箱式變電站室內(nèi)溫度控制器設計與實現(xiàn)

趙慶文

（西安職業(yè)技術學院 陜西 西安 710032）

本項目主要是為變電站自動化系統(tǒng)設計一款無線溫度監(jiān)測器，要求將站內(nèi)溫度采集發(fā)射控制器和室內(nèi)溫度接收上傳控制器放置于變電站站內(nèi)和監(jiān)測室室內(nèi)，可以在不停機狀態(tài)，對變電站站內(nèi)的溫度進行遠程實時監(jiān)測。

1 描 述

室內(nèi)溫度接收上傳控制器放置于監(jiān)測室內(nèi)，主要由微功率無線模塊電路和串口通信電路組成。將微功率無線模塊接受到的溫度數(shù)據(jù)傳送給微處理器，微處理器經(jīng)過處理將溫度值通過溫度顯示電路顯示出來，與此同時將溫度數(shù)據(jù)通過串口通信電路上傳至上位機。

2 設 計

本節(jié)將詳細闡述室內(nèi)溫度接收上傳控制器硬件設計的相關內(nèi)容，主要包括：具體電路設計和原理闡述，其中電能供給電路、溫度采集電路、溫度顯示電路、主控制器電路、ISP接口電路已在 《箱式變電站站內(nèi)溫度采集發(fā)射器設計與實現(xiàn)》一文中詳細闡述，本文將不介紹，下面將闡述微功率無線模塊電路和串口通信模塊電路。

2.1 目 標

室內(nèi)溫度接收上傳控制器硬件設計目標為通過具體電路的搭建，保證室內(nèi)溫度控制器硬件的正常工作，即電能供給電路提供給各電路工作電壓，溫度顯示電路正常顯示站內(nèi)溫度，微功率無線模塊電路將接收來自站內(nèi)溫度采集器發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)經(jīng)主控電路處理后，傳送給串口通信模塊，經(jīng)此模塊上傳給上位機。室內(nèi)溫度控制器制作后如圖1、圖2所示。

圖1 站內(nèi)溫度采集發(fā)射器Fig.1 Gathering inside temperature transmitter station

2.2 微功率無線模塊電路

2.2.1 模塊性能及特點

圖2 站內(nèi)溫度發(fā)射器調(diào)試Fig.2 Station within a temperature transmitter commissioning

RF24L01模塊使用Nordic公司的nRF24L01芯片開發(fā)而成，該模塊使用外置天線，采用2.4 GHz全球開放ISM頻段免許可證使用，最高工作速率2 Mbps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制場合，125頻道，滿足多點通信和跳頻通信需要，內(nèi)置硬件CRC檢錯和點對多點通信地址控制，低功耗1.9～3.6 V工作，待機模式下狀態(tài)為22μA；掉電模式下為900 nA，模塊可軟件設地址，只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)，可直接接各種墊片及使用，軟件編程非常方便，內(nèi)置專門穩(wěn)壓電路，使用各種電源包括DC/DC開關電源均有很好的通信效果，標準5*2 DIP間距接口，便于嵌入式應用，工作于Enhanced ShockBurst具有Automatic packet handling，Automatic packet transaction handling，具有可選的內(nèi)置包應答機制，極大的降低丟包率。

2.2.2 模塊結(jié)構

RF24L01模塊管腳的具體功能如表1所示。

表1 管腳的具體功能Tab.1 Pin specific functions

2.2.3 工作方式

RF24L01有4種工作方式：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式、關機模式，工作模式由PWR_UP register、PRIM_RX register和CE決定，如表2所示。

表2 模塊工作方式Tab.2 Module works

2.2.4 串口通信模塊電路

無線模塊電路主要負責保證微功率無線模塊正常工作，起到溝通單片機和微功率無線模塊之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔?，電路原理圖如圖3所示。

在無線模塊電路中，1腳和2腳接+3.3 V，9腳和10腳接地，7 腳 、5 腳 、3 腳 、4 腳分別接單片 機 的 PB0、PB1、PB2、PD和無線模塊的 CSN、SO、SI、SCLK，8腳和 6腳分別接單片機的 PD3、PD4和無線模塊的 GDO0、GDO2。

2.3 串口通信模塊

2.3.1 MAX232芯片

MAX232芯片，該芯片是MAXIM公司生產(chǎn)的，包含兩路接收器和驅(qū)動器的IC芯片，內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5 V電源電壓變換成為MAX232輸出電平所需的+10 V電壓，從而實現(xiàn)RS-232電平和TTL電平轉(zhuǎn)換。

2.3.2串口通信電路

串口通信電路主要負責保證微串口通信模塊正常工作，起到溝通單片機和上位機之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔?，電路原理圖如圖4所示。

圖4 串口通信電路原理圖Fig.4 Serial communication circuit schematics

在電路的實際應用中，C5、C6、C7選用0.1μF的非極性瓷片電容，而且要盡量靠近MAX232芯片，以提高抗干擾能力。

實際應用中，T1IN、T2IN可直接連接TTL/COMS電平的單片機串行發(fā)送端TXD，R1OUT、R2OUT可直接連接 TTL/COMS電平的單片機串行接受端RXD，T1OUT、T2OUT可直接連接PC機的 RS-232串口的接受端RXD，R1IN、R2IN可直接連接PC機的RS-232串口的發(fā)送端TXD。

AVR的USART是一個增強型的、高度靈活的串行通信設備。USART收發(fā)模塊，分為：時鐘發(fā)生器、數(shù)據(jù)發(fā)送器和接收器?？刂萍拇嫫鳛樗械哪K共享。時鐘發(fā)生器由同步邏輯電路（在同步從模式下由外部時鐘輸入驅(qū)動）和波特率發(fā)生器組成，發(fā)送時鐘引腳XCK僅用于同步發(fā)送模式下。發(fā)送器部分由1個單獨的寫入緩沖器（發(fā)送UDR）、1個串行移位寄存器、校驗位發(fā)生器和用于處理不同幀結(jié)構的控制邏輯電路構成。

3 結(jié)束語

完成了室內(nèi)溫度控制器的硬件部分設計和硬件電路的焊接工作，焊接完成后按照電路原理圖對電路中的每一個焊點和每一條導線進行了檢測，確保電路的完整性和正確性。完成了室內(nèi)溫度控制器程序的編寫、調(diào)試和燒錄工作，基本上實現(xiàn)了設計目標要求。

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