CN209707604U - 无接入式仪器设备开关机状态监测*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无接入式仪器设备开关机状态监测***，包括上位机和下位机，其特征在于：其中下位机包括霍尔传感器，放大器和单片机，其中霍尔传感器用以感应到仪器设备相关的磁场，单片机前端通过放大器连接霍尔传感器，该单片机的处理器解算出被测设备上传输的电场值，然后单片机以网络方式将解算出的电场值发送至上位机中。本实用新型的***可以在完全不接入、不破损原线路的前提下，监控仪器设备的开关机状态。

Description

无接入式仪器设备开关机状态监测***

技术领域

本实用新型属于仪器仪表领域，具体涉及仪器仪表状态监测领域，更具体而言涉及一种无接入式仪器设备开关机状态监测***。

背景技术

随着中国经济的不断发展，中国企业的研发水平也不断提高，各种昂贵的仪表也都被引入。如何监控这些仪表的运行就成了一个大问题，这些仪表大多数是无法联网，或者说不适合联网，因此，其信息宛如孤岛一样无法被后台所感知。

业界各公司提出了各种解决方案来试图跟踪设备的运行状态，例如某些公司通过在运行的机器上增加压力传感器，通过机器本身运行产生的位移以及压力变化来监测机器的运行状况。如果运行的机器或者是仪表并非振动型设备，则无法感知。而且对于机床之类的设备，还有可能发生共振产生误报。而大部分公司则只能通过增加相关的人力进行定期巡查来排查相关的问题。

近年来伴随着智能硬件大规模的发展，现在出现了各种各样的智能插座，这些插座通过监控通过自身的电流来监控电器的运行情况。这种通过监测电流的变化情况来推测设备的运行状况是极其准确的，但是这样对于运行中的设备来说却并不安全，智能插座内部集成了各种统计电路以及通信电路，相对于单纯的普通插座来说，出问题的概率要高的多，对于这些昂贵的仪表来说，一旦出现问题，后果是完全无法承受的。因此迫切需要有一种在仪表完全正常运行态下对其进行监控的设备，通过这种设备来监控仪表的运行情况。而现在市面上主要的设备需要通过钳表来测量正常运行下的电路中的电流。但是钳表目前只能测量一根单向导线上的电流，对于电源线来说，都是三相线，因此测出来都是0。无法满足相关的需求。如果要使用钳表来测量电源情况，则需要破开电源线。为了监控仪表的运行而专门破开电源线就非常得不偿失了。

实用新型内容

本实用新型鉴于上述的情况，提供一种能解决上述问题的监测***，具体而言，本实用新型提供一种无接入式仪器设备开关机状态监测***，包括上位机和下位机，其特征在于：其中下位机包括霍尔传感器，放大器和单片机，其中霍尔传感器用以感应到仪器设备相关的磁场，单片机前端通过放大器连接霍尔传感器，该单片机的处理器解算出被测设备上传输的电场值，然后单片机以网络方式将解算出的电场值发送至上位机中。

进一步地，其特征在于：上位机对电场值进行判断，如果电场值超过了一定阈值，则认为该设备处于运行状态，否则处于非运行状态，并通过指示灯的变化指示仪器设备的开关机状态。

进一步地，其特征在于：霍尔传感器采用的是线性输出磁场传感器AD22151。

进一步地，其特征在于：放大器采用高精度的线性放大器AD620。

进一步地，其特征在于：单片机采用STM32F103的ARM开发板。

进一步地，其特征在于：开关机状态是通过一个布尔类型的指示灯表示的。

进一步地，其特征在于：AD22151的电路连接关系为，第一温度补偿引脚和第三温度补偿引脚之间串联温度补偿电阻，信号输出引脚5通过第一电阻R2与增益设置输入引脚6连接，增益设置输入引脚6连接分别通过第二电阻R3和偏移量电阻R4与参考电压输出引脚7和电源引脚8连接，电源VCC与地之间设置有电容，第一电阻R2和第二电阻R3用来计算信号增益。

实用新型效果：

采用本实用新型的方案，能够在不接入、不破损原线路的前提下实现仪器设备开关机状态的监控功能。该***对于有监控开关机状态的需求，但不允许进行接入式监测的仪器设备，有实际意义和实用价值。

附图说明

图1是本实用新型***结构图。

图2是AD22151及电路连接结构图。

图3是单片机与W5500网络扩展板连接示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和实施方法对本实用新型作进一步的详细描述。

本实用新型的无接入式仪器设备开关机状态监测***，结构图如图1所示，包括下位机和上位机，其中上位机和下位机之间采用网络通信，所述网络可以是有线网或无线网。其中下位机包括霍尔传感器，放大器和单片机，上位机用来显示仪器开关机状态。其中，单片机前端通过放大器连接霍尔传感器，用以感应到相关的磁场。霍尔传感器感应到磁场后，将磁信号转换为电信号，经过高精度线性放大器放大后(例如放大1000倍)，发送给后端的ARM开发板，该开发板上的处理器解算出被测设备上传输的电场值，即传感器模块的输出经过AD采集，采用公式将模拟信号转换成数字信号，这里的Output指的是传感器模块输出的模拟信号，AdcValue是转换后的数字信号，12指的是单片机ADC的位数。然后ARM开发板以网络通信的方式将解算出的电场值发送至上位机监测界面。上位机主要是负责数据接收、开关状态监控，同时将数据以表格的形式存储在硬盘上，方便查看。上位机对电场值进行判断，如果电场值超过了一定阈值，则认为该设备处于运行状态，否则处于非运行状态。并通过指示灯的变化可以很明显的知道仪器设备的开关机状态。开关机状态是通过一个布尔类型的指示灯表示的，当监测到的值大于阈值时，指示灯变成红色，表明仪器设备处于开机状态，否则处于关机状态。上位机和下位机之间的通信是基于TCP协议实现的，两者通过网线进行连接，只需设置相同的网络参数即可实现数据传输的功能。

其中，霍尔传感器优先采用的是一种线性输出磁场传感器AD22151，AD22151的输出电压与施加在垂直器件封装顶面的磁场强度成正比。它的主要特点是将大量霍尔元件阵列集成技术与内部温度补偿及信号调节电路结合起来，实现单片集成。外接信号放大电路，单片机通过AD采集得到传感器数据。

AD22151采用8脚SOIC封装。其引脚及电路连接结构如图2所示，其中，引脚1、2、3是第一-第三温度补偿引脚，引脚4为接地引脚，引脚5是电压信号输出引脚，引脚6是增益设置输入引脚，引脚7是参考电压输出引脚，引脚8是电源引脚。其中，引脚2空置，第一温度补偿引脚和第三温度补偿引脚之间串联温度补偿电阻R1,用于起到温度补偿的作用。信号输出引脚5通过第一电阻R2与增益设置输入引脚6连接。增益设置输入引脚6连接分别通过第二电阻R3和偏移量电阻R4与参考电压输出引脚7和电源引脚8连接。电源VCC与地之间设置有电容，用于滤除交流成分，使输出的直流更平滑，所述电容的电容值优选为0.1uF。第一电阻R2和第二电阻R3用来计算信号增益。传感器的增益可以通过适当的R2和R3的电阻值来设置，计算公式为其中Gain为传感器增益值，

AD22151输出的是模拟信号，所以通过单片机AD采集将模拟信号转化成数字信号。

单片机优先采用STM32F103的ARM开发板，供电电压2.0V至3.6V，一系列的省电模式保证低功耗应用的需求。STM32f103系列有3个ADC，精度为12位，每个ADC最多有16个外部通道。其中ADC1和ADC2都有16个外部通道，ADC3根据CPU引脚的不同通道数也不同，一般都有8个外部通道。在这里我们用A2引脚作为输入引脚。通过AD采集的方式，获取霍尔传感器的值并且与服务器以网络通信的方式进行数据传输。

其中，网络连接采用W5500网络扩展板实现。W5500网络扩展板集成了一个硬件TCP/IP协议栈芯片W5500以及一个含有网络变压器的RJ-45(HR911105A)。其中，W5500是一款全硬件TCP/IP嵌入式以太网控制器，为嵌入式***提供了更加简易的互联网连接方案.使用硬件逻辑门电路实现TCP/IP协议栈的传输层及网络层(如：TCP,UDP,ICMP,IPv4,ARP,IGMP,PPPoE等协议)，并集成了数据链路层，物理层，以及32K字节片上RAM作为数据收发缓存。使得上位机主控芯片，只需承担TCP/IP应用层控制信息的处理任务。从而大大节省了上位机对于数据复制、协议处理和中断处理等方面的工作量，提升了***利用率及可靠性。

W5500支持同时的8个socket，方便和不同的IP和设备进行通讯；为了减少***能耗，W5500提供了网络唤醒模式及掉电模式。W5500网络扩展板是基于串行外设(SPI)接口的***设备。SPI接口是一种同步串行外设接口，允许嵌入式处理器(也就是这里的单片机模块)与***设备(即W5500网络扩展板)以串行方式进行通信、数据交换。W5500网络扩展板与单片机模块MCU之间的连接示意图如图3所示，其中SCSn是片选引脚，低电平有效；SCLK是SPI是时钟输入引脚，该引脚用于接收SPI主机的SPI时钟信号；MISO是SPI主机输入从机(W5500)输出引脚；MOSI是SPI主机输出从机(W5500)输入引脚；INTn是中断输出引脚，低电平有效；RST是复位引脚，低电平有效。采用STM32F103的ARM开发板有两个SPI接口，IO口PA4的复用功能有SPI1_NSS，IO口PA5的复用功能有SPI1_SCK，IO口PA6的复用功能有SPI1_MISO，IO口PA7的复用功能有SPI1_MOSI，所以这四个MCU的IO口分别与W500网络扩展板的SCSn、SCLK、MOSI、MISO引脚连接。INTn引脚和RST引脚是两个控制引脚，与MCU普通的IO口相连即可，这里选的是PE5和PE6IO口。

本***的上位机主要实现仪器设备开关机状态的监测、数据存储的功能。上位机与下位机的交互是基于TCP协议实现的，两者通过网线进行连接，上位机要设置成与下位机相同的网络端口。待这些配置完成之后，先运行上位机程序，使其处于侦听状态，自动获取本地IP地址，同时给出连接状态信息。当下位机与上位机建立连接后，连接状态发生变化，上位机界面实时显示下位机数据，并计数。一旦超过阈值，指示灯颜色发生变化，能够清晰直观的监测到仪器开关机的状态。另外，上位机将数据以表格的形式进行存储，方便查看历史纪录。

下面结合附图说明本实用新型的工作方式：

将霍尔传感器放置在仪器设备附近，当仪器设备处于工作状态时，会发出电磁波，此电磁波被霍尔传感器检测到之后，会发出对应于电磁强度的电信号到放大器，经过放大器的放大后传入ARM开发板，开发板解算出对应的电场值并发送到上位机监测界面。上位机判断电场值大于一定阈值，会通过指示灯进行指示。当设备为非工作状态时，不会发出电磁波，或者有微小的电磁波，霍尔传感器检测不到数据或微弱数据，进而开发板结算出的电场值会小于一定阈值，上位机判断后指示灯显示非工作状态。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语仅仅是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (7)

1.一种无接入式仪器设备开关机状态监测***，包括上位机和下位机，其特征在于：其中下位机包括霍尔传感器，放大器和单片机，其中霍尔传感器用以感应到仪器设备相关的磁场，单片机前端通过放大器连接霍尔传感器，该单片机的处理器解算出被测设备上传输的电场值，然后单片机以网络方式将解算出的电场值发送至上位机中。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于：上位机对电场值进行判断，如果电场值超过了一定阈值，则认为该设备处于运行状态，否则处于非运行状态，并通过指示灯的变化指示仪器设备的开关机状态。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于：霍尔传感器采用的是线性输出磁场传感器AD22151。

4.根据权利要求1-3任一项所述的***，其特征在于：放大器采用高精度的线性放大器AD620。

5.根据权利要求1-3任一项所述的***，其特征在于：单片机采用STM32F103的ARM开发板。

6.根据权利要求3所述的***，其特征在于：开关机状态是通过一个布尔类型的指示灯表示的。

7.根据权利要求3所述的***，其特征在于：AD22151的电路连接关系为，第一温度补偿引脚和第三温度补偿引脚之间串联温度补偿电阻，信号输出引脚5通过第一电阻R2与增益设置输入引脚6连接，增益设置输入引脚6连接分别通过第二电阻R3和偏移量电阻R4与参考电压输出引脚7和电源引脚8连接，电源VCC与地之间设置有电容，第一电阻R2和第二电阻R3用来计算信号增益。