基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線測(cè)溫集中采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：該文敘述了一種使用瑞薩單片機(jī)以超低功耗的方式實(shí)現(xiàn)單個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)AD采集，以470M射頻模塊作為無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式，使用STM32單片機(jī)實(shí)現(xiàn)128個(gè)溫度點(diǎn)的無(wú)線數(shù)據(jù)接收，并集中顯示在7寸液晶屏上，同時(shí)使用GPRS技術(shù)實(shí)現(xiàn)終端與遠(yuǎn)程后臺(tái)的數(shù)據(jù)通信，該系統(tǒng)是一套技術(shù)前沿的完整的溫度采集與監(jiān)控系統(tǒng)，其中主要分為無(wú)線溫度采集模塊，無(wú)線接收并集中顯示終端，GPRS后臺(tái)軟件三部分。

關(guān)鍵詞：無(wú)線測(cè)溫 溫度采集 GPRS 組網(wǎng)

Design of wireless temperature gathering system based on GPRS network

YU Jinghua

Abstract：In this paper， a single chip microcomputer is used to realize the data acquisition of the temperature data of a single temperature node by using ultra low power consumption of AD， 470M radio frequency module as wireless data transmission mode， The use of STM32 microcontroller to achieve 128 temperature points of wireless data reception， and focus on the 7 inch LCD screen， At the same time， GPRS technology is used to realize the data communication between the terminal and the remote background， The system is a complete set of technical front temperature acquisition and monitoring system， which is mainly divided into wireless temperature acquisition module， wireless receiving and centralized display terminal， GPRS background software three parts.

Key words：Wireless temperature measurement、Temperature collection 、GPRS、networking

中圖分類號(hào)：TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2017）06-0234-02

引言

在電力系統(tǒng)中，高壓開關(guān)柜作為一個(gè)極為重要的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)中起著非常重要的作用，因此，在對(duì)安全性要求極高的電力系統(tǒng)中需要嚴(yán)格監(jiān)控高壓開關(guān)柜的工作狀態(tài)，其中對(duì)高壓開關(guān)柜內(nèi)觸頭的溫度監(jiān)控就是一項(xiàng)極為重要的工作，觸頭作為母線與斷路器的交接點(diǎn)，本身接觸電阻比較大，在大電壓，大電流的情況下容易老化而發(fā)熱，對(duì)柜內(nèi)的部件造成損傷，縮短開關(guān)柜的使用壽命，嚴(yán)重的情況會(huì)造成器件擊穿，造成火災(zāi)等嚴(yán)重事故。本文結(jié)合電力系統(tǒng)的實(shí)際需求，提出一種適用于電力系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線測(cè)溫集中采集的方案。

系統(tǒng)原理框圖

如上圖1所示，電力系統(tǒng)中物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)原理框圖[1]：

一、測(cè)溫節(jié)點(diǎn)

測(cè)溫節(jié)點(diǎn)包括溫度傳感器，處理單元，通信單元，電源部分。處理單元采集溫度傳感器的溫度，然后通過(guò)通訊單元將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送出去，由于測(cè)溫節(jié)點(diǎn)必須具備體積小，功耗低，易于安裝，如下圖所示，測(cè)溫表帶安裝在開關(guān)柜的母排上。

二、無(wú)線集中采集終端

無(wú)線集中采集終端設(shè)備配置7寸液晶屏，由于屏幕大，可以集中顯示多大128個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)上傳的溫度，同時(shí)屏幕支持觸摸功能，可以靈活配置各種參數(shù)。

三、上位機(jī)監(jiān)控

無(wú)線集中采集終端通過(guò)485接口連接到GPRS模塊，通過(guò)GPRS模塊鏈接到Internet，后臺(tái)軟件作為TCP服務(wù)器，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且后臺(tái)軟件可以布置在有Internet的任何地方，實(shí)現(xiàn)真正的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

測(cè)溫節(jié)點(diǎn)模塊設(shè)計(jì)

測(cè)溫節(jié)點(diǎn)模塊原理框圖[2]如下圖2.1所示， 處理單元采用NEC單片機(jī)，因?yàn)镹EC單片機(jī)具有優(yōu)良的低功耗特性；由于采用集中采集的方案，所以對(duì)測(cè)溫節(jié)點(diǎn)的無(wú)線傳輸距離和穿透力 的要求比較高，所以傳統(tǒng)的2.4G射頻芯片NRF24L01的頻段和功率都達(dá)不到要求，因此本方案射頻芯片采用470M頻段的無(wú)線模塊A7139，該模塊不僅穿透能力強(qiáng)，無(wú)線距離遠(yuǎn)，而且功耗低，雖然成本略有提高，但是滿足無(wú)線集中采集的要求；電源部分采用3.6V工業(yè)級(jí)電池供電，電能為1200mA/h。

終端采集器

終端采集器原理框圖如下圖3.1所示，由于要實(shí)現(xiàn)集中采集與顯示的功能，因此本方案采用的32位高速STM32單片機(jī)+7寸液晶顯示驅(qū)動(dòng)芯片SSD1963的主硬件方案，同時(shí)包括A7193硬件，電源硬件，以及EEPROM存儲(chǔ)硬件等外圍硬件電路。為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集能力和液晶驅(qū)動(dòng)的能力，軟件采用UCOS-II多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)+UCGUI嵌入式應(yīng)用圖形支持系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，軟件功能分為以下5個(gè)任務(wù)：射頻芯片數(shù)據(jù)接收任務(wù)、液晶驅(qū)動(dòng)顯示任務(wù)、觸摸屏按鍵任務(wù)、485后臺(tái)通信任務(wù)、其他任務(wù)；同時(shí)485接口通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與后臺(tái)上位機(jī)軟件進(jìn)行基于工業(yè)協(xié)議（MODBUS協(xié)議）的數(shù)據(jù)通訊。

GPRS后臺(tái)軟件

GPRS網(wǎng)絡(luò)采用GPRS模塊+物聯(lián)網(wǎng)SIM卡實(shí)現(xiàn)，等效于一個(gè)TCP客戶端；而上位機(jī)監(jiān)控軟件[3]連接到Internet，等效于一個(gè)TCP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，對(duì)GPRS網(wǎng)絡(luò)開放上位機(jī)的公網(wǎng)IP地址；溫度集中采集終端通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)鏈接到上位機(jī)的公網(wǎng)IP地址，傳輸層走的是TCP，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈路。GPRS后臺(tái)軟件可以安裝在鏈接到Internet的任何電腦上，沒(méi)有地域要求，真正的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。監(jiān)控人員在上位機(jī)上通過(guò)監(jiān)控軟件完成對(duì)所有溫度節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度過(guò)高報(bào)警，溫度實(shí)時(shí)圖表顯示，報(bào)警歷史事件查詢，下位機(jī)故障檢測(cè)等功能，如下圖所示上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面：

結(jié)語(yǔ)

在智能變電站的應(yīng)用中，運(yùn)用基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線測(cè)溫集中采集系統(tǒng)，不僅可以可靠穩(wěn)定的對(duì)變電站設(shè)備中發(fā)熱頻發(fā)的設(shè)備進(jìn)行溫度監(jiān)控，特別是對(duì)地域偏僻，長(zhǎng)期無(wú)人值守的變電站設(shè)備監(jiān)控有著極為重要的作用，而且設(shè)備投資小，易于安裝，維護(hù)簡(jiǎn)單，對(duì)變電站的設(shè)備安全運(yùn)行沒(méi)有任何影響，隨著國(guó)家智能電網(wǎng)的發(fā)展，該系統(tǒng)應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：余景華（1983-），男（漢族），福建人，華僑大學(xué)06級(jí)研究生，物理電子學(xué)專業(yè)，現(xiàn)任廈門井華電氣設(shè)備有限公司的工程師，主要研究短距離無(wú)線通訊、嵌入式系統(tǒng)及物聯(lián)網(wǎng)的研究

Writer Biography： YU Jinghua （1983-）， Mankind（the Han nationality）， Fu Jian Province， Hua Qiao Univercity 06 Grade Master， Micro-electronics Profession， now， as Xiamen Hua Hua Electrical Equipment Co.， Ltd. engineers， Research Area Is embedded-system and internet of things.