电缆接头无线测温装置设计

刘勇　黄茂云　张东升

摘 要：在电力电缆线路中，电缆的终端头和中间头最易受损，电缆接头故障将引起安全事故，影响生产。本设计主要借助无线通讯的方式对电缆局部接头进行温度的实时监测与反馈。其由温度采集器、供电电路、通信收发模块组成，微功耗处理器采集、计算、处理所产生的实时温度数据向接收装置以无线通讯的方式传输。

关键词：电缆接头；温度监测；无线通讯；抗干扰

1 概述

我国电力系统正处在特殊的发展阶段。虽已构建了多个现代化区域电网和省级电网，但安全稳定水平还不高。在电力供电系统运行过程中，如果因自然及各种意外因素而使电缆接头产生损伤，最终可能产生影响社会稳定的安全故障。为及早发现并处理异常，从而避免不必要的经济损失，采用在线监测技术在不打开外部复杂机构的情况下，连续或规律性的获得电力设备工作信息，使高压系统及输配电网络排除隐患的同时维持运行。

2 电缆接头温度测量体系设计

监控计算机即上位机和测温分部（温度传感器、采集器组成的下位机）[2，3]通过通信网络连接成无线测温系统的整体。温度采集器的温度信号来源于通信系统的传递，而数字温度传感器DS18B20[1]对监测点温度的监测将产生信号，同时将温度信号以无线形式进行转达。计算机在线温度监测系统由温度采集器和监控计算机以RS485通信网络连接[4]而成，系统采用以温度采集器的单片机为控制核心的主从分布式结构，监控计算机将这些数据进行处理、显示、打印，并将各种控制命令传给各个从机，从而达到集中处理控制的最终目的。

3 温度采集模块设计

3.1 温度采集模块整体设计

微功耗微处理器通过对数据的采集、计算和判断，并以无线通讯方式向接收装置传输实时温度数据以此构成电气设备的温度测量系统。室内、外设备电缆接头分别采用红外通讯方式和无线射频通讯。数据传输分为两步，第一步是接收装置通过无线通讯与各个子温度采集器进行数据交流，第二步以RS485/CAN网络为媒介将数据传到变电站集中器。

3.2 温度传感器的选择

此处使用美国Dallas公司的DS18B20数字式温度传感器，该传感器能够按照我们需要测量的数据经过简单的软件调试实现9位和12位的数值读数方式，并且能够在较短的时间内将数据值转化9位和12位的数字量，使系统更简洁可靠。

3.3 MCU芯片的选取

本次设计选用AT89C51单片机，AT89C51单片机使用广泛，并且它的处理精度完全符合我们的设计要求，在51系列单片机中它的功耗较低，能够为我们节省电源，因此有较强功能的AT89C51单片机可被应用到控制领域中[4]。

3.4 供电方案

室内检测器因为采用红外通讯，该设计的功耗低，并且高压设备对绝缘要求比较高，综合以上因素就选择普通电池供电。户外的检测器，因采用无线射频通讯，功耗较大，故选用太阳能电池供电。

4 无线通讯方式设计

室内检测器的通讯方式选用MCP2120作为红外编码器，红外译码器选用TFDU4100[1]，其成本低并且操作简便。室外检测器则采用无线收发一体数传MODEM模块PTR2000芯片，采用无线射频方式。

5 抗干扰设计

综合各种因素，硬件抗干扰设计中选用RC滤波器。由于干扰存在的随机性，只用硬件抗干扰措施是不够的，必须加上软件抗干扰方式，这才能使整个系统运行更加稳定与可靠。

由于干扰信号能够在模拟量输入通道進行作用，我们必须对微小的模拟量信号进行多次采样，然后通过比较和处理所采样的序列值进而给出一个比较可信的转换值，不让A/D转换结果的真实值偏离。这是硬件滤波方法所不能达到的，因为软件滤波算法拥有很强的灵活性。

由于程序“跑飞”情况的出现，当干扰信号作用到单片机上时，单片机将不能以正常状态执行程序，这必将导致程序执行混乱。如果我们在这些关键的地方加入单字节的空操作指令，这就可以有效的避免程序“跑飞”的情况，使程序运行正常。

6 软件设计

整个软件系统主要有以下几部分：单片机主程序、DS18B20复位与检测子程序、读温度子程序、温度数据处理子程序、无线传输子程序、中断子程序、开机自检子程序、温度显示子程序等。单片机系统开机后，利用DS18B20读取外接温度，后将温度进行数据处理，处理结果经由无线传输子程序传送并显示出来。

7 结束语

本设计以AT89C51单片机为控制核心，用温度采集模块采集电缆接头温度信息，利用无线通讯技术将采集的电缆温度信息传送给监控计算机系统，从而实现对电缆接头温度的实时监控。并加入抗干扰设计，能够保证温度监控系统长期稳定可靠的工作，为电力传输的安全运行提供可靠保证。

参考文献

[1]甘洪.基于无线通讯技术的电气设备温度检测的研究[D].重庆大学，2014.

[2]秦国防.分散型高压电气设备温度巡回监测系统的研制[D].重庆大学，2007.

[3]史丽萍，陈志杰，侯运生，等.基于红外传输的无线测温系统的设计[J].工矿自动化.2010，36（8）：23-25.

[4]史丽萍，陈志杰，靳慧.无线测温系统的改进设计.[EB/OL].豆丁网.http：//www.docin.com/p-243362017.html&endPro=true.

作者简介：刘勇（1986-），男，山西太原人，硕士研究生，助理实验师，主要研究领域为电路电子。