一種輸電線路三維磁場檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種輸電線路三維磁場檢測系統(tǒng)，包括三維磁場測量及處理模塊、單片機(jī)、聲光報警模塊、溫濕度模塊和電源模塊；三維磁場測量及處理模塊包括順次鏈接的復(fù)位電路、三維磁場傳感器和磁場信號處理電路，復(fù)位電路連接所述單片機(jī)，放大電路連接所述單片機(jī)；三維磁場傳感器采用兩片雙軸磁阻傳感器HMC1022；單片機(jī)采用Atmega32單片機(jī)；溫濕度模塊采用溫濕度傳感器sht11，溫濕度傳感器sht11連接所述單片機(jī)，聲光報警包括蜂鳴器以及LED燈。本系統(tǒng)可以監(jiān)測輸電線路下磁場波形、幅值、頻率以及磁場瞬時值、相位。能夠全面幫助分析輸電線路的運(yùn)行情況。
【專利說明】一種輸電線路三維磁場檢測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種輸電線路三維磁場檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]簡單線路上有電流通過時，會產(chǎn)生一個環(huán)繞自身的圓形磁場，當(dāng)電流為50Hz正弦變化量時，空間各點(diǎn)的磁場值和方向也會按50Hz正弦變化。而輸電線路是由A、B、C三相組成，當(dāng)三相線路上通有相位互差120°的正弦電流時，各相產(chǎn)生的磁場會在空間各點(diǎn)進(jìn)行疊力口。疊加后的磁場也是隨電流變化而變化的正弦值。空間磁場大小、相位、方向以及頻率的改變都與線路上電流變化有關(guān)。當(dāng)輸電線路上存在較大諧波電流、以及出現(xiàn)電暈放電脈沖電流，這些電流產(chǎn)生的高頻磁場都會影響額定頻率電流下磁場變化。本系統(tǒng)可以對輸電線路下的磁場x、y、z軸各方向磁場分量進(jìn)行測量(最低可檢測到30 μ高斯)，并通過單片機(jī)內(nèi)部計算獲取合成磁場的瞬時大小、相位以及當(dāng)前磁場頻率和幅值，，并且能夠瞬時值實時上傳到電腦上。在電腦上用visual basic編寫數(shù)據(jù)采集測量軟件，軟件不僅可以將數(shù)據(jù)存儲到ACCESS，還可以實時動態(tài)繪制波形，方便用戶分析輸電線路下磁場變化情況，根據(jù)經(jīng)驗分析輸電線上諧波電流和高頻電暈放電脈沖電流，判斷輸電線路運(yùn)行是否正常。簡單的磁場測量儀價格比較便宜，但是由于其只能檢測檢測點(diǎn)的磁場值大小，無法獲得足夠的磁場信息。而且其測量只是一個方向上的磁場大小，測量的磁場值會睡著角度不同而發(fā)生變化，因此無法獲得準(zhǔn)確的信息。
[0003]當(dāng)前市場上三維磁場分布測量裝置，可以檢測出空間點(diǎn)x、y、z軸三個方向上的磁場值大小。但對于輸電線路下磁場檢測則有三個缺陷:1)分辨率小，只有0.1高斯。因為輸電線路一般距離地面較高，輻射到地面的磁場已經(jīng)很??；2)只能檢測磁場瞬時值、波峰、波谷值，無法測量輸電線路下磁場的頻率和相位大小；3)用存儲卡存儲，無法實時觀察磁場波形。而且此類設(shè)備一般價格都比較貴。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有提供一種輸電線路三維磁場檢測系統(tǒng)。
[0005]一種輸電線路三維磁場檢測系統(tǒng)，包括三維磁場測量及處理模塊、單片機(jī)、聲光報警模塊、溫濕度模塊和電源模塊；三維磁場測量及處理模塊包括順次鏈接的復(fù)位電路、三維磁場傳感器和磁場信號處理電路，復(fù)位電路連接所述單片機(jī)，放大電路連接所述單片機(jī)；三維磁場傳感器采用兩片雙軸磁阻傳感器HMC1022 ;單片機(jī)采用Atmega32單片機(jī)；溫濕度模塊采用溫濕度傳感器shtll，溫濕度傳感器shtll連接所述單片機(jī)，聲光報警包括蜂鳴器以及LED燈。
[0006]所述的輸電線路三維磁場檢測系統(tǒng)，所述的三維磁場測量及處理模塊中，所述的復(fù)位電路包括電阻 R23、R25、R32、R37,電容 C24、C31、C32、C34、C36、C37, PNP 三極管 Q5,NPN三極管Q6 ;復(fù)位端口 D2左端連至單片機(jī)PD2引腳，另一端分別通過C31、C36與Q5、Q6基極相連；Q5的集電極與Q6的集電極相連接，Q5的射極通過電阻R23與5V電源連接，Q6的射極與地直接相連；Q5、Q6集電極通過電容C32、C34、C37分別與HMC1022 (I)的8號引腳、HMC1022(2)的8號引腳和14號引腳相連；所述的磁場傳感器有由HMC1022 (I)和HMC1022(2)兩塊傳感器組成；所述的磁場信號處理電路包括三片INA128儀表放大器AR1、AR2、AR3、四運(yùn)放 TL084ACD、電阻 R21、R22、R24、R26、R28、R29、R30、R31、R33、R35、R38、R39、R41、R43、R44,電容 C22、C23、C25、C29、C30、C33、C35、C39、C42、C46、C48 ;三軸磁場信號出口 A1、A2、A3連接至單片機(jī)PA1、PA2、PA3三個AD引腳。
[0007]所述的輸電線路三維磁場檢測系統(tǒng)，所述聲光報警模塊包括電阻Rl、R2、R3，DSl紅色LED、DS2藍(lán)色LED，三極管Ql，蜂鳴器LSI，電容Cl。
[0008]所述的輸電線路三維磁場檢測系統(tǒng)，所述溫濕度傳感器shtll上DAT、SCK引腳與單片機(jī)上B3、B4號引腳相連，通過數(shù)字信號就可將溫濕度信息上傳到單片機(jī)。
[0009]本系統(tǒng)可以監(jiān)測輸電線路下磁場波形、幅值、頻率以及磁場瞬時值、相位。能夠全面幫助分析輸電線路的運(yùn)行情況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1:系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2:三維磁場測量及處理模塊；
[0012]圖3:單片機(jī)、報警電路和溫濕度傳感器模塊；
[0013]圖4:電源模塊；
[0014]圖5:程序流程圖；
【具體實施方式】
[0015]以下結(jié)合具體實施例，對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0016]本系統(tǒng)采用是美國honeywell公司生產(chǎn)的雙軸磁阻傳感器HMC1022，其可以檢測出低于30 μ高斯的磁場。本系統(tǒng)采用兩片HMC1022，用一片檢測空間點(diǎn)的x、y軸方向磁場，用另一片的一個軸來檢測z軸方向磁場。正常情況下，沿著輸電線路方向磁場強(qiáng)度為0，當(dāng)X軸方向與線路方向平行后，只需要檢測y、z兩軸方向磁場。本系統(tǒng)會在X軸檢測到磁場為O后發(fā)出報警，提示操作者可以進(jìn)行測量。1、z兩軸方向磁場值通過兩級放大處理電路后，會由Atmega32單片機(jī)高速采樣。單片機(jī)通過算法可獲得合成磁場的幅值、頻率和相位，并且在液晶上顯示，單片機(jī)還將磁場瞬時值通過RS232串行端口傳送到電腦上存儲，方便用戶繪制波形，觀察磁場變化。
[0017]本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1。包括三維磁場測量及處理模塊、單片機(jī)、聲光報警模塊、溫濕度模塊和電源模塊；三維磁場測量及處理模塊包括順次鏈接的復(fù)位電路、三維磁場傳感器和磁場信號處理電路，復(fù)位電路連接所述單片機(jī)，放大電路連接所述單片機(jī)；三維磁場傳感器采用兩片雙軸磁阻傳感器HMC1022 ;單片機(jī)采用Atmega32單片機(jī)；溫濕度模塊采用溫濕度傳感器shtll，溫濕度傳感器shtll連接所述單片機(jī)，聲光報警包括蜂鳴器以及LED燈。電源模塊包含:電源變換電路和電源管理芯片兩部分。
[0018]圖2是三維磁場測量及處理模塊:當(dāng)HMC1022傳感器所處空間點(diǎn)有磁場時，該磁場在x、y、z三軸方向磁場分量會在傳感器上感應(yīng)出微弱的電流信號。電路分為三個部分:1、復(fù)位電路包括電阻 R23、R25、R32、R37，電容 C24、C31、C32、C34、C36、C37，PNP 三極管 Q5，NPN三極管Q6。復(fù)位端口 D2左端連至單片機(jī)PD2引腳，另一端分別通過C31、C36與Q5、Q6基極相連。Q5的集電極與Q6的集電極相連接，Q5的射極通過電阻R23與5V電源連接，Q6的射極與地直接相連。Q5、Q6集電極通過電容C32、C34、C37分別與HMC1022(1)的8號引腳、HMC1022(2)的8號引腳和14號引腳相連。在采集各軸磁場值前，單片機(jī)會產(chǎn)生50us的低電平脈沖，在下降沿時刻產(chǎn)生一個5us的正脈沖置位電流，在上升沿時刻會產(chǎn)生5us的負(fù)脈沖復(fù)位電流，以達(dá)到對兩片HMC1022進(jìn)行置位和復(fù)位的功能，提高測量精度。2、磁場傳感器有由HMC1022(1)和HMC1022(2)兩塊傳感器組成。HMC1022(1)主要是測量z軸方向磁場，傳感器模擬信號輸出與ARl放大器相連。HMC1022(2)主要是測量x、y兩個方向磁場，其信號輸出分別與AR3、AR2相連。3、磁場信號處理電路包括三片皿128儀表放大器AR1、AR2、AR3，四運(yùn)放 TL084ACD (使用 了 U8A、U8B、U8C 三個運(yùn)放)，電阻 R21、R22、R24、R26、R28、R29、R30、R31、R33、R35、R38、R39、R41、R43、R44,電容 C22、C23、C25、C29、C30、C33、C35、C39、C42、C46、C48。三軸磁場信號出口 Al、A2、A3連接至單片機(jī)PAl、PA2、PA3三個AD引腳。HMC1022測量到磁場后，產(chǎn)生微弱的電流信號，先通過INA128儀表放大器將轉(zhuǎn)換成O?50mV的電壓信號，再通過TL084A⑶將O?50mV電壓信號轉(zhuǎn)換成O?5V的電壓信號，傳送給單片機(jī)。其中C25、C35、C46是隔直電容，作用是將磁場中地球磁場疊加量去除。
[0019]圖3是單片機(jī)、聲光報警模塊以及溫濕度傳感器模塊。單片機(jī)采用英特梅爾公司的Atmega32單片機(jī)。聲光報警系統(tǒng)通過單片機(jī)控制LED燈和蜂鳴器來實現(xiàn)。聲光報警模塊包含有電阻R1、R2、R3，DS1紅色LED、DS2藍(lán)色LED，三極管Ql，蜂鳴器LSl，電容Cl。當(dāng)x軸檢測到磁場值時，單片機(jī)通過Al引腳來控制DSl發(fā)光來表示不建議檢測，當(dāng)X軸檢測到磁場為O后，單片機(jī)通過A2引腳來控制DS2發(fā)光、以及通過A3引腳驅(qū)動蜂鳴器鳴叫來表示可以進(jìn)行磁場測量，保證測量的準(zhǔn)確性。
[0020]溫濕度傳感器采用shtll高精度芯片，Shtll內(nèi)部采用集成處理，不需要外接電路，shtll上DAT、SCK引腳與單片機(jī)上B3、B4號引腳相連，通過數(shù)字信號就可將溫濕度信息上傳到單片機(jī)。單片機(jī)會隔2分鐘保存一次溫濕度數(shù)據(jù)，通過將現(xiàn)有數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)做對比分析，來判斷溫濕度對磁場檢測產(chǎn)生的影響。
[0021]RS232串口是將無線串口模塊直接連接到單片機(jī)上的USART串行端口，就可以向電腦發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0022]圖4是電源模塊，包含5V升壓電路，-5V變換電路以及電源管理電路。外部供電輸入端子Pl，輸入電壓是3.7V，P1通過SI開關(guān)與電源回路接通，Pl輸入電壓通過DC-DC變換芯片MAX770轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定5V電壓，5V電壓再通過DC-DC轉(zhuǎn)換芯片MAX764變換成_5V。5V升壓電路由MAX770,，電感L2，三極管Q2，快恢復(fù)二極管D3，電容C7、CIO、C15、C18，電阻R12、R14組成。-5V變換電路由MAX764，電感LI，快恢復(fù)二極管D1，電容C2、C3、C4、C5組成。當(dāng)SI接通后，DS3發(fā)光二極管會亮，表示系統(tǒng)處于工作狀態(tài)。在電源回路中還有一個電源管理芯片DS2438，用于對外部電源進(jìn)行電壓監(jiān)測，當(dāng)外部電壓低于某一個定值，系統(tǒng)會報警，提示檢查外部電源。
[0023]圖5是程序流程圖，也是整個系統(tǒng)算法核心。步驟:1)單片機(jī)初始化、溫濕度傳感器初始化、電源管理芯片初始化、液晶初始化；2)對HMC1022磁場傳感器進(jìn)行復(fù)位；3)然后再采集x、y、z三軸磁場值；4)采集溫濕度值；5)采集電池電壓值；6)判斷X軸采集值是否為O，為O則執(zhí)行“7”步，不為O則執(zhí)行“8”步；7)為O后，聲光提示，并對y、Z兩軸磁場值進(jìn)行計算，算出相應(yīng)參數(shù)；8)判斷電池電壓是否小于3V，小于執(zhí)行“9”不，否則執(zhí)行“10”不；9)聲光報警提示用戶電池電壓不足，請及時充電；10)將各參數(shù)在液晶上顯示；11)將數(shù)據(jù)上傳到電腦；12)返回步驟“2”進(jìn)行循環(huán)。
[0024]應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種輸電線路三維磁場檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括三維磁場測量及處理模塊、單片機(jī)、聲光報警模塊、溫濕度模塊和電源模塊；三維磁場測量及處理模塊包括順次鏈接的復(fù)位電路、三維磁場傳感器和磁場信號處理電路，復(fù)位電路連接所述單片機(jī)，放大電路連接所述單片機(jī)；三維磁場傳感器采用兩片雙軸磁阻傳感器HMC1022 ;單片機(jī)采用Atmega32單片機(jī)；溫濕度模塊采用溫濕度傳感器shtll，溫濕度傳感器shtll連接所述單片機(jī)，聲光報警包括蜂鳴器以及LED燈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路三維磁場檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述的三維磁場測量及處理模塊中，所述的復(fù)位電路包括電阻R23、R25、R32、R37，電容C24、C31、C32、C34、C36、C37，PNP三極管Q5，NPN三極管Q6 ;復(fù)位端口 D2左端連至單片機(jī)PD2引腳，另一端分別通過C31、C36與Q5、Q6基極相連；Q5的集電極與Q6的集電極相連接，Q5的射極通過電阻R23與5V電源連接，Q6的射極與地直接相連；Q5、Q6集電極通過電容C32、C34、C37分別與HMC1022(1)的8號引腳、HMC1022⑵的8號引腳和14號引腳相連；所述的磁場傳感器有由HMC1022(1)和HMC1022(2)兩塊傳感器組成；所述的磁場信號處理電路包括三片INA128儀表放大器 AR1、AR2、AR3、四運(yùn)放 TL084ACD、電阻 R21、R22、R24、R26、R28、R29、R30、R31、R33、R35、R38、R39、R41、R43、R44,電容 C22、C23、C25、C29、C30、C33、C35、C39、C42、C46、C48 ;三軸磁場信號出口 Al、A2、A3連接至單片機(jī)PAl、PA2、PA3三個AD引腳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路三維磁場檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述聲光報警模塊包括電阻R1、R2、R3，DSl紅色LED、DS2藍(lán)色LED，三極管Ql，蜂鳴器LSl，電容Cl。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路三維磁場檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述溫濕度傳感器shtll上DAT、SCK引腳與單片機(jī)上B3、B4號引腳相連，通過數(shù)字信號就可將溫濕度信息上傳到單片機(jī)。
【文檔編號】G01R33/09GK203643589SQ201320696575
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】徐淵, 易文韜, 程江洲 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江西南昌供電公司, 三峽大學(xué)