電纜接頭無線測溫裝置設計

劉勇　黃茂云　張東升

摘 要：在電力電纜線路中，電纜的終端頭和中間頭最易受損，電纜接頭故障將引起安全事故，影響生產。本設計主要借助無線通訊的方式對電纜局部接頭進行溫度的實時監測與反饋。其由溫度采集器、供電電路、通信收發模塊組成，微功耗處理器采集、計算、處理所產生的實時溫度數據向接收裝置以無線通訊的方式傳輸。

關鍵詞：電纜接頭；溫度監測；無線通訊；抗干擾

1 概述

我國電力系統正處在特殊的發展階段。雖已構建了多個現代化區域電網和省級電網，但安全穩定水平還不高。在電力供電系統運行過程中，如果因自然及各種意外因素而使電纜接頭產生損傷，最終可能產生影響社會穩定的安全故障。為及早發現并處理異常，從而避免不必要的經濟損失，采用在線監測技術在不打開外部復雜機構的情況下，連續或規律性的獲得電力設備工作信息，使高壓系統及輸配電網絡排除隱患的同時維持運行。

2 電纜接頭溫度測量體系設計

監控計算機即上位機和測溫分部（溫度傳感器、采集器組成的下位機）[2，3]通過通信網絡連接成無線測溫系統的整體。溫度采集器的溫度信號來源于通信系統的傳遞，而數字溫度傳感器DS18B20[1]對監測點溫度的監測將產生信號，同時將溫度信號以無線形式進行轉達。計算機在線溫度監測系統由溫度采集器和監控計算機以RS485通信網絡連接[4]而成，系統采用以溫度采集器的單片機為控制核心的主從分布式結構，監控計算機將這些數據進行處理、顯示、打印，并將各種控制命令傳給各個從機，從而達到集中處理控制的最終目的。

3 溫度采集模塊設計

3.1 溫度采集模塊整體設計

微功耗微處理器通過對數據的采集、計算和判斷，并以無線通訊方式向接收裝置傳輸實時溫度數據以此構成電氣設備的溫度測量系統。室內、外設備電纜接頭分別采用紅外通訊方式和無線射頻通訊。數據傳輸分為兩步，第一步是接收裝置通過無線通訊與各個子溫度采集器進行數據交流，第二步以RS485/CAN網絡為媒介將數據傳到變電站集中器。

3.2 溫度傳感器的選擇

此處使用美國Dallas公司的DS18B20數字式溫度傳感器，該傳感器能夠按照我們需要測量的數據經過簡單的軟件調試實現9位和12位的數值讀數方式，并且能夠在較短的時間內將數據值轉化9位和12位的數字量，使系統更簡潔可靠。

3.3 MCU芯片的選取

本次設計選用AT89C51單片機，AT89C51單片機使用廣泛，并且它的處理精度完全符合我們的設計要求，在51系列單片機中它的功耗較低，能夠為我們節省電源，因此有較強功能的AT89C51單片機可被應用到控制領域中[4]。

3.4 供電方案

室內檢測器因為采用紅外通訊，該設計的功耗低，并且高壓設備對絕緣要求比較高，綜合以上因素就選擇普通電池供電。戶外的檢測器，因采用無線射頻通訊，功耗較大，故選用太陽能電池供電。

4 無線通訊方式設計

室內檢測器的通訊方式選用MCP2120作為紅外編碼器，紅外譯碼器選用TFDU4100[1]，其成本低并且操作簡便。室外檢測器則采用無線收發一體數傳MODEM模塊PTR2000芯片，采用無線射頻方式。

5 抗干擾設計

綜合各種因素，硬件抗干擾設計中選用RC濾波器。由于干擾存在的隨機性，只用硬件抗干擾措施是不夠的，必須加上軟件抗干擾方式，這才能使整個系統運行更加穩定與可靠。

由于干擾信號能夠在模擬量輸入通道進行作用，我們必須對微小的模擬量信號進行多次采樣，然后通過比較和處理所采樣的序列值進而給出一個比較可信的轉換值，不讓A/D轉換結果的真實值偏離。這是硬件濾波方法所不能達到的，因為軟件濾波算法擁有很強的靈活性。

由于程序“跑飛”情況的出現，當干擾信號作用到單片機上時，單片機將不能以正常狀態執行程序，這必將導致程序執行混亂。如果我們在這些關鍵的地方加入單字節的空操作指令，這就可以有效的避免程序“跑飛”的情況，使程序運行正常。

6 軟件設計

整個軟件系統主要有以下幾部分：單片機主程序、DS18B20復位與檢測子程序、讀溫度子程序、溫度數據處理子程序、無線傳輸子程序、中斷子程序、開機自檢子程序、溫度顯示子程序等。單片機系統開機后，利用DS18B20讀取外接溫度，后將溫度進行數據處理，處理結果經由無線傳輸子程序傳送并顯示出來。

7 結束語

本設計以AT89C51單片機為控制核心，用溫度采集模塊采集電纜接頭溫度信息，利用無線通訊技術將采集的電纜溫度信息傳送給監控計算機系統，從而實現對電纜接頭溫度的實時監控。并加入抗干擾設計，能夠保證溫度監控系統長期穩定可靠的工作，為電力傳輸的安全運行提供可靠保證。

參考文獻

[1]甘洪.基于無線通訊技術的電氣設備溫度檢測的研究[D].重慶大學，2014.

[2]秦國防.分散型高壓電氣設備溫度巡回監測系統的研制[D].重慶大學，2007.

[3]史麗萍，陳志杰，侯運生，等.基于紅外傳輸的無線測溫系統的設計[J].工礦自動化.2010，36（8）：23-25.

[4]史麗萍，陳志杰，靳慧.無線測溫系統的改進設計.[EB/OL].豆丁網.http：//www.docin.com/p-243362017.html&endPro=true.

作者簡介：劉勇（1986-），男，山西太原人，碩士研究生，助理實驗師，主要研究領域為電路電子。