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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410747878.1 (22)申请日 2014.12.09 G05D 27/02(2006.01) (71)申请人 国网上海市电力公司 地址 200122 上海市浦东新区源深路 1122 号 (72)发明人 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 (74)专利代理机构 上海兆丰知识产权代理事务 所 ( 有限合伙 ) 31241 代理人 屠轶凡 (54) 发明名称 一种配电柜内温湿度测量装置 (57) 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。
2、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47k的电 阻，所述电源通过一个电容值为 0.1F 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。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104503521 A (43)申请公布。
3、日 2015.04.08 CN 104503521 A 1/1 页 2 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 47k 的电阻，所述电源通过一个电容值为 0.1F 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 SHT11 温湿度传感器，所述主机为 STM32 单片机。 3.根据权利要求 1。
4、 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。
5、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。
6、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)(0.01+0.00008rh)+Rh_true ； 其中，Rh_true C3rhrh+C2rh+C1， 其中，Rh_true 为经过线性补偿后的湿度值，rh 为湿度测量值 ,C1、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 LogEW 0.66077+7.5T_C/(237.3+T_C)+log10(rh)-2 Dp (0.66077-logEW)2。
7、37.3)/(logEW-8.16077) 式中 ：T_C 为温度实际值，Dp 为露点。 权 利 要 求 书CN 104503521 A 1/4 页 3 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。
8、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。
9、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。
10、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 47k 的电阻，所述电源通过一个电容值为 0.1F 的电容接地。 0009 进一步的，所述温湿度传感器为 SHT11 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。
11、为低电平，作为所述温湿度传感器的确认信号， 说 明 书CN 104503521 A 2/4 页 4 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。
12、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)(0.01+0.00008rh)+Rh_true 。
13、； 0022 其中，Rh_true C3rhrh+C2rh+C1， 0023 其中，Rh_true 为经过线性补偿后的湿度值，rh 为湿度测量值 ,C1、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 LogEW 0.66077+7.5T_C/(237.3+T_C)+log10(rh)-2 0026 Dp (0.66077-logEW)237.3)/(logEW-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。
14、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 47k 的电阻，所述电源 通过一个电容值为 0.1F 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。 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。。
15、 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。 说 明 书CN 104503521 A 3/4 页 5 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 1 和主机 2。温湿度 传感器 1 采用的是 SHT11 温湿度传感器，SHT11 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，SHT11 温湿度传感器上的引脚 1 接地，成为接地 (GND) 端，SHT11 芯。
16、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。SHT11 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。SHT11 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 47k 的电阻，电源端 与接地端之间还设有一个阻值为 0.1F 的电容。 0034 温湿度传感器 1 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 。
17、度数据存储在其存储器中。同时该 SHT11 温湿度传感器还具有复位功能，可将 SHT11 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 1。 其中，连接SHT11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SHT11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。
18、 ；时钟总线为高电平时，数据总线再次翻转为高电平。SHT11 温湿度传感器开始测量 配电柜内的温度和湿度。 0037 SHT11 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 1 发出启动命令，并将温湿度传感器 1 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 1 的响应。 0039 温湿度传感器 1 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 1 的确认信号。 0040 温湿度传感器 1 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 1 开始测量当前湿度，并在测量结束之后，。
19、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1对湿度和温度的测量结束， 给出从温湿度传感器 1 读取数据的时钟信号。 0043 温湿度传感器 1 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 1 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 1 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。
20、确认信号。 说 明 书CN 104503521 A 4/4 页 6 0047 最后八个时钟下降沿，温湿度传感器 1 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 1 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 1 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，。
21、C1、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+C1 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 SHT11 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 d1+d2t, 0056 其中 t 为温度的测量值，为 14 位的数据，其中 d1 -40,d2 0.01。 0057 温湿度传感器 1 露点计算的公式为 ： 0058 露点是一个特殊的温。
22、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 LogEW 0.66077+7.5T_C/(237.3+T_C)+log10(rh)-2 0060 Dp (0.66077-logEW)237.3)/(logEW-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 1 是否响应 ； 0065。
23、 温湿度传感器 1 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 1 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 1 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。 说 明 书CN 104503521 A 1/1 页 7 图1 图2 图 3 说 明 书 附 图CN 104503521 A 。