箱式变电站室内温度控制器设计与实现

赵庆文

（西安职业技术学院 陕西 西安 710032）

本项目主要是为变电站自动化系统设计一款无线温度监测器，要求将站内温度采集发射控制器和室内温度接收上传控制器放置于变电站站内和监测室室内，可以在不停机状态，对变电站站内的温度进行远程实时监测。

1 描 述

室内温度接收上传控制器放置于监测室内，主要由微功率无线模块电路和串口通信电路组成。将微功率无线模块接受到的温度数据传送给微处理器，微处理器经过处理将温度值通过温度显示电路显示出来，与此同时将温度数据通过串口通信电路上传至上位机。

2 设 计

本节将详细阐述室内温度接收上传控制器硬件设计的相关内容，主要包括：具体电路设计和原理阐述，其中电能供给电路、温度采集电路、温度显示电路、主控制器电路、ISP接口电路已在 《箱式变电站站内温度采集发射器设计与实现》一文中详细阐述，本文将不介绍，下面将阐述微功率无线模块电路和串口通信模块电路。

2.1 目 标

室内温度接收上传控制器硬件设计目标为通过具体电路的搭建，保证室内温度控制器硬件的正常工作，即电能供给电路提供给各电路工作电压，温度显示电路正常显示站内温度，微功率无线模块电路将接收来自站内温度采集器发送的温度数据，此数据经主控电路处理后，传送给串口通信模块，经此模块上传给上位机。室内温度控制器制作后如图1、图2所示。

图1 站内温度采集发射器Fig.1 Gathering inside temperature transmitter station

2.2 微功率无线模块电路

2.2.1 模块性能及特点

图2 站内温度发射器调试Fig.2 Station within a temperature transmitter commissioning

RF24L01模块使用Nordic公司的nRF24L01芯片开发而成，该模块使用外置天线，采用2.4 GHz全球开放ISM频段免许可证使用，最高工作速率2 Mbps，高效GFSK调制，抗干扰能力强，特别适合工业控制场合，125频道，满足多点通信和跳频通信需要，内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制，低功耗1.9～3.6 V工作，待机模式下状态为22μA；掉电模式下为900 nA，模块可软件设地址，只有收到本机地址时才会输出数据，可直接接各种垫片及使用，软件编程非常方便，内置专门稳压电路，使用各种电源包括DC/DC开关电源均有很好的通信效果，标准5*2 DIP间距接口，便于嵌入式应用，工作于Enhanced ShockBurst具有Automatic packet handling，Automatic packet transaction handling，具有可选的内置包应答机制，极大的降低丢包率。

2.2.2 模块结构

RF24L01模块管脚的具体功能如表1所示。

表1 管脚的具体功能Tab.1 Pin specific functions

2.2.3 工作方式

RF24L01有4种工作方式：收发模式、配置模式、空闲模式、关机模式，工作模式由PWR_UP register、PRIM_RX register和CE决定，如表2所示。

表2 模块工作方式Tab.2 Module works

2.2.4 串口通信模块电路

无线模块电路主要负责保证微功率无线模块正常工作，起到沟通单片机和微功率无线模块之间数据传输的作用，电路原理图如图3所示。

在无线模块电路中，1脚和2脚接+3.3 V，9脚和10脚接地，7 脚 、5 脚 、3 脚 、4 脚分别接单片 机 的 PB0、PB1、PB2、PD和无线模块的 CSN、SO、SI、SCLK，8脚和 6脚分别接单片机的 PD3、PD4和无线模块的 GDO0、GDO2。

2.3 串口通信模块

2.3.1 MAX232芯片

MAX232芯片，该芯片是MAXIM公司生产的，包含两路接收器和驱动器的IC芯片，内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5 V电源电压变换成为MAX232输出电平所需的+10 V电压，从而实现RS-232电平和TTL电平转换。

2.3.2串口通信电路

串口通信电路主要负责保证微串口通信模块正常工作，起到沟通单片机和上位机之间数据传输的作用，电路原理图如图4所示。

图4 串口通信电路原理图Fig.4 Serial communication circuit schematics

在电路的实际应用中，C5、C6、C7选用0.1μF的非极性瓷片电容，而且要尽量靠近MAX232芯片，以提高抗干扰能力。

实际应用中，T1IN、T2IN可直接连接TTL/COMS电平的单片机串行发送端TXD，R1OUT、R2OUT可直接连接 TTL/COMS电平的单片机串行接受端RXD，T1OUT、T2OUT可直接连接PC机的 RS-232串口的接受端RXD，R1IN、R2IN可直接连接PC机的RS-232串口的发送端TXD。

AVR的USART是一个增强型的、高度灵活的串行通信设备。USART收发模块，分为：时钟发生器、数据发送器和接收器。控制寄存器为所有的模块共享。时钟发生器由同步逻辑电路（在同步从模式下由外部时钟输入驱动）和波特率发生器组成，发送时钟引脚XCK仅用于同步发送模式下。发送器部分由1个单独的写入缓冲器（发送UDR）、1个串行移位寄存器、校验位发生器和用于处理不同帧结构的控制逻辑电路构成。

3 结束语

完成了室内温度控制器的硬件部分设计和硬件电路的焊接工作，焊接完成后按照电路原理图对电路中的每一个焊点和每一条导线进行了检测，确保电路的完整性和正确性。完成了室内温度控制器程序的编写、调试和烧录工作，基本上实现了设计目标要求。

[1]张洪润，张亚凡，邓洪敏．传感器原理及应用[M]．北京：清华大学出版社，2008．

[2]吴晓峰，陈大才．射频识别技术[M]．3版.北京：电子工业出版社，2006．

[3]赵振兵，高强，李然，等.红外测温在变电站远程图像监控系统中的实现[J].电力系统通信，2005，26（150）:27-32.ZHAO Zhen-bing，GAO Qiang，LI Ran，et al.infrared temperature measurement in substation remote video surveillance system implementations[J].Telecommunications for Electronic Power System，2005，26（150）:27-32.

[4]汤健.浅谈分布式光纤感温线预警系统新技术在变电站中的应用[J].内蒙古石油化工，2005（6）:14-17.TANG Jian.Application of distributed optical fiber temperature sensing line early warning system about the new technology in substation[J].Inner Mongolia Petrochemical Industry，2005（6）:14-17.

[5]钱祥忠.高压开关柜内接头温度在线测温系统的设计[J].仪器技术与传感器，2007（2）:73-75.QIAN Xiang-zhong.Design of high voltage switchgear nipple line temperature measurement system[J].Instrumentation and Sensors，2007（2）:73-75.

[6]隋晓杰，宋守信.新型数字式电缆温度检测系统的设计与应用[J].内蒙古电力技术，2005，23（5）：29-31.SUI Xiao-jie，SONG Shou-xin.Design and application of the new digital cable temperature detection system[J].Inner Mongolia Electric Power Technology，2005，23（5）:29-31.

[7]白莉媛，钱进，张翼飞，等.基于AT89C51单片机的电缆接头温度监测系统[J].计算机与数学工程，2007，35（8）:134-136.BAI Li-yuan，QIAN Jin，ZHANG Yi-fei，et al.Temperature monitoring system，based on AT89C51 cable joint[J].Computer and Mathematical Engineering，2007，35（8）:134-136.

[8]张家伟.变电站高压开关柜接点温度在线测温系统研究[D].北京：华北电力大学，2006.

[9]刘歆，王洪礼，高强，等.高压变电站无线测温预警系统设计[C]//第二届全国先进制造装备与机器人技术高峰论坛，2007.