摘 要：针对目前钢铁厂温度采集系统对温度进行准确丈量、多点采集和无线传输的需求，提出了基于物联网技能的电弧炉无线测温系统。系统以 QRF0600无线射频收发模块和单片机 Atmega128a、PIC16F648A 为核心，采取单总线数字式温度传感器DS18B20进行准确测温，将采集的温度发送至温度监测仪进行温度实时显示，监测仪将收到的数据发送给上位机以实现数据的存储、查询、显示等功能。实践结果表明该系统具有测温节点功耗低、可靠性高、易于扩展、用户界面操作大略等优点。
关键词：电弧炉；物联网；无线测温系统
0 弁言
温度检测在建筑、电力、水利、冶金等工程领域有着非常广泛的运用，钢铁厂炼钢电弧炉须要对温度实时监测，钢液温度是冶金过程中的主要参数之一。但是面对日益老化的电弧炉，传统有线测温常常发生线被烧断的情形。物联网技能作为一门新兴技能，利用无线传感网络办理目前电弧炉有线测温的不敷。传统的测温系统测温点少、布线麻烦、系统的兼容性差。本文根据详细项目哀求将物联网技能运用在炼钢厂电弧炉的分布式温度采集系统中，设计了一种基于 ZigBee无线通信技能为根本的无线测温系统。ZigBee 技能是一种近间隔双向无线传输技能，其特点是功耗低、可靠性高以及繁芜度低。本系统中通过ZigBee 网络技能实现传感器节点与中央节点的无线通信，通过 RS232 和 RS485 通信协议实现中央节点和上位机的通信。
1 系统总体设计
系统由测温节点，测温监测仪即中央节点，上位机3个部分组成，测温监测仪通过 RS485 工业总线相连接，再经由 RS485转RS232模块连接上位机。系统总体设计如图1所示。
图1 无线测温系统构造图
系统测温节点以QRF0600无线收发模块、DS18B20传感器以及PIC单片机为核心。测温监测仪以QRF0 600和AVR单片机为核心。系统事情过程为：测温节点通过DS18B20温度传感器获取相应位置的温度，无线收发模块QRF0600将数据打包经无线传输到测温监测仪，监测仪显示温度值并且通过RS485和RS232的转换将吸收到的数据传给上位机以实现数据的存储、查询、显示等功能。
2 系统硬件设计
2.1测温节点
测温节点卖力采集和发送温度数据。它由温度传感器 DS18B20、单片机 PIC16F648A、无线收发模块 QRF0600 和电源模块组成，如图2所示。
图2 测温节点硬件构造图
考虑测温节点的数量多，钢铁厂环境还比较恶劣，测温节点微掌握器选择Microchip生产的PIC16F648A高抗滋扰单片机，通过选用单片机的4个I/O口仿照SPI总线的串行数据输入（MISO）、串行数据输出（MOSI）、串行通信时钟（SCK）和片选掌握（/SS）引脚对QRF0600的寄存器进行读写掌握。QRF0600是一个高输出功率传输模块，集成了无线收发芯片UZ2400，天线。UZ2400性能稳定且功耗极低，它的选择性和灵敏性指数超过了IEEE802.15.4标准的哀求，可确保短间隔通信的有效性和可靠性。电源模块采取以色列TADIRAN塔迪兰入口电池，该电池是工业上常用的锂电池，电压为3.6 V，容量为1 200 mAH。该电池的特点是安全、可靠、重量轻、电压稳定等。电池利用寿命须要根据测温节点发射数据韶光而定。本文测温节点事情模式功耗为休眠定时唤醒，经由示波器测试，发射一次数据
为9 mA，休眠时为5μA，这样大大降落了测温节点的功耗。如果测温节点设置3 min发射一次数据，该电池大概可以利用3y。从而避免的测温节点常常改换电池的麻烦。
2.2中央节点
中央节点卖力吸收测温节点传来的信息并上传给上位机，同时用液晶屏显示方便现场察看。中央节点构造如图3所示。
图3 中央节点硬件构造图
综合考虑价格、功耗、性能，中央节点 MCU 选 择 AVR 单片机。Atmega128a 的数据吞吐率高达1（Million Instruction/s）/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速率之间的抵牾。由于中央节点须要长期事情，以是电源采取电网互换供电。普通打算机输出串口为 RS232 串行总线标准，传输速率慢，传输间隔短。中央节点通过 RS485总线连接，不仅提高通信的可靠性和传输间隔，还增加了多点双向通信能力。PC 机和中央节点之间须要实现 RS232与RS485间的转换，其转换电路如图4所示。
图4 RS232-RS485串口通信转换电路
3 系统软件设计
无线测温系统软件设计包括测温节点、中央节点和上位机3部分。测温节点上电后先对硬件进行初始化，然后搜索ZigBee网络，如果存在则加入，加入后系统进入低功耗事情模式状态，当设定采集定时韶光到，测温节点进行温度采集和无线发送，程序流程如图5所示。
图5 测温节点流程图
中央节点程序流程如图 6 所示。系统拥有中央节点和多个测温节点，各节点之间通过不同的物理地址信息进行区分，中央掌握节点在进行查询操作时，首先须要确定目的节点的物理地址。本系统设计中通过软件已将各节点物理地址固
定。Visual Studio是Windows平台目前盛行的运用程序开拓环境，上位机软件是基于Visual Studio 2010利用C#措辞开拓的运用程序。实现对各个测温节点温度数据的处理和动态显示；温度曲线动态显示和历史曲线查询；报警温度设置和历史报警查询。
图6 中央节点流程图
4 实验
在完成了软硬件设计和调试之后，对全体电弧炉分布式温度采集系统进行实地测试。测试地点为安徽马鞍山钢铁厂。测试用到 3个测温节点和 1个中央节点。中央节点通过4×4矩阵按键设置韶光和测温点数目，并且通过 485 转 232 模块连接至上位机。与上位机通信参数设置如图7所示。个中被测名称为测温节点的名字，序号为测温节点的地址，测试所用 3 个测温节点分别为 A01、A04、A05。测温节点每隔 1 min 发送一次数据，测温节点与中
心节点的间隔为 50 m并且中途隔 2层墙，某一时候所测数据部分截图如图8所示，A01测温曲线如图9所示，本次实验设置报警温度为 30 ℃，若超过报警温度，上位机温度显示值变为赤色，同时中央节点发出报警声音。
图7 电弧炉无线测温参数设置
图8 电弧炉无线测温实验数据
图9 测试所测温度曲线
5 安科瑞无线测温系统先容与选型
安科瑞无线测温监控系统是根据当前无线测温系统的哀求，在广泛搜聚用户和家见地的根本上,充分接管当前国内外厂家的成功案例，并结合安科瑞多年来的丰富履历，采取面向工具的分层分布式设计思想，结合自动化技能、打算机技能、网络技能、通信技能而设计的一款专业的无线测温软件。
5.1 Acrel-2000T无线测温系统构造
Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通信（如图10），系统设计遵照国际标准Modbus-RTU, Modbus TCP等传输规约，安全性、可靠性和开放性都得到了很大地提高。
Acrel-2000T无线测温监控系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事宜报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能。可以监控无线测温系统的设备运行状况，实现快速报警相应，预防严重故障发生。
Acrel-2000T无线测温监控系统紧张特点是开放式系统构造，硬件兼容性强，软件移植性好，运用功能丰富。该系统具有强大的处理能力，快速的事宜相应，友好的人机界面，方便的扩充手段。其软件系统的设计依据软件工程的设计规范,模块划分合理，接口简捷明了，紧张包括主控模块、人机界面、图形组态、数据库管理系统、通信管理等几大模块。
图10 Acrel-2000T无线测温系统构造图
5.2 Acrel-2000T无线测温系统功能
实时监测
Acrel-2000T无线测温监控软件人机界面友好，能够以配电一次图的形式直不雅观显示各测温节点的温度数据及有关故障、告警等信息
温度查询
温度历史曲线（1分钟、5分钟、60分钟可选）
运行报表
查询各回路设备运行溫度报表.
实时报警
壁挂式无线测温监控设备具有实时报警功能，设备能够对温度越限等事宜发出告警。
设备供应以下凡种告警办法：
a.弹岀事宜报驚窗口.
b.实时语音报警功能，能够对所有事宜发出语音告警.
C.短信吿警，可以向指定手机号码发送吿警信息短信（需选配短信猫）.
历史告警査询
Acrel-2000T无线测温监控系统能够对所有吿警事宜记录进行存储和管理，方便用户对系统和告警等事宜进行历史追溯，查询统计、事件剖析。
用户权限管理
Acrel-2000T无线测温监控系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。
通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如数据库修正等）。可以定义不同级别用户的 登录名、密码及操作权限，为系统运行、掩护、管理供应可靠的安全保障。
定值设置
用于修正高温定值、超温定值。
WEB（可选）
展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息， 设备温度、通信状态，用电剖析和事宜记录。首页显示场站的变压器数量、回路个数、有功功率、无功功率、用电量、事宜记录等概况信息，可通过实时监控、变压器、通信模块切换到须要查看的界面。
实时数据曲线可监测各个回路的测点温度、电压、电流、功率曲线信息。
接线图页面通过一次图实时反响电气参数变革，包括丈量量、旗子暗记量等信息（旗子暗记量 须要断路器供应赞助触点支持）。
能耗统计页面显示各回路的功率峰值和用电量峰值，功率、电能趋势曲线，电能环比，用电排名。
运维管理\通信状态显示监测接入系统设备的通信状态。
手机APP（可选）
设备数据员面显示各设备的电參量数据、温度数据以及曲线。
5.3 安科瑞ARTM系列无线测温终端产品选型
安科瑞电气接点无线测温方案由无线温度传感器、收发器、显示单元组成。温度传感器直接安装于断路器动触头、静触头、电缆接头、母排等发热接点，将测温数据通过无线射频技能传至吸收装置，再由吸收器485通讯至测温终端或无线测温系统（如图11）。
图11 电气接点在线测温构造图
5.3.1 安科瑞无线温度传感器
无线温度传感器共有5种，分别对应螺栓固定、表带固定、扎带捆绑、合金片固定等安装办法。针对不同的变电站哀求，可根据传感器供电办法以及安装位置的不同，考虑安装方便的成分，选择相匹配的传感器。
物料名称
型号
参数解释
电池型无线测温传感器
ATE100
电池供电，寿命≥5年；-40℃~+125℃；
2.4GHz，空旷间隔10米；
102.3747.9323mm，φ13.5mm(长宽高，孔径)。
ATE200
电池供电，寿命≥5年；-40℃~+125℃；
2.4GHz，空旷间隔10米；
44.173018.5mm，L=325.40mm(长宽高，三色表带)。
ATE300B
电池供电，寿命≥5年；-10℃~+125℃；
470MHz，空旷间隔150米；
49.9535.9522mm(长宽高)。
CT取电型无线测温传感器
ATE300
CT感应取电，启动电流≥5A；-10℃~+125℃；
470MHz，空旷间隔150米；
扎带固定，合金片取电；7333.516mm(长宽高)。
ATE400
CT感应取电，启动电流≥5A；-50℃~125℃；
433MHz，空旷间隔150米；
合金片固定、取电；三色外壳；25.8220.4212.8mm(长宽高)。
5.3.2 安科瑞无线收发器
无线测温收发器共有3种，通过无线射频办法吸收温度数据。收发器根据不同的传感器型号进行匹配，同时传感器的传输间隔决定吸收装置能否多柜吸收。
物料名称
型号
参数解释
无线收发器
ATC200
可吸收12个ATE100/200
ATC400
可吸收240个ATE300/ATE300B
ATC450-C
可吸收240个ATE400
5.3.3 安科瑞显示终端
显示装置通过RS485连接收发器，可嵌入式安装于柜体上，若柜体开孔不便，也可选择壁挂式安装于配电室内。方便操作职员现场及时查看电气节点实时温度的同时，也可以通过RS485或以太网通讯的办法在后台系统查看现场情形。
物料名称
型号
参数解释
显示终端
ARTM-Pn
面框969617mm，深度65mm；开孔9292mm；
AC85-265V或DC100-300V供电；
一起上行RS485接口，Modbus协议；
吸收60个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
显示终端
ASD320
ASD300
面框237.5177.515.3mm，深度67mm；开孔220165mm；
AC85-265V或DC100-300V供电；
一起上行RS485接口，Modbus协议；
吸收12个ATE100/200/300/400；配套ATC200/300/450。
显示终端
ATP007
ATP010
面框226.51636mm，深度70mm；开孔215152mm；
DC24V供电；一起上行RS485接口；一起下行RS485接口；
吸收20个ATC200/1个ATC400/1个ATC450-C。
无线测温集中集中采集设备
Acrel-2000T/A
壁挂式安装
标配一起485接口、一起以太网口
自带蜂鸣器告警
柜体尺寸480420200 （单位mm）
无线测温监控设备
Acrel-2000T/B
硬件：内存4G，硬盘128G，以太网口
显示器：12寸，分辨率800600
操作系统：Windows7
数据库系统：Microsoft SQL Server 2008 R2
可选Web平台/APP做事器
柜体尺寸为480420200（单位mm)
6 结束语
实践证明物联网技能能够运用在钢铁厂电弧炉分布式温度采集系统中，由 PIC16F648A 单片机掌握的测温节点，Atmega128a单片机掌握的中央节点，和基于ZigBee技能的无线传输模块 QRF0600的无线测温系统具备测温准确、组网灵巧、抗滋扰能力强、性能稳定等特点。该系统能够实现对电弧炉的无线测温，可以实现对温度丈量哀求较高且不宜进行有线数据采集、传输和监测的场合，运用前景十分广阔。
