基于無線式在線溫度測控裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馬立方,張 東（豐縣供電公司,江蘇 徐州221000）

基于無線式在線溫度測控裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用

馬立方,張 東
（豐縣供電公司,江蘇 徐州221000）

摘 要：電力設(shè)備本體及接頭等部位都具有裸露高壓，通常的溫度測量方法都無法有效解決高壓絕緣問題，是設(shè)備在運(yùn)行期間存在的重大隱患。針對城鄉(xiāng)電網(wǎng)變電設(shè)備數(shù)量眾多、布局分散的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)開發(fā)了配變設(shè)備無線式在線溫度測控裝置。該裝置采用2.4G無線通信將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給無線溫度采集器，然后將溫度采集器的溫度進(jìn)行收集、顯示并通過RS485通信總線進(jìn)行組網(wǎng)，從而將數(shù)據(jù)收集到當(dāng)?shù)睾笈_進(jìn)行全站的顯示及監(jiān)控或接入通信管理機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)傳以實(shí)現(xiàn)更好的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

關(guān)鍵詞：無線測溫系統(tǒng)；數(shù)據(jù)監(jiān)測；嵌入式系統(tǒng)；STM32；μC/OS-II

0 引言

電力設(shè)備的安全可靠性是大規(guī)模輸配電和電網(wǎng)安全保障的重要環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代電力傳輸系統(tǒng)中,高壓開關(guān)柜是發(fā)電廠、變電所中的重要設(shè)備, 而柜內(nèi)導(dǎo)電連接處的接觸特性直接影響到開關(guān)柜工作的可靠性。由此產(chǎn)生的故障時(shí)有發(fā)生。這些故障一方面來自開關(guān)柜本身的質(zhì)量問題, 更重要的原因在于目前缺乏針對開關(guān)柜的有效監(jiān)測手段。其中對柜體接觸頭及母排的溫度監(jiān)測是尤為重要的，為此我們設(shè)計(jì)開發(fā)的無線式在線溫度測控裝置能有效實(shí)時(shí)的對其進(jìn)行溫度的監(jiān)測。

1　簡介

目前針對溫度監(jiān)測的方式大致分為三類：柜外紅外成像、柜內(nèi)紅外探頭測溫、傳感器觸點(diǎn)測溫。前兩種測溫方式都是基于紅外線方式，對其光線的采集要求較高，而且柜體內(nèi)往往遮擋較多，光線不是很好因此這不利于推廣。而第三種方式通過傳感器觸點(diǎn)測溫將傳感器接觸在想要測的測溫點(diǎn)，然后再將采集到的溫度通過無線的方式在傳到采集器上，這樣就能很好的監(jiān)測到柜體內(nèi)各點(diǎn)的溫度。

2　系統(tǒng)原理

本設(shè)計(jì)基于業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的微計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)、超低功耗設(shè)計(jì)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)，可安全可靠的應(yīng)用于發(fā)電廠、配變電站、廠礦企業(yè)配 變電室、電纜、變壓器、斷路器、互感器、電力電容等電力設(shè)備的在線溫度檢測。可24小時(shí)全天候、無遺漏地在線監(jiān)測溫度，并實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警。

無線測溫產(chǎn)品由無線溫度傳感器和無線溫度采集器兩部分構(gòu)成。無線溫度傳感器直接安裝在溫度監(jiān)測點(diǎn)上，采用電池供電，并通過2.4GHz無線通信將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給無線溫度采集器。一般每個(gè)開關(guān)柜或電力設(shè)備上安裝一臺無線溫度采集器，將本設(shè)備上各監(jiān)測點(diǎn)的溫度進(jìn)行收集、顯示。多臺設(shè)備上安裝的無線溫度采集器之間可以通過RS485總線進(jìn)行組網(wǎng)，從而將數(shù)據(jù)收集到當(dāng)?shù)睾笈_進(jìn)行全站的顯示或接入通信管理機(jī)中進(jìn)行遠(yuǎn)傳。

3　設(shè)計(jì)方案

本無線式在線溫度測控裝置主要由溫度傳感器和溫度采集器兩部分組成。

3.1 溫度傳感器部分

溫度傳感器采用的是ADT7410芯片進(jìn)行溫度檢測，并通過2.4GHz信號向外進(jìn)行發(fā)送給溫度采集器。無線溫度傳感器采用長壽命鋰電池獨(dú)立供電，與采集器之間無電的直接聯(lián)系，因此不會對設(shè)備絕緣帶來影響。傳感器的關(guān)鍵部件采用阻燃、耐高溫設(shè)計(jì)，電池可長期短路無爆炸風(fēng)險(xiǎn)，可長期安全可靠運(yùn)行。

溫度傳感器的硬件設(shè)計(jì)采用的是CC2530和CC2591射頻芯片，通過這兩個(gè)芯片向外發(fā)射無線信號給溫度采集器。該兩款芯片的主要特點(diǎn)是：

（1）高達(dá)256kB的閃存和20kB的擦除周期，以支持無線跟新和大型應(yīng)用程序；

（2）8kBRAM用于更為復(fù)雜的應(yīng)用和Zigbee應(yīng)用；

（3）在掉電模式下，只有睡眠定時(shí)器運(yùn)行時(shí)，僅有不到1uA的電流損耗。

3.2 溫度采集器部分

無線溫度采集器通過2.4GHz無線通信接收傳感器的溫度信號，最多可接入36只無線溫度傳感器，默認(rèn)情況下接入6只。無線溫度采集器具有RS485通訊接口，用于和通信管理機(jī)或上位機(jī)通訊。當(dāng)采用RS485通訊時(shí)，波特率可選300、600、1200、2400、4800、9600bps，默認(rèn)情況下為2400bps。

本溫度采集器采用的芯片STM32F103RC，是STM32系列專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的。此次設(shè)計(jì)采用的芯片工作頻率為72MHz，內(nèi)置高達(dá)256K字節(jié)的Flash存儲器和48K字節(jié)的SRAM，具有豐富的通用I/O端口。此外，本平臺移植的μC/ OS-II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，是一個(gè)基于搶占式的實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，可固化、可裁剪、高穩(wěn)定性和可靠性。

4　性能指標(biāo)

4.1 溫度傳感器

（1）溫度測量范圍-40～125度；

（2）溫度測量精度0.5度；

（3）靜態(tài)功耗＜2uA，平均功耗＜10uA；

（4）使用年限＞6年；

（5）測量周期半分鐘，溫度死區(qū)1度，定時(shí)發(fā)送周期4分鐘左右。

4.2 溫度采集器

（1）可管理傳感器數(shù)最多36只；（2）圖形點(diǎn)陣LCD顯示；（3）通訊口：RS485波特率支持，300、600、1200、2400、4800、9600；最大接點(diǎn)數(shù)：32個(gè)；最遠(yuǎn)通信距離：小于1200米（取決于現(xiàn)場條件）；（4）工作電源：DC/AC 220V±20%；（5）整機(jī)功耗＜5W；（6）采集器重量＜0.5KG；（7）環(huán)境條件：工作溫度：-20～55度，相對濕度：5%～95%無凝露，儲存溫度：-40～80度；（8）工頻耐壓及耐沖擊能力。

耐壓能力：AC2000V, 1Min。

浪涌沖擊：DL/T 721-2000雷擊浪涌沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)第4級（4kV）。

5　結(jié)束語

文中采用的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，既能夠?qū)崟r(shí)調(diào)度資源響應(yīng)突發(fā)事故，又保證了低功耗，延長了溫度傳感器的使用壽命。達(dá)到了無線溫度測控的目的。

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