變電站設備無線溫度監測系統的設計

王樹鵬

[摘要]在無線通信技術當中，無線傳感器是網絡技術中的一種重要技術，也是無線通信技術發展的一個重要方向。在變電站當中，由于設備數量與種類都比較多，所以對無線溫度監測系統進行有效的利用，可以對變電站當中的設備溫度進行實時的監控，通過這樣的方式使得人們對于變電站設備的實際使用情況以及使用壽命方面有一個清晰的認識，并且能夠實現變電站設備的智能控制。基于此，文章就變電站設備無線溫度監測系統的設計進行簡要的分析，希望可以提供一個借鑒。

[關鍵詞]變電站設備；無線溫度監測系統；設計

[DOI]1013939/jcnkizgsc201736054

1系統的總體設計

11系統的設計要求

在對系統進行設計的過程中，要遵循一定的設計要求，依據變電站的實際情況來進行。在變電站運行過程中，其運行環境特殊、內部構造復雜，因此要求系統應當滿足以下幾個方面的要求：首先，在變電站自身的結構方面其比較簡單，所以要使得每一個節點所占用的物理空間要盡量保證最小，在進行操作與維護的過程中要更加方便；其次，為了保證系統能夠在各種各樣的條件下都可以保持正常的運轉，就需要使得裝置在可靠性方面比較高、裝置價格適宜并且具有較強的通用性；再次，為了能夠與實際的變電站情況相互適應，就應當對系統的抗干擾性能進行有效的保證，只有這樣才能夠使得設備的安全運行得以有效的保證；最后，在上位機當中，其應當具有超限報警、溫度實時監控以及歷史數據查詢等重要功能。

12系統的總體架構及功能

在實際應用的基本需求上，文章通過該系統進行簡單的分層，主要包括管理分析層、數據采集層以及系統通信層等，其整體框架如下圖所示。

系統總體架構

在數據采集層當中，其主要的構成內容包括刀閘觸頭、母線接頭等一些設備上的溫度數據采集節點以及中心節點，在這一層當中，其主要的功能是對每一個測溫點的數據信息進行一定的收集與整理。在系統的通信層當中，其所發揮的主要作用是促進上位機與中心節點之間可以實現信息的有效的交流，然而在各個中心節點之間，無法實現相互之間的交流工作。在管理分析層當中，其主要的適應是對數據進行分析處理。

2系統的硬件設計

21芯片的選擇

（1）MSP430

F149MSP430系列單片機是一中比較特殊的單片機，這種單片機當中超低功耗是其最為顯著的一個優點，這一單片機具有較強的集成能力，并且外圍電路也特別豐富。

（2）nRF905

在經過與其他的芯片進行比較之后可以看出，在 nRF905中，其主要的特點是可以有效地實現短距離通信的單片射頻收發器。這種芯片的原材料是一種低耗能材料，在運行的過程中還能夠依據實際的情況對內部通道進行調整，從而使其具有更多的輸出功能來進行選擇。

22溫度數據采集節點硬件設計

221數據采集節點硬件總體設計

在進行溫度傳感器選擇的過程中需要根據實際的使用條件來進行，實際的需求需要從以下方面來進行：測溫的精度、尺寸和外形、A/D數據處理等。

222數據采集單元

在當前的主流測溫器件當中，熱電偶是重要的一種，其特點是精度高、費用低，所以選擇MAX6675來作為主芯片采溫。

223微處理單元

在本節點功能的實現過程中，微處理器單元是重要的中樞環節，一方面，微處理單元能夠對所采集到的關鍵點的溫度數據做好有效的處理與分析，并且使用無線形式對信息進行有效的傳輸；另一方面，可以將有關指令向數據采集單元進行發送。

224無線通信單元

在這一單元當中，主要包含的方面有：與天線匹配電路、外圍電路和MSP430F149的接口電路。

225電源單元

如果在變電站的內部進行溫度數據采集節點的安裝的話，在實際應用之后要進行查看的話就會有諸多不便，在對電源進行裝設的時候應當對其壽命問題進行認真的考慮。所以，在這一節點當中，使用的是37V鋰電池，其容量為4200mAh。

23中心節點硬件設計

在系統當中，中心節點所發揮的作用主要是承上啟下，在這一節點當中，對于硬件電路來說應當具備以下幾個方面的功能：第一，應當保證和溫度數據采集節點之間可以實現無線通信；第二，利用串口的方式來使得可以和監測計算機之間實現相互通信；第三，利用存儲單元來對數據進行備份與儲存。

3系統的軟件設計

31自組織自管理過程分析

在實際的設計實踐當中，對于中心節點來說應當要和多個下屬節點之間形成一個無線通信網絡，在中心節點當中能夠通過網絡將指令發送到各個下屬節點當中，在節點上應當表示出電已經進入系統網絡當中。

在保證上電以后，在中心節點當中，需要向網絡當中進行持續不斷的聯網信號的發送，次數為3次，在下屬節點開始工作之后，分析網絡當中來自中心節點所發出的聯網信號，保證在聯網成功之后，能夠在最短的時間之內將其傳到中心節點上面。

32動態時隙的分配

在當前階段當中，對于溫度數據的采集，在其節點上，設備在進行溫度數據傳遞的過程中，TDMA是一個非常重要的路徑，但是在具體的TDMA中，其也會有缺陷之處存在，TDMA在具體的執行過程中需要以S-ID大小為重要參考來對時隙優先級進行分配，但是使用這種分配機制的話其過程比較死板，如果發生緊急情況的話，不能夠優先將指令發送到節點上，所以需要進一步改進。

4基于無線通信的變電站設備溫度監測系統設計的關鍵技術

41電源管理

首先，電池的選擇。在每一個數據采集節點上，電池都是其主要的電能來源，因此在選擇的過程中應當盡量選擇壽命長、能量高的。其次，對硬件進行低功耗設計。在進行低功耗的設計過程中，所選擇的處理器芯片的特點應當是電壓較低并且功耗也比較低。此外，在進行軟件設計的過程中，還需要保證其低功耗的設計，通過對相關資源加以合理、有效的開發，從而使得系統的能耗降到最低。

42抗干擾技術

在對傳感器節點以及中心節點上的數據進行采集的過程中，干擾問題是其中一個非常重要的問題，根據實際的干擾產生的性質，將其分成內部干擾與外部干擾兩種。其中，內部干擾就是指在系統內部當中電子電路所形成的干擾問題，而外部干擾就是一些外在影響因素對于系統所造成的感染。針對這些問題，在實際的應用過程中，要想使得溫度數據信息的準確性與可靠性得到最大限度的保證，就應當及時對干擾問題進行排除，從而保證設備的良好運行。

43通信協議

對于變電站設備來說，在進行溫度監測的過程中，系統所使用的通信協議包括CSMA和TDMA。在CSMA通信當中，其屬于爭用型介質訪問控制協議，主要的依托是ALOHA網絡協議。

總的來說，在變電站當中無線溫度監測系統的主要作用是對設備在運行狀態下的實施溫度狀態進行記錄，降低安全事故發生的概率，從而為電力系統的安全運行奠定一個重要的基礎。在本文設計的系統當中，其抗干擾性強、可靠性高、移動性強、功耗小，所以可以在工業當中進行廣泛的應用。

參考文獻：

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