基于MSP430單片機的二次間設備無線輸電控制系統

趙緯明　楊夢

摘 要： 本文主要介紹基于MSP430F5529單片機的二次間設備無線供電、溫度實時監測顯示的控制系統設計。設計系統采用MSP430F5529單片機作為中控芯片，配合溫度傳感器及液晶顯示屏實現了多功能、遠距離、大功率傳輸電能，便捷智能的為二次間設備輸電。

關鍵詞： 無線輸電；二次間設備；MSP430

0 引言

根據國家發展改革委、國家能源局對電力行業發展進行的“十三五”規劃計劃，電力需求預測方面，我國的工業化還處于大力發展階段，加快全國城鎮化腳步。在經濟飛速增長的同時，對于電力行業要求更為嚴格，預計全國裝機容量安排，2020年全國所有的電力裝機總量將到達20.7億千瓦，比2014年增7.0億千瓦。對一次設備、二次設備的需求也增大，電網投資擴大，電源裝機容量滿足社會生產生活。其中，一次設備主要是供電側、二次設備的主要工作是控制、保護、檢查和測量。優化二次間設備對“十三五”規劃的成功穩步實施具有實用意義，并具有廣闊的應用前景。

1 控制系統的基本結構

該控制系統實現的主要功能有：遠距離的無線大功率傳輸，傳輸效率高、速度快、節約耗電量，為二次間設備室內的通信設備、遠動終端等設備自由可控的進行充放電。本控制系統，以MSP430F5529單片機為控制核心，結合其他電源電路組件，實現軟硬件部分的功能。

1.1無線輸電功能

目前的無線輸電技術主要有三種形式：（1）電磁感應技術；（2）電磁耦合共振技術；（3）基于微波或光波的原場輻射技術[1]。設計的無線供電系統功能，采用的是電磁耦合共振方式進行能量傳輸，傳輸方式利用的電磁共振耦合的原理，利用電能轉換成磁場，實現電力能量的進行的高效輸送。無線供電能量傳輸系統屬于疏松耦合系統，傳輸效率較低，通過改變線圈形式及原件旋轉來提高傳輸效率。為了提高輸電系統的傳輸能力，變換器采用高頻變換器，可分離變壓器是無接觸式輸電系統中最為重要的組成部分，其性能的優良決定整個系統的穩定性。

本文中的控制系統由最小系統、振蕩器、整流濾波、發射電路、接收電路、耦合線圈組成。其大致流程如下：

經實驗分析本文敘述的無線輸電功能具有技術先進、結構穩定可靠、制造成本低廉等優點，可基本滿足二次間設備所需的供電需求。

1.2 二次間室內測溫功能

根據國家電網安監（2009）664號國家電網公司電力安全工作規程里的規定，二次間設備的溫度需專人專時檢查。本控制系統的的溫度檢測使用溫度傳感器18B20與單片機最小系統連接，溫度檢測傳感器18B20，經過單片機讀取數字值，在單片機內進行轉換，最終通過由單片機驅動LCD1602顯示器，將溫度按要求顯示出來，進行實時溫度顯示、檢測，從而起到對二次間設備的監測。

溫度測量是最基礎必要的檢測指標，實現測溫功能對于監控二次間設備的運行工況，智能電網的完全施行都起到重要作用。

1.3 人機交互功能

用戶可以通過LCD1602液晶顯示器與鍵盤等可輸入輸出的外部設備控制二次間充電設備的選擇。人機交互功能可以簡單便捷的實現用戶與單片機之間的信息溝通，使本控制系統更加智能化。

2系統硬件設計

2.1無線輸電芯片選擇

根據實驗討論本系統選取了電磁耦合共振式無線輸電，該方式需要大功率、高效率、遠距離的電能傳輸，設計采用XKT-409-25無線供電模塊。該模塊則采用的電壓自適應技術，這種技術則為最先進的設計，具有不用更改原設計電路，就可直接在多有的電壓值內工作的特點。其高穩定性也是使無線輸電功能得以實現的重要原因。

XKT-409-25模塊則是一種用于無線輸電系統的模塊，制作簡單便捷，無需復雜的外圍電路，其穩定性高、效率高。而無線輸電的接收部分也采用電磁耦合共振式的工作原理，與發射端相同，接受采用相同的方式，將接受的磁場能量轉化為電力能量，經過濾波、整流、穩定等一系列電力信息處理，將穩定的電力能量供給給二次間設備。

2.2測溫芯片選擇

DS公司的溫度傳感器18B20是一種單線的數字溫度傳感器，信號傳送采用單總線接口方式，就是MSP430F5529與測溫傳感器18B20連接，僅需要一條線，就能實現數據讀取與送達。此接口方式尤其適用于二次間設備繁多，干擾強的環境，測溫傳感器外圍不需要再連接任何元件，測溫范圍在-55攝氏度與+125攝氏度之間，符合二次間設備的溫度區間，轉換效率高，同時與MSP430F5529單片機相通訊，實時顯示完成功能設計。

LCD1602液晶顯示器具有橫行16個、豎行2個的顯示器，能夠顯示字母、數字、符號等圖形，，具有顯示質量高，數字式接口，功耗低，體積小質量輕等特點，可以滿足無線輸電的控制系統測溫的顯示要求。

2.3單片機選擇

二次間設備需要大功率、高效率的供電才能滿足電網的配電工作，經綜合考慮選用MSP430F5529單片機作為控制芯片。MSP430F5529的芯片是高效的16位RISC體系結構。所有的指令操作，其中尋址方式包括七種源操作數的尋址模式、四種目的操作數等。MSP430F5529芯片同時具有一個活躍模式與六個軟件可選的低功耗模型操作，同時還有一個中斷事件喚醒設備。RAM內存由N個扇區組成，每個扇區可以完全關閉以防止泄露防止導致數據丟失。所有的I/O端口均可以獨立編程。同時允許任何組合的輸入輸出和中斷條件。所有的端口上拉或下拉都是可編程的，且都具有編程驅動能力。MSP430F5529單片機配置，已經集成了USB層和物理層支持USB2.0，集成了四個十六位定時器，和一個高性能的十二位模擬數字轉換器。具有兩個通用串行通信接口，硬件乘法器、DMA、實時時鐘模塊與報警功能，和63個I/O口線，由于單片機具有種種特點，設計驅動與存儲結構均符合系統的設計要求，是十分理想的核心芯片。

3系統軟件設計

本控制系統的各部分程序設計均按照標準的程序開發模塊進行規范化設計，包括端口驅動程序、溫度傳感模塊程序、液晶顯示模塊程序等。規范化設計、標準程序開發，模塊化大大增加程序的可讀性和延展性，為完善后續控制功能奠定了基礎。所有的軟件開發使用C語言代碼表達描述，在CCS集成環境中完成軟件的開發和編譯。

4總結

設計無線輸電控制系統對二次間設備進行無線供電，具有以下優點：

實現無線輸電，為二次設備方便快捷的充電，減少龐大復雜的線路布置，使二次間更為簡潔，減少故障點；單片機運行速度快，可實現人機交互，通過單片機控制實現智能化；測溫功能穩定準確，保護二次設備，液晶屏顯示溫度，直觀便捷。

參考文獻

[1]趙相濤. 無線輸電技術研究現狀及應用前景[J]. 科技信息，2011，（10）：122-123.