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低频式电厂高压开关柜触头温度监测系统设计
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2015-06-26 15:39  文章来源:互联网    我要评论

  发电厂内部控制发电机组运行的一系列开关柜是重要的电器设备,对其触头温度实施在线监测尤为重要。设备内部要求高低压隔离使得监测装置朝着非接触式检测方向发展,目前大多采用无线电方式进行传输,但也存在着传感器组网和功耗问题。本文采用低频的方式设计无线采集模块,让它工作在瞬时发送,长时休眠的模式下,在低频信号中加入地址信息,每次只有效一个点进行温度采集,有效避免了多个无线采集模块同时发送信息的冲突问题,用时分复用和码分复用相结合的方式实现了多个传感器组网。1 系统工作原理及硬件设计

  触头温度监测系统框图如图1所示。

  每个高压开关柜有六个触头温度需要监测,下位机为置于触头臂上的无线采集模块,主要完成温度数据的采集及无线发送。上位机为置于高压开关柜外表面的无线接收模块,主要完成对应开关柜内的温度数据接收存储、液晶显示及上传报警。上位机定时发送125 kHz低频信号,下位机被后回传433 M触点温度信息。

  测温模块中的微控制器采用了TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F1132,无线收发芯片采用了TI公司的极低功耗的单片收发芯片CC10 00。

  下位机利用MSP430电厂F1132内部10位AD模块与美信公司的MAX6613低功耗模拟温度传感器完成温度采集和编码;低频部分由低频信号接收芯片ATA5283构成,定时接收上位机发送的125 kHz的低频信号,被后启动CC1000射频模块完成一次温度采集上传,其余时间单片机进入休眠状态,CC1000射频模块进入掉电模式。电源采用电流方式从电力线上获取能量,结合稳压器件和超级电容实现稳定的电能输出。

  上位机的低频部分由低频信号发送芯片ATA5276构成,结合单片机定时发送125kHz的带有地址信息的低频信号,每次一个下位机,然后接收存储它上传的触点温度信息,采集完六个下位机的信息后等待PC轮询时上传。

  1.1 上位机硬件设计

  低频信号发送电如图2所示,主要由ATA5276芯片和MSP430F1132单片机组成。

  MSP430F1132是TI公司推出的一款的16位超低功耗单片机,集成了较多的片上外围资源,包括一个16位的定时器、10位速率为200 kbps的AD器、8K+256B的FLASH、256B的RAM,图2中所示,MSP430F1132共有20个引脚,其中两个八位并行数据接口P1(P1.0-P1.7)、P2(P2.0-P2.5),这些数据接口同时有一些复用功能,如:P1.4-P1.7复用了下载程序的JTAG接口。

  ATA5276是Atmel公司推出的一款用于发射低频信号的低功耗芯片。通过外部单片机控制该芯片的一个“单线双向”接口(DIO pin)就能将能量和数据通过天线线圈发射出去,频率为125 kHz,ASK调制方式。图2中DIO引脚与单片机的P2.2脚连接,当DIO引脚变为低电平时,低频信号发送模块发送125 kHz低频信号,发送完成后,单片机的P2.1脚如果能捕获到DIO引脚发出的负脉冲信号就可以确认发送成功,否则重新发送;当DIO引脚变为高电平时,不发送任何信号。

  1.2 下位机硬件设计

  低频接收端电如图3所示,主要由ATA5283芯片和MSP430F1132单片机组成。

  ATA5283是Atmel公司推出的一款适合于125 kHz低频信号的低频接收芯片,休眠电流为1A,工作电流2A,工作电压2~3.6 V。数据速率可达4 kbps,ASK调制方式。ATA5283芯片的1脚接LC并联谐振电输入125 kHz低频信号,6脚N_DATA接单片机I/O口接收数据,7脚N_ WAKEUP接单片机TACLK口用于单片机。该芯片对125 kHz信号的接收灵敏度为1 mV,当LC电出的峰值电压大于1 mV时,ATA5283的7脚N_WAKEUP端被拉低,单片机被,开始采集其6脚NDATA端的输出数据,采集完成后单片机输出一个高电平信号给ATA5283的5脚使其复位,然后单片机进入休眠状态,等待下次被。

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