基于GPRS网络的无线测温集中采集系统的设计

摘 要：该文叙述了一种使用瑞萨单片机以超低功耗的方式实现单个温度节点的温度数据AD采集，以470M射频模块作为无线数据传输方式，使用STM32单片机实现128个温度点的无线数据接收，并集中显示在7寸液晶屏上，同时使用GPRS技术实现终端与远程后台的数据通信，该系统是一套技术前沿的完整的温度采集与监控系统，其中主要分为无线温度采集模块，无线接收并集中显示终端，GPRS后台软件三部分。

关键词：无线测温 温度采集 GPRS 组网

Design of wireless temperature gathering system based on GPRS network

YU Jinghua

Abstract：In this paper， a single chip microcomputer is used to realize the data acquisition of the temperature data of a single temperature node by using ultra low power consumption of AD， 470M radio frequency module as wireless data transmission mode， The use of STM32 microcontroller to achieve 128 temperature points of wireless data reception， and focus on the 7 inch LCD screen， At the same time， GPRS technology is used to realize the data communication between the terminal and the remote background， The system is a complete set of technical front temperature acquisition and monitoring system， which is mainly divided into wireless temperature acquisition module， wireless receiving and centralized display terminal， GPRS background software three parts.

Key words：Wireless temperature measurement、Temperature collection 、GPRS、networking

中圖分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）06-0234-02

引言

在电力系统中，高压开关柜作为一个极为重要的电气设备，在电力系统中起着非常重要的作用，因此，在对安全性要求极高的电力系统中需要严格监控高压开关柜的工作状态，其中对高压开关柜内触头的温度监控就是一项极为重要的工作，触头作为母线与断路器的交接点，本身接触电阻比较大，在大电压，大电流的情况下容易老化而发热，对柜内的部件造成损伤，缩短开关柜的使用寿命，严重的情况会造成器件击穿，造成火灾等严重事故。本文结合电力系统的实际需求，提出一种适用于电力系统的物联网无线测温集中采集的方案。

系统原理框图

如上图1所示，电力系统中物联网无线测温系统原理框图[1]：

一、测温节点

测温节点包括温度传感器，处理单元，通信单元，电源部分。处理单元采集温度传感器的温度，然后通过通讯单元将温度数据发送出去，由于测温节点必须具备体积小，功耗低，易于安装，如下图所示，测温表带安装在开关柜的母排上。

二、无线集中采集终端

无线集中采集终端设备配置7寸液晶屏，由于屏幕大，可以集中显示多大128个温度节点上传的温度，同时屏幕支持触摸功能，可以灵活配置各种参数。

三、上位机监控

无线集中采集终端通过485接口连接到GPRS模块，通过GPRS模块链接到Internet，后台软件作为TCP服务器，对现场温度进行实时监控，并且后台软件可以布置在有Internet的任何地方，实现真正的网络监控。

测温节点模块设计

测温节点模块原理框图[2]如下图2.1所示， 处理单元采用NEC单片机，因为NEC单片机具有优良的低功耗特性；由于采用集中采集的方案，所以对测温节点的无线传输距离和穿透力 的要求比较高，所以传统的2.4G射频芯片NRF24L01的频段和功率都达不到要求，因此本方案射频芯片采用470M频段的无线模块A7139，该模块不仅穿透能力强，无线距离远，而且功耗低，虽然成本略有提高，但是满足无线集中采集的要求；电源部分采用3.6V工业级电池供电，电能为1200mA/h。

终端采集器

终端采集器原理框图如下图3.1所示，由于要实现集中采集与显示的功能，因此本方案采用的32位高速STM32单片机+7寸液晶显示驱动芯片SSD1963的主硬件方案，同时包括A7193硬件，电源硬件，以及EEPROM存储硬件等外围硬件电路。为了提高系统的实时数据采集能力和液晶驱动的能力，软件采用UCOS-II多任务实时操作系统+UCGUI嵌入式应用图形支持系统实现，软件功能分为以下5个任务：射频芯片数据接收任务、液晶驱动显示任务、触摸屏按键任务、485后台通信任务、其他任务；同时485接口通过GPRS网络与后台上位机软件进行基于工业协议（MODBUS协议）的数据通讯。

GPRS后台软件

GPRS网络采用GPRS模块+物联网SIM卡实现，等效于一个TCP客户端；而上位机监控软件[3]连接到Internet，等效于一个TCP网络服务器，对GPRS网络开放上位机的公网IP地址；温度集中采集终端通过GPRS网络链接到上位机的公网IP地址，传输层走的是TCP，从而实现整个网络链路。GPRS后台软件可以安装在链接到Internet的任何电脑上，没有地域要求，真正的实现网络监控。监控人员在上位机上通过监控软件完成对所有温度节点的实时温度监控，同时实现温度过高报警，温度实时图表显示，报警历史事件查询，下位机故障检测等功能，如下图所示上位机实时监控界面：

结语

在智能变电站的应用中，运用基于GPRS网络的无线测温集中采集系统，不仅可以可靠稳定的对变电站设备中发热频发的设备进行温度监控，特别是对地域偏僻，长期无人值守的变电站设备监控有着极为重要的作用，而且设备投资小，易于安装，维护简单，对变电站的设备安全运行没有任何影响，随着国家智能电网的发展，该系统应用前景广阔。

参考文献

[1] 张翼英.杨巨成 李晓卉 物联网导论[M]. 北京：中国水利水电出版社，2012：57-78.

[2] 秦玉龙，付慧生. 基于nrf24l01芯片的多路无线分布式温度测量系统的设计[J].物联网技术2011

[3] 徐明，阳宪惠. 高压开关触头温度无线监测系统[J].电子技术应用，2009年第4期：98-101页.

作者简介：余景华（1983-），男（汉族），福建人，华侨大学06级研究生，物理电子学专业，现任厦门井华电气设备有限公司的工程师，主要研究短距离无线通讯、嵌入式系统及物联网的研究

Writer Biography： YU Jinghua （1983-）， Mankind（the Han nationality）， Fu Jian Province， Hua Qiao Univercity 06 Grade Master， Micro-electronics Profession， now， as Xiamen Hua Hua Electrical Equipment Co.， Ltd. engineers， Research Area Is embedded-system and internet of things.