一種基于Zigbee的中壓饋線柜無線測溫系統(tǒng)

摘 要：文章提出一種基于Zigbee的中壓饋線柜無線測溫系統(tǒng)的方案，該系統(tǒng)中含有一體化熱電偶溫度變送器、Zigbee無線傳輸模塊JN5139芯片、測溫儀系統(tǒng)、PC監(jiān)測站、供能CT電源。所述的JN5139芯片包括MCU、MODEM和天線，MCU將傳感器采集的數(shù)據(jù)處理后，經(jīng)過MODEM調(diào)制后，用天線傳輸給測溫儀系統(tǒng)的無線接收端。所述的測溫儀系統(tǒng)包括無線接收端、MCU、報警LED、EEROM存儲、鍵盤顯示、JTAG接口和通信接口，通過RS485總線與所述的PC監(jiān)測站組建局域網(wǎng)。所述的傳感器、芯片和測溫儀電源通過供能CT變電后獲得。

關(guān)鍵詞：Zigbee無線傳輸；中壓饋線柜；測溫系統(tǒng)；熱電偶溫度變送器

Abstract： This paper puts forword a kind of medium voltage feeder tank based on Zigbee wireless temperature measuring system ，the system intergration is contained in the thermocouple tenperature transmitter，Zigbee wireless transmission module JN5139 chip，temperature measuring instrument system，PC monitoring stations，power CT power supply. Described JN5139 including MCU，MODEM CHIP and antenna ，MCU will be collected sensor data processing ，after the MODEM modulation of transmission to be thermomenter system with antenna wireless receiver. Described the thermometer station including wireless receiver ，MCU，alarm LED，EEROM memory，keyboard display ，JTAG interface and communication interface .described by RS458 BUS and PC monitoring station set up local area network（LAN），sensors，chiip and thermometer as stated in the power supply throngh the power after CTsubstation.

Keywords： Zigbee； medium voltage； feeder tank； terperature measurement

在設(shè)備長期運行過程中，開關(guān)柜中的觸點和母排連接處等部位因為老化或者接觸電阻過大而發(fā)熱，或者母線與觸點在載流過大時經(jīng)常出現(xiàn)溫升過高，使相鄰的絕緣部件性能劣化，而這些發(fā)熱部位的溫度無法檢測，由此最終導(dǎo)致?lián)舸┥踔粱馂?zāi)而造成事故。電氣設(shè)備的外部熱故障主要指裸露接頭由于壓接不良的原因，在大電流作用下，接頭溫度升高，接觸電阻增大，惡性循環(huán)造成隱患，此類故障占外部故障的90%以上。內(nèi)部熱故障一般都發(fā)熱時間長而且較為穩(wěn)定，與故障點周圍導(dǎo)體或絕緣材料發(fā)生熱量傳遞，使局部溫度升高，因此可以通過檢測其周圍材料的溫升來診斷電氣設(shè)備的內(nèi)部故障。通過監(jiān)測觸點以及母排連接頭的溫度，保證開關(guān)柜可靠運行。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

開關(guān)柜的各個觸頭的測溫形式有多種，文章主要是采用一體化熱電偶溫度變送器測量溫度，然后采用Zigbee無線通訊的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由測溫儀系統(tǒng)根據(jù)接收到數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理并存儲，測溫儀可以通過RS485總線與PC監(jiān)測站組建局域網(wǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換分享。而且測溫儀系統(tǒng)帶有報警裝置，當(dāng)開關(guān)柜中的某觸頭溫度出現(xiàn)異常時，測溫儀可以現(xiàn)場觸發(fā)報警裝置進(jìn)行報警，或者通過無線傳輸指令給手機APP進(jìn)行報警。當(dāng)有報警信號時，可以現(xiàn)場操作解除警報，也可以通過手機APP發(fā)送指令，對溫度異常的觸頭進(jìn)行處理以便解除警報。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1：

1.1 一體化熱電阻溫度變送器

SBWZ系列熱電組溫度變送器是DDZ系列儀表中的現(xiàn)場安裝式溫度變送器單元，它采用二線制傳輸方式：連根導(dǎo)線作為電源輸入和信號輸出的公共傳輸線，其將熱電組信號轉(zhuǎn)換為與輸入信號或者與溫度信號成線性的4-20mA，0-10mA的輸出信號。熱電組溫度變送器具有冷端溫度自動補償功能，其將測量到溫度轉(zhuǎn)換成電信號，再將電信號送入變送器的輸入網(wǎng)絡(luò)，PIC16f877A通過接收變送器傳輸?shù)男盘枺瑢π盘栠M(jìn)行分析處理，并且存儲。

測溫模塊電路圖如圖2。

1.2 測溫儀系統(tǒng)

測溫儀系統(tǒng)包括無線接收端、MCU、報警LED、EEROM存儲、鍵盤顯示、JTAG接口和通信接口，通過RS485總線與所述的PC監(jiān)測站組建局域網(wǎng)。測溫儀系統(tǒng)是整個開關(guān)柜溫度監(jiān)測的核心控制臺，一體化熱電偶溫度變送器采集到溫度信號傳輸?shù)綔y溫儀系統(tǒng)中，測溫儀系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，根據(jù)接收到的溫度值判斷開關(guān)柜的各個觸頭的溫度是否處于異常狀態(tài)，如果是其將啟動報警裝置，將報警LED燈點亮，并且通過RS485總線與PC監(jiān)測站進(jìn)行通訊。

1.3 無線傳送模塊

Zigbee是一種基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線協(xié)議，主要是應(yīng)用于低通訊速率，低功耗設(shè)備的組網(wǎng)，可以實現(xiàn)一點對多點的快速組網(wǎng)，主要優(yōu)點是低功耗，網(wǎng)絡(luò)容量大，時延較短，經(jīng)濟(jì)效益好，而且安全可靠。Zigbee支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：線性網(wǎng)絡(luò)，樹形網(wǎng)絡(luò)，星形網(wǎng)絡(luò)，mesh網(wǎng)絡(luò)，簇形網(wǎng)絡(luò)等。本設(shè)計主要使用的網(wǎng)絡(luò)為星形網(wǎng)絡(luò)。JN5139芯片集成了支持32MIPS低功耗32位RISC處理器，RF收發(fā)器，192KBROM，96KRAM以及4路12位ADC和2路11位DAC，通過采用JN5139無線模塊作為信號傳送系統(tǒng)的核心芯片，可以快捷 的實現(xiàn)Zigbee網(wǎng)絡(luò)通訊。其無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)MCU硬件設(shè)計框圖如圖3所示：

2 檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件編寫主要是用于PIC16f877A單片機數(shù)據(jù)采集顯示以及判斷各個觸頭的溫度是否出現(xiàn)異常，如果出現(xiàn)異常，則可以進(jìn)行現(xiàn)場報警以及通過手機APP進(jìn)行報警，工作人員可以通過手機直接發(fā)送對應(yīng)的指令進(jìn)行解除報警，可以在實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測。在程序編寫過程需要安裝MPLAB IDE軟件的同時還需要安裝編碼器。通過編碼器將c語言轉(zhuǎn)換成匯編語言。整體流程圖如圖4：

首先，對液晶顯示的參數(shù)以及各個I/O端口的初始化，將端口RA設(shè)置為AD端口。然后，通過熱電阻測量溫度，數(shù)據(jù)將溫度變送器傳送至PIC16F877A單片機中，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到當(dāng)前的溫度值，其數(shù)據(jù)采集表達(dá)式為

文章中采用中位值平均濾波法（又稱防脈沖干擾平均濾波法）進(jìn)行濾波，即“中位值濾波法“+”算術(shù)平均濾波法”連續(xù)采樣N個數(shù)據(jù)，去掉一個最大值和一個最小值然后計算N-2個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值，其中N值的選取30。液晶顯示屏LCD1602通過與PIC16F877A芯片通訊，將其采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行在顯示屏上顯示，同時顯示采集日期以及時間信息。文章根據(jù)開關(guān)柜工作的溫度范圍，預(yù)設(shè)一個溫度報警范圍，當(dāng)溫度出現(xiàn)異常時，控制系統(tǒng)將數(shù)據(jù)通過手機APP進(jìn)行報警或者現(xiàn)場報警警示，工作人員可以通過手機直接發(fā)送指令進(jìn)行警報解除。并且控制器可以將異常溫度出現(xiàn)的時間點以及次數(shù)記錄下來，并生成報告，以便工作人員可以隨時隨地的查詢到該開關(guān)柜的各個觸頭的溫度情況。

3 系統(tǒng)測試

采取模塊化的形式，將要實現(xiàn)的各個功能的程序分開，然后測試各個模塊是否能正常運行，然后再將模塊組合，完成總體調(diào)試，最后通過燒錄器將程序燒錄到PIC單片機中。圖5為文章測溫系統(tǒng)的測試界面：

在測試過程中，通過按鍵模仿開關(guān)柜的觸頭出現(xiàn)溫度異常的情況。當(dāng)按鍵按下時，蜂鳴器會進(jìn)行報警處理；通過改變溫度，使得測量到的溫度超出設(shè)定范圍，一旦超出范圍，那么蜂鳴器也將進(jìn)行報警處理。

4 結(jié)束語

文章通過一體化熱電偶溫度變送器測溫，然后采用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測開關(guān)柜中各個觸點的溫度是否在正常范圍內(nèi)，一旦出現(xiàn)異常，將進(jìn)行報警處理，保證開關(guān)柜安全可靠運行。提供了一種基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臏囟葯z測方法，并且自具電源，解決了目前開關(guān)柜測溫中出現(xiàn)的不能直接測溫、干擾和高壓隔離的問題。

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