黨元一

摘 要：文章設計了一種新型的無線測溫系統(tǒng)，采用LED光源對太陽能電池板照射的新型供電方式，克服了太陽能電池板使用時間與使用場所的限制。整個系統(tǒng)采用低功耗設計，可以使平均工作電流降低到0.5 mA。該測溫系統(tǒng)主要工作在電力行業(yè)中不容易獲取低壓電能，需要與低壓電分隔開安全距離的場合，如輸變電站、高壓開關柜內電纜接頭、刀閘開關觸點、母排接頭、高壓母線接頭等需要測溫的場所。

關鍵詞：測溫系統(tǒng)；LED；無線通信；嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號：TM930.12 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）05-0012-02

“安全第一，預防為主”是電力企業(yè)安全生產管理的一貫方針，高壓電力設備的安全運行更是安全工作的重中之重。

在線設備溫度狀態(tài)監(jiān)控，溫度預警，識別故障。改變以往“定期檢修”為“狀態(tài)檢修”，實現(xiàn)智能在線監(jiān)測，為輸變電設備安全運行上保險。

目前電力系統(tǒng)測溫主要有以下幾種方式：

①紅外線測溫。它的優(yōu)點是方便攜帶，不需要直接接觸測溫物體；缺點是造價很高，目前一臺進口的紅外測溫槍需要70萬人民幣，而且它的測量受環(huán)境溫度、光照和天氣的影響較大，不能夠實時進行傳輸。

②光纖光柵測溫。它的優(yōu)點是測量結果準確，受外界環(huán)境的影響??；缺點是價格非常昂貴，目前在國外有一些應用，在國內還不多見。

③無線傳感器測溫。這是本系統(tǒng)所采用的方案。采用無線傳感器測溫方案的造價很低；受外界環(huán)境的影響?。粶y量結果準確。系統(tǒng)采用LED光源供電，可以解決電池供電不易更換的缺點，又克服了太陽能電池板使用時間與使用場所的限制。

1 供電原理

LED被稱為第四代光源，具有節(jié)能、環(huán)保、安全、壽命長、低功耗、低熱、高亮度、防水、微型、防震、易調光、光束集中、維護簡便等特點，可以廣泛應用于各種指示、顯示、裝飾、背光源、普通照明等領域。

色溫是表示光源光色的尺度，單位為K（開爾文）。色溫在攝影、錄象、出版等領域具有重要應用。光源的色溫是通過對比它的色彩和理論的熱黑體輻射體來確定的。熱黑體輻射體與光源的色彩相匹配時的開爾文溫度就是那個光源的色溫，它直接和普朗克黑體輻射定律相聯(lián)系。一日之間太陽光的色溫并不是固定不變的，而是隨時間的變化進行著有規(guī)律的變化。早晚偏低，中午偏高，太陽光的平均色溫是5 600 K。

我們可以選擇色溫與太陽光接近的LED光源。采用LED光源對太陽能電池板供電的新型供電方式，克服了太陽能電池板使用時間與使用場所的限制。技術要點如下：

①采用大功率LED光源進行供電。

②LED光源與太陽能電池板的距離≥具體隔離開關電壓等級的安全距離。

③LED光源前端采用凸透鏡進行光路改變，LED光源放置在凸透鏡的焦點處，射出的平行光源照射太陽能電池板。

系統(tǒng)原理圖如圖1所示：

2 測溫原理

采用PT100熱電阻進行接觸式測量。PT100是鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的變化而改變。它的工作原理：當PT100在0 ℃的時候它的阻值為100 ？贅，它的阻值會隨著溫度上升而成近似勻速的增長。通過分度表，就可以得到具體的溫度值。

測溫電路如圖2所示：

每6 s采集一次溫度，為了系統(tǒng)節(jié)能，采用開關控制電路。PC1口控制三極管9013的通斷，當需要采集溫度時，PC1口輸出高電平，三極管導通，R1、R2、R3支路產生電流，通過采集AD1、AD2、AD3三點的電壓，計算出R2和R3兩端的電壓。R2為標準100 ？贅電阻，R3為PT100熱電阻，通過R2與R3的電壓比，計算出R2與R3的電阻比，進而計算出R3的電阻。通過分度表就可以查出R3所測量物體的溫度值。當不需要溫度采集時，PC1口輸出低電平，三極管截止，R1、R2、R3支路沒有電流。

3 無線通信原理

無線通信芯片采用挪威Nordic公司的nRF905芯片，它的功耗很低，芯片可以軟件設置空閑模式、關機模式，易于節(jié)能設計。芯片內置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器等功能模塊，輸出功率和通信頻道可通過程序進行配置。非常適合于低功耗、低成本的系統(tǒng)設計。

由于一個變電站內有多個隔離開關觸頭需要測溫，所以必須定義合適的無線通信協(xié)議。我們的方案是把一定數(shù)量的通信模塊編成一組。不同組的無線模塊采用不同的傳輸頻率。在同一組內，采用一發(fā)多收的通信方式，開關柜中的無線模塊為主模塊，它采用分時輪詢的方式與組內的無線模塊進行通信。

4 控制電路

核心處理器模塊采用意法半導體（ST）公司的STM32F103

RBT6，該芯片使用ARM高性能的Cortex-M3內核，工作頻率為72 MHz。作為典型的工業(yè)控制型的CPU，豐富的芯片資源使得地址、數(shù)據(jù)總線和存儲器不需要擴展，更加提高控制系統(tǒng)的抗干擾性和電磁兼容性能，也使得控制系統(tǒng)的開發(fā)變得簡便。

5 軟件設計

控制器程序采用C語言在MDK環(huán)境下編寫、調試。系統(tǒng)啟動前先要對存儲管理單元（MMU）和存儲保護單元（MPU）進行配置，之后初始化庫函數(shù)和堆棧指針。在ROM重映射時避免定位在0x0處，以防影響系統(tǒng)運行性能。

系統(tǒng)首先進行初始化，檢查電源是否正常，如果不正常給用戶進行提示。之后啟動溫度檢測程序，如果溫度異常，要提示用戶。然后檢測開關量，檢測是否有開合閘命令，并根據(jù)命令是遠方操作還是就地操作選擇不同的程序。

6 結 語

本項目設計了基于LED光源供電的超低功耗無線測溫系統(tǒng)。系統(tǒng)采用STM32作為核心控制板，通過nRF905進行無線傳輸，采用pt100溫度傳感器，系統(tǒng)采用低功耗設計。該測溫系統(tǒng)主要工作在電力行業(yè)中不容易獲取低壓電能，需要與低壓電分隔開安全距離的場合。

參考文獻：

[1] 徐昊.電力負荷管理系統(tǒng)中通信方式的比較[J].華中電力，2007，（3）.

[2] 紀峰.電力負荷管理終端的電磁兼容分析[J].電測與儀表，2007，（9）.

[3] Lin Xin，Wu Yi，Gao Huijun. Development of the permanent magnetic actuator with intelligent controlling system[M].Shenyang：Proceedings of the Fifth International Conference on Electrical Machines and Systems，2001.

[4] Hongyan Mao.Research of Wireless Monitoring System in Power Distribution Transformer Station Based on GPRS[C].Computer and Automation Engineering（ICCAE），2010，（5）.