高壓開關觸頭溫度實時無線監測系統的設計與實現

2．4 低功耗設計
變送器中功耗最大的是無線模塊，其他器件耗電量很小，而且大部分時間工作在休眠狀態下。當nRF905處于接收狀態時，工作電流約為9 mA；處于發送狀態時，工作電流約為12．5 mA(輸出功率為-10 dBm時)。如果無線模塊一直運行，那么電池很快就會被耗盡。為了降低功耗，同時又保證數據通信暢通，根據系統對溫度測量的需求，變送器只發送數據不接收數據，無數據發送時，無線模塊進入休眠狀態，無線模塊休眠時功耗小于2μA；發送數據采用間歇式工作，當溫度數據無異常，1 min上傳一次數據，當溫度數據異常時，立即上傳數據；無線模塊的休眠至開始發送數據時間tstart-up0．2 ms，前導碼發送時間tpreamble0．2 ms，無線數據包長度N all=6 B，傳輸速率BR=50 Kb／s，數據發送完畢至無線模塊休眠時間toff0．2 ms，則發送一次數據包時間Tsend為：

無線模塊的平均工作電流(μAh)=發送電流?Tsend?次數+休眠功耗=12．5×1．46×60／3 600+2=2．31μAh
單片機休眠時功耗小于2μA，變送器的靜態平均電流小于4．31μA，因此若變送器平均工作電流以5μh計算：
使用時間(年)=電池容量(Ah)／365(天)／24 h／平均電流(μAh)×1 000 000=1／365／24／5×1 000 000△22．8(年)
因此，理論計算用1 Ah的電池可供變送器工作22．8年。
經實測，變送器發送一次數據的總時間T總=喚醒時間+Tsend+進入休眠時間=1．6 ms，發送數據時的電流為14 mA，靜態時的平均電流為5．5μA，則1 Ah的電池可供變送器工作19年，已滿足設計需求。
2．5 抗電磁干擾設計
變送器貼附于母排接頭表面和接近開關觸頭的觸臂上，而母排或觸臂上有大電流流過，會形成較大的電磁場，對變送器造成很大的電磁干擾，因此，必須采取一定的屏蔽措施來保證變送器的可靠運行。變送器的實物剖面圖如圖6所示，除天線外接，其他所有電路包裝于一屏蔽的盒內，最大程度減少電磁輻射對變送器的干擾；溫度傳感器貼附在導熱片上，變送器的導熱片一面貼于被測量的監測點上，盒內空間全部灌膠；為了提高絕緣性能，用熱縮管包裹整個變送器。

3 數據集中顯示器(DI)的設計
DI主要完成對各變送器的數據收集、處理、存儲、LCD顯示、報警信號輸出和與監控中心通信等功能。其結構如圖7所示，處理器選用具有ARM7內核的32位高性能微處理器LPC2136；存儲模塊用于存儲系統的配置信息和各種數據；實時時鐘為系統提供精確時間；ID設置用于設置本機ID；無線模塊nRF905實時偵聽是否有變送器的數據；電源適配器將220 V市電轉換成+12 V和+5 V，給DI供電；RS 485用于與監控中心的PC機通信；系統報警輸出所需的聲光報警經繼電器隔離實現；LCD人機交互用于顯示當前各變送器的溫度數據信息和DI的重要信息，現場用戶可執行輸入、輸出操作，如變送器信息查詢和設置，DI運行日志查詢和配置等。為了實現對各種功能方便可靠操作，軟件設計上移植了實時性較好的μC／OS-Ⅱ作為操作系統。

4 應用效果
監控中心PC機客戶端軟件監控主界面如圖8所示，從圖中可以看出實時刷新溫度值均在33℃左右。圖9為DI管理界面，可修改DI的基本信息、控制信息和配置信息；圖10為歷史數據查詢曲線圖，為高壓柜101的A相接觸點250條歷史記錄曲線。

5 結 語
本系統結合現場應用條件，采用鋰電池供電和無線數據傳輸方式，并且采取了絕緣和抗電磁干擾措施，很好地解決了高低壓隔離、低功耗和抗強電磁干擾的技術難題，使本系統在可靠性、擴展性、成本低和安裝維護方便等方面均具有突出優勢，可廣泛應用于高電壓環境的溫度在線監測領域。