成套開關設備運輸過程監視儀的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種成套開關設備運輸過程監視儀；該監視儀含有上位機和下位機，上位機安裝在運輸車輛的駕駛室內，下位機安裝在車廂中的成套開關設備上；上位機中含有帶無線通訊功能的上位機中央控制器、多路開關、存儲卡、讀卡器、USB接口、顯示模塊和鍵盤，上位機中央控制器的數據傳輸口通過多路開關的第一組開關通道與存儲卡連接，讀卡器的數據傳輸口通過多路開關的第二組開關通道與存儲卡連接，讀卡器的USB通訊端與USB接口連接；每個下位機中的下位機中央控制器的通訊口、中斷信號輸入端分別與加速度傳感器的通訊口、中斷信號輸出端連接；本發明能自動監測運輸和裝載成套開關設備的車輛的運行狀態，其功能強、自動化程度高。
【專利說明】成套開關設備運輸過程監視儀
[0001](一)、【技術領域】:本發明涉及一種設備運輸過程監視儀，特別涉及一種成套開關設備運輸過程監視儀。
[0002](二)、【背景技術】:成套開關設備是在密封和充低壓的干燥SF6氣體的狀況下包裝、運輸和儲存的，以防潮氣侵入開關設備內部。隨著中國車輛運輸提速步伐的加快，成套設備運輸過程中的振動監測對保證運輸物品的安全有著十分緊迫和重要的現實意義。貨物車輛運行過程中，貨物裝載狀態隨車輛速度、司機操縱狀態、運行線路狀態、天氣狀況等因素的變化而變化。車輛所裝載的成套設備會產生不同方向的位移，受到不同方向的振動沖擊，致使開關設備產生破損，從而產生故障隱患甚至整體解列。
[0003]開關設備驗收的標準里面對設備運輸過程中的振動幅度有嚴格的限制(3g)，現有對開關設備的監測主要利用兩種方法；一是針對常規設備采用加速度計進行測量，該方法成本低、結構簡單，但其最大的問題在于它無法連續記錄，通過加速度計只能看到設備運輸過程中有無振動越限，無法給出越限次數、越限程度、越限時間等信息，無法給現場安裝人員提供準確的設備運輸狀態信息，對由于運輸對設備造成的損壞或安全隱患無法做出評估；二是針對750kV，IOOOkV等高端成套開關設備采用碰撞記錄儀進行振動測量，這種方法采用在壓敏紙上記錄沿途振動的方法將波形記錄下來，但它的缺陷主要體現在兩方面，其一是該設備僅僅忠實地記錄了波形，對司機的駕駛行為沒有提示作用，無法在崎嶇的道路上給司機提示，從而在運輸過程中主動避免產生大的振動，其二是記錄的波形無法電子化，無法對波形進行進一步的量化分析，從而給現場安裝人員提供決策輔助，評估開關設備受到損害的程度。
[0004](三)、
【發明內容】
:
本發明要解決的技術問題是:針對現有技術不足，提供一種成套開關設備運輸過程監視儀，該監視儀能自動監測運輸和裝載成套開關設備的車輛的運行狀態，其功能強、自動化程度高。
[0005]本發明的技術方案:
一種成套開關設備運輸過程監視儀，含有上位機和下位機，上位機安裝在運輸車輛的駕駛室內，下位機安裝在運輸車輛的車廂中的成套開關設備上，下位機的數量為N個，N為大于等于I的自然數；上位機中含有上位機中央處理模塊、多路開關、存儲卡、讀卡器、USB接口、顯示模塊、鍵盤和上位機電源模塊，上位機中央處理模塊中含有帶無線通訊功能的上位機中央控制器，上位機中央控制器的數據傳輸口通過多路開關的第一組開關通道與存儲卡連接，讀卡器的數據傳輸口通過多路開關的第二組開關通道與存儲卡連接，讀卡器的USB通訊端與USB接口中的通訊端子連接，讀卡器的電源端與USB接口中的電源輸入端子連接，USB接口中的電源輸入端子還與第一電壓變換器的輸入端連接，第一電壓變換器的輸出端與多路開關的開關切換控制端連接，當多路開關的開關切換控制端為高電平時，第二組開關通道接通，當多路開關的開關切換控制端為低電平時，第一組開關通道接通，上位機中央控制器的顯示口與顯示模塊連接，上位機中央控制器的鍵盤口與鍵盤連接，上位機電源模塊為上位機中央處理模塊、多路開關和顯示模塊供電；每個下位機中含有下位機中央處理模塊、振動檢測模塊和下位機電源模塊，下位機中央處理模塊中含有帶無線通訊功能的下位機中央控制器，振動檢測模塊中含有加速度傳感器，下位機中央控制器的通訊口與加速度傳感器的通訊口連接，加速度傳感器的中斷信號輸出端與下位機中央控制器的中斷信號輸入端連接，下位機電源模塊為下位機中央處理模塊和振動檢測模塊供電；上位機中央控制器和下位機中央控制器之間通過無線的方式通訊，避免了復雜的布線，可以滿足運輸過程中設備任意配置的需求。
[0006]運輸車輛的車廂中含有N個成套開關設備，N個下位機分別安裝在N個成套開關設備的端蓋上。
[0007]顯示模塊中含有移位寄存器和M個數碼管，M為大于等于I的自然數，上位機中央控制器的串行數據輸出口與移位寄存器的串行輸入口連接，移位寄存器的并行輸出口與M個數碼管的八段顯示輸入口連接，上位機中央控制器的M個數碼顯示管控制端分別通過第一三極管與M個數碼管的公共控制端連接。
[0008]上位機電源模塊中含有上位機電池、第二電壓變換器和第一充電控制器，第一充電控制器的電源輸入端與USB接口中的電源輸入端子連接，第一充電控制器的電池端與上位機電池連接，上位機電池還與第二電壓變換器的輸入端連接，第二電壓變換器的輸出為上位機中央處理模塊、多路開關和顯示模塊供電。
[0009]上位機電池為大容量鋰電池，供電時間超過72小時，完全可以滿足設備運輸過程中時間的要求。第一充電控制器的型號為:TP405,第一充電控制器的指TjV燈輸出端與第一雙色LED發光管連接。
[0010]上位機中央處理模塊中還含有喇叭、正常指示燈、警告指示燈和越限指示燈，上位機中央控制器的喇叭控制輸出端通過第二三極管與喇叭連接，正常指示燈與電阻串聯后并接在上位機中央控制器的電源和地之間，上位機中央控制器的兩個指示燈控制輸出端分別通過第三三極管與警告指示燈和越限指示燈連接，上位機中央控制器上還連接有上位機編程接口 ；上位機中央控制器的型號EMZ3048C ;指示燈主要用來提示運輸設備的振動狀態，警告指示燈亮的時候即提示司機當前振動幅度過大，謹慎駕駛，當越限指示燈亮的時候即提示當前振動已超過限度，提醒司機減速或停車檢查物品狀態，同時上位機中央控制器中相應越限計數器會累積數字。USB接口主要用來將上位機儲存的振動波形輸送給PC機，PC機上可以直觀看出越限后設備振動的波形。
[0011]多路開關的型號為:74HC57，讀卡器的型號為:AU6331，存儲卡為SD卡。
[0012]下位機電源模塊中含有下位機電池、第三電壓變換器和第二充電控制器，外部輸入直流電進入第二充電控制器的電源輸入端，第二充電控制器的電池端與下位機電池連接，下位機電池還與第三電壓變換器的輸入端連接，第三電壓變換器的輸出為下位機中央處理模塊和振動檢測模塊供電，下位機電池的溫度輸出端與下位機中央控制器的溫度檢測輸入端連接。
[0013]下位機電池為大容量鋰電池，第二充電控制器的型號為:4056,第二充電控制器的指示燈輸出端與第二雙色LED發光管連接。
[0014]下位機中央處理模塊中還含有網絡連接狀態指示燈和電池信息指示燈，電池信息指示燈為雙色LED發光管，下位機中央控制器的網絡連接狀態指示燈控制輸出端與網絡連接狀態指示燈連接，下位機中央控制器的兩個電池信息指示燈控制輸出端分別與雙色LED發光管中的兩個陰極連接；下位機中央控制器上還連接有下位機編程接口 ；所述加速度傳感器為三軸加速度傳感器，三軸加速度傳感器的型號為:LIS331DLM，三軸加速度傳感器主要用來采集開關設備在運輸過程中出現的x、y、z三個方向上的振動；所述下位機中央控制器的型號EMZ3048C，上位機中央控制器和下位機中央控制器中的無線通訊協議是一種短距離、低功耗的無線通訊協議，可以滿足狀態監測中對功耗的要求。
[0015]該成套開關設備運輸過程監視儀在工作時，下位機中的加速度傳感器時刻監測著成套開關設備的振動情況，并得到振動數據，如振動數據的數值超出預先設定的警告值或越限值，則向下位機中央控制器發出中斷信號，下位機中央控制器收到中斷信號后即對該振動數據進行讀取；下位機中央控制器在需要的時候也可主動讀取加速度傳感器中的振動數據；下位機中央控制器將讀到的振動數據以無線的方式發送給上位機中央控制器，上位機中央控制器將N個下位機中央控制器發來的數據進行處理分析，然后存儲在存儲卡中，再根據處理分析結果驅動顯示模塊進行相應的顯示、驅動喇叭進行相應的聲音報警；如要查看更加詳細的振動信息，可通過USB接口將PC機與讀卡器連接起來，這時，PC機就可通過讀卡器將存儲卡中的信息讀取出來，然后進行更加詳細的分析處理。
[0016]本發明的有益效果:
1.本發明采用下位機進行成套開關設備振動數椐的采集，采用上位機對多個下位機傳送過來的振動數椐進行處理分析，并將數據存儲，然后根據處理結果進行相應的顯示和報警，實現了設備運載和裝卸過程中狀態的有序可控，而且功能強、自動化程度高。
[0017]2.由于振動加速度反映振動的沖擊程度，導致成套開關設備運輸時發生故障的主要原因是設備脆弱部件的響應力超過了其許用值，因此，本發明通過測取設備的振動加速度來反映其脆弱部件的狀態。本發明針對車輛制動、起動、顛簸、曲線行駛中的慣性、上下坡、捆扎不牢和野蠻裝卸等原因引起的沖擊振動，采用加速度傳感器進行監測，下位機中央控制器根據加速度傳感器的X、Y、Z的3路加速度信息獲取開關設備運輸和裝卸過程中的振動加速度和對應的時間信息，為司機駕駛和事故分析提供了可靠的數據。
[0018](四)、【專利附圖】
【附圖說明】:
圖1為成套開關設備運輸過程監視儀的安裝結構示意圖；
圖2為上位機的電路原理框圖；
圖3為下位機的電路原理框圖；
圖4為上位機中央處理模塊和鍵盤的電路原理示意圖；
圖5為讀卡器的電路原理示意圖；
圖6為USB接口的電路原理示意圖；
圖7為多路開關和存儲卡的電路原理意圖；
圖8為顯示模塊的電路原理示意圖；
圖9為上位機電源模塊的電路原理示意圖；
圖10為下位機中央處理模塊的電路原理示意圖；
圖11為振動檢測模塊的電路原理示意圖；
圖12為下位機電源模塊的電路原理示意圖；
圖13為上位機中央控制器的工作流程示意圖。[0019](五)、【具體實施方式】:
參見圖1?圖13，圖中，成套開關設備運輸過程監視儀含有上位機和下位機，上位機安裝在運輸車輛的駕駛室內，下位機安裝在運輸車輛的車廂中的成套開關設備上，下位機的數量為4個；上位機中含有上位機中央處理模塊、多路開關U7、存儲卡U11、讀卡器U9、USB接口 U12、顯示模塊、鍵盤I和上位機電源模塊，上位機中央處理模塊中含有帶無線通訊功能的上位機中央控制器U1A，上位機中央控制器UlA的數據傳輸口 SC2M0S1、SC2MIS0、SC2CLK、ADCl通過多路開關U7的第一組開關通道A-Y與存儲卡Ull連接，讀卡器U9的數據傳輸口 SDDATAO、SDDATA3、SDCLK, SDCMD通過多路開關U7的第二組開關通道B-Y與存儲卡Ull連接，讀卡器U9的USB通訊端DM、DP與USB接口 U12中的通訊端子D_、D+連接，讀卡器U9的電源端與USB接口 U12中的電源輸入端子Vbus連接，USB接口 U12中的電源輸入端子Vbus還與第一電壓變換器UlO的輸入端IN連接，第一電壓變換器UlO的輸出端OUT通過電阻R38與多路開關U7的開關切換控制端SEL連接，當多路開關U7的開關切換控制端SEL為高電平時，第二組開關通道B-Y接通，當多路開關U7的開關切換控制端SEL為低電平時，第一組開關通道A-Y接通，上位機中央控制器UlA的顯示口 SC1NSSEL、SC1SCLK、REG_EN、PA3、PA6、PB1、PB2與顯示模塊連接，上位機中央控制器UlA的鍵盤口 JTDO、PC5、JRST、ADC2與鍵盤I連接，上位機電源模塊為上位機中央處理模塊、多路開關U7和顯示模塊供電；每個下位機中含有下位機中央處理模塊、振動檢測模塊和下位機電源模塊，下位機中央處理模塊中含有帶無線通訊功能的下位機中央控制器U2A，振動檢測模塊中含有加速度傳感器U2，下位機中央控制器U2A的通訊口 SC2SCLK、SC2MIS0與加速度傳感器U2的通訊口SCL,SDA連接，加速度傳感器U2的中斷信號輸出端INT1、INT2與下位機中央控制器U2A的中斷信號輸入端0SC32B、0SC32A連接，下位機電源模塊為下位機中央處理模塊和振動檢測模塊供電；上位機中央控制器UlA和下位機中央控制器U2A之間通過無線的方式通訊，避免了復雜的布線，可以滿足運輸過程中設備任意配置的需求。
[0020]運輸車輛的車廂中含有4個成套開關設備，4個下位機分別安裝在4個成套開關設備的端蓋上。
[0021]顯示模塊中含有移位寄存器U6和4個數碼管LED1-LED4，上位機中央控制器UlA的串行數據輸出口 SC1NSSEL、SC1SCLK、REG_EN與移位寄存器U6的串行輸入口 SRCLK、RCLK、SDI連接，移位寄存器的并行輸出口 QA-QH與4個數碼管LED1-LED4的八段顯示輸入口 A-DP連接，上位機中央控制器UlA的4個數碼顯示管控制端PA3、PA6、PB1、PB2分別通過第一三極管Q2-Q5與4個數碼管LED1-LED4的公共控制端連接。
[0022]上位機電源模塊中含有上位機電池、第二電壓變換器U3和第一充電控制器U4,第一充電控制器U4的電源輸入端VCC與USB接口 U12中的電源輸入端子Vbus連接，第一充電控制器U4的電池端BAT與上位機電池連接，上位機電池還與第二電壓變換器U3的輸入端連接，第二電壓變換器U3的輸出為上位機中央處理模塊、多路開關和顯示模塊供電。
[0023]上位機電池為大容量鋰電池，供電時間超過72小時，完全可以滿足設備運輸過程中時間的要求。第一充電控制器U4的型號為:TP405,第一充電控制器U4的指TjV燈輸出端NCHRG, NSTDBY與第一雙色LED發光管U4連接。第二電壓變換器U3的型號為:CAT621。
[0024]上位機中央處理模塊中還含有喇叭LS1、正常指示燈D8、警告指示燈D6和越限指示燈D7，上位機中央控制器Ul的喇叭控制輸出端ADC5通過第二三極管Q6與喇叭LSl連接，正常指示燈D8與電阻R20串聯后并接在上位機中央控制器UlA的電源VDD和地之間，上位機中央控制器UlA的兩個指示燈控制輸出端JTMS、VREF分別通過第三三極管Q8、Q7與警告指示燈D6和越限指示燈D7連接，上位機中央控制器UlA上還連接有上位機編程接口 ；上位機中央控制器UlA的型號EMZ3048C ;指示燈主要用來提示運輸設備的振動狀態，警告指示燈D6亮的時候即提示司機當前振動幅度過大，謹慎駕駛，當越限指示燈D7亮的時候即提示當前振動已超過限度，提醒司機減速或停車檢查物品狀態，同時上位機中央控制器UlA中相應越限計數器會累積數字。USB接口 U12主要用來將上位機儲存的振動波形輸送給PC機，PC機上可以直觀看出越限后設備振動的波形。
[0025]多路開關U7的型號為:74HC57，讀卡器U9的型號為:AU6331，存儲卡Ull為SD卡，第一電壓變換器UlO的型號為:AMS1117，移位寄存器U6的型號為:74HC595。
[0026]下位機電源模塊中含有下位機電池、第三電壓變換器U3-2和第二充電控制器U4-2，外部輸入直流電進入第二充電控制器U4-2的電源輸入端VCC，第二充電控制器U4-2的電池端BAT與下位機電池連接，下位機電池還與第三電壓變換器U3-2的輸入端連接，第三電壓變換器U3-2的輸出為下位機中央處理模塊和振動檢測模塊供電，下位機電池的溫度輸出端與下位機中央控制器U2A的溫度檢測輸入端ADCO連接。
[0027]下位機電池為大容量鋰電池，第二充電控制器U4-2的型號為:4056，第二充電控制器U4-2的指示燈輸出端NCHRG、NSTDBY與第二雙色LED發光管D2-2連接。第三電壓變換器U3-2的型號為:CAT6219。
[0028]下位機中央處理模塊中還含有網絡連接狀態指示燈D4-2和電池信息指示燈D1-2，電池信息指示燈D1-2為雙色LED發光管，下位機中央控制器U2A的網絡連接狀態指示燈控制輸出端JRST與網絡連接狀態指示燈D4-2連接，下位機中央控制器U2A的兩個電池信息指示燈控制輸出端ADC2、ADCl分別與雙色LED發光管中的兩個陰極連接；下位機中央控制器U2A上還連接有下位機編程接口 ；加速度傳感器U2為三軸加速度傳感器，三軸加速度傳感器的型號為:LIS331DLM，三軸加速度傳感器主要用來采集開關設備在運輸過程中出現的X、1、z三個方向上的振動；下位機中央控制器U2A的型號EMZ3048C，上位機中央控制器UlA和下位機中央控制器U2A中的無線通訊協議是一種短距離、低功耗的無線通訊協議，可以滿足狀態監測中對功耗的要求。
[0029]該成套開關設備運輸過程監視儀在工作時，下位機中的加速度傳感器U2時刻監測著成套開關設備的振動情況，并得到振動數據，如振動數據的數值超出預先設定的警告值或越限值，則向下位機中央控制器U2A發出中斷信號，下位機中央控制器U2A收到中斷信號后即對該振動數據進行讀取；下位機中央控制器U2A在需要的時候也可主動讀取加速度傳感器U2中的振動數據；下位機中央控制器U2A將讀到的振動數據以無線的方式發送給上位機中央控制器U1A，上位機中央控制器UlA將4個下位機中央控制器U2A發來的數據進行處理分析，然后存儲在存儲卡Ull中，再根據處理分析結果驅動顯示模塊進行相應的顯示、驅動喇叭LSl進行相應的聲音報警；如要查看更加詳細的振動信息，可通過USB接口 U12將PC機與讀卡器U9連接起來，這時，PC機就可通過讀卡器U9將存儲卡Ull中的信息讀取出來，然后進行更加詳細的分析處理。
【權利要求】
1.一種成套開關設備運輸過程監視儀，含有上位機和下位機，其特征是:上位機安裝在運輸車輛的駕駛室內，下位機安裝在運輸車輛的車廂中的成套開關設備上，下位機的數量為N個，N為大于等于I的自然數；上位機中含有上位機中央處理模塊、多路開關、存儲卡、讀卡器、USB接口、顯示模塊、鍵盤和上位機電源模塊，上位機中央處理模塊中含有帶無線通訊功能的上位機中央控制器，上位機中央控制器的數據傳輸口通過多路開關的第一組開關通道與存儲卡連接，讀卡器的數據傳輸口通過多路開關的第二組開關通道與存儲卡連接，讀卡器的USB通訊端與USB接口中的通訊端子連接，讀卡器的電源端與USB接口中的電源輸入端子連接，USB接口中的電源輸入端子還與第一電壓變換器的輸入端連接，第一電壓變換器的輸出端與多路開關的開關切換控制端連接，當多路開關的開關切換控制端為高電平時，第二組開關通道接通，當多路開關的開關切換控制端為低電平時，第一組開關通道接通，上位機中央控制器的顯示口與顯示模塊連接，上位機中央控制器的鍵盤口與鍵盤連接，上位機電源模塊為上位機中央處理模塊、多路開關和顯示模塊供電；每個下位機中含有下位機中央處理模塊、振動檢測模塊和下位機電源模塊，下位機中央處理模塊中含有帶無線通訊功能的下位機中央控制器，振動檢測模塊中含有加速度傳感器，下位機中央控制器的通訊口與加速度傳感器的通訊口連接，加速度傳感器的中斷信號輸出端與下位機中央控制器的中斷信號輸入端連接，下位機電源模塊為下位機中央處理模塊和振動檢測模塊供電；上位機中央控制器和下位機中央控制器之間通過無線的方式通訊。
2.根據權利要求1所述的成套開關設備運輸過程監視儀，其特征是:所述運輸車輛的車廂中含有N個成套開關設備，N個下位機分別安裝在N個成套開關設備的端蓋上。
3.根據權利要求1所述的成套開關設備運輸過程監視儀，其特征是:所述顯示模塊中含有移位寄存器和M個數碼管，M為大于等于I的自然數，上位機中央控制器的串行數據輸出口與移位寄存器的串行輸入口連接，移位寄存器的并行輸出口與M個數碼管的八段顯示輸入口連接，上位機中央控制器的M個數碼顯示管控制端分別通過第一三極管與M個數碼管的公共控制端連接。
4.根據權利要求1所述的成套開關設備運輸過程監視儀，其特征是:所述上位機電源模塊中含有上位機電池、第二電壓變換器和第一充電控制器，第一充電控制器的電源輸入端與USB接口中的電源輸入端子連接，第一充電控制器的電池端與上位機電池連接，上位機電池還與第二電壓變換器的輸入端連接，第二電壓變換器的輸出為上位機中央處理模塊、多路開關和顯示模塊供電。
5.根據權利要求4所述的成套開關設備運輸過程監視儀，其特征是:所述上位機電池為鋰電池，第一充電控制器的型號為:TP405,第一充電控制器的指TjV燈輸出端與第一雙色LED發光管連接。
6.根據權利要求1所述的成套開關設備運輸過程監視儀，其特征是:所述上位機中央處理模塊中還含有喇叭、正常指示燈、警告指示燈和越限指示燈，上位機中央控制器的喇叭控制輸出端通過第二三極管與喇叭連接，正常指示燈與電阻串聯后并接在上位機中央控制器的電源和地之間，上位機中央控制器的兩個指示燈控制輸出端分別通過第三三極管與警告指示燈和越限指示燈連接，上位機中央控制器的型號EMZ3048C。
7.根據權利要求1所述的成套開關設備運輸過程監視儀，其特征是:所述多路開關的型號為:74HC57，讀卡器的型號為:AU6331，存儲卡為SD卡。
8.根據權利要求1所述的成套開關設備運輸過程監視儀，其特征是:所述下位機電源模塊中含有下位機電池、第三電壓變換器和第二充電控制器，外部輸入直流電進入第二充電控制器的電源輸入端，第二充電控制器的電池端與下位機電池連接，下位機電池還與第三電壓變換器的輸入端連接，第三電壓變換器的輸出為下位機中央處理模塊和振動檢測模塊供電，下位機電池的溫度輸出端與下位機中央控制器的溫度檢測輸入端連接。
9.根據權利要求8所述的成套開關設備運輸過程監視儀，其特征是:所述下位機電池為鋰電池，第二充電控制器的型號為:4056,第二充電控制器的指不燈輸出端與第二雙色LED發光管連接。
10.根據權利要求1所述的成套開關設備運輸過程監視儀，其特征是:所述下位機中央處理模塊中還含有網絡連接狀態指示燈和電池信息指示燈，電池信息指示燈為雙色LED發光管，下位機中央控制器的網絡連接狀態指示燈控制輸出端與網絡連接狀態指示燈連接，下位機中央控制器的兩個電池信息指示燈控制輸出端分別與雙色LED發光管中的兩個陰極連接；所述加速度傳感器為三軸加速度傳感器，三軸加速度傳感器的型號為:LIS331DLM ;所述下位機中央控制器`的型號EMZ3048C。
【文檔編號】G05B19/418GK103885407SQ201410087152
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月11日 優先權日:2014年3月11日
【發明者】代克杰, 卞和營, 喬桂玲, 翟子楠, 宋曉燕, 葉予光, 袁書卿 申請人:平頂山學院