基于无线通信的点对多点温度传感器网络

　　0　引言

　　电力系统安全稳定运行是电力系统控制的根本目标和进行电力市场交易的重要保障。随着现代电力系统向着高电压、大机组、大容量的方向发展,对电力系统供电可靠性的要求越来越高。由于绝大多数的电力设备长期在高电压、大电流和满负荷的条件下运行,导致热量集结加剧,如果不对温升采取有效的监测措施,将会危及电力设备的安全运行。

　　针对工矿企业、发电厂及变电所等部门在其电气设备实际生产运行中出现的问题,如高电压、大电流、强磁场环境下的设备维护,以及工作人员难以到达的设备的维护,采用无线通讯技术进行高压隔离和信号传输,利用其固有的绝缘性和抗电磁干扰性能,可以很好地解决这些问题。

　　1　系统结构

　　整个系统中需要用到的硬件芯片主要包括DS18B20单总线数字温度传感器、nRF2401AG无线收发芯片、单片机等。这些芯片配以相应的外围电路就构成系统的基本硬件结构。

　　1. 1　单线智能温度传感器DS18B20

　　DS18B20是一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比,它能够直接读出被测温度并且可根据实际要求通过简单的编程实现9~12位的数字值读数方式。测温范围为-55~+125℃,在-10~+85℃范围内,精度为±0·5℃.可以分别在93·75 ms和750 ms内完成9位和12位的A/D转换[1],并且仅需要1根口线(单线接口)即可完成信息的读写,温度变换功率来源于数据总线,而无需额外电源。这种结构称为“一线总线”,不仅简单、经济,数字方式传输还大大提高了系统的抗干扰性,适合于恶劣环境的现场温度测量。DS18B20独特的结构,使它特别适合于大型多路温度测控系统的温度检测。

　　1. 2　nRF2401AG芯片

　　系统通过无线收发模块传输现场采集的数据,系统所处环境较恶劣,对数据传输的可靠性要求较高。综合考虑以上因素,采用以nRF2401AG为核心芯片的无线数传模块PTR4000PA. nRF2401AG是单片无线收发一体的芯片。模块工作电压为2·7~3·6 V,内置天线;采用全球开放的2·4 GHz ISM频段,免许可证使用;采用高效GMSK调制,最高传输速率达到1Mbit/s,抗干扰能力强;有125个频道,可满足多频及跳频需要;内置硬件CRC检错,支持点对多点通信地址控制[2]。模块可以通过软件设置地址,只有收到本机地址时才会输出数据,可直接连接各种MCU,软件编程非常方便。nRF2401AG可通过软件设置40 bit的地址,适合点对多点的数据传输; CRC纠检错硬件电路和协议,提高了系统的可靠性,且不再需要用软件对传输数据进行差错控制编码,简化了软件编程。PTR4000PA是PTR4000的功率加强型产品,传输距离更远(开阔地约300~400 m,室内约50~100 m)。nRF2401AG最突出的特点是具有一种ShockBurstTMMode(突发模式)的通信模式。ShockBurstTMMode使用芯片内部的先入先出堆栈区,数据可以从低速微控制器送入,高速(1 Mb/s)发射出去,字头和校验码由硬件自动添加和去除。其优点是功耗低,抗干扰能力强。