一種輸電線路三維磁場檢測系統的制作方法
【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，包括三維磁場測量及處理模塊、單片機、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位電路、三維磁場傳感器和磁場信號處理電路，復位電路連接所述單片機，放大電路連接所述單片機；三維磁場傳感器采用兩片雙軸磁阻傳感器HMC1022；單片機采用Atmega32單片機；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，聲光報警包括蜂鳴器以及LED燈。本系統可以監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行情況。
【專利說明】一種輸電線路三維磁場檢測系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種輸電線路三維磁場檢測系統。
【背景技術】
[0002]簡單線路上有電流通過時，會產生一個環繞自身的圓形磁場，當電流為50Hz正弦變化量時，空間各點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，當三相線路上通有相位互差120°的正弦電流時，各相產生的磁場會在空間各點進行疊力口。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。當輸電線路上存在較大諧波電流、以及出現電暈放電脈沖電流，這些電流產生的高頻磁場都會影響額定頻率電流下磁場變化。本系統可以對輸電線路下的磁場x、y、z軸各方向磁場分量進行測量(最低可檢測到30 μ高斯)，并通過單片機內部計算獲取合成磁場的瞬時大小、相位以及當前磁場頻率和幅值，，并且能夠瞬時值實時上傳到電腦上。在電腦上用visual basic編寫數據采集測量軟件，軟件不僅可以將數據存儲到ACCESS，還可以實時動態繪制波形，方便用戶分析輸電線路下磁場變化情況，根據經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生變化，因此無法獲得準確的信息。
[0003]當前市場上三維磁場分布測量裝置，可以檢測出空間點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很小；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。而且此類設備一般價格都比較貴。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是針對現有提供一種輸電線路三維磁場檢測系統。
[0005]一種輸電線路三維磁場檢測系統，包括三維磁場測量及處理模塊、單片機、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位電路、三維磁場傳感器和磁場信號處理電路，復位電路連接所述單片機，放大電路連接所述單片機；三維磁場傳感器采用兩片雙軸磁阻傳感器HMC1022 ;單片機采用Atmega32單片機；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，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，所述的三維磁場測量及處理模塊中，所述的復位電路包括電阻 R23、R25、R32、R37,電容 C24、C31、C32、C34、C36、C37, PNP 三極管 Q5,NPN三極管Q6 ;復位端口 D2左端連至單片機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PA1、PA2、PA3三個AD引腳。
[0007]所述的輸電線路三維磁場檢測系統，所述聲光報警模塊包括電阻Rl、R2、R3，DSl紅色LED、DS2藍色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，所述溫濕度傳感器shtll上DAT、SCK引腳與單片機上B3、B4號引腳相連，通過數字信號就可將溫濕度信息上傳到單片機。
[0009]本系統可以監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行情況。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1:系統結構示意圖；
[0011]圖2:三維磁場測量及處理模塊；
[0012]圖3:單片機、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]以下結合具體實施例，對本實用新型進行詳細說明。
[0016]本系統采用是美國honeywell公司生產的雙軸磁阻傳感器HMC1022，其可以檢測出低于30 μ高斯的磁場。本系統采用兩片HMC1022，用一片檢測空間點的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度為0，當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。本系統會在X軸檢測到磁場為O后發出報警，提示操作者可以進行測量。1、z兩軸方向磁場值通過兩級放大處理電路后，會由Atmega32單片機高速采樣。單片機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]本系統結構示意圖如附圖1。包括三維磁場測量及處理模塊、單片機、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位電路、三維磁場傳感器和磁場信號處理電路，復位電路連接所述單片機，放大電路連接所述單片機；三維磁場傳感器采用兩片雙軸磁阻傳感器HMC1022 ;單片機采用Atmega32單片機；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，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HMC1022傳感器所處空間點有磁場時，該磁場在x、y、z三軸方向磁場分量會在傳感器上感應出微弱的電流信號。電路分為三個部分:1、復位電路包括電阻 R23、R25、R32、R37，電容 C24、C31、C32、C34、C36、C37，PNP 三極管 Q5，NPN三極管Q6。復位端口 D2左端連至單片機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，單片機會產生50us的低電平脈沖，在下降沿時刻產生一個5us的正脈沖置位電流，在上升沿時刻會產生5us的負脈沖復位電流，以達到對兩片HMC1022進行置位和復位的功能，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、AR3，四運放 TL084ACD (使用 了 U8A、U8B、U8C 三個運放)，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PAl、PA2、PA3三個AD引腳。HMC1022測量到磁場后，產生微弱的電流信號，先通過INA128儀表放大器將轉換成O?50mV的電壓信號，再通過TL084A⑶將O?50mV電壓信號轉換成O?5V的電壓信號，傳送給單片機。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、聲光報警模塊以及溫濕度傳感器模塊。單片機采用英特梅爾公司的Atmega32單片機。聲光報警系統通過單片機控制LED燈和蜂鳴器來實現。聲光報警模塊包含有電阻R1、R2、R3，DS1紅色LED、DS2藍色LED，三極管Ql，蜂鳴器LSl，電容Cl。當x軸檢測到磁場值時，單片機通過Al引腳來控制DSl發光來表示不建議檢測，當X軸檢測到磁場為O后，單片機通過A2引腳來控制DS2發光、以及通過A3引腳驅動蜂鳴器鳴叫來表示可以進行磁場測量，保證測量的準確性。
[0020]溫濕度傳感器采用shtll高精度芯片，Shtll內部采用集成處理，不需要外接電路，shtll上DAT、SCK引腳與單片機上B3、B4號引腳相連，通過數字信號就可將溫濕度信息上傳到單片機。單片機會隔2分鐘保存一次溫濕度數據，通過將現有數據與歷史數據做對比分析，來判斷溫濕度對磁場檢測產生的影響。
[0021]RS232串口是將無線串口模塊直接連接到單片機上的USART串行端口，就可以向電腦發送數據。
[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開關與電源回路接通，Pl輸入電壓通過DC-DC變換芯片MAX770轉換成穩定5V電壓，5V電壓再通過DC-DC轉換芯片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，快恢復二極管D1，電容C2、C3、C4、C5組成。當SI接通后，DS3發光二極管會亮，表示系統處于工作狀態。在電源回路中還有一個電源管理芯片DS2438，用于對外部電源進行電壓監測，當外部電壓低于某一個定值，系統會報警，提示檢查外部電源。
[0023]圖5是程序流程圖，也是整個系統算法核心。步驟:1)單片機初始化、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磁場傳感器進行復位；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則執行“7”步，不為O則執行“8”步；7)為O后，聲光提示，并對y、Z兩軸磁場值進行計算，算出相應參數；8)判斷電池電壓是否小于3V，小于執行“9”不，否則執行“10”不；9)聲光報警提示用戶電池電壓不足，請及時充電；10)將各參數在液晶上顯示；11)將數據上傳到電腦；12)返回步驟“2”進行循環。
[0024]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本實用新型所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種輸電線路三維磁場檢測系統，其特征在于，包括三維磁場測量及處理模塊、單片機、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位電路、三維磁場傳感器和磁場信號處理電路，復位電路連接所述單片機，放大電路連接所述單片機；三維磁場傳感器采用兩片雙軸磁阻傳感器HMC1022 ;單片機采用Atmega32單片機；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，聲光報警包括蜂鳴器以及LED燈。
2.根據權利要求1所述的輸電線路三維磁場檢測系統，其特征在于，所述的三維磁場測量及處理模塊中，所述的復位電路包括電阻R23、R25、R32、R37，電容C24、C31、C32、C34、C36、C37，PNP三極管Q5，NPN三極管Q6 ;復位端口 D2左端連至單片機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PAl、PA2、PA3三個AD引腳。
3.根據權利要求1所述的輸電線路三維磁場檢測系統，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藍色LED，三極管Ql，蜂鳴器LSl，電容Cl。
4.根據權利要求1所述的輸電線路三維磁場檢測系統，其特征在于，所述溫濕度傳感器shtll上DAT、SCK引腳與單片機上B3、B4號引腳相連，通過數字信號就可將溫濕度信息上傳到單片機。
【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 優先權日:2013年11月7日
【發明者】徐淵, 易文韜, 程江洲 申請人:國家電網公司, 江西南昌供電公司, 三峽大學