崔健　賈宇

摘 要：本文針對高壓開關柜高電壓和強電磁場的工作環(huán)境，設計低端和高端溫度測量模塊接收模塊電路，使用無線電頻率傳輸模式可以解決高電壓信號隔離的問題，并通過互感實現(xiàn)了溫度測量模塊的電源。該設計是基于高壓總線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)的無線傳輸，實現(xiàn)了溫度、實時報警和總線控制的功能。

關鍵詞：無線信號傳輸；高壓設備；測溫模塊；單片機

中圖分類號：TM762 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）22-0169-02

1 前言

在智能電網(wǎng)建設中，國家對電力設備、信息采集和數(shù)據(jù)通信的監(jiān)控是最基本的功能。發(fā)電廠或變電站高壓總線工作很長一段時間在大電流、高電壓、母線接觸點和各關節(jié)由于老化、松動、氧化等原因會使接觸電阻增大，導致設備加熱、熔化、泄漏，如安全失敗，甚至引起火災，所以高壓總線溫度監(jiān)測是非常重要的。目前，成熟的溫度測量方法有紅外測溫、分布式光纖測量方法、無線溫度測量等。紅外測溫是一種間接測量溫度的方法，但高壓設備部件可以相互遮擋，影響溫度測量結果。同時還需要紅外地圖識別，不利于推廣。光纖溫度測量方法，抗干擾能力強，但復雜接線，支持分析儀尺寸偏大，不易安裝，光纖使用易受污染很長時間，雨腐蝕問題也導致絕緣的減少。比較幾種主流的方法測量溫度，無線溫度測量方法是一個比較理想的溫度測量方案，其安裝簡單、靈活的布局，無線溫度測量模塊是直接安裝在高壓母線的每個部分的聯(lián)合，測點的潛力，并通過無線傳輸?shù)浇邮掌鞯木嚯x，因此，高壓側溫度測量模塊和接收方的低壓側電氣隔離，可以解決高壓絕緣問題，但系統(tǒng)需要一個外部電源，電池壽命直接影響無線的長期工作溫度測量模塊?？傮w而言，供電問題一直制約著無線傳感器網(wǎng)絡技術的應用。

2 系統(tǒng)的工作原理

2.1 系統(tǒng)構成

智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)在物理和功能兩方面采用分層分布式結構，保證系統(tǒng)配置的靈活性和功能配置的便利性。系統(tǒng)分為三層：采集層、采集層和監(jiān)測層。第一層是由計算機組成的用戶監(jiān)視層。第二層是信號中的連接飛行，由無線電頻率收發(fā)器CC2430組成。第三層是溫度收集器，由數(shù)字溫度傳感器DS18B20、rf CC2430、天線和電池組成。

2.2 系統(tǒng)實現(xiàn)方式

無線溫度測量終端由高能鋰離子電池，使用數(shù)字作品，是附著在頭發(fā)的熱點溫度傳感器，和連接數(shù)據(jù)線和溫度測量主機（溫度傳感器和溫度測量主機無線測溫終端），終端在高壓電器附件，如潛在的監(jiān)測設備運行狀態(tài)。無線溫度傳感器將溫度信號無線發(fā)送到無線融合終端。無線收斂終端可以接收多個溫度測量終端的數(shù)據(jù)。對于無人值守站，通過RS232或以太網(wǎng)接收數(shù)據(jù)的無線采集終端，將溫度數(shù)據(jù)提交給調(diào)度自動化系統(tǒng)或視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將信息集成在一起，構建完整的監(jiān)控系統(tǒng)的無縫集成[1]。

3 無線測溫系統(tǒng)軟件

監(jiān)控程序是一種實時的溫度監(jiān)測軟件，其功能是解析無線終端發(fā)送的數(shù)據(jù)包，信息提取的溫度，實時溫度曲線繪制歷史記錄或存儲，溫度報警閾值可以提前設置，具有溫度報警功能。不同版本的監(jiān)控軟件可以同時收到，數(shù)據(jù)可以通過互聯(lián)網(wǎng)或以太網(wǎng)直接接收。還可以按級別上載數(shù)據(jù)級別，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到主席團數(shù)據(jù)中心，作為歷史數(shù)據(jù)的備份。您可以隨時檢查數(shù)據(jù)歷史曲線。

4 硬件設計

4.1 測溫模塊電路

溫度測量模塊電路由單片機模塊、測溫傳感器、無線發(fā)射機模塊和電源組成。采用STC12LE5402AD低功耗、強抗干擾單片機，其工作電壓為2.4V-3.8V，內(nèi)部供電系統(tǒng)不畏懼功率抖動通過特殊處理。用戶程序區(qū)域為4K，有系統(tǒng)可編程ISP/在應用程序可編程IAP函數(shù)中，可通過串口RXD/TXD（J2接口）下載程序，并集成MAX810特殊復位電路和監(jiān)視電路。

使用DSl820溫度傳感器，傳感器測量范圍從55+125，可以在1s轉(zhuǎn)換為數(shù)字溫度，溫度可以設置9，10，11和12的二進制轉(zhuǎn)換精度，系統(tǒng)選擇12轉(zhuǎn)換精度，傳感器和單片機的DQ結束P1.0相連，通過單總線的軟件模擬DS18B20的時機。多個DS18B20傳感器可與單總線連接，實現(xiàn)同一總線上的多點測溫。除了從發(fā)射功率、接收靈敏度、外圍器件、穩(wěn)定性、低功耗、數(shù)據(jù)傳輸速率等方面考慮外，還有許多類型和數(shù)量的無線收發(fā)芯片。還有考慮其生產(chǎn)成本，設計中無線發(fā)射模塊采用MRF02，該模塊可工作在433、868、915MHZ三個頻段，和MRF01無線接收FSK模塊配對使用，組成一個完整的收發(fā)系統(tǒng)。MRF02還集成了SPI數(shù)字接口，它與MCU內(nèi)部集成的SPI接口相連接，可以通過軟件設置精確地調(diào)整各種射頻參數(shù)。在這個系統(tǒng)中，使用了433M頻段，傳輸速率為9600BPS，當發(fā)射許可時，無線發(fā)射位時鐘在模塊的NIRQ pin上輸出，數(shù)據(jù)位輸入模塊的SDI引腳。天線采用50歐元的螺旋天線[2]。

溫度測量模塊在高壓母線30KV終端工作。由于高電壓的存在，不能使用外部電源，高壓側必須提供電源。利用互感功率可以解決這個問題。設計電流互感器安裝在高壓總線上，通過改變變壓器次級線圈匝數(shù)，在50初級線圈電流、二次線圈的感應獲取10v交流電壓，工作電流變化很大，為了保證感應線圈能提供穩(wěn)定的電源，選擇合適的芯材，采用磁飽和的核心原理，小鐵芯是正常勵磁電流，大電流鐵心飽和，提供較小的功率變化。再次與交流斬波電壓調(diào)節(jié)的方法，由大功率晶閘管開關迅速、斬波電路可以控制通過控制開關時間負載電壓，實現(xiàn)穩(wěn)定的流量和壓力調(diào)節(jié)的目標，然后通過橋式整流，濾波電路對溫度測量模塊電路提供了一個良好和穩(wěn)定的電力供應。

4.2 接收模塊電路

接收模塊電路由MCU模塊、無線接收模塊和rs-485通信接口組成。MRF01無線接收模塊用于接收來自6通道發(fā)射模塊的信號，該模塊由SPI接口和MCU連接。射頻參數(shù)可通過軟件設置進行調(diào)整。當模塊的FIFO接收緩沖區(qū)接收數(shù)據(jù)時，它的NIRQ引腳電平就會降低，MCU通過SPI接口讀取數(shù)據(jù)，而引腳電平會變得更高。使用發(fā)光二極管和蜂鳴器來指示溫度報警點。

接收模塊與主機之間的通信采用rs-485接口。為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，單片由光電耦合器和MAX485連接分開，并使用單獨的電源。在A和B中，將電視機添加到線路中，可以瞬間吸收高電壓干擾脈沖，進一步提高抗超壓能力。信號輸出的A和B MAX485系列102Ω阻力，減少本機硬件故障影響整個總線的通信。考慮到設計的RS485總線接口芯片設計的每個節(jié)點的通信和控制的穩(wěn)定性和可靠性，該芯片通過光電耦合器逆變驅(qū)動器MAX485 TE側實現(xiàn)了邏輯的控制，這樣就可以使CPU的控制引腳為高或者異常復位時使MAX485始終處于接收狀態(tài)，因此，從硬件上可以有效地避免節(jié)點對整個系統(tǒng)的影響[3]。

5 智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)與傳統(tǒng)監(jiān)測的比較

工作過程的智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)，因為需要監(jiān)控設備的組件安裝在熱組件，該系統(tǒng)將有助于推進實時精確的連續(xù)監(jiān)測設備部分，根據(jù)每一刻的溫度數(shù)據(jù)變化得出結論，電力設備在不同部位的溫度變化規(guī)律，從而幫助監(jiān)測人員，以確保電力設備的正常運行，以避免造成的問題的溫度設備停止工作，確保員工的安全。

6 結語

本文提出并開發(fā)了基于無線通信的高壓設備溫度監(jiān)測系統(tǒng)，適用于高壓系統(tǒng)的溫度監(jiān)測，也適用于高壓系統(tǒng)參數(shù)在線監(jiān)測。主要介紹了無線溫度測量模塊的前端設計，成功地解決了棘手突出的無線溫度測量系統(tǒng)供電問題很長一段時間，延長電池壽命周期，這種電源基礎上收集能量法可以應用于很多的低功耗無線傳感器網(wǎng)絡應用程序環(huán)境。本研究將為建立高壓電力系統(tǒng)在線監(jiān)測網(wǎng)絡奠定基礎。

參考文獻

[1]高亦樂.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的溫度采集模塊與在線監(jiān)測系統(tǒng)[A].中國職協(xié)2013年度優(yōu)秀科研成果獲獎論文集[C]，2013.

[2]徐波，楊帆.高壓開關柜無線測溫系統(tǒng)的研究[J].電測與儀表，2012，（10）：91-92.

[3]朱俊杰，李美成.無線傳感器微能源自供電技術研究[J].可再生能源，2012，（11）：55-57.