于大全鸡西大学电气与信息工程系158100
摘要本课题提出利用TMP102温度传感器，MSP430单片机加上无线传输芯片CC2520构成变电站高压开关柜测温节点。在工作周期内实时的将温度传感器采集到的温度数据打包，利用无线收发芯片将数据包发送给基站，此后，基站再将各个高压开关柜测温节点的温度数据通过RS485总线传输给后台服务器，工作人员通过PC机显示器，可以对高压开关柜中各个动静触点的温度进行在线监测。
关键词无线测温节点低功耗开关柜
一、系统整体设计方案
本文设计的变电站高压开关柜温度监测系统主要是针对变电站高压开关柜内动静触头温度监测这一具体应用，高压开关柜温度监测系统由三部分组成:变电站高压开关柜测温节点（下位机），基站或者数据显示单元(上位机)，以及后台服务器(PC机)，系统的结构示意图如图1所示：
图1系统结构示意图
1．每一个基站都可以设置为Master或Slave，但在一套系统中，只能有一个Master，其他的都设置为Slave。
2．有PC机应用的系统中，所有基站只能设置为Slave，PC机是Master。在没有PC机应用的系统中，有两个以上开关柜场合时，要通过RS485Bus级联，并设置其中的一个为Master，其他的都为Slave。
3．每一个测温节点/基站都有自己唯一的ID号码（生产时写入），安装测温节点时要将ID号通过键盘输入给基站，以确认测温节点安装位置。
4．测温节点的参数由基站配置，基站的参数由后台服务器（PC）配置。
5．系统整体网络的结构为树形拓扑结构，由一个基站与3个测温节点组成一个星型结构，设置成网内通信的方式。由一个后台服务器与多个（最多32个）基站组成一个星型结构，设置成网际通信方式（不同信道）。
6．其中测温节点即下位机由电源，单片机微处理器模块、数字化温度传感器模块、无线收发模块构成，电源为高能锂电池。
7．基站由单片机模块、无线收发模块、RS485转换模块、存储模块构成。
测温节点负责采集温度，通过无线方式将数据传输给基站，基站转载测温节点上传的数据，并转载后台服务器（PC）传送给测温节点的数据，通过有线RS485方式将测温节点的温度传输给后台服务器（PC），后台服务器（PC）具有监控、查询、报警等功能。
二、测温节点设计方案
测温节点即下位机由电源，微处理器模块、数字化温度传感器模块、无线收发模块构成，电源为高能锂电池供电，其原理如图2所示：
图2测温节点原理图
为了达到超低功耗的要求，本课题在设计时单片机微处理器使用TI公司的MSP430系列16位超低功耗单片机MSP430F2132，无线传感器网络接口芯片采用的是CC2520，数字化温度传感器采用的是TMP102。每一个高压开关柜测温节点都有自己唯一的ID号码，ID号码在生产时写入，工作人员在安装高压开关柜测温节点时要将测温节点的ID号通过键盘输入给基站，以确认测温节点的安装位置。
测温节点功能：
1．温度采集功能，本系统利用无线温度传感器采集高压开关柜内的温度。该温度传感器可以紧密地被安装在被测点上，实时在线采集被测点运行中的温度数据。温度正常时，无线传输为周期传输。当处于非正常温度时无线传输改为实时传输。
2．报警功能，当测量点的温度超标时给出报警信号。
3．通信功能，测温节点通过无线方式将信息发送到基站，基站再通过网络将数据发送到监控中心。无线传输应该符合IEEE802.15.4/ZigBee协议标准。
4．定阅功能，温度上报周期是有基站和上位机设置的，测温节点按此周期定时上传数据给基站。
5．查询功能，基站可以随时查询测温节点的工作状态。
6．设置功能，基站可以设置温度值采集/传输的时间周期。
微处理器在基站分配给自己的时间片内由超低功耗模式（睡眠）转为工作模式，并将其它芯片的供电线路打开，以便于电源为其余芯片供电。微处理器配置无线传感器网络接口芯片CC2520，配置完成后无线传感器网络接口芯片等待基站发来的同步信号，如果收到基站发来的同步信号，应确定是否与本机的端口地址号（ID号码）一致，若是一致，测温节点将会处于工作状态。
在规定的周期内连续采集高压开关柜内动静触点的温度，并将采集到的温度数据取平均值，这一系列工作后将得到的温度数据平均值打包，通过无线传感器网络接口芯片CC2520发送给基站，等到发送结束，微处理器在中断其它芯片的供电电路后，微处理器由工作状态转为超低功耗状态即进入睡眠状态，直到下一个时间片的到来才会被唤醒继而进入工作状态。
三、基站设计方案
变电站高压开关柜温度监测系统的基站设计主要是考虑显示与报警，基站由单片机模块、无线收发模块、RS485转换模块、存储模块、集成有LCD显示屏、一个键盘录入接口、一个功率输出驱动接口构成，基站原理图如图3所示：
图3基站原理图
基站的微处理器采用MSP430系列单片机MSP430F5418，显示部分采用LCD显示屏ET-19264BV3，采用CC2520加上CC2590的方式与测温节点进行无线数据交互。当测温节点收到基站发来的地址并确认和本地址一致，就会立即回复基站，内容就是测温节点记录的温度值并通过文件包的形式发送，这时基站已经处于接收状态，基站成功收到测温节点上传的温度数据包时，基站通过解包得到温度值。
基站将温度数据通过RS485总线传输到后台服务器（PC）做进一步处理。如果基站通过RS485方式传输不成功，基站将会把温度值暂时存入到存储芯片中。本系统在设计时考虑到在无PC机系统中，基站与服务器的通信方式为无线方式，即其中一个基站设为主机即服务器，在网内的其余基站都设为从机而构成整个系统。
四、结论
变电站高压开关柜温度监测系统是应用于电力系统中对电气设备温度的实时在线监测，高压开关柜测温节点直接安装在高压开关柜上与动，静触点直接接触，高压开关柜测温节点单片机供电方式为锂电池供电，在其工作周期内能实时的将温度传感器采集到的温度数据打包，利用无线收发芯片将数据包发送给基站。
此后，基站再将各个高压开关柜测温节点的温度数据通过RS485总线传输给后台服务器，工作人员通过PC机显示器，可以对高压开关柜中各个动静触点的温度进行在线监测。高压开关柜温度监测系统通过对开关柜内母线触点温度数据的及时采集、分析和处理，以实现对高压开关柜母线触点运行状态温度的实时监测，这对于保障电气设备的稳定工作起到重要的作用。
参考文献
【1】苑舜.高压开关设备状态监测与诊断技术.北京，机械工业出版社，2001，1~5
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