低频唤醒式电厂高压开关柜触头温度监测系统设计

2015-06-25 10:24:30   来源:21ic   

关键字: 非接触检测  低频唤醒  无线传输

 发电厂内部控制发电机组运行的一系列开关柜是重要的电器设备,对其触头温度实施在线监测尤为重要。设备内部要求高低压隔离使得监测装置朝着非接触式检测方向发展,目前大多采用无线电方式进行传输,但也存在着传感器组网和功耗问题。本文采用低频唤醒的方式设计无线采集模块,让它工作在瞬时发送,长时休眠的模式下,在低频唤醒信号中加入地址信息,每次只有效唤醒一个点进行温度采集,有效避免了多个无线采集模块同时发送信息的冲突问题,用时分复用和码分复用相结合的方式实现了多个传感器组网。

1 系统工作原理及硬件设计

触头温度监测系统框图如图1所示。

低频唤醒式电厂高压开关柜触头温度监测系统设计

每个高压开关柜有六个触头温度需要监测,下位机为置于触头臂上的无线采集模块,主要完成温度数据的采集及无线发送。上位机为置于高压开关柜外表面的无线接收模块,主要完成对应开关柜内的温度数据接收存储、液晶显示及上传报警。上位机定时发送125 kHz低频唤醒信号,下位机被唤醒后回传433 M触点温度信息。

测温模块中的微控制器采用了TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F1132,无线收发芯片采用了TI公司的极低功耗的单片收发芯片CC10 00。

下位机利用MSP430F1132内部10位AD转化模块与美信公司的MAX6613低功耗模拟温度传感器完成温度采集和编码;低频唤醒部分由低频唤醒信号接收芯片ATA5283构成,定时接收上位机发送的125 kHz的低频唤醒信号,被唤醒后启动CC1000射频模块完成一次温度采集上传,其余时间单片机进入休眠状态,CC1000射频模块进入掉电模式。电源采用电流感应方式从电力线路上获取能量,结合稳压器件和超级电容实现稳定的电能输出。

上位机的低频唤醒部分由低频唤醒信号发送芯片ATA5276构成,结合单片机定时发送125kHz的带有地址信息的低频唤醒信号,每次唤醒一个下位机,然后接收存储它上传的触点温度信息,采集完六个下位机的信息后等待PC轮询时上传。

1.1 上位机硬件设计

低频唤醒信号发送电路如图2所示,主要由ATA5276芯片和MSP430F1132单片机组成。

低频唤醒式电厂高压开关柜触头温度监测系统设计

MSP430F1132是TI公司推出的一款的16位超低功耗单片机,集成了较多的片上外围资源,包括一个16位的定时器、10位速率为200 kbps的AD转化器、8K+256B的FLASH、256B的RAM,图2中所示,MSP430F1132共有20个引脚,其中两个八位并行数据接口P1(P1.0-P1.7)、P2(P2.0-P2.5),这些数据接口同时有一些复用功能,如:P1.4-P1.7复用了下载程序的JTAG接口。

ATA5276是Atmel公司推出的一款用于发射低频唤醒信号的低功耗芯片。通过外部单片机控制该芯片的一个“单线双向”接口(DIO pin)就能将能量和数据通过天线线圈发射出去,频率为125 kHz,ASK调制方式。图2中DIO引脚与单片机的P2.2脚连接,当DIO引脚变为低电平时,低频唤醒信号发送模块发送125 kHz低频唤醒信号,发送完成后,单片机的P2.1脚如果能捕获到DIO引脚发出的负脉冲信号就可以确认发送成功,否则重新发送;当DIO引脚变为高电平时,不发送任何唤醒信号。

1.2 下位机硬件设计

低频唤醒接收端电路如图3所示,主要由ATA5283芯片和MSP430F1132单片机组成。

低频唤醒式电厂高压开关柜触头温度监测系统设计

ATA5283是Atmel公司推出的一款适合于125 kHz低频信号的低频唤醒接收芯片,休眠电流为1μA,工作电流2μA,工作电压2~3.6 V。数据速率可达4 kbps,ASK调制方式。ATA5283芯片的1脚接LC并联谐振电路输入125 kHz低频信号,6脚N_DATA接单片机I/O口接收数据,7脚N_ WAKEUP接单片机TACLK口用于唤醒单片机。该芯片对125 kHz信号的接收灵敏度为1 mV,当LC电路感应出的峰值电压大于1 mV时,ATA5283的7脚N_WAKEUP端被拉低,单片机被唤醒,开始采集其6脚NDATA端的输出数据,采集完成后单片机输出一个高电平信号给ATA5283的5脚使其复位,然后单片机进入休眠状态,等待下次被唤醒。

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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0625/article_12091.html
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