[发明专利]一种高精度高炉热负荷无线检测系统及其检测方法

权利要求书

1.一种高精度高炉热负荷无线检测系统，包括无线测温仪、温度采集终端和上位机，其特征在于：

所述的无线测温仪包括Pt1000温度传感器、流量传感器、温度及流量信号处理电路、低功耗处理器、ZigBee无线收发模块和电源模块，所述的Pt1000温度传感器用于检测高炉冷却水进水、排水温度，所述的流量传感器用于检测高炉冷却水流量，上述的Pt1000温度传感器、流量传感器的信号输出端连接至温度及流量信号处理电路，温度及流量信号处理电路、ZigBee无线收发模块分别与低功耗处理器相连接，所述的电源模块分别与Pt1000温度传感器、流量传感器、温度及流量信号处理电路、低功耗处理器、ZigBee无线收发模块相连，该电源模块用于给无线测温仪供电，所述的电源模块为电池，无线测温仪实时检测高炉冷却壁的温度及流量，并将温度及流量信号传送给温度采集终端；

所述的温度采集终端包括ZigBee无线收发模块、处理器、声光报警及状态显示模块、RS485通讯模块和电源模块，所述的ZigBee无线收发模块、RS485通讯模块分别与处理器相连接，所述的处理器输出端连接有声光报警及状态显示模块，该声光报警及状态显示模块用于实时监控各无线测温仪的运行状态，并进行声光报警，所述的电源模块分别与声光报警及状态显示模块、RS485通讯模块、处理器相连，该电源模块用于给温度采集终端供电，该电源模块为有线供电形式，温度采集终端通过ZigBee无线收发模块采集无线测温仪传输过来的温度及流量信号，并将采集来的温度及流量信号传送至上位机；上述的无线测温仪为系统的传感器节点，温度采集终端为系统的汇聚节点，若干个温度采集终端通过RS485总线依次串接，最后一个温度采集终端的通讯总线两端接有终端电阻，无线测温仪与温度采集终端组成MESH网络，并采用断续工作模式，该无线测温仪与温度采集终端通信方式为基于ZigBee协议的无线通讯，无线测温仪涉及的协议为ZigBee协议；

所述的上位机包括串口通讯接口程序和组态软件，该串口通讯接口程序用于提取温度采集终端传输过来的温度及流量信号并进行数据格式转换，所述的组态软件用于图形化显示并进行历史数据保存；上述的上位机为系统的协调器，上位机与温度采集终端的通讯方式为RS485平衡式差分通讯。

2.根据权利要求1所述的一种高精度高炉热负荷无线检测系统，其特征在于：所述的温度及流量信号处理电路包括温度信号处理电路和流量信号处理电路，其中温度信号处理电路包括Pt1000处理电路（1）和AD转换器（2），所述的Pt1000处理电路（1）包括三线制Pt1000、减法器一、减法器二和新型电桥电路，所述的新型电桥电路包括第一调零电阻R1、第二调零电阻R2、Rt、参考电阻R_ref和限流电阻Ri，上述的第一调零电阻R1、第二调零电阻R2、Rt和参考电阻R_ref依次串联，限流电阻Ri的一端接在第一调零电阻R1和参考电阻R_ref之间，限流电阻Ri的另一端接至电源，所述的三线制Pt1000的三个引脚分别与参考电阻R_ref、第二调零电阻R2和地相连；所述的减法器一取参考电阻R_ref两端的电压作为AD转换器（2）的参考电压，减法器一的输出端与AD转换器（2）的参考电压输入端相连，减法器二的“+”端与三线制Pt1000的正极相连，减法器二的“-”端与第二调零电阻R2的一端相连，减法器二的输出端与AD转换器（2）的模拟信号输入端相连，AD转换器（2）的数字信号输出端与低功耗处理器相连。

3.根据权利要求2或3所述的一种高精度高炉热负荷无线检测系统，其特征在于：所述的无线测温仪采用防护等级高于IP67的壳体作为防护外壳，所述的温度采集终端采用防护等级高于IP66的壳体作为防护外壳。

4.一种高精度高炉热负荷无线检测方法，其步骤为：

步骤一：

无线测温仪间隔2分钟检测一次高炉冷却壁的温度及流量，并将温度及流量信号传送给温度采集终端，所述的无线测温仪采用断续工作模式，即无线测温仪在正常情况下使仪表中的所有芯片处于待机状态，只有接收到父节点的请求指令后才将所有芯片唤醒，唤醒后进行AD采样和中值滤波处理，并将采集到的温度及流量信号发送出去，将温度及流量信号发出去后又回到待机状态；其中：所述的无线测温仪包括Pt1000温度传感器、流量传感器、温度及流量信号处理电路、低功耗处理器、ZigBee无线收发模块和电源模块，所述的Pt1000温度传感器用于检测高炉冷却水进水、排水温度，所述的流量传感器用于检测高炉冷却水流量，上述的Pt1000温度传感器、流量传感器的信号输出端连接至温度及流量信号处理电路，温度及流量信号处理电路、ZigBee无线收发模块分别与低功耗处理器相连接，所述的电源模块分别与Pt1000温度传感器、流量传感器、温度及流量信号处理电路、低功耗处理器、ZigBee无线收发模块相连，该电源模块用于给无线测温仪供电，所述的电源模块为电池；

步骤二：

温度采集终端通过ZigBee无线收发模块采集无线测温仪传输过来的温度及流量信号，并将采集来的温度及流量信号传送至上位机，其中：所述的温度采集终端包括ZigBee无线收发模块、处理器、声光报警及状态显示模块、RS485通讯模块和电源模块，所述的ZigBee无线收发模块、RS485通讯模块分别与处理器相连接，所述的处理器输出端连接有声光报警及状态显示模块，该声光报警及状态显示模块用于实时监控各无线测温仪的运行状态，并进行声光报警，所述的电源模块分别与声光报警及状态显示模块、RS485通讯模块、处理器相连，该电源模块用于给温度采集终端供电，该电源模块为有线供电形式，上述的无线测温仪为系统的传感器节点，温度采集终端为系统的汇聚节点，若干个温度采集终端通过RS485总线依次串接，最后一个温度采集终端的通讯总线两端接有终端电阻，无线测温仪与温度采集终端组成MESH网络，该无线测温仪与温度采集终端通信方式为基于ZigBee协议的无线通讯，无线测温仪涉及的协议为ZigBee协议；

步骤三：

上位机通过如下公式计算高炉热负荷Q：Q=ΔT×F×CPn，其中：ΔT=∑0T_排水温度/n-T_进水温度，ΔT即为水温差；F：冷却水流量；CPn：整定系数，CPn=4.1817/10=0.41817；其中：所述的上位机包括串口通讯接口程序和组态软件，该串口通讯接口程序用于提取温度采集终端传输过来的温度及流量信号并进行数据格式转换，所述的组态软件用于图形化显示并进行历史数据保存；上述的上位机为系统的协调器，上位机与温度采集终端的通讯方式为RS485平衡式差分通讯。