高电压设备智能监测设计范文

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《无线通信技术杂志》2014年第二期

1本终端接口介绍

SPI是一种串行同步通讯协议。SPI接口由SS(从器件选择线)、SDO(串行数据输出线)、SDI(串行数据输入线)和SCK(同步串行时钟线)四种信号构成，常作为单片机外设芯片串行扩展接口。SPI可以用全双工通信方式同时发送和接收8(16)位数据，过程如下:主机启动发送过程，送出时钟脉冲信号，主移位寄存器的数据通过SDO移入到从移位寄存器，同时从移位寄存器中的数据通过SDI移入到主移位寄存器中［4］。8(16)个时钟脉冲过后，时钟停顿，主移位寄存器中的8(16)位数据全部移入到从移位寄存器中，随即又被自动装入从接收缓冲器中，从机接收缓冲器满标志位(BF)和中断标志位(SSPIF)置"1"。同理，从移位寄存器中的8位数据全部移入到主寄存器中，随即又被自动装入到主接收缓冲器中，主接收缓冲器满标志位(BF)和中断标志位(SSPIF)置"1"。主CPU检测到主接收缓冲器的满标志位或者中断标志位置1后，就可以读取接收缓冲器中的数据。同样，从CPU检测到从接收缓冲器满标志位或中断标志位置1后，就可以读取接收缓冲器中的数据，这样就完成了一次相互通信过程。

2无线监测网络节点硬件电路设计

2．1监测终端硬件电路的总体设计本课题是针对于高电压设备智能监测终端的硬件电路的设计。该节点选STC的一款8位微处理器STC89C52RC为主控芯片进行设备监测，STC89C52RC单片机是宏晶科技的新一代低功耗、高速、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，可以任意选择12时钟机器周期和6时钟机器周期。该芯片具有很多优点，如系统扩展性强、测量和控制精度较高、可靠性高、多任务实时调度、体积小、响应速度快、操作方便等。硬件整体结构框图如图4所示。

2．2CPU(STC89C52RC)核心控制模块设计STC89C52RC外围电路主要包括TLC549A/D转化模块、电压传感器模块、温度传感器模块、液晶显示模块、无线通信模块。(1)TLC549A/D转化模块:TLC549是美国德州仪器公司生产的8位串行A/D转换器芯片，可与通用微处理器、控制器通过CLK、CS、DATA－OUT三条口线进行串行接口。具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长17μs，TLC549为40000次/s。总失调误差最大为±0．5LSB，典型功耗值为6mW［4］。采用差分参考电压高阻输入，抗干扰能力强［5］。其硬件电路图，如图5所示。(2)电压传感器模块:通过P11接口接入被测装置的电压端，通过电压互感器的额定电流为2mA，对感应电流进行整流通过R11来转换成需要的电压，在signal2端会输出小于1V的模拟电压。模拟电压和被测装置的电压有正比例的关系。电压传感器模块电路图，如图6所示。(3)温度传感器模块:本设计采用美国Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS18B20，DS18B20支持单数据总线，即"一线总线"接口的温度传感器［6］。整个传感元件和转换电路集成在一个三极管式的封装集成电路内。单数据总线的特点，使用户更容易地组建传感器网络，为监测网络系统的构建引入全新理念。DS18B20仅通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和DS18B20之间控制和交互也仅需一条I/O控制线，另外DS18B20的电源可以从本身用于读写和温度的数据线中获得，无需外部电源。方便了PCB的设计和制作。每个DS18B20都有一个独特的64位序列号，所以多只DS18B20可以同时连在一根单线总线上，这样就可以通过一个微处理器控制多温度传感器节约了微处理器的引脚资源。其硬件电路图，如图7所示。(4)液晶显示模块:串行数据传送共分三个字节完成:第一字节:串口控制－格式11111ABC，A为数据传送方向控制:H表示数据从LCD到MCU，L表示数据从MCU到LCD;B为数据类型选择:H表示数据是显示数据，L表示数据是控制指令C固定为0［7］。第二字节:(并行)8位数据的高4位－格式DDDD0000。第三字节:(并行)8位数据的低4位－格式0000DDDD。串行接口时序参数:(测试条件:T=25℃VDD=4．5V)。读、写数据指令每执行完一次读、写操作，列地址就执行自动加一操作。如图8所示:(5)无线通信模块:本设计采用的是nRF905芯片作为无线传输模块，其TRX_CE/TX_EN引脚是收/发通道的控制端;PWR_UP引脚是工作模式控制端;CD引脚是接收模式下载波监测信号输出端;AM引脚是接收到正确的数据包地址后nRF905指示信号的输出端;DR引脚是发射完一个数据包后芯片指示信号的输出端;MOSI/MISO引脚是发射/接收数据的通道;CSN、SCK引脚为串行接口控制端。nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器、通信协议控制等模块，可自动处理字头和CRC，使用SPI接口与微控制器通信，非常方便［8］。由于nRF905采用抗干扰能力强的高斯频移键控调制方式，能很好的减少噪声环境对系统性能的干扰。nRF905无线通信模块电路设计图如图9所示。

3高电压设备智能监测终端软件流程设计

基站在程序执行之前进行数据校准，根据时间进行接收直到接收数据完毕，接收数据后进入显示模式，可以实时观看数据或者将数据传输到上位机，观看数据随时间的变化情况。在基站里对各个参数可以设定一个参考值，但任何一个参数值超出预定的误差，警报系统就会报警并显示节点故障。如图10所示。中继的主要作用就是延长数据传输的距离，在中间起到一个数据传输的作用，将各个节点的位置准确的传给基站，进而传给上位机，以供数据分析和参考。如图11所示。节点的主要功能就是监测高电压设备的各种参数，通过各种传感器电路来检测包括:温度、电压、电流等参数，最终在自己的时分时间内通过无线的方式把信息发送出去。如图12所示。

4结论

对高电压设备的自动监测是现代电力管理技术的重要任务，准确而科学地采集和处理变压器的原始数据，能给管理决策带来很大的效益，并能准确及时地分析处理事故，减少事故。但是某些智能化动监测系统较为庞大，投资高，地域适应性差。根据各类变电所的实际情况，本文采用嵌入式系统开发了一种专门用于高电压设备数据采集与处理的高电压设备智能监测终端。经实验，各项指标完全符合设计和实用要求，而且有投资少，见效快，适应性强等优势。本文设计的高电压设备智能监测终端，在不易布线的环境下或者人工不方便监测的环境下，通过无线传输技术来实现监测的目的。本高电压设备智能监测终端体积小，能耗低，还可以应用到其他的监测网络中。

作者：齐迪李佳奇吴运幸王伟正单位：大连交通大学电气信息学院