高压开关触头温度实时无线监测系统的设计与实现

作者：时间：2009-09-28 来源：网络收藏

2．3 无线通信协议设计
无线通信容易受到干扰，发送的数据越长受到干扰的程度越大，同时功耗也越大，所以设计中遵循的原则是：即要满足应用需求又要保证数据的可靠和低功耗。对变送器无线模块的配置：可配置频道达170个，频道的选择与DI地址绑定，就可以确保各个DI所组成的网络不冲突；工作频段为433 MHz；发射功率为-10 dBm，实测传送距离可达50 m，已满足现场应用需求；为了提高稳定性，开启自动重发功能；发送和接收地址都为1 B，发送和接收字节都为4 B；禁止参考时钟输出，以降低功耗；CRC校验为8 b模式；虽然无线数据包中已经包含了地址匹配和CRC校验，但是为了数据传输更可靠，数字帧中加入DI地址和变送器地址作为数据包的识别码；则变送器发送至DI无线数据包格式如表1所示。

本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/188589.htm

2．4 低功耗设计
变送器中功耗最大的是无线模块，其他器件耗电量很小，而且大部分时间工作在休眠状态下。当nRF905处于接收状态时，工作电流约为9 mA；处于发送状态时，工作电流约为12．5 mA(输出功率为-10 dBm时)。如果无线模块一直运行，那么电池很快就会被耗尽。为了降低功耗，同时又保证数据通信畅通，根据系统对温度测量的需求，变送器只发送数据不接收数据，无数据发送时，无线模块进入休眠状态，无线模块休眠时功耗小于2μA；发送数据采用间歇式工作，当温度数据无异常，1 min上传一次数据，当温度数据异常时，立即上传数据；无线模块的休眠至开始发送数据时间tstart-up0．2 ms，前导码发送时间tpreamble0．2 ms，无线数据包长度N all=6 B，传输速率BR=50 Kb／s，数据发送完毕至无线模块休眠时间toff0．2 ms，则发送一次数据包时间Tsend为：

无线模块的平均工作电流(μAh)=发送电流・Tsend・次数+休眠功耗=12．5×1．46×60／3 600+2=2．31μAh
单片机休眠时功耗小于2μA，变送器的静态平均电流小于4．31μA，因此若变送器平均工作电流以5μh计算：
使用时间(年)=电池容量(Ah)／365(天)／24 h／平均电流(μAh)×1 000 000=1／365／24／5×1 000 000△22．8(年)
因此，理论计算用1 Ah的电池可供变送器工作22．8年。
经实测，变送器发送一次数据的总时间T总=唤醒时间+Tsend+进入休眠时间=1．6 ms，发送数据时的电流为14 mA，静态时的平均电流为5．5μA，则1 Ah的电池可供变送器工作19年，已满足设计需求。
2．5 抗电磁干扰设计
变送器贴附于母排接头表面和接近开关触头的触臂上，而母排或触臂上有大电流流过，会形成较大的电磁场，对变送器造成很大的电磁干扰，因此，必须采取一定的屏蔽措施来保证变送器的可靠运行。变送器的实物剖面图如图6所示，除天线外接，其他所有电路包装于一屏蔽的盒内，最大程度减少电磁辐射对变送器的干扰；温度传感器贴附在导热片上，变送器的导热片一面贴于被测量的监测点上，盒内空间全部灌胶；为了提高绝缘性能，用热缩管包裹整个变送器。

3 数据集中显示器(DI)的设计
DI主要完成对各变送器的数据收集、处理、存储、LCD显示、报警信号输出和与监控中心通信等功能。其结构如图7所示，处理器选用具有ARM7内核的32位高性能微处理器LPC2136；存储模块用于存储系统的配置信息和各种数据；实时时钟为系统提供精确时间；ID设置用于设置本机ID；无线模块nRF905实时侦听是否有变送器的数据；电源适配器将220 V市电转换成+12 V和+5 V，给DI供电；RS 485用于与监控中心的PC机通信；系统报警输出所需的声光报警经继电器隔离实现；LCD人机交互用于显示当前各变送器的温度数据信息和DI的重要信息，现场用户可执行输入、输出操作，如变送器信息查询和设置，DI运行日志查询和配置等。为了实现对各种功能方便可靠操作，软件设计上移植了实时性较好的μC／OS-Ⅱ作为操作系统。