電纜接頭無線測溫裝置設(shè)計(jì)

劉勇　黃茂云　張東升

摘 要：在電力電纜線路中，電纜的終端頭和中間頭最易受損，電纜接頭故障將引起安全事故，影響生產(chǎn)。本設(shè)計(jì)主要借助無線通訊的方式對電纜局部接頭進(jìn)行溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測與反饋。其由溫度采集器、供電電路、通信收發(fā)模塊組成，微功耗處理器采集、計(jì)算、處理所產(chǎn)生的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)向接收裝置以無線通訊的方式傳輸。

關(guān)鍵詞：電纜接頭；溫度監(jiān)測；無線通訊；抗干擾

1 概述

我國電力系統(tǒng)正處在特殊的發(fā)展階段。雖已構(gòu)建了多個(gè)現(xiàn)代化區(qū)域電網(wǎng)和省級電網(wǎng)，但安全穩(wěn)定水平還不高。在電力供電系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果因自然及各種意外因素而使電纜接頭產(chǎn)生損傷，最終可能產(chǎn)生影響社會穩(wěn)定的安全故障。為及早發(fā)現(xiàn)并處理異常，從而避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失，采用在線監(jiān)測技術(shù)在不打開外部復(fù)雜機(jī)構(gòu)的情況下，連續(xù)或規(guī)律性的獲得電力設(shè)備工作信息，使高壓系統(tǒng)及輸配電網(wǎng)絡(luò)排除隱患的同時(shí)維持運(yùn)行。

2 電纜接頭溫度測量體系設(shè)計(jì)

監(jiān)控計(jì)算機(jī)即上位機(jī)和測溫分部（溫度傳感器、采集器組成的下位機(jī)）[2，3]通過通信網(wǎng)絡(luò)連接成無線測溫系統(tǒng)的整體。溫度采集器的溫度信號來源于通信系統(tǒng)的傳遞，而數(shù)字溫度傳感器DS18B20[1]對監(jiān)測點(diǎn)溫度的監(jiān)測將產(chǎn)生信號，同時(shí)將溫度信號以無線形式進(jìn)行轉(zhuǎn)達(dá)。計(jì)算機(jī)在線溫度監(jiān)測系統(tǒng)由溫度采集器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)以RS485通信網(wǎng)絡(luò)連接[4]而成，系統(tǒng)采用以溫度采集器的單片機(jī)為控制核心的主從分布式結(jié)構(gòu)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、打印，并將各種控制命令傳給各個(gè)從機(jī)，從而達(dá)到集中處理控制的最終目的。

3 溫度采集模塊設(shè)計(jì)

3.1 溫度采集模塊整體設(shè)計(jì)

微功耗微處理器通過對數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算和判斷，并以無線通訊方式向接收裝置傳輸實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)以此構(gòu)成電氣設(shè)備的溫度測量系統(tǒng)。室內(nèi)、外設(shè)備電纜接頭分別采用紅外通訊方式和無線射頻通訊。數(shù)據(jù)傳輸分為兩步，第一步是接收裝置通過無線通訊與各個(gè)子溫度采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，第二步以RS485/CAN網(wǎng)絡(luò)為媒介將數(shù)據(jù)傳到變電站集中器。

3.2 溫度傳感器的選擇

此處使用美國Dallas公司的DS18B20數(shù)字式溫度傳感器，該傳感器能夠按照我們需要測量的數(shù)據(jù)經(jīng)過簡單的軟件調(diào)試實(shí)現(xiàn)9位和12位的數(shù)值讀數(shù)方式，并且能夠在較短的時(shí)間內(nèi)將數(shù)據(jù)值轉(zhuǎn)化9位和12位的數(shù)字量，使系統(tǒng)更簡潔可靠。

3.3 MCU芯片的選取

本次設(shè)計(jì)選用AT89C51單片機(jī)，AT89C51單片機(jī)使用廣泛，并且它的處理精度完全符合我們的設(shè)計(jì)要求，在51系列單片機(jī)中它的功耗較低，能夠?yàn)槲覀児?jié)省電源，因此有較強(qiáng)功能的AT89C51單片機(jī)可被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中[4]。

3.4 供電方案

室內(nèi)檢測器因?yàn)椴捎眉t外通訊，該設(shè)計(jì)的功耗低，并且高壓設(shè)備對絕緣要求比較高，綜合以上因素就選擇普通電池供電。戶外的檢測器，因采用無線射頻通訊，功耗較大，故選用太陽能電池供電。

4 無線通訊方式設(shè)計(jì)

室內(nèi)檢測器的通訊方式選用MCP2120作為紅外編碼器，紅外譯碼器選用TFDU4100[1]，其成本低并且操作簡便。室外檢測器則采用無線收發(fā)一體數(shù)傳MODEM模塊PTR2000芯片，采用無線射頻方式。

5 抗干擾設(shè)計(jì)

綜合各種因素，硬件抗干擾設(shè)計(jì)中選用RC濾波器。由于干擾存在的隨機(jī)性，只用硬件抗干擾措施是不夠的，必須加上軟件抗干擾方式，這才能使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定與可靠。

由于干擾信號能夠在模擬量輸入通道進(jìn)行作用，我們必須對微小的模擬量信號進(jìn)行多次采樣，然后通過比較和處理所采樣的序列值進(jìn)而給出一個(gè)比較可信的轉(zhuǎn)換值，不讓A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的真實(shí)值偏離。這是硬件濾波方法所不能達(dá)到的，因?yàn)檐浖V波算法擁有很強(qiáng)的靈活性。

由于程序“跑飛”情況的出現(xiàn)，當(dāng)干擾信號作用到單片機(jī)上時(shí)，單片機(jī)將不能以正常狀態(tài)執(zhí)行程序，這必將導(dǎo)致程序執(zhí)行混亂。如果我們在這些關(guān)鍵的地方加入單字節(jié)的空操作指令，這就可以有效的避免程序“跑飛”的情況，使程序運(yùn)行正常。

6 軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)軟件系統(tǒng)主要有以下幾部分：單片機(jī)主程序、DS18B20復(fù)位與檢測子程序、讀溫度子程序、溫度數(shù)據(jù)處理子程序、無線傳輸子程序、中斷子程序、開機(jī)自檢子程序、溫度顯示子程序等。單片機(jī)系統(tǒng)開機(jī)后，利用DS18B20讀取外接溫度，后將溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理結(jié)果經(jīng)由無線傳輸子程序傳送并顯示出來。

7 結(jié)束語

本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，用溫度采集模塊采集電纜接頭溫度信息，利用無線通訊技術(shù)將采集的電纜溫度信息傳送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對電纜接頭溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控。并加入抗干擾設(shè)計(jì)，能夠保證溫度監(jiān)控系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠的工作，為電力傳輸?shù)陌踩\(yùn)行提供可靠保證。

參考文獻(xiàn)

[1]甘洪.基于無線通訊技術(shù)的電氣設(shè)備溫度檢測的研究[D].重慶大學(xué)，2014.

[2]秦國防.分散型高壓電氣設(shè)備溫度巡回監(jiān)測系統(tǒng)的研制[D].重慶大學(xué)，2007.

[3]史麗萍，陳志杰，侯運(yùn)生，等.基于紅外傳輸?shù)臒o線測溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].工礦自動化.2010，36（8）：23-25.

[4]史麗萍，陳志杰，靳慧.無線測溫系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì).[EB/OL].豆丁網(wǎng).http：//www.docin.com/p-243362017.html&endPro=true.

作者簡介：劉勇（1986-），男，山西太原人，碩士研究生，助理實(shí)驗(yàn)師，主要研究領(lǐng)域?yàn)殡娐冯娮印?