基于NRF的電纜在線監測系統終端的研究

　　該電源包括供能線圈，整流濾波穩壓電路，控制線圈，控制電路以及防雷保護電路。

　　供能線圈為特制的小型CT(電流互感器)，利用電磁感應從電纜獲得能量。該裝置選用飽和磁感應強度較低、導磁率較高的硅鋼片制作鐵芯。供能線圈/控制線圈以及整流濾波穩壓電路，控制電路和防雷保護電路與監測終端固定在鐵芯一側，便于減小體積和重量。根據電磁感應原理，確定線圈的匝數，保證電纜電流在10A以上時可提供穩定的3.3V穩壓輸出。供能線圈的輸出接防雷保護電路后，再連接到整流濾波穩壓電路。

　　由于高壓電纜上運行的電流變化范圍大，且暫態電流在達到數十倍的額定電流時還要保持電源穩定，要保證電流在達到300A時電源還能正常工作。電纜電流過大時感應線圈的鐵芯處于磁飽和狀態。鐵芯飽和后，磁化曲線呈非線性關系，感應電勢變為類似脈沖波，導致穩壓電源模塊輸入電壓過高燒毀，不利于電源的實現。 本設計增加了一個控制繞組和控制電路，當電纜電流過大，獲取能量過多時，控制供能線圈感應電壓在適當的工作范圍。

　　電路設計

　　系統硬件結構圖如圖2所示。系統核心控制芯片采用時代民芯MXT8051，XT8051是以高速單指令周期8051為核的MCU。電路擁有豐富的外設，包括PWM、UART、WDT，Timer等，大容量存儲器，內嵌32Kx8可在線編程flash，10位AD，8位DA，若干OP，36x4 LCD driver、POR以及可編程增益放大器(PGA)等模擬電路。電路集成片上調試系統，通過標準JTAG接口，快速診斷復雜SoC，該調試系統具有不占用任何硬件資源即可進行全速和單步運行、支持硬件斷點、軟件斷點、以及觀察內部特殊功能寄存器、程序指針和內部RAM等功能。上位機通過標準JTAG接口以及用戶定義指令執行在線編程和在線調試。同時提供調試和編程軟件包，該CPU可輕松滿足系統控制要求。

　　nRF24L01芯片是挪威Nordic公司推出的2.4GHz單片無線收發芯片，該芯片具有接收靈敏度高、外圍電路少、發射功率低、傳輸速率高、低功耗等優點，它工作在2.4GHz自由頻段，支持多點間通信，其最高傳輸速率達1Mb/s。它采用SoC方法設計，只需少量外圍元件便可組成射頻收發電路。nRF2401A沒有復雜的通信協議，它完全對用戶透明，同種產品之間可以自由通信。

　　算法及軟件實現

　　溫度監測和電流監測的實現

　　系統需監測電流和溫度。溫度監測使用了DS18B20芯片，這是一種單總線溫度傳感器。本系統共有6路溫度信號，需要6只溫度傳感器，它們掛在一條總線上。操作過程為：單片機預存這6個溫度傳感器的序列號，首先初始化總線上所有的溫度傳感器，尋找第一路溫度傳感器，發出溫度轉換命令，500ms后，再次匹配此溫度傳感器，匹配正確后，讀溫度暫存器的內容，最后將溫度寄存器的內容轉換成十進制數值存入單片機的緩沖區內。

　　電流監測采用CT實現，先用100比1的CT從電纜上得到一個交變電流，在二次回路側加入一只0.01Ω的采樣電阻，將電流值轉變成電壓值，此電壓值經過運放LM358比例變換成單片機AD可采集的范圍，信號送入單片機。單片機采集到信號后，乘以比例變系數，并轉換成有效值后顯示。