互，可設定初始化整定數(shù)值和進行系統(tǒng)維護。所述的3個電壓型模擬傳感器分別為電壓型溫度傳感器、電壓型濕度傳感器、電壓型光照傳感器。所述的電流型模擬傳感器為電流型煙霧傳感器。本實用新型還包括FLASH存儲器，F(xiàn)LASH存儲器與DSP相連。用于存儲編譯后的DSP運行程序；本實用新型還包括同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM，同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM與DSP相連；用于存儲DSP計算過程中的大容量臨時數(shù)據(jù)。還包括外部時鐘電路，外部時鐘電路分別與DSP和CPLD相連，為本裝置的基準時鐘。所述的供電模塊，采用線性電源芯片，提供IO電壓3. 3V，內(nèi)核電壓I. 2V。 本實用新型能夠同時連接3路電壓型模擬信號傳感器和I路電流型模擬信號傳感器，搜集變電站的溫度、濕度、煙氣、光照強度、漏水程度等環(huán)境信息，便于監(jiān)控中心及時發(fā)現(xiàn)綜合環(huán)境問題并對其處理，保障機車的可靠運行。

圖I是本實用新型的硬件結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實用新型與數(shù)據(jù)服務器通信的線路連接圖；圖3是本實用新型的DSP處理器的內(nèi)部工作流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型的技術方案作進一步具體說明。在下面的描述中，給出了某些具體細節(jié)以便對本實用新型多個實施例的充分理解。不過，本領域技術人員可知，沒有這些細節(jié)也能實現(xiàn)本實用新型。在其他情況下，沒有詳細表示或描述與計算機、傳輸介質(zhì)、測量設備、記錄設備等設備有關的公知結(jié)構(gòu)，以避免不必要的干擾對本實用新型實施例的描述。除非內(nèi)容需要，否則在說明書和權(quán)利要求書中，詞語“包括”及其變化被理解成開方的“包含”的意思，即“包括，但不限于”。本實用新型提供了一種牽引變電站環(huán)境實時監(jiān)測裝置，能夠同時接入3路電壓型模擬傳感器和I路電流型模擬傳感器，實時監(jiān)測牽引變電站環(huán)境的溫度、濕度、煙氣、燈光、漏水等情況。如圖I所示，本實用新型包括數(shù)字信號處理器DSP、復雜可編程邏輯器件CPLD、信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路、CAN總線接口驅(qū)動、供電模塊、RS-232接口電路，信號調(diào)理電路分別與3個電壓型模擬傳感器、一個電流電壓變換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連，電流電壓變換器與一個電流型模擬傳感器相連，CPLD分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、DSP、RS-232接口電路相連，CAN總線接口驅(qū)動通過光電隔離電路與DSP相連，供電模塊為本裝置內(nèi)的各器件供電。所述的3個電壓型模擬傳感器分別為電壓型溫度傳感器、電壓型濕度傳感器、電壓型光照傳感器。所述的電流型模擬傳感器為電流型煙霧傳感器。DSP計算處理各類環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、濾波、分析計算和定時輸出，在本實施例中，選用TI公司生產(chǎn)的TMS320C6713 ；
CPLD接收所述DSP處理器傳送的動作命令，輔助進行模數(shù)轉(zhuǎn)換、驅(qū)動外部通信，在本實施例中，選用Altera公司生產(chǎn)的EPM1270 ；與3路電壓型模擬傳感器相連的信號調(diào)理電路，將電壓型模擬傳感器輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟?shù)轉(zhuǎn)換電路量程能接受的電壓信號，在本實施例中，所述電壓型模擬傳感器可以為電壓型溫度、濕度、光照傳感器，其中，電壓型溫度傳感器為ANALOGDEVICES公司生產(chǎn)的TMP35，電壓型濕度傳感器為Honeywell公司生產(chǎn)的HIH4602-L-CP，電壓型光照傳感器為巍圖公司生產(chǎn)的WLS-TH100 ；與電流型模擬傳感器相連的電流電壓變換器，將電流型模擬傳感器輸出的模擬電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)槟?shù)轉(zhuǎn)換電路量程能接受的電壓信號，在本實施例中，所述電流型模擬傳感器為Winsen公司生產(chǎn)的HIS-07電流型煙霧傳感器；模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對調(diào)理后的4路傳感器模擬電壓信號進行多位采樣，在本實施例中，所述A/D轉(zhuǎn)換電路的芯片為ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)的AD7656，包含6個輸入通道和16位輸出精度；與外部數(shù)據(jù)處理服務器相連的CAN總線接口驅(qū)動，將四路傳感器的電壓數(shù)據(jù)和濾波處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)組織成數(shù)據(jù)幀，反饋給上位機，在本實施例中，所述CAN總線接口驅(qū)動控制芯片為Philips公司生產(chǎn)的PCA82C250 ；與所述DSP處理器和CAN總線接口驅(qū)動相連的光電隔離電路，用于所述DSP處理器與CAN驅(qū)動電路之間的電氣隔離，在本實施例中，選用的光隔離芯片為Avago公司生產(chǎn)的6N137 ；與所述DSP相連的FLASH存儲器，存儲編譯后的DSP運行程序，在本實施例中，選用AMD公司生產(chǎn)的AM29LV800B ；與所述DSP相連的SDRAM存儲器，存儲DSP計算過程中的大容量臨時數(shù)據(jù)，在本實施例中，選用ISSI公司生產(chǎn)的IS42S16400 ；與所述CPLD相連的RS-232接口電路，負責與上位機的數(shù)據(jù)交互，可設定初始化整定數(shù)值和進行系統(tǒng)維護，在本實施例中，選用的主要處理芯片為MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232 ；與所述DSP和CPLD相連的外部時鐘電路，為裝置的基準時鐘，在本實施例中，選用的有源晶振為SITME公司生產(chǎn)的SiT8002，頻率50MHz ；裝置供電模塊，采用線性電源芯片，提供IO電壓3. 3V，內(nèi)核電壓I. 2V，在本實施例中，所述線性電源芯片為TI公司生產(chǎn)的TPS54616。如圖2所示，環(huán)境監(jiān)測裝置統(tǒng)一安裝在機房預定位置或標準機箱內(nèi)，通過CAN總線，周期性的采集各端口的模擬傳感器信號，將信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換和濾波后，發(fā)送給本地數(shù)據(jù)服務器；本地數(shù)據(jù)服務器對接收的信號進行統(tǒng)一臨時存儲，計算各裝置的統(tǒng)計性指標，并通過以太網(wǎng)接口，周期性的發(fā)送給控制中心的遠程監(jiān)控服務器；遠程監(jiān)控服務器接收并存儲數(shù)據(jù)后，根據(jù)用戶終端的需求指令進行數(shù)據(jù)下發(fā)，并通過用戶指令設置各環(huán)境監(jiān)測裝置端口的傳感器類型和工作狀態(tài)。如圖3所示，環(huán)境監(jiān)測裝置的DSP的內(nèi)部工作流程包括硬件初始化，清空SDRAM，設置寄存器，使能內(nèi)部時鐘中斷；內(nèi)部時鐘中斷程序周期性的通過CPLD內(nèi)部的SRAM與CPLD進行異步通信，一方面將裝置各端口的傳感器類型、編號、工作狀態(tài)存儲至SRAM中，以便CPLD讀取并通過RS-232接口傳給上位機；另一方面接收傳感器數(shù)字信號數(shù)據(jù)和RS-232接口的用戶指令，將傳感器數(shù)字信號數(shù)據(jù)進行濾波處理和告警分析，利用CAN總線接口驅(qū)動發(fā)送出去，并根據(jù)上位機下發(fā)的用戶指令對裝置工作狀態(tài)進行調(diào)整。最后所應說明的是，以上具體實施方式
僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求1.一種牽引變電站環(huán)境實時監(jiān)測裝置，包括數(shù)字信號處理器DSP、復雜可編程邏輯器件CPLD、信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路、CAN總線接口驅(qū)動、供電模塊、RS-232接口電路，其特征在于信號調(diào)理電路分別與3個電壓型模擬傳感器、一個電流電壓變換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連，電流電壓變換器與一個電流型模擬傳感器相連，CPLD分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、DSP、RS-232接口電路相連，CAN總線接口驅(qū)動通過光電隔離電路與DSP相連，供電模塊為本裝置內(nèi)的各器件供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的牽引變電站環(huán)境實時監(jiān)測裝置，其特征在于所述的3個電壓型模擬傳感器分別為電壓型溫度傳感器、電壓型濕度傳感器、電壓型光照傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的牽引變電站環(huán)境實時監(jiān)測裝置，其特征在于所述的電流型模擬傳感器為電流型煙霧傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的牽引變電站環(huán)境實時監(jiān)測裝置，其特征在于還包括FLASH存儲器，F(xiàn)LASH存儲器與DSP相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的牽引變電站環(huán)境實時監(jiān)測裝置，其特征在于還包括同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM，同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM與DSP相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的牽引變電站環(huán)境實時監(jiān)測裝置，其特征在于還包括外部時鐘電路，外部時鐘電路分別與DSP和CPLD相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的牽引變電站環(huán)境實時監(jiān)測裝置，其特征在于所述的供電模塊，采用線性電源芯片，提供IO電壓3. 3V，內(nèi)核電壓I. 2V。
專利摘要本實用新型涉及一種牽引變電站環(huán)境實時監(jiān)測裝置，包括數(shù)字信號處理器DSP、復雜可編程邏輯器件CPLD、信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路、CAN總線接口驅(qū)動、供電模塊、RS-232接口電路，信號調(diào)理電路分別與3個電壓型模擬傳感器、一個電流電壓變換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路相連，電流電壓變換器與一個電流型模擬傳感器相連，CPLD分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、DSP、RS-232接口電路相連，CAN總線接口驅(qū)動通過光電隔離電路與DSP相連，供電模塊為本裝置內(nèi)的各器件供電。本實用新型能同時連接3路電壓型模擬信號傳感器和1路電流型模擬信號傳感器，搜集變電站的溫度、濕度、煙氣、光照強度、漏水程度等環(huán)境信息，便于監(jiān)控中心及時發(fā)現(xiàn)綜合環(huán)境問題并對其處理，保障機車的可靠運行。
文檔編號G01D5/14GK202433040SQ20122000377
公開日2012年9月12日 申請日期2012年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者張崇文, 陳正全 申請人:武漢英康鐵路電氣設備工程有限公司