高壓開(kāi)關(guān)觸頭溫度實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)監測系統的設計與實(shí)現
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無(wú)線(xiàn)通信容易受到干擾，發(fā)送的數據越長(cháng)受到干擾的程度越大，同時(shí)功耗也越大，所以設計中遵循的原則是：即要滿(mǎn)足應用需求又要保證數據的可靠和低功耗。對變送器無(wú)線(xiàn)模塊的配置：可配置頻道達170個(gè)，頻道的選擇與DI地址綁定，就可以確保各個(gè)DI所組成的網(wǎng)絡(luò )不沖突；工作頻段為433 MHz；發(fā)射功率為-10 dBm，實(shí)測傳送距離可達50 m，已滿(mǎn)足現場(chǎng)應用需求；為了提高穩定性，開(kāi)啟自動(dòng)重發(fā)功能；發(fā)送和接收地址都為1 B，發(fā)送和接收字節都為4 B；禁止參考時(shí)鐘輸出，以降低功耗；CRC校驗為8 b模式；雖然無(wú)線(xiàn)數據包中已經(jīng)包含了地址匹配和CRC校驗，但是為了數據傳輸更可靠，數字幀中加入DI地址和變送器地址作為數據包的識別碼；則變送器發(fā)送至DI無(wú)線(xiàn)數據包格式如表1所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/188589.htm
2．4 低功耗設計
變送器中功耗最大的是無(wú)線(xiàn)模塊，其他器件耗電量很小，而且大部分時(shí)間工作在休眠狀態(tài)下。當nRF905處于接收狀態(tài)時(shí)，工作電流約為9 mA；處于發(fā)送狀態(tài)時(shí)，工作電流約為12．5 mA(輸出功率為-10 dBm時(shí))。如果無(wú)線(xiàn)模塊一直運行，那么電池很快就會(huì )被耗盡。為了降低功耗，同時(shí)又保證數據通信暢通，根據系統對溫度測量的需求，變送器只發(fā)送數據不接收數據，無(wú)數據發(fā)送時(shí)，無(wú)線(xiàn)模塊進(jìn)入休眠狀態(tài)，無(wú)線(xiàn)模塊休眠時(shí)功耗小于2μA；發(fā)送數據采用間歇式工作，當溫度數據無(wú)異常，1 min上傳一次數據，當溫度數據異常時(shí)，立即上傳數據；無(wú)線(xiàn)模塊的休眠至開(kāi)始發(fā)送數據時(shí)間tstart-up0．2 ms，前導碼發(fā)送時(shí)間tpreamble0．2 ms，無(wú)線(xiàn)數據包長(cháng)度N all=6 B，傳輸速率BR=50 Kb／s，數據發(fā)送完畢至無(wú)線(xiàn)模塊休眠時(shí)間toff0．2 ms，則發(fā)送一次數據包時(shí)間Tsend為：
無(wú)線(xiàn)模塊的平均工作電流(μAh)=發(fā)送電流?Tsend?次數+休眠功耗=12．5×1．46×60／3 600+2=2．31μAh
單片機休眠時(shí)功耗小于2μA，變送器的靜態(tài)平均電流小于4．31μA，因此若變送器平均工作電流以5μh計算：
使用時(shí)間(年)=電池容量(Ah)／365(天)／24 h／平均電流(μAh)×1 000 000=1／365／24／5×1 000 000△22．8(年)
因此，理論計算用1 Ah的電池可供變送器工作22．8年。
經(jīng)實(shí)測，變送器發(fā)送一次數據的總時(shí)間T總=喚醒時(shí)間+Tsend+進(jìn)入休眠時(shí)間=1．6 ms，發(fā)送數據時(shí)的電流為14 mA，靜態(tài)時(shí)的平均電流為5．5μA，則1 Ah的電池可供變送器工作19年，已滿(mǎn)足設計需求。
2．5 抗電磁干擾設計
變送器貼附于母排接頭表面和接近開(kāi)關(guān)觸頭的觸臂上，而母排或觸臂上有大電流流過(guò)，會(huì )形成較大的電磁場(chǎng)，對變送器造成很大的電磁干擾，因此，必須采取一定的屏蔽措施來(lái)保證變送器的可靠運行。變送器的實(shí)物剖面圖如圖6所示，除天線(xiàn)外接，其他所有電路包裝于一屏蔽的盒內，最大程度減少電磁輻射對變送器的干擾；溫度傳感器貼附在導熱片上，變送器的導熱片一面貼于被測量的監測點(diǎn)上，盒內空間全部灌膠；為了提高絕緣性能，用熱縮管包裹整個(gè)變送器。
3 數據集中顯示器(DI)的設計
DI主要完成對各變送器的數據收集、處理、存儲、LCD顯示、報警信號輸出和與監控中心通信等功能。其結構如圖7所示，處理器選用具有ARM7內核的32位高性能微處理器LPC2136；存儲模塊用于存儲系統的配置信息和各種數據；實(shí)時(shí)時(shí)鐘為系統提供精確時(shí)間；ID設置用于設置本機ID；無(wú)線(xiàn)模塊nRF905實(shí)時(shí)偵聽(tīng)是否有變送器的數據；電源適配器將220 V市電轉換成+12 V和+5 V，給DI供電；RS 485用于與監控中心的PC機通信；系統報警輸出所需的聲光報警經(jīng)繼電器隔離實(shí)現；LCD人機交互用于顯示當前各變送器的溫度數據信息和DI的重要信息，現場(chǎng)用戶(hù)可執行輸入、輸出操作，如變送器信息查詢(xún)和設置，DI運行日志查詢(xún)和配置等。為了實(shí)現對各種功能方便可靠操作，軟件設計上移植了實(shí)時(shí)性較好的μC／OS-Ⅱ作為操作系統。
4 應用效果
監控中心PC機客戶(hù)端軟件監控主界面如圖8所示，從圖中可以看出實(shí)時(shí)刷新溫度值均在33℃左右。圖9為DI管理界面，可修改DI的基本信息、控制信息和配置信息；圖10為歷史數據查詢(xún)曲線(xiàn)圖，為高壓柜101的A相接觸點(diǎn)250條歷史記錄曲線(xiàn)。
5 結 語(yǔ)
本系統結合現場(chǎng)應用條件，采用鋰電池供電和無(wú)線(xiàn)數據傳輸方式，并且采取了絕緣和抗電磁干擾措施，很好地解決了高低壓隔離、低功耗和抗強電磁干擾的技術(shù)難題，使本系統在可靠性、擴展性、成本低和安裝維護方便等方面均具有突出優(yōu)勢，可廣泛應用于高電壓環(huán)境的溫度在線(xiàn)監測領(lǐng)域。
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