基于GPRS網絡的無線測溫集中采集系統的設計

摘 要：該文敘述了一種使用瑞薩單片機以超低功耗的方式實現單個溫度節(jié)點的溫度數據AD采集，以470M射頻模塊作為無線數據傳輸方式，使用STM32單片機實現128個溫度點的無線數據接收，并集中顯示在7寸液晶屏上，同時使用GPRS技術實現終端與遠程后臺的數據通信，該系統是一套技術前沿的完整的溫度采集與監(jiān)控系統，其中主要分為無線溫度采集模塊，無線接收并集中顯示終端，GPRS后臺軟件三部分。

關鍵詞：無線測溫 溫度采集 GPRS 組網

Design of wireless temperature gathering system based on GPRS network

YU Jinghua

Abstract：In this paper， a single chip microcomputer is used to realize the data acquisition of the temperature data of a single temperature node by using ultra low power consumption of AD， 470M radio frequency module as wireless data transmission mode， The use of STM32 microcontroller to achieve 128 temperature points of wireless data reception， and focus on the 7 inch LCD screen， At the same time， GPRS technology is used to realize the data communication between the terminal and the remote background， The system is a complete set of technical front temperature acquisition and monitoring system， which is mainly divided into wireless temperature acquisition module， wireless receiving and centralized display terminal， GPRS background software three parts.

Key words：Wireless temperature measurement、Temperature collection 、GPRS、networking

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）06-0234-02

引言

在電力系統中，高壓開關柜作為一個極為重要的電氣設備，在電力系統中起著非常重要的作用，因此，在對安全性要求極高的電力系統中需要嚴格監(jiān)控高壓開關柜的工作狀態(tài)，其中對高壓開關柜內觸頭的溫度監(jiān)控就是一項極為重要的工作，觸頭作為母線與斷路器的交接點，本身接觸電阻比較大，在大電壓，大電流的情況下容易老化而發(fā)熱，對柜內的部件造成損傷，縮短開關柜的使用壽命，嚴重的情況會造成器件擊穿，造成火災等嚴重事故。本文結合電力系統的實際需求，提出一種適用于電力系統的物聯網無線測溫集中采集的方案。

系統原理框圖

如上圖1所示，電力系統中物聯網無線測溫系統原理框圖[1]：

一、測溫節(jié)點

測溫節(jié)點包括溫度傳感器，處理單元，通信單元，電源部分。處理單元采集溫度傳感器的溫度，然后通過通訊單元將溫度數據發(fā)送出去，由于測溫節(jié)點必須具備體積小，功耗低，易于安裝，如下圖所示，測溫表帶安裝在開關柜的母排上。

二、無線集中采集終端

無線集中采集終端設備配置7寸液晶屏，由于屏幕大，可以集中顯示多大128個溫度節(jié)點上傳的溫度，同時屏幕支持觸摸功能，可以靈活配置各種參數。

三、上位機監(jiān)控

無線集中采集終端通過485接口連接到GPRS模塊，通過GPRS模塊鏈接到Internet，后臺軟件作為TCP服務器，對現場溫度進行實時監(jiān)控，并且后臺軟件可以布置在有Internet的任何地方，實現真正的網絡監(jiān)控。

測溫節(jié)點模塊設計

測溫節(jié)點模塊原理框圖[2]如下圖2.1所示， 處理單元采用NEC單片機，因為NEC單片機具有優(yōu)良的低功耗特性；由于采用集中采集的方案，所以對測溫節(jié)點的無線傳輸距離和穿透力 的要求比較高，所以傳統的2.4G射頻芯片NRF24L01的頻段和功率都達不到要求，因此本方案射頻芯片采用470M頻段的無線模塊A7139，該模塊不僅穿透能力強，無線距離遠，而且功耗低，雖然成本略有提高，但是滿足無線集中采集的要求；電源部分采用3.6V工業(yè)級電池供電，電能為1200mA/h。

終端采集器

終端采集器原理框圖如下圖3.1所示，由于要實現集中采集與顯示的功能，因此本方案采用的32位高速STM32單片機+7寸液晶顯示驅動芯片SSD1963的主硬件方案，同時包括A7193硬件，電源硬件，以及EEPROM存儲硬件等外圍硬件電路。為了提高系統的實時數據采集能力和液晶驅動的能力，軟件采用UCOS-II多任務實時操作系統+UCGUI嵌入式應用圖形支持系統實現，軟件功能分為以下5個任務：射頻芯片數據接收任務、液晶驅動顯示任務、觸摸屏按鍵任務、485后臺通信任務、其他任務；同時485接口通過GPRS網絡與后臺上位機軟件進行基于工業(yè)協議（MODBUS協議）的數據通訊。

GPRS后臺軟件

GPRS網絡采用GPRS模塊+物聯網SIM卡實現，等效于一個TCP客戶端；而上位機監(jiān)控軟件[3]連接到Internet，等效于一個TCP網絡服務器，對GPRS網絡開放上位機的公網IP地址；溫度集中采集終端通過GPRS網絡鏈接到上位機的公網IP地址，傳輸層走的是TCP，從而實現整個網絡鏈路。GPRS后臺軟件可以安裝在鏈接到Internet的任何電腦上，沒有地域要求，真正的實現網絡監(jiān)控。監(jiān)控人員在上位機上通過監(jiān)控軟件完成對所有溫度節(jié)點的實時溫度監(jiān)控，同時實現溫度過高報警，溫度實時圖表顯示，報警歷史事件查詢，下位機故障檢測等功能，如下圖所示上位機實時監(jiān)控界面：

結語

在智能變電站的應用中，運用基于GPRS網絡的無線測溫集中采集系統，不僅可以可靠穩(wěn)定的對變電站設備中發(fā)熱頻發(fā)的設備進行溫度監(jiān)控，特別是對地域偏僻，長期無人值守的變電站設備監(jiān)控有著極為重要的作用，而且設備投資小，易于安裝，維護簡單，對變電站的設備安全運行沒有任何影響，隨著國家智能電網的發(fā)展，該系統應用前景廣闊。

參考文獻

[1] 張翼英.楊巨成 李曉卉 物聯網導論[M]. 北京：中國水利水電出版社，2012：57-78.

[2] 秦玉龍，付慧生. 基于nrf24l01芯片的多路無線分布式溫度測量系統的設計[J].物聯網技術2011

[3] 徐明，陽憲惠. 高壓開關觸頭溫度無線監(jiān)測系統[J].電子技術應用，2009年第4期：98-101頁.

作者簡介：余景華（1983-），男（漢族），福建人，華僑大學06級研究生，物理電子學專業(yè)，現任廈門井華電氣設備有限公司的工程師，主要研究短距離無線通訊、嵌入式系統及物聯網的研究

Writer Biography： YU Jinghua （1983-）， Mankind（the Han nationality）， Fu Jian Province， Hua Qiao Univercity 06 Grade Master， Micro-electronics Profession， now， as Xiamen Hua Hua Electrical Equipment Co.， Ltd. engineers， Research Area Is embedded-system and internet of things.