本實(shí)用新型涉及輸變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢修領(lǐng)域，尤其是一種采集絕緣子環(huán)境溫濕度的在線監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

在電網(wǎng)運(yùn)作中，絕緣子作為一種極為重要的絕緣固件，在架空強(qiáng)壓供給電線路和固定強(qiáng)壓供給電元件具有功不可沒(méi)的功勞。作為一種高壓絕緣控件，對(duì)固定自發(fā)電廠輸電，到變電站輸電，再經(jīng)由各級(jí)高壓母線支線等高壓輸電線路，最終到達(dá)各級(jí)用電單位，絕緣子串無(wú)處不見(jiàn)。然而，絕緣子串也作為一種常用絕緣控件，應(yīng)用在外界各種惡劣環(huán)境當(dāng)中，時(shí)刻經(jīng)受著大自然的考驗(yàn)。其一，在運(yùn)行過(guò)程中，絕緣子串暴露在大氣污染嚴(yán)重的地區(qū)時(shí)，極其容易受到污穢物附著在絕緣子表面，于此最不好的結(jié)果就是使得絕緣子外圍表層泄露電流劇增，造成性能受損，進(jìn)而妨礙電力網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定工作；其二，在高強(qiáng)度的風(fēng)雨雪冰雹或雷擊等自然災(zāi)害的沖擊下，經(jīng)受長(zhǎng)期的無(wú)規(guī)則抖動(dòng)高壓電線，使機(jī)械負(fù)荷不斷地順沿著高壓線傳導(dǎo)到絕緣子，再加上產(chǎn)生電弧效應(yīng)并灼傷內(nèi)部結(jié)構(gòu)，容易對(duì)絕緣子造成侵蝕、磨損甚至表面出現(xiàn)橫向或者縱向的裂痕，而引起的裂紋均將導(dǎo)致被測(cè)范圍溫度散布異常；其三，絕緣子串在高強(qiáng)度的電場(chǎng)作用下，由于受到高電壓強(qiáng)電流和機(jī)械負(fù)荷的聯(lián)合作用下，導(dǎo)致實(shí)際絕緣電阻劣化，當(dāng)劣化以致導(dǎo)通電壓小于干閃電壓時(shí)，在這樣的情況下就會(huì)被定義叫做“低值絕緣子”；一旦內(nèi)里的導(dǎo)通電壓數(shù)值越來(lái)越低直至完全歸零后，這種情況就被叫做“零值絕緣子”。可知，如果絕緣子出現(xiàn)這兩種劣化電阻的情況時(shí)，由于其內(nèi)部擊穿電壓極小甚至為零，也就相當(dāng)于絕緣子“短路”了，這樣一旦遭受雷擊天氣或者發(fā)生工頻閃絡(luò)時(shí)，低值、零值絕緣子內(nèi)部將很容易被強(qiáng)電流流過(guò)，進(jìn)而又因焦耳熱反應(yīng)產(chǎn)生高溫，以致部分懸狀絕緣子的一些關(guān)鍵位置經(jīng)受不了高溫而炸碎或者嚴(yán)重受損，如鋼帽。不能再固定高壓電線而導(dǎo)致電線落地等嚴(yán)重事故。以上兩種絕緣子是最嚴(yán)重也是最需要預(yù)防的故障。絕緣子串的安全運(yùn)行直接影響電網(wǎng)的安全可靠性，絕緣子串的狀態(tài)監(jiān)控非常必要。由于絕緣子串的諸多故障都以溫度異常表現(xiàn)出來(lái)，因此應(yīng)用紅外熱成像儀可以檢測(cè)其內(nèi)部或外部缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種采集絕緣子環(huán)境溫濕度的在線監(jiān)測(cè)裝置，能夠檢測(cè)絕緣子串所處環(huán)境空氣溫度和濕度，在融合算法的時(shí)候用來(lái)修正絕緣子的表面溫度的時(shí)候需要提取的輔助參數(shù)，能夠使得判別的結(jié)果更加的準(zhǔn)確。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案：

一種采集絕緣子環(huán)境溫濕度的在線監(jiān)測(cè)裝置，包括微處理器、分別與微處理器連接的測(cè)溫電路、濕度檢測(cè)電路、電平轉(zhuǎn)換電路和電源電路，

測(cè)溫電路包括為AD采集提供參考電壓的基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路和阻值隨溫度改變而改變的熱敏電阻電路，基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路的輸出端與熱敏電阻電路的輸出電壓分別與微處理器的溫度測(cè)量輸入端連接；

濕度測(cè)量電路采用數(shù)字式濕度傳感器sht15，數(shù)字式濕度傳感器sht15通過(guò)I2C總線與微處理器的濕度輸入端連接；

電平轉(zhuǎn)換電路采用MAX232芯片，MAX232芯片的輸入端與微處理器的輸出端連接，MAX232芯片的輸出端與USB接口連接；

電源電路包括第一穩(wěn)壓電路、5V電源電路、第二穩(wěn)壓電路、3.3V電源電路，第一穩(wěn)壓電路的輸入端與24V鋰電池連接，第一穩(wěn)壓電路的輸出端與5V電源電路的輸入端連接，5V電源電路的輸出端輸出5V IN電壓；

第二穩(wěn)壓電路的輸入端與5V電源電路的輸入端連接，第二穩(wěn)壓電路的輸出端輸出5V電壓，第二穩(wěn)壓電路的輸出端與3.3V電源電路的輸入端連接，3.3V電源電路的輸出端輸出VCC3.3V電壓；

5V電源電路的輸出端與測(cè)溫電路的電源端連接，3.3V電源電路的輸出端分別與微處理器的電壓端子、濕度檢測(cè)電路的電壓端子、電平轉(zhuǎn)換電路的電壓端子連接。

進(jìn)一步地，微處理器采用單片機(jī)STM32F103C8T6，單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳7通過(guò)電阻R6連接VCC3.3V電壓，通過(guò)可變電容C rest1和開(kāi)關(guān)S1接地；單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳5與晶振Y1的一端和電容C10的一端連接，單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳6與晶振Y1的另一端和電容C16的一端連接，電容C10的另一端和電容C16的另一端連接后接地；單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳8、引腳23、引腳35、引腳47連接后外接VCC3.3V電壓，單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳9、引腳24、引腳36、引腳48連接后接地，單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳8和引腳9之間串接電容C12，單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳23和引腳24之間串接電容C13，單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳35和引腳36之間串接電容C14，單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳47、引腳48之間串接電容C15。

進(jìn)一步地，基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路包括穩(wěn)壓芯片LM2576，穩(wěn)壓芯片LM2576的輸入端連接5V電壓，穩(wěn)壓芯片LM2576的輸出端與微處理器的引腳10連接，熱敏電阻電路采用NI120傳感器，NI120傳感器的引腳1通過(guò)電阻ADR1與穩(wěn)壓芯片LM2576的輸出端連接。

進(jìn)一步地，數(shù)字式濕度傳感器sht15的引腳1接地，引腳2為數(shù)據(jù)線與單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳43連接，引腳3與單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳42連接，引腳4接電源VCC3.3V，引腳5～8并聯(lián)后接地。

進(jìn)一步地，MAX232芯片的引腳11與單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳30連接，MAX232芯片的引腳12與單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳31連接，MAX232芯片的引腳13與USB接口的引腳3連接，MAX232芯片的引腳14與USB接口的引腳2連接，MAX232芯片的引腳15與USB接口的引腳1連接后接地。

進(jìn)一步地，第一穩(wěn)壓電路包括可變電阻器PR4、瞬態(tài)電壓抑制二極管PD2、電容PC4、電感PL2、電容PC5、可變電容PC1、電阻PR2和發(fā)光二極管PD3，可變電阻器PR4、瞬態(tài)電壓抑制二極管PD2和電容PC4并聯(lián)后一端外接24V鋰電池的接線端，并聯(lián)后的另一端接地，電感PL2的一端外接24V鋰電池接線端子，另一端與電容PC5串接后接地，可變電容PC1與電容PC5并聯(lián)，可變電容PC1的端電壓即為輸出電壓24V，電阻PR2與發(fā)光二極管PD3串聯(lián)后接地。

進(jìn)一步地，5V電源電路包括穩(wěn)壓芯片LM2596，穩(wěn)壓芯片LM2596的引腳1外接24V電壓，引腳2分別與二極管D3的負(fù)極和電感L1的一端連接，引腳3和引腳5連接后分別與二極管D3的正極連接，引腳1和引腳3之間串接可變電容C1，引腳4輸出5V IN電壓，引腳4分別與電感L1的另一端和可變電容C4的一端連接，電容C7與可變電容C4并聯(lián)連接。

進(jìn)一步地，第一穩(wěn)壓電路包括可變電阻器PR3、瞬態(tài)電壓抑制二極管PD1、電容PC2、電感PL1、電容PC3、電阻PR1和發(fā)光二極管PD4，可變電阻器PR3、瞬態(tài)電壓抑制二極管PD1和電容PC2并聯(lián)后一端外接5V IN電壓，并聯(lián)后的另一端接地，電感PL1的一端外接5V IN電壓，另一端與電容PC3串接后接地，電容PC3的端電壓即為5V電壓，電阻PR1與發(fā)光二極管PD4串聯(lián)后接地。

進(jìn)一步地，3.3V電源電路包括穩(wěn)壓芯片AMS1117，穩(wěn)壓芯片AMS1117的引腳3外接5V電壓，引腳1接地，引腳3和引腳1之間串接有電容C5，可變電容C2與電容C5并聯(lián)，引腳2輸出VCC 3.3V電壓，引腳2與引腳1之間串接有電容C6，可變電容C3與電容C6并聯(lián)連接。

本實(shí)用新型的有益效果是，

本實(shí)用新型使用STM32F1038T6單片機(jī)操作SHT15濕度傳感器NI120溫度傳感器以獲得環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)，單片機(jī)串口使用MAX232芯片轉(zhuǎn)換電平與電腦實(shí)現(xiàn)通信，將溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送給PC機(jī)，由PC機(jī)進(jìn)行下一步的顯示計(jì)算處理。測(cè)溫電路、濕度檢測(cè)電路都是為了在融合算法的時(shí)候用來(lái)修正絕緣子的表面溫度的時(shí)候需要提取的輔助參數(shù)，能夠使得判別的結(jié)果更加的準(zhǔn)確，能夠更有利于剔除一些環(huán)境噪聲信號(hào)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型電路結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是單片機(jī)STM32F103C8T6最小系統(tǒng)電路圖；

圖3是測(cè)溫電路圖；

圖4是濕度檢測(cè)電路圖；

圖5是電平轉(zhuǎn)換電路圖；

圖6是第一穩(wěn)壓電路圖；

圖7是5V電源電路圖；

圖8是第二穩(wěn)壓電路圖；

圖9是3.3V電源電路圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種采集絕緣子環(huán)境溫濕度的在線監(jiān)測(cè)裝置，包括微處理器、分別與微處理器連接的測(cè)溫電路、濕度檢測(cè)電路、電平轉(zhuǎn)換電路和電源電路，

測(cè)溫電路包括為AD采集提供參考電壓的基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路和阻值隨溫度改變而改變的熱敏電阻電路，基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路的輸出端與熱敏電阻電路的輸出電壓分別與微處理器的溫度測(cè)量輸入端連接；

濕度測(cè)量電路采用數(shù)字式濕度傳感器sht15，數(shù)字式濕度傳感器sht15通過(guò)I2C總線與微處理器的濕度輸入端連接；

電平轉(zhuǎn)換電路采用MAX232芯片，MAX232芯片的輸入端與微處理器的輸出端連接，MAX232芯片的輸出端與USB接口連接；

電源電路包括第一穩(wěn)壓電路、5V電源電路、第二穩(wěn)壓電路、3.3V電源電路，第一穩(wěn)壓電路的輸入端與24V鋰電池連接，第一穩(wěn)壓電路的輸出端與5V電源電路的輸入端連接，5V電源電路的輸出端輸出5V IN電壓；

第二穩(wěn)壓電路的輸入端與5V電源電路的輸入端連接，第二穩(wěn)壓電路的輸出端輸出5V電壓，第二穩(wěn)壓電路的輸出端與3.3V電源電路的輸入端連接，3.3V電源電路的輸出端輸出VCC3.3V電壓；

5V電源電路的輸出端與測(cè)溫電路的電源端連接，3.3V電源電路的輸出端分別與微處理器的電壓端子、濕度檢測(cè)電路的電壓端子、電平轉(zhuǎn)換電路的電壓端子連接。

如圖2所示，微處理器采用單片機(jī)STM32F103C8T6，單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳7通過(guò)電阻R6連接VCC3.3V電壓，通過(guò)可變電容C rest1和開(kāi)關(guān)S1接地；單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳5與晶振Y1的一端和電容C10的一端連接，單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳6與晶振Y1的另一端和電容C16的一端連接，電容C10的另一端和電容C16的另一端連接后接地；單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳8、引腳23、引腳35、引腳47連接后外接VCC3.3V電壓，單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳9、引腳24、引腳36、引腳48連接后接地，單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳8和引腳9之間串接電容C12，單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳23和引腳24之間串接電容C13，單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳35和引腳36之間串接電容C14，單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳47、引腳48之間串接電容C15。單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳38與發(fā)光二極管D1的陰極連接，發(fā)光二極管D1的陽(yáng)極與電阻R3的一端連接，引腳39與發(fā)光二極管D2的陰極連接，發(fā)光二極管D2的陽(yáng)極與電阻R4的一端連接，引腳40與發(fā)光二極管D4的陰極連接，發(fā)光二極管D4的陽(yáng)極與電阻R5的一端連接，電阻R3的另一端、電阻R4的另一端和電阻R5的另一端連接后外接電壓VCC 3.3V。

如圖3所示，基準(zhǔn)電壓設(shè)定電路包括穩(wěn)壓芯片LM2576，穩(wěn)壓芯片LM2576的輸入端連接5V電壓，穩(wěn)壓芯片LM2576的輸出端與微處理器的引腳10連接，熱敏電阻電路采用NI120傳感器，NI120傳感器的引腳1通過(guò)電阻ADR1與穩(wěn)壓芯片LM2576的輸出端連接。NI120實(shí)質(zhì)為熱敏電阻，通過(guò)溫度的改變阻值隨之改變。AD_IN0為NI120電壓，VDD＝3.3V，電阻ADR1阻值為51歐姆，電阻ADR1與NI120串聯(lián)，即兩者電流I相等。

I＝(3.3-AD_IN0)/51

NI120阻值＝AD_IN0/I

NI120分度表如表1所示，使用MATLAB擬合一條二次函數(shù)，通過(guò)帶入之前求得的NI120阻值即可算出溫度。

表1

如圖4所示，數(shù)字式濕度傳感器sht15的引腳1接地，引腳2為數(shù)據(jù)線與單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳43連接，引腳3與單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳42連接，引腳4接電源VCC3.3V，引腳5～8并聯(lián)后接地。

如圖5所示，MAX232芯片的引腳11與單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳30連接，MAX232芯片的引腳12與單片機(jī)STM32F103C8T6的引腳31連接，MAX232芯片的引腳13與USB接口的引腳3連接，MAX232芯片的引腳14與USB接口的引腳2連接，MAX232芯片的引腳15與USB接口的引腳1連接后接地。

如圖6所示，第一穩(wěn)壓電路包括可變電阻器PR4、瞬態(tài)電壓抑制二極管PD2、電容PC4、電感PL2、電容PC5、可變電容PC1、電阻PR2和發(fā)光二極管PD3，可變電阻器PR4、瞬態(tài)電壓抑制二極管PD2和電容PC4并聯(lián)后一端外接24V鋰電池的接線端，并聯(lián)后的另一端接地，電感PL2的一端外接24V鋰電池接線端子，另一端與電容PC5串接后接地，可變電容PC1與電容PC5并聯(lián)，可變電容PC1的端電壓即為輸出電壓24V，電阻PR2與發(fā)光二極管PD3串聯(lián)后接地。

如圖7所示，5V電源電路包括穩(wěn)壓芯片LM2596，穩(wěn)壓芯片LM2596的引腳1外接24V電壓，引腳2分別與二極管D3的負(fù)極和電感L1的一端連接，引腳3和引腳5連接后分別與二極管D3的正極連接，引腳1和引腳3之間串接可變電容C1，引腳4輸出5V IN電壓，引腳4分別與電感L1的另一端和可變電容C4的一端連接，電容C7與可變電容C4并聯(lián)連接。

如圖8所示，第一穩(wěn)壓電路包括可變電阻器PR3、瞬態(tài)電壓抑制二極管PD1、電容PC2、電感PL1、電容PC3、電阻PR1和發(fā)光二極管PD4，可變電阻器PR3、瞬態(tài)電壓抑制二極管PD1和電容PC2并聯(lián)后一端外接5V IN電壓，并聯(lián)后的另一端接地，電感PL1的一端外接5V IN電壓，另一端與電容PC3串接后接地，電容PC3的端電壓即為5V電壓，電阻PR1與發(fā)光二極管PD4串聯(lián)后接地。

如圖9所示，3.3V電源電路包括穩(wěn)壓芯片AMS1117，穩(wěn)壓芯片AMS1117的引腳3外接5V電壓，引腳1接地，引腳3和引腳1之間串接有電容C5，可變電容C2與電容C5并聯(lián)，引腳2輸出VCC 3.3V電壓，引腳2與引腳1之間串接有電容C6，可變電容C3與電容C6并聯(lián)連接。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。