基于无线通信的高压设备温度监测系统的设计[J].doc

1、第 30 卷 第 9 期 仪 器 仪 表 学 报 Vol.30 No. 92009 年 9 月 Chinese Journal of Scientific Instrument Sep. 2009基于无线通信的高压设备温度监测系统的设计江 和，张培铭，翁桂华(福州大学电气工程与自动化学院 福州 350108)摘 要：在对现有高压设备温度监测技术进行分析研究的基础上，研制了基于无线通信的高压设备温度监测系统。该系统的高压侧单片机通过高压侧无线发射接收模块与低压侧的无线发射接收模块进行无线双向通信，实现了高压设备的温度监测信号向低压侧传送。本文针对该系统的关键问题，重点介绍了以 PCB 板铜箔为介

2、质的无线通信天线设计的基本方法与计算式，设计了无线发射模块的 PCB 板铜箔环形天线参数；介绍了高压侧以太阳能电池为主的专用电源的设计，该电源由处于低压侧的单片机系统控制的聚光灯为高压侧的太阳能电池提供能量，通过低功耗稳压模块输出稳定电压 3.3 V；介绍了综合性能较好的温度传感器及其特性处理方式。实验室运行验证了该系统通信的可靠性。关键词：高压设备；无线通信；太阳能电池；温度监测中图分类号：TM83 文献标识码：A 国家标准学科分类代码：470.4017Design of temperature monitoring system for high-voltageequipment base

3、d on wireless communicationJiang He, Zhang Peiming, Weng Guihua(School of Electric Engineering and Automation, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China)Abstract：Based on the analysis of current temperature monitoring technologies for high-voltage equipment, this article develops a system on the basis

4、 of wireless communications. In this system, the MCU on the high potential side communicates interactively with the low potential side by means of the wireless transceiver modules on both sides, so that the temperature signal of the high-voltage equipment can be sent to the low potential side. This

5、article focuses on the following key techniques: the design of the antenna made of PCB in wireless communications; the power source based on solar cells in the high-voltage equipment, for which energy is provided by the MCU-controlled spotlight on the low potential side, which steadily produces a 3.

6、3 V voltage through the low power voltage control module; and the parameters and the processing method of a well-performed temperature sensor. The tests in laboratory indicate the reliabilityof this system in communication.Key words：high-voltage equipment; wireless communication; solar cell; tempera

7、ture monitoring1 引 言在 电 力 系 统 运 行 中 ， 过 电 流 将 导 致 电 器 、 母 线 等 过热 ； 母 排 、 触 头 、 电 缆 等 接 头 导 电 部 分 接 触 不 良 也 将 导致 过 热 。 设 备 过 热 又 将 导 致 绝 缘 损 坏 并 产 生 绝 缘 老 化 甚至 造 成 短 路 故 障 。 电 力 系 统 中 的 大 部 分 故 障 都 与 发 热 有关 。 因 此 ， 高 压 设 备 的 温 度 监 测 关 系 到 整 个 系 统 的 可 靠与 安 全 运 行 。由 于 高 电 压 系 统 的 高 电 压 、 强 磁 场 等 特 殊 问

8、题 ， 常规 的 测 温 方 法 是 不 适 用 的 。 毫 无 疑 问 ， 保 证 高 电 压 设 备的 温 度 监 测 系 统 的 安 全 、 可 靠 与 监 测 的 准 确 度 ， 该 系 统必 须 重 点 解 决 信 号 的 提 取 ， 高 压 侧 信 号 转 换 与 发 射 电 路的 电 源 以 及 信 号 的 可 靠 隔 离 与 传 输 。 因 此 ， 上 述 三 个 问题 是 高 电 压 设 备 的 温 度 监 测 系 统 设 计 的 关 键 问 题 1-2。本 文 基 于 高 压 设 备 测 温 技 术 领 域 的 现 状 ， 对 其 进 行了 详 细 的 分 析 研 究 。

9、在 无 线 通 信 与 太 阳 能 电 池 研 究 的 基础 上 ， 设 计 了 高 压 设 备 温 度 在 线 监 测 系 统 。 本 文 还 给 出了 具 体 的 模 块 、 电 路 与 有 关 参 数 。收稿日期：2008-10 Received Date：2008-101970 仪 器 仪 表 学 报 第 30 卷2 背景技术的分析研究目 前 ， 高 低 压 侧 被 测 信 号 的 隔 离 与 传 输 有 通 过 采 用光 纤 、 红 外 辐 射 、 红 外 信 号 空 间 传 送 、 无 线 通 信 等 方 式 3-6。 光 纤 是 很 好 的 信 号 传 输 介 质 ， 在 一 般

10、 情 况 下 具 有 很 高的 绝 缘 性 能 。 但 是 ， 光 纤 毕 竟 属 于 有 线 传 输 介 质 。 在 梅雨 季 节 或 潮 湿 的 气 候 条 件 下 ， 其 绝 缘 强 度 将 大 幅 度 减 小 。因 此 ， 光 纤 的 实 际 应 用 场 合 受 到 限 制 。 红 外 辐 射 测 温 的准 确 度 低 , 设 备 昂 贵 。 特 别 是 由 于 红 外 信 号 无 法 穿 透 障 碍物 ， 无 论 是 红 外 辐 射 或 红 外 信 号 空 间 传 送 方 案 的 应 用 都将 受 到 很 大 制 约 ， 而 难 以 获 得 实 际 应 用 。由 于 无 线 通 信

11、技 术 的 快 速 发 展 ， 采 用 无 线 通 信 的 方式 进 行 各 种 物 理 参 数 的 监 测 也 越 来 越 引 起 人 们 的 关 注 。毫 无 疑 问 ， 无 线 通 信 技 术 在 高 电 压 系 统 的 重 要 参 数 如 电压 量 、 电 流 量 、 温 度 量 等 在 线 监 测 中 将 发 挥 重 要 作 用 ，并 具 主 导 地 位 。 该 方 案 的 思 路 是 ： 在 高 压 侧 ， 单 片 机 将监 测 到 的 温 度 信 号 通 过 无 线 收 发 模 块 传 送 到 处 于 低 压 侧的 无 线 收 发 模 块 ， 在 低 压 测 ， 可 以 就 地

12、显 示 温 度 或 再 通过 总 线 （ 如 RS485） 上 传 至 上 位 机 （ 计 算 机 ） 。 由 于 高 电压 设 备 的 特 殊 性 ， 无 线 通 信 的 天 线 设 计 是 必 须 解 决 的 关键 问 题 。目 前 ， 高 压 侧 信 号 传 感 转 换 单 元 的 电 源 主 要 有 几 种形 式 ： 电 池 供 电 ； 高 压 侧 电 流 互 感 器 供 电 ； 太 阳 能 电 池供 电 7。 电 池 供 电 的 主 要 问 题 是 电 池 的 使 用 寿 命 有 限 。 当电 池 寿 命 终 结 时 无 法 更 换 位 于 高 电 位 的 电 池 是 该 方 案 难

13、以 克 服 的 问 题 。 因 此 ， 一 般 不 采 用 该 方 案 。 目 前 实 际 运行 的 电 源 主 要 是 通 过 高 压 侧 电 流 互 感 器 从 母 线 电 流 获 取能 量 的 方 案 。 虽 然 这 种 方 案 的 原 理 比 较 简 单 ， 但 要 保 证在 高 压 侧 小 电 流 时 能 输 出 满 足 要 求 的 电 源 电 压 ， 势 必 在额 定 电 流 时 或 过 载 时 ， 产 生 太 大 的 电 压 ， 可 能 在 过 流 或短 路 时 损 坏 电 源 甚 至 整 个 监 测 系 统 。 因 此 ， 这 种 方 案 在电 流 较 小 时 ， 无 法 保

14、证 监 测 系 统 的 正 常 运 行 。 以 紧 贴 在高 压 侧 信 号 转 换 与 发 射 单 元 的 太 阳 能 电 池 为 主 的 专 用 电源 不 仅 安 全 可 靠 ， 而 且 安 装 非 常 方 便 。 因 此 ， 太 阳 能 供电 是 优 于 电 池 供 电 与 高 压 侧 电 流 互 感 器 供 电 的 方 案 。 在诸 如 大 量 运 行 的 高 压 开 关 柜 等 高 压 设 备 ， 太 阳 能 电 池 供电 实 际 上 是 利 用 低 压 侧 的 小 容 量 聚 光 灯 向 处 于 高 压 侧 的太 阳 能 电 池 提 供 能 量 。 在 该 电 源 系 统 中 还

15、配 有 光 源 检 测电 路 ， 以 确 保 光 源 的 正 常 运 行 。3 高压设备温度监测系统总体框图本 系 统 总 体 硬 件 框 图 如 图 1 所 示 。 由 于 所 用 的nRF905 为 集 发 送 、 接 收 为 一 体 的 芯 片 ， 该 系 统 高 低 压 侧单 片 机 通 过 高 压 侧 无 线 发 射 接 收 模 块 、 无 线 通 信 天 线 、低 压 侧 无 线 发 射 接 收 模 块 进 行 无 线 双 向 通 信 ， 不 仅 实 现了 由 温 度 传 感 器 感 受 的 高 压 侧 被 测 温 度 信 号 向 低 压 侧 的传 送 ， 而 且 低 压 侧 的

16、单 片 机 可 以 发 送 各 种 命 令 要 求 处 于高 压 侧 的 单 片 机 执 行 相 关 命 令 ， 如 根 据 需 要 改 变 采 样 间隔 时 间 等 。 因 此 ， 该 系 统 具 有 其 独 特 的 灵 活 性 。 低 压 侧的 单 片 机 还 具 有 检 测 、 控 制 小 容 量 聚 光 灯 的 功 能 ， 并 通过 通 信 接 口 与 上 位 机 进 行 信 息 交 换 。 处 于 高 压 侧 的 单 片机 由 太 阳 能 电 池 板 供 电 。图 1 整 个 系 统 硬 件 框 图Fig.1 Hardware block diagram4 信号无线传输的天线设计在小

17、功率短距离无线通信系统中，通信的可靠性与天线密切相关，天线设计是系统设计重点之一。通常有二种天线，一种是柱形，一种是环形。处于高电压系统附近的柱形天线尖端侧的电荷特别密集，其附近空气中第 9 期 江 和 等：基于无线通信的高压设备温度监测系统的设计 1971的电场特别强, 使得空气中少量离子加速运动。这些高速运动的离子撞击空气分子，便有更多的分子电离。这时空气成为导体，于是就产生了尖端放电现象。因此在在高电压系统中不能选用柱形天线。同样也不能用普通的环形天线。这里选择以 PCB 板铜箔形成的环形天线，因此要按照天线设计的要求仔细设计，否则将无法通信或通信不可靠。如图 2 所示的粗线部分为环形天

18、线，图3 为 PCB 示意图，其等值线路(发送模式)如图 4 所示 8。图 2 n RF905 与 天 线 连 接 图Fig.2 Diagram of a loop antenna connected to nRF905图 3 环 形 天 线 PCB 示 意 图Fig.3 Geometry of rectangular loop antenna made of PCB图 4 环 形 天 线 (发 送 模 式 )等 效 线 路 图Fig.4 Loop antenna equivalent circuit (transmission mode)图 3 中 a1、 a2 为 天 线 的 长 、 宽

19、， b1、 b2 为 PCB 铜箔 的 厚 度 与 宽 度 。令 ， 环 形 天 线 的 面 积 A=a2。 而 矩 形 铜 箔12=可 用 圆 形 导 线 等 效 ， 等 效 的 圆 形 导 线 的 半 径b=0.35b1+0.24b2图 4 中 的 输 入 阻 抗 ZIN 由 下 式 给 出 ：(1)0()()IRLXAIZjfL式 中 ： RR， RL， RX 分 别 为 辐 射 电 阻 、 损 耗 电 阻 和 附 加 电阻 (电 容 CP 的 等 效 串 联 电 阻 等 )； LA， LL 分 别 为 环 形 天 线的 电 感 和 回 路 电 感 。RR 可 以 从 下 式 得 到 ：

20、(2)24317()A这 里 A 为 环 形 天 线 的 面 积 ， ， c 为 光 速 ，0fc=3108， f0 为 谐 振 频 率 ， 这 里 取 433 MHz。损 耗 电 阻 RL 可 按 正 式 计 算 ：(3)120LSlafPb式 中 ： l、 P、 Rs、 分 别 为 天 线 金 属 导 体 的 长 度 、 天 线 的周 长 、 天 线 铜 表 面 电 阻 和 铜 的 电 导 率 。附 加 损 耗 Rx 按 下 式 计 算 ：(4)02()ALXRLfQ式 中 ： Q 为 环 形 天 线 的 品 质 因 数 ， 它 主 要 由 电 容 Cp 的 等效 电 阻 决 定 。在 共

21、 振 的 条 件 下 ， 输 入 阻 抗 由 下 式 计 算 ：INZ(5)2 2()ALINRLXRXfZ回 路 电 感 LA， 回 路 导 体 电 感 LL 计 算 式 由 式 (6)、 (7)计算 ：(6)02ln().74Aab(7)L据 以 上 各 式 计 算 ， 可 得 到 如 图 5 所 示 的 天 线 尺 寸 及相 关 元 件 参 数 。图 5 最 后 设 计 的 PCB 板 的 环 形 天 线Fig.5 Dimension diagram of the loop antenna通过实验表明，本文设计的以 PCB 板构成的环形天线满足设计要求，在开阔场地 100 m 的范围内通

22、信可1970 仪 器 仪 表 学 报 第 30 卷靠，在室内可以相隔三四个控制室进行正常通信。这将为今后建立高电压系统的各种参数的在线监测网络奠定基础。5 太阳能电池供电电源系统设计电 源 是 高 电 压 温 度 监 控 器 的 重 要 部 分 ， 它 的 性 能 与可 靠 性 甚 至 关 系 到 温 度 监 控 器 设 计 的 成 败 。 本 系 统 采 用 太阳 能 电 池 供 电 ， 显 然 ， 在 高 电 压 电 器 系 统 中 ， 能 直 接 应 用太 阳 能 的 情 况 不 多 ， 这 里 采 用 在 低 压 侧 的 聚 光 灯 射 向 处 于高 压 侧 的 太 阳 能 电 池 板

23、 为 处 于 高 压 侧 信 号 转 换 与 发 射 单 元供 电 的 方 案 。太 阳 能 电 池 是 一 种 把 光 能 转 换 为 电 能 的 一 种 装 置 。根 据 所 用 材 料 ， 太 阳 能 电 池 可 分 为 硅 系 太 阳 能 电 池 和 非硅 系 太 阳 能 电 池 ， 而 硅 系 太 阳 能 电 池 是 目 前 发 展 最 成 熟 的 , 在 应 用 中 居 主 导 地 位 。 在 硅 系 太 阳 能 电 池 中 又 分 为 单 晶硅 太 阳 能 电 池 、 多 晶 硅 太 阳 能 电 池 和 非 晶 硅 薄 膜 太 阳 能电 池 三 种 。太 阳 能 电 池 实 际

24、上 是 一 个 大 面 积 的 平 面 二 极 管 ， 在光 线 的 照 射 下 便 可 产 生 直 流 电 。 考 虑 到 太 阳 能 电 池 的 转换 效 率 ， 太 阳 能 电 池 的 实 际 的 等 效 电 路 如 图 6 所 示 。 IL为 光 生 电 流 ， 并 联 电 阻 RP 为 电 池 边 缘 漏 电 或 耗 尽 区 内 的复 合 电 流 引 起 的 ， 串 联 电 阻 RS 主 要 包 括 正 面 金 属 电 极 与半 导 体 材 料 的 接 触 电 阻 、 半 导 体 材 料 的 体 电 阻 和 电 极 电阻 9。图 6 太 阳 能 电 池 的 等 效 线 路 图Fig.

25、6 Equivalent circuit of the solar cell由 图 6 的 等 效 电 路 图 可 得 相 应 的 太 阳 能 电 池 的 伏 安特 性 计 算 公 式 ：(8)()exp1SSLDPURIRIInKT式 中 ： q 为 单 位 电 荷 (1.61019k(SA)； K 为 玻 耳 兹 曼 常 数(1.381023J/K)； T 是 绝 对 温 度 (K)； n 为 二 极 管 指 数 ， 取12。图 7 为 在 光 照 和 无 光 照 下 的 硅 太 阳 能 电 池 的 输 出 特 性曲 线 。 从 中 可 以 看 到 在 有 光 照 下 ， 电 池 有 一

26、个 最 大 的 输 出功 率 PMAX， 对 应 于 此 功 率 时 的 电 压 UMP和 IMP， 太 阳 能 电 池的 短 路 电 流 ISC和 开 路 电 压 UOC， 这 些 都 是 太 阳 能 电 池 的 重要 参 数 。图 7 硅 太 阳 能 电 池 输 出 特 性 曲 线Fig.7 Output performance curve of the silicon solar cell本 文 选 用 了 一 种 目 前 最 为 成 熟 且 应 用 最 广 的 是 单 晶硅 太 阳 能 电 池 。 其 主 要 参 数 如 下 ：开 路 电 压 （ Voc） ， 5.42 V3%短 路

27、电 流 （ Isc） ， 100 mA；最 佳 工 作 电 压 （ Vm） ， 5V3%； 最 佳 工 作 电 流 （ Im） ， 100 mA5%； 最 大 功 率 （ Ppm） ， 0.5 W5%； 转 换 效 率 （ EFF） ，16.5%2%。由于单片机与无线发射接收模块的工作电压均为3.3 V，因此太阳能电池的输出电压经过稳压模块后直接作为系统的工作电源。nRF905 的最大工作电流为在接收状态下也仅为 12.5 mA，加上单片机系统等，整个线路消耗的电流在接收或发送状态下最大为 41 mA（实测），故所选的太阳能电池完全能满足要求。由 于 处 于 高 压 侧 的 太 阳 能 电 池

28、 的 光 源 是 受 处 于 低 压侧 的 作 为 主 控 单 片 机 系 统 控 制 ， 因 此 可 以 在 需 要 时 接 通向 太 阳 能 电 池 提 供 能 源 的 聚 光 灯 ， 并 通 过 监 测 聚 光 灯 的电 流 是 否 正 常 来 判 断 高 压 侧 的 太 阳 能 电 池 是 否 能 获 得 足够 的 光 源 ， 如 有 故 障 立 即 报 警 。 当 不 需 要 时 可 以 暂 时 切断 聚 光 灯 的 光 源 。 这 样 将 大 大 提 高 了 整 个 系 统 的 可 靠 性 。6 温度传感电路设计由 于 高 压 侧 信 号 转 换 与 发 射 电 路 及 其 电 源

29、 均 处 高 电位 ， 单 片 机 及 测 温 系 统 所 用 的 电 源 与 低 压 系 统 无 关 ， 故 温度 传 感 器 可 经 过 一 般 的 绝 缘 措 施 与 处 于 高 电 压 的 带 电 体 相连 。与 众 不 同 的 是 ， 考 虑 到 高 压 设 备 温 度 监 测 的 动 态 响应 、 精 度 、 安 装 、 尺 寸 、 成 本 的 要 求 ， 经 大 量 研 究 与 长 期成 功 应 用 的 结 果 ， 本 温 度 监 测 系 统 采 用 NTC 热 敏 电 阻DHT0A104F 作 为 温 度 信 号 提 取 的 传 感 元 件 。 该 传 感 元 件的 一 致 性

30、 与 互 换 性 都 非 常 好 ， 测 温 范 围 为 -40 300 ，可 选 精 度 有 1%， 2%， 3%等 ， 其 特 性 (从 0 300 )如 图8 所 示 。 从 中 可 见 其 非 线 性 是 很 严 重 的 ， 但 是 经 过 简 单 的第 9 期 江 和 等：基于无线通信的高压设备温度监测系统的设计 1973变 换 后 ， 可 以 大 大 改 善 。 如 图 9 所 示 ， 在 热 敏 电 阻 下 串 一电 阻 R1， 可 以 改 变 输 出 特 性 。 从 图 9 可 以 看 到 ， 增 大 R1使 得 特 性 左 移 。 R 值 的 选 取 可 以 根 据 测 温

31、范 围 确 定 。 当 选取 R1 10 k 时 ， 在 10 170 间 都 有 很 好 的 测 温 精 度 。Vout 直 接 送 至 单 片 机 的 AD 口 进 行 AD 采 样 。 为 了 防 止 干 扰 ，可 以 用 软 件 滤 波 ， 如 若 干 次 后 平 均 ， 或 采 若 干 次 后 从 小 到大 排 列 ， 取 其 中 间 的 若 干 个 数 平 均 。 第 2 种 方 法 有 较 好 的抗 干 扰 能 力 ， 但 编 程 稍 复 杂 点 。图 8 D HT0A104F 特 性Fig.8 Characteristic diagram of DHT0A104F图 9 经 过

32、 变 换 后 的 热 敏 电 阻 输 出 特 性Fig.9 Output performance curve of the transformed NTCAD 转 换 的 精 度 除 了 与 AD 转 换 器 有 关 外 ， 还 与 所用 的 参 考 电 压 的 稳 定 性 有 关 。 本 文 选 用 的 是 PIC16F877A的 内 部 10bAD 转 换 器 ， 它 的 AD 结 果 AD 与 输 入 电 压Vo、 参 考 电 压 Vref 的 关 系 为 ：AD=Vo1 023/Vref显 然 从 上 式 看 ， 要 得 到 精 确 的 AD 结 果 ， 参 考 电 压Vref 必 须

33、 精 确 、 稳 定 。 但 是 ， 实 际 上 一 般 设 计 的 电 源 Vcc并 不 十 分 精 确 稳 定 ， 通 常 设 计 人 员 不 得 不 用 一 精 密 电 压基 准 源 作 为 AD 转 换 的 参 考 电 压 Vref， 以 期 望 AD 结 果 精确 、 稳 定 而 不 受 电 源 电 压 波 动 而 波 动 。本 设 计 提 出 将 电 源 电 压 Vcc 直 接 作 为 参 考 电 压 Vref 就能 保 证 AD 结 果 稳 定 而 不 随 电 源 电 压 Vcc 的 波 动 而 变 化 的方 案 ， 可 证 明 如 下 ：如 图 9 右 边 所 示 的 电 路

34、， 可 得 ：Vo=VccR1/(Rt+R1)式 中 ： Rt 为 热 敏 电 阻 在 被 测 温 度 下 的 电 阻 值 。 由 于Vcc=Vref， AD=Vo1 023/Vref=VccR1/(Rt+R1)1 023/Vref=R1/(Rt+R1)1 023即 选 用 Vcc 作 为 Vref 时 ， AD 的 结 果 与 电 源 电 压 无 关 。因 此 ， 本 设 计 简 化 了 传 感 转 换 电 路 ， 降 低 了 成 本 ， 提 高运 行 可 靠 性 。7 单片机与 nRF905 相关接线nRF905 是 挪 威 Nordic 公 司 推 出 的 单 片 射 频 收 发 器芯

35、片 ， 工 作 电 压 为 1.9 3. 6 V ， 工 作 于 433/ 868/ 915 MHz 3 个 ISM 频 道 。 nRF905 可 以 自 动 完 成 处 理 字 头 和CRC 校 验 的 工 作 ， 可 由 片 内 硬 件 自 动 完 成 曼 彻 斯 特 编 码 / 解 码 ， 同 时 具 有 功 耗 低 、 发 射 功 率 大 、 接 收 灵 敏 度 高 、通 信 距 离 远 等 优 点 ， 具 有 很 高 的 性 价 比 。由 于 nRF905 使 用 的 是 3.3 V 直 流 电 压 ， 故 单 片 机 也选 用 3.3 V 供 电 的 Microchip 公 司 的

36、 PIC16F886， 它 是 28脚 封 装 的 ， 具 有 内 部 10 位 AD 转 换 器 ， 并 有 SPI 接 口 等 。图 10 给 出 了 nRF905 与 单 片 机 有 关 的 连 线 关 系 。 nRF905与 单 片 机 的 接 口 为 SPI， 因 此 与 PIC16F886 的 通 信 接 口很 简 单 ， 通 过 SPI 接 口 的 SDO、 MISO（ SDO） 、 SCK 三根 线 直 接 相 连 即 可 ， 再 加 上 状 态 控 制 等 共 需 8 根 线 与 之相 连 。图 10 单 片 机 与 nRF905 的 接 线Fig.10 Connection

37、 diagram of MCU to nRF9058 软件设计限 于 篇 幅 ， 这 里 只 介 绍 单 片 机 控 制 nRF905 的 初 始化 过 程 与 发 送 与 接 收 过 程 。nRF905 具 有 两 种 工 作 模 式 （ TX 和 RX） 和 两 种 节能 模 式 （ 掉 电 和 待 机 ） ， 由 PWR_UP、 TRX_CE、 TX_EN三 个 引 脚 分 别 来 控 制 进 入 不 同 的 模 式 ， 其 对 应 关 系 见 表1。表 1 工 作 模 式 设 置Table 1 Setting of nRF905 operational modesPWR_UP TRX_

38、CE TX_EN 工作模式0 X X 掉电和 SPI 模式1 0 X 待机和 SPI 编程模式1972 仪 器 仪 表 学 报 第 30 卷1 1 0 接收模式1 1 1 发送模式单 片 机 通 过 SPI 总 线 配 置 nRF905 的 内 部 寄 存 器 以及 读 写 数 据 和 地 址 时 必 须 将 在 待 机 或 掉 电 模 式 下 进 行 。8.1 n RF905 的 初 始 化初 始 化 过 程 如 图 11 所 示 ， 其 主 要 内 容 是 把 表 2 中 的10 个 数 据 通 过 SPI 接 口 依 次 发 送 给 nRF905。图 11 n RF905 初 始 化 过

39、 程 框 图Fig.11 Block diagram of nRF905 initialization表 2 初 始 化 配 置 字Table 2 Configuration words of nRF905 initialization序号 配置字 说明1 0b01101010工作频率 433.0MHz（433MHz 频段基准频率）2 0b00001100不自动重发数据包、正常接收模式、输出功率 +10dB (0CH)3 0b01000100 发送与接收地址均为 4 字节4 N1 接收有效数据宽度5 N2 发送有效数据宽度6 n RX 地址,即本机站号,下同7 0xCC RX 地址8 0xCC

40、 RX 地址9 0xCC RX 地址10 0b010110008bit CRC 校验、外接 16M 晶体、无外部时钟信号8.2 n RF905 发 送 与 接 收 控 制单 片 机 控 制 nRF905 的 发 送 过 程 如 图 12 所 示 ， 只 要将 接 收 机 的 地 址 和 要 发 送 的 数 据 通 过 SPI 接 口 送 至nRF905， 单 片 机 将 TRX_CE、 TX_EN 置 高 ， nRF905 会自 动 生 成 CRC 校 验 码 并 将 要 发 送 的 数 据 发 送 出 去 ， 发 送完 成 后 自 动 进 入 待 机 模 式 。图 12 单 片 机 控 制

41、nRF905 发 送 接 收 流 程 图Fig.12 Block diagram of nRF905 transceivingcontrolled by MCU在 TRX_CE 0、 TX_EN=0 时 进 入 接 收 模 式 。 如 果nRF905 接 收 到 完 整 、 正 确 的 数 据 包 时 ， nRF905 会 自 动移 去 字 头 、 地 址 和 CRC 校 验 码 ， 然 后 将 数 据 准 备 好 引 脚（ DR） 置 高 ， 单 片 机 进 入 中 断 。 读 取 数 据 时 ， 单 片 机 将TRX_CE 置 低 ， 进 入 SPI 编 程 模 式 ， 便 可 读 取 数

42、 据 。9 结 论本 文 设 计 的 以 PCB 板 铜 箔 构 成 的 环 形 天 线 ， 经 长 时间 实 际 通 信 检 验 表 明 该 天 线 保 证 了 信 号 的 可 靠 通 信 ， 完全 适 合 于 高 压 设 备 参 数 在 线 监 测 的 特 殊 场 合 。 所 提 出 的通 过 小 容 量 聚 光 灯 向 处 于 高 压 侧 的 太 阳 能 电 池 供 给 能 量而 为 高 压 侧 信 号 传 感 转 换 单 元 提 供 电 源 的 方 案 ， 是 一 种安 全 可 靠 的 方 案 。 本 文 采 用 NTC 热 敏 电 阻 作 为 高 压 系 统的 温 度 检 测 元 件

43、 ， 对 其 进 行 特 性 变 换 、 设 计 与 运 行 说 明第 9 期 江 和 等：基于无线通信的高压设备温度监测系统的设计 1975该 传 感 器 的 应 用 是 成 功 的 。 从 而 改 变 了 人 们 对 该 传 感 元件 的 评 价 。显 然 ， 温 度 测 试 的 精 度 与 信 息 的 传 输 方 式 无 关 ， 只与 所 选 用 的 传 感 器 、 信 号 调 理 信 号 与 单 片 机 的 AD 转 换精 度 有 关 ， 限 于 篇 幅 ， 这 里 不 赘 述 14。总 之 ， 本 文 提 出 并 研 制 的 基 于 无 线 通 信 的 高 压 设 备温 度 监 测

44、系 统 适 合 于 高 电 压 系 统 的 温 度 量 的 监 测 ， 同 样也 适 合 于 高 电 压 系 统 各 种 参 数 的 在 线 监 测 。本 文 研 究 将 为 今 后 建 立 高 电 压 电 力 系 统 综 合 参 数 的大 规 模 在 线 监 测 网 络 奠 定 基 础 。参 考 文 献1 MCDOUGALL T. Temperature monitoring technologyJ. World Cement, 2006,37:41-44.2 巩 宪 锋 ,衣 红 钢 ,王 长 松 ,等 . 高 压 开 关 柜 隔 离 触 头 温 度 监测 研 究 J. 中 国 电 机 工

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