一种配电柜内温湿度测量装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了输配电领域的一种配电柜内温湿度测量装置，包括温湿度传感器、主机和电源，所述温湿度传感器上的设有电源端、接地端、数据端和时钟端，所述电源端连接电源，所述接地端接地，所述数据端通过数据总线连接所述主机，所述时钟端通过时钟总线连接所述主机；所述电源和所述数据总线之间设有一个阻值为47kΩ的电阻，所述电源通过一个电容值为0.1μF的电容接地。用以控制加热器开关的继电器与其相连后，能精确地根据温度和湿度的变化，调整继电器导通和关闭的时间，保证配电柜内温度和湿度在合理范围内。
【专利说明】一种配电柜内温湿度测量装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及输配电领域的一种配电柜内温湿度测量装置。
【背景技术】
[0002]电力设备保护柜、仪表箱、计量柜、开关柜、端子箱等电力设如长期运行在温度过低、温度过高或湿度过大等环境下时，其安全运行都将受到威胁。
[0003]目前配电柜内都装有加热器，以保证配电柜内的温度和湿度保持正常水平。配电柜内加热器多为常导通状态，其中加热器供电回路通过交流母排供电，使用加热器小开关进行回路导通和关断的切换。部分加热器采用常州常工电子仪器有限公司的KS-3-4S系列温湿度自动防凝露单片机，通过传感器采样仓内温度和湿度进行“邦邦”控制，完成加热器回路的切换。
[0004]采用邦邦单片机对配电柜内的加热器进行控制时，当传感器检测到配电柜内的温度或湿度超过设定值时，控制电路接通加热器升温，提升箱体温度，破坏凝露形成条件，降低环境的湿度。当温度升至预定值时或湿度降至预定值时，单片机自动停止加热，达到升温、驱潮的目的。
[0005]由于采用“邦邦”控制，将会使配电柜内的湿度和温度产生较大的瞬间变波动，不能进行第平滑地控制，且温度调节时间也较长，也不利于配电柜内内设备的稳定运行。同时采用邦邦控制不能记录加热器开通关断时间、以及加热器开通或者关断时的温度和湿度，不利于对变电站工作环境和线损提升的统计。
[0006]对于加热器的开关可以通过继电器的导通和关断来实现，但是这对与继电器相连的温度测量装置提出了很高的要求。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种配电柜内温湿度测量装置，其与用以控制加热器开关的继电器相连后，能精确地根据温度和湿度的变化，调整继电器和加热器导通和关闭的时间，保证配电柜内温度和湿度在合理范围内。
[0008]实现上述目的的另一种技术方案是:一种配电柜内温湿度测量装置，其特征在于:包括温湿度传感器、主机和电源，所述温湿度传感器上的设有电源端、接地端、数据端和时钟端，所述电源端连接电源，所述接地端接地，所述数据端通过数据总线连接所述主机，所述时钟端通过时钟总线连接所述主机；所述电源和所述数据总线之间设有一个阻值为47kΩ的电阻，所述电源通过一个电容值为0.1 UF的电容接地。
[0009]进一步的，所述温湿度传感器为SHTll温湿度传感器，所述主机为STM32单片机。
[0010]进一步的，所述主机向所述温湿度传感器发出启动命令，并将所述温湿度传感器和所述主机之间的数据总线设为输入状态，等待所述温湿度传感器的响应；
[0011]所述温湿度传感器在接收到主机发出的启动指令后，在第八个时钟下降沿，将所述数据总线下拉为低电平，作为所述温湿度传感器的确认信号，
[0012]所述温湿度传感器在第九个时钟下降沿之后，将所述数据总线恢复高电平，
[0013]所述温湿度传感器开始测量当前湿度，并在测量结束之后，再次将所述数据总线拉为低电平，
[0014]所述主机测到所述数据总线被拉低之后，得知所述温湿度传感器对湿度和温度的测量结束，给出从所述温湿度传感器读取数据的时钟信号，
[0015]所述温湿度传感器在测量结束后的第八个时钟下降沿开始输出数据，先输出温度和湿度的测量值中的高字节数据，
[0016]所述温湿度传感器在测量结束后的第九个时钟下降沿，所述主机将所述数据总线拉为低电平，作为收到的确认信号，然后释放所述数据总线，将所述数据总线拉为高电平，
[0017]在随后八个时钟下降沿，所述温湿度传感器发出温度和湿度的测量值中的低字节数据，
[0018]接下来的一个时钟下降沿，所述主机将所述数据总线拉为低电平，作为收到的确认信号，
[0019]最后八个时钟下降沿，所述温湿度传感器发出CRC校验数据，所述主机不予应答，测量结束。
[0020]再进一步的，所述主机在接收到温湿度传感器测量的温度和湿度的测量值后，对温度和湿度的测量值进行修正，其中，修正后的湿度为:
[0021]RH_TURE = (T_C_25)X (0.01+0.00008Xrh)+Rh_true ；
[0022]其中，Rh_true= C3XrhXrh+C2Xrh+Cl,
[0023]其中，Rh_true为经过线性补偿后的湿度值，rh为湿度测量值，Cl、C2、C3为线性补偿系数，T_C为温度实际值。
[0024]再进一步的，所述主机计算配电柜内露点的计算公式为
[0025]LogEff = 0.66077+7.5XT_C/(237.3+T_C)+1glO(rh)-2
[0026]Dp = ((0.66077-logEff) X 237.3) / (logEff-8.16077)
[0027]式中:T_C为温度实际值，Dp为露点。
[0028]采用了本发明的一种配电柜内温湿度测量装置的技术方案，包括温湿度传感器、主机和电源，所述温湿度传感器上的设有电源端、接地端、数据端和时钟端，所述电源端连接电源，所述接地端接地，所述数据端通过数据总线连接所述主机，所述时钟端通过时钟总线连接所述主机；所述电源和所述数据总线之间设有一个阻值为47kD的电阻，所述电源通过一个电容值为0.1 UF的电容接地。其与用以控制加热器开关的继电器相连后，能精确地根据温度和湿度的变化，调整继电器和加热器导通和关闭的时间，保证配电柜内温度和湿度在合理范围内。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本发明的一种配电柜内温湿度测量装置的原理图。
[0030]图2为本发明的一种配电柜内温湿度测量装置中时钟总线和数据总线工作的时序图。
[0031]图3为本发明的一种配电柜内温湿度测量装置工作的流程图。
【具体实施方式】
[0032]请参阅图1，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明:
[0033]本发明的一种配电柜内温湿度测量装置，包括温湿度传感器I和主机2。温湿度传感器I采用的是SHTll温湿度传感器，SHTll温湿度传感器采用SMD(表面封装器件)与CC(无阵针脚)的形式，接口非常简单，SHTll温湿度传感器上的引脚I接地，成为接地(GND)端，SHTll芯片11上的引脚4连接电源，成为电源(VDD)端，其连接的电压范围为2.4?5.5V，正常值为3.3V。SHTll温湿度传感器的引脚2连接数据总线，成为数据(DATA)端，用于向主机2传递配电柜内的温度和湿度的测量值。引脚3连接时钟总线，用于从主机2读取时钟数据，成为时钟(CLK)端。SHTll温湿度传感器上的时钟端和数据端，构成一个二线串行数字接口。其中数据总线与电源端之间连接有一个阻值为47kΩ的电阻，电源端与接地端之间还设有一个阻值为0.1 UF的电容。
[0034]温湿度传感器I可以测量配电柜内的温度和湿度，同时将采集到的温度数据和湿度数据存储在其存储器中。同时该SHTll温湿度传感器还具有复位功能，可将SHTll温湿度传感器的存储器清零，任意两次复位之间的时间间隔至少为11ms。
[0035]主机2采用STM32单片机，STM32单片机通过串行二线总线连接温湿度传感器I。其中，连接SHTll温湿度传感器的数据端的是串行二线总线中的数据总线，连接SHTll温湿度传感器的时钟端的是串行二线总线中的时钟总线。
[0036]首先STM32单片机采用一组〃启动传输〃时序表示数据传输的启动，如图2所示。当时钟总线为高电平时，数据总线翻转为低电平；紧接着时钟总线变为低电平，随后又变为高电平；时钟总线为高电平时，数据总线再次翻转为高电平。SHTll温湿度传感器开始测量配电柜内的温度和湿度。
[0037]SHTll温湿度传感器测量温度和湿度的过程为:
[0038]主机2向温湿度传感器I发出启动命令，并将温湿度传感器I和主机2之间的数据总线设为输入状态，等待温湿度传感器I的响应。
[0039]温湿度传感器I在接收到主机发出的启动指令后，在第八个时钟下降沿，将数据总线下拉为低电平，作为温湿度传感器I的确认信号。
[0040]温湿度传感器I在第九个时钟下降沿之后，将数据总线恢复高电平。
[0041]温湿度传感器I开始测量当前湿度，并在测量结束之后，再次将数据总线拉为低电平。
[0042]主机2测到数据总线被拉低之后，得知温湿度传感器I对湿度和温度的测量结束，给出从温湿度传感器I读取数据的时钟信号。
[0043]温湿度传感器I在测量结束后的第八个时钟下降沿开始输出数据，先输出温度和湿度的测量值中的高字节数据。
[0044]温湿度传感器I在测量结束后的第九个时钟下降沿，主机2将数据总线拉为低电平，作为收到的确认信号，然后释放数据总线，将数据总线拉为高电平。
[0045]在随后八个时钟下降沿，温湿度传感器I发出温度和湿度的测量值中的低字节数据。
[0046]接下来的一个时钟下降沿，主机2将数据总线拉为低电平，作为收到的确认信号。
[0047]最后八个时钟下降沿，温湿度传感器I发出CRC校验数据，主机2不予应答，测量结束。
[0048]主机2的湿度补偿的计算方法为:
[0049]温湿度传感器I可通过数据总线直接向主机2输出温度的测量值和湿度的测量值。该湿度值称为〃相对湿度"，需要进行线性补偿和温度补偿后才能得到较为准确的湿度值。
[0050]由于相对湿度数字输出特性呈一定的非线性，因此为了补偿温湿度传感器I的非线性，可按下式修正湿度值:式中:Rh_trUe为经过线性补偿后的湿度值，rh为湿度测量值，即12位的数据，Cl、C2、C3为线性补偿系数，温度实际值为T_C。
[0051]Rh_true = C3*rh*rh+C2*;rh+Cl
[0052]考虑到温度对湿度的影响，做相应补偿:
[0053]RH_TURE = (T_C_25)*(0.01+0.00008*rh)+Rh_true
[0054]由于SHTll温湿度传感器是采用能隙材料制成的温度敏感元件，因而具有很好的线性输出。温度实际值可由下式算得:
[0055]T_C = dl+d2 X t,
[0056]其中t为温度的测量值，为14位的数据，其中dl = -40, d2 = 0.01。
[0057]温湿度传感器I露点计算的公式为:
[0058]露点是一个特殊的温度值，是空气保持某一定湿度必须达到的最低温度。当空气的温度低于露点时，空气容纳不了过多的水分，这些水分会变成雾、露水或霜。露点可以根据当前相对湿度值和温度实际值计算得出，具体的计算公式如下:
[0059]LogEff = 0.66077+7.5XT_C/(237.3+T_C)+1glO(rh)-2
[0060]Dp = ((0.66077-logEff) X 237.3) / (logEff-8.16077)
[0061]式中:T_C为温度实际值，Dp为露点。
[0062]本发明的一种配电柜内温湿度测量装置的工作流程为:
[0063]主机2启动数据传输；
[0064]判断温湿度传感器I是否响应；
[0065]温湿度传感器I分别测量配电柜内12位的湿度数据和14位的温度数据；
[0066]主机2从温度传感器I读取配电柜内温度和湿度的测量值；
[0067]主机2从温湿度传感器I读取温度和湿度的校验数据；
[0068]主机2对读取的温度和湿度的测量值进行计算和补偿，计算露点，以保证配电柜内的温度在露点以上才显示测量结果，并传递给控制控制配电柜内加热器的继电器，以使当配电柜内温度低于露点时，配电柜内的加热器保持常开的状态。
[0069]本【技术领域】中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
【权利要求】
1.一种配电柜内温湿度测量装置，其特征在于:包括温湿度传感器、主机和电源，所述温湿度传感器上的设有电源端、接地端、数据端和时钟端，所述电源端连接电源，所述接地端接地，所述数据端通过数据总线连接所述主机，所述时钟端通过时钟总线连接所述主机；所述电源和所述数据总线之间设有一个阻值为47kD的电阻，所述电源通过一个电容值为0.1 UF的电容接地。
2.根据权利要求1所述的一种配电柜内温湿度测量装置，其特征在于:所述温湿度传感器为SHTll温湿度传感器，所述主机为STM32单片机。
3.根据权利要求1所述的一种配电柜内温湿度测量装置，其特征在于:所述主机向所述温湿度传感器发出启动命令，并将所述温湿度传感器和所述主机之间的数据总线设为输入状态，等待所述温湿度传感器的响应； 所述温湿度传感器在接收到主机发出的启动指令后，在第八个时钟下降沿，将所述数据总线下拉为低电平，作为所述温湿度传感器的确认信号， 所述温湿度传感器在第九个时钟下降沿之后，将所述数据总线恢复高电平， 所述温湿度传感器开始测量当前湿度，并在测量结束之后，再次将所述数据总线拉为低电平， 所述主机测到所述数据总线被拉低之后，得知所述温湿度传感器对湿度和温度的测量结束，给出从所述温湿度传感器读取数据的时钟信号， 所述温湿度传感器在测量结束后的第八个时钟下降沿开始输出数据，先输出温度和湿度的测量值中的高字节数据， 所述温湿度传感器在测量结束后的第九个时钟下降沿，所述主机将所述数据总线拉为低电平，作为收到的确认信号，然后释放所述数据总线，将所述数据总线拉为高电平， 在随后八个时钟下降沿，所述温湿度传感器发出温度和湿度的测量值中的低字节数据， 接下来的一个时钟下降沿，所述主机将所述数据总线拉为低电平，作为收到的确认信号， 最后八个时钟下降沿，所述温湿度传感器发出CRC校验数据，所述主机不予应答，测量结束。
4.根据权利要求3所述的一种配电柜内温湿度测量装置，其特征在于:所述主机在接收到温湿度传感器测量的温度和湿度的测量值后，对温度和湿度的测量值进行修正，其中，修正后的湿度为:
RH_TURE = (T_C-25)X (0.01+0.00008Xrh)+Rh_true ； 其中，Rh_true = C3XrhXrh+C2Xrh+Cl, 其中，Rh_true为经过线性补偿后的湿度值，rh为湿度测量值，Cl、C2、C3为线性补偿系数，T_C为温度实际值。
5.根据权利要求3所述的一种配电柜内温湿度测量装置，其特征在于:所述主机计算配电柜内露点的计算公式为
LogEff = 0.66077+7.5XT_C/(237.3+T_C)+1glO (rh) -2
Dp = ((0.66077-logEff) X 237.3)/(logEff-8.16077) 式中:T_C为温度实际值，Dp为露点。
【文档编号】G05D27/02GK104503521SQ201410747878
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年12月9日
【发明者】廖文, 解蕾, 章健, 陈琪, 谢俊, 王凯, 支玉清, 金利尔, 曾正, 张弛, 杨士辰 申请人:国网上海市电力公司