基于無線式在線溫度測控裝置設計與應用

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計與應用

馬立方,張 東
（豐縣供電公司,江蘇 徐州221000）

摘 要：電力設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，是設備在運行期間存在的重大隱患。針對城鄉電網變電設備數量眾多、布局分散的現狀，設計開發了配變設備無線式在線溫度測控裝置。該裝置采用2.4G無線通信將溫度數據發送給無線溫度采集器，然后將溫度采集器的溫度進行收集、顯示并通過RS485通信總線進行組網，從而將數據收集到當地后臺進行全站的顯示及監控或接入通信管理機進行遠傳以實現更好的實時監測。

關鍵詞：無線測溫系統；數據監測；嵌入式系統；STM32；μC/OS-II

0 引言

電力設備的安全可靠性是大規模輸配電和電網安全保障的重要環節。在現代電力傳輸系統中,高壓開關柜是發電廠、變電所中的重要設備, 而柜內導電連接處的接觸特性直接影響到開關柜工作的可靠性。由此產生的故障時有發生。這些故障一方面來自開關柜本身的質量問題, 更重要的原因在于目前缺乏針對開關柜的有效監測手段。其中對柜體接觸頭及母排的溫度監測是尤為重要的，為此我們設計開發的無線式在線溫度測控裝置能有效實時的對其進行溫度的監測。

1　簡介

目前針對溫度監測的方式大致分為三類：柜外紅外成像、柜內紅外探頭測溫、傳感器觸點測溫。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測溫將傳感器接觸在想要測的測溫點，然后再將采集到的溫度通過無線的方式在傳到采集器上，這樣就能很好的監測到柜體內各點的溫度。

2　系統原理

本設計基于業內領先的微計算機技術、無線通信技術、超低功耗設計等技術實現，可安全可靠的應用于發電廠、配變電站、廠礦企業配 變電室、電纜、變壓器、斷路器、互感器、電力電容等電力設備的在線溫度檢測。可24小時全天候、無遺漏地在線監測溫度，并實現超溫報警。

無線測溫產品由無線溫度傳感器和無線溫度采集器兩部分構成。無線溫度傳感器直接安裝在溫度監測點上，采用電池供電，并通過2.4GHz無線通信將溫度數據發送給無線溫度采集器。一般每個開關柜或電力設備上安裝一臺無線溫度采集器，將本設備上各監測點的溫度進行收集、顯示。多臺設備上安裝的無線溫度采集器之間可以通過RS485總線進行組網，從而將數據收集到當地后臺進行全站的顯示或接入通信管理機中進行遠傳。

3　設計方案

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芯片進行溫度檢測，并通過2.4GHz信號向外進行發送給溫度采集器。無線溫度傳感器采用長壽命鋰電池獨立供電，與采集器之間無電的直接聯系，因此不會對設備絕緣帶來影響。傳感器的關鍵部件采用阻燃、耐高溫設計，電池可長期短路無爆炸風險，可長期安全可靠運行。

溫度傳感器的硬件設計采用的是CC2530和CC2591射頻芯片，通過這兩個芯片向外發射無線信號給溫度采集器。該兩款芯片的主要特點是：

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

（2）8kBRAM用于更為復雜的應用和Zigbee應用；

（3）在掉電模式下，只有睡眠定時器運行時，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，用于和通信管理機或上位機通訊。當采用RS485通訊時，波特率可選300、600、1200、2400、4800、9600bps，默認情況下為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、低功耗的嵌入式應用設計的。此次設計采用的芯片工作頻率為72MHz，內置高達256K字節的Flash存儲器和48K字節的SRAM，具有豐富的通用I/O端口。此外，本平臺移植的μC/ OS-II嵌入式實時操作系統，是一個基于搶占式的實時多任務內核，可固化、可裁剪、高穩定性和可靠性。

4　性能指標

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1度，定時發送周期4分鐘左右。

4.2 溫度采集器

（1）可管理傳感器數最多36只；（2）圖形點陣LCD顯示；（3）通訊口：RS485波特率支持，300、600、1200、2400、4800、9600；最大接點數：32個；最遠通信距離：小于1200米（取決于現場條件）；（4）工作電源：DC/AC 220V±20%；（5）整機功耗＜5W；（6）采集器重量＜0.5KG；（7）環境條件：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雷擊浪涌沖擊試驗標準第4級（4kV）。

5　結束語

文中采用的嵌入式實時操作系統，既能夠實時調度資源響應突發事故，又保證了低功耗，延長了溫度傳感器的使用壽命。達到了無線溫度測控的目的。

參考文獻：

[1]王永勝.智能儀表技術及工業自動化應用發展探討[J].自動化博覽,2009(06):44-47.

[2]勾慧蘭.劉光超 基于STM32的最小系統及串口通信的實現-工業控制計算機2012(09).

[3]童詩白.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2011. [4]閻石.數字電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2008.

[5]Snyder,Jesse. Dealer-led drive ousts Miami mayor[J]. Automotive News,2011,Vol.85:26-32.