【摘要(yào)】針對(duì)高壓開關櫃需要實時(shí)監測(cè)溫度(dù)的需求
，設計了(liǎo)一種(zhǒng)無綫(xiàn)測(cè)溫係統.該(gāi)係(xì)統采(cǎi)用STM32F103為(wéi)主(zhǔ)控(kòng)芯(xīn)片
，利(lì)用nRF24L01無綫(xiàn)模塊和(hé)RS485通訊接口(kǒu)傳(chuán)輸，接收和存儲(chǔ)溫度(dù)數據(jù).測試結果表(biǎo)明(míng)
，所設計(jì)係統較好地(dì)實(shí)現(xiàn)了(liǎo)溫度(dù)的(dí)實(shí)時監測.

【關鍵詞】高(gāo)壓開關(guān)櫃；無綫模塊；RS485通訊

0引(yǐn)言(yán)

在(zài)電(diàn)力(lì)係統(tǒng)中(zhōng)
，高壓(yā)開關(guān)櫃將斷(duàn)路器，互感器(qì)及相關(guān)的(dí)控(kòng)製電(diàn)器(qì)，輔助(zhù)設(shè)備(bèi)等(děng)組合(hé)起(qǐ)來(lái)
，封閉在金屬櫃內(nèi)
，對(duì)供電係(xì)統(tǒng)的(dí)電能進行接受和(hé)分(fēn)配。然(rán)而(ér)
，當電路中電(diàn)流過大時
，這(zhè)種封(fēng)閉(bì)式(shì)結(jié)構就(jiù)會導(dǎo)致(zhì)熱量(liáng)集(jí)結(jié)
，溫升加劇。若(ruò)得不(bù)到有效(xiào)散熱
，長期(qī)在此環境下運(yùn)行
，就會導致(zhì)溫升告警，跳閘(zhá)停(tíng)電等事(shì)故
，造成(chéng)電(diàn)力(lì)係統(tǒng)經(jīng)濟損(sǔn)失
，據(jù)統(tǒng)計
，每年約有(yǒu)40%的電(diàn)力事故(gù)是由開關設(shè)備溫升異(yì)常(cháng)造(zào)成的
，因此(cǐ)
，需要采(cǎi)取(qǔ)措(cuò)施(shī)監測高壓(yā)開關(guān)櫃(guì)的溫度。目(mù)前
，常用的測溫(wēn)方法(fǎ)中人(rén)工(gōng)紅(hóng)外(wài)測溫具有局(jú)限性
，示(shì)溫蠟片不能(néng)及時(shí)跟(gēn)蹤溫度。此外
，開關(guān)櫃內(nèi)環境(jìng)惡(è)劣(liè)
，測溫(wēn)係(xì)統需克服(fú)大電(diàn)流(liú)，強(qiáng)磁場(cháng)等環境幹擾。針對(duì)現(xiàn)有(yǒu)測溫(wēn)手(shǒu)段(duàn)的缺陷(xiàn)
，設計(jì)了(liǎo)一種高壓開關櫃無(wú)綫(xiàn)溫度監測(cè)係統(tǒng)
，該(gāi)係(xì)統(tǒng)能(néng)夠實(shí)現(xiàn)開(kāi)關櫃內溫度實時(shí)在綫監測
，可(kě)以(yǐ)實(shí)現(xiàn)設(shè)備溫升檢測(cè)的實時(shí)性，有效(xiào)性(xìng)
，能夠及時(shí)發現溫度異常(cháng)部(bù)位
，有效避(bì)免事故(gù)發(fā)生。

1係(xì)統(tǒng)概述(shù)

通常溫度采集器安(ān)裝在(zài)高壓開(kāi)關櫃(guì)需(xū)要測(cè)溫的節(jié)點部位(wèi)
，包括開(kāi)斷節(jié)點，母(mǔ)綫觸頭及(jí)接(jiē)點等(děng)
，由6~12個溫度(dù)采集器構成1個(gè)測量(liáng)集(jí)群
，每個測(cè)量集(jí)群(qún)采用(yòng)功(gōng)耗(hào)低(dī)，傳(chuán)輸速率高的nRF24L01無(wú)綫發(fā)射(shè)模塊
，將采(cǎi)集(jí)到的(dí)節點溫度傳(chuán)輸(shū)到儀(yí)表控製終端
，通過RS485通訊接口上傳到上(shàng)位(wèi)機.因此(cǐ)
，高(gāo)壓(yā)開(kāi)關(guān)櫃(guì)無綫測溫(wēn)係(xì)統主(zhǔ)要(yào)包括(kuò)溫度采(cǎi)集模塊和儀(yí)表(biǎo)控製(zhì)終端兩大(dà)部(bù)分
，由溫(wēn)度(dù)傳(chuán)感器，nRF24L01無(wú)綫(xiàn)通信(xìn)，RS485通(tōng)信等組成
，係統結(jié)構(gòu)如圖1所示.溫(wēn)度(dù)傳感(gǎn)器采集各(gè)測(cè)試(shì)點(diǎn)溫度
，通過無(wú)綫(xiàn)發射模塊(kuài)nRF24L01將(jiāng)溫(wēn)度數(shù)據匯(huì)集(jí)
，實(shí)時(shí)顯(xiǎn)示在儀表控(kòng)製(zhì)終端(duān)界(jiè)麵上(shàng).儀(yí)表(biǎo)控(kòng)製(zhì)終端采用STM32F103嵌(qiàn)入式(shì)芯片和RS485通(tōng)信網(wǎng)絡(luò)
，對溫(wēn)度數(shù)據進(jìn)行傳輸(shū)，接收和存(cún)儲
，同時具(jù)有(yǒu)設備自檢功(gōng)能
，對(duì)超溫(wēn)數據發(fā)出警(jǐng)報(bào)。

2硬件(jiàn)設(shè)計(jì)

2.1溫(wēn)度(dù)測量(liáng)模(mó)塊

溫度(dù)傳感器采(cǎi)用DS18B20
，測(cè)量(liáng)溫度(dù)範圍從-20℃到120℃
，通(tōng)過(guò)主控(kòng)製(zhì)器將(jiāng)監測到的溫度值(zhí)傳(chuán)輸到(dào)nRF24L01無(wú)綫(xiàn)通信模(mó)塊.DS18B20的(dí)接(jiē)口(kǒu)電路如(rú)圖(tú)2所示(shì).這部(bù)分MCU的(dí)主(zhǔ)要(yào)功(gōng)能(néng)是(shì)溫度采集(jí)和(hé)數(shù)據傳輸(shū)
，數據量(liáng)小
，程(chéng)序內(nèi)容(róng)較簡單(dān)
，因此(cǐ)選擇STM8L051F3P6單片(piàn)機實(shí)現數(shù)據存(cún)儲和傳輸(shū)控製(zhì)。

2.2無(wú)綫收發(fā)模塊

目(mù)前
，短距(jù)離無(wú)綫通(tōng)信技(jì)術(shù)主要有藍牙，ZigBee，Wi-Fi，CC1101以及(jí)nRF24L01等。考(kǎo)慮(lǜ)到(dào)高壓(yā)開(kāi)關櫃高壓，大電流和強磁(cí)場(cháng)等特殊的(dí)運行(háng)環境
，以(yǐ)及控製(zhì)模(mó)塊(kuài)低功(gōng)耗，低成本，小型化等技術要(yào)求(qiú)
，無綫模塊采用(yòng)Nordic公(gōng)司(sī)的(dí)nRF24L01芯片進(jìn)行設計。STM8單(dān)片機與nRF24L01無(wú)綫模塊接口電路如(rú)圖(tú)3所示
，二者之間通(tōng)過(guò)SPI接(jiē)口進(jìn)行雙向(xiàng)通信。

2.3儀(yí)表控製(zhì)終(zhōng)端模塊

控製(zhì)終(zhōng)端電(diàn)路采用(yòng)STM32F103為核心進(jìn)行設計
，主要包括LCD顯示，數據存(cún)儲與(yǔ)報(bào)警(jǐng)，無(wú)綫(xiàn)通(tōng)信和(hé)RS485通信
，如(rú)圖1所示。顯(xiǎn)示模塊采(cǎi)用(yòng)2.8寸液晶(jīng)顯示(shì)屏
，控製芯(xīn)片(piàn)為ILI9341
，存儲芯(xīn)片(piàn)采用(yòng)AT24C64
，選(xuǎn)用(yòng)帶隔離的(dí)RS485通信芯片(piàn)
，能夠(gòu)有效增(zēng)強設(shè)備的抗幹擾能力(lì)
，保證設(shè)備的(dí)穩定(dìng)運行。

控製(zhì)終端(duān)模塊(kuài)主(zhǔ)要功能包括：

（1）12路(lù)無(wú)綫(xiàn)溫度(dù)顯(xiǎn)示(shì)；

1. 報警溫(wēn)度(dù)限(xiàn)值設(shè)置(zhì)；

2. 記錄*近(jìn)12次很高溫報(bào)警數據(jù)
   ，所(suǒ)有(yǒu)數據均(jūn)帶(dài)有(yǒu)時標記錄；

3. 通訊地址和波特率(shuài)設定功能(néng)；

4. 設備具有自檢(jiǎn)和(hé)自(zì)動(dòng)恢

復(fù)功(gōng)能；

（6）數據通(tōng)訊(xùn)功能
，通(tōng)過數據總綫將(jiāng)數據上傳到上(shàng)一級采(cǎi)集器(qì)或者上(shàng)傳到後台.

3軟(ruǎn)件設計

3.1溫度采集(jí)與(yǔ)發(fā)送模(mó)塊程(chéng)序流程(chéng)如(rú)圖4所示：

（1）溫度達到快(kuài)速發(fā)送模式(shì)（報警(jǐng)溫度-20℃）時
，溫度數據30s發(fā)送一(yī)次；

（2）溫度(dù)沒(méi)有達到快(kuài)速(sù)發(fā)送模式(shì)時
，30s進行一次(cì)溫度采(cǎi)樣
，當溫升超過(guò)5℃時
，才將(jiāng)數(shù)據(jù)發(fā)送(sòng)給儀表控(kòng)製終端。

3.2控製(zhì)終端(duān)模(mó)塊(kuài)

儀表控製(zhì)端程序流程如(rú)圖(tú)5所示(shì).

1. 無(wú)綫(xiàn)模塊(kuài)接收到采集模(mó)塊的溫(wēn)度數(shù)據
   ，則(zé)進行溫(wēn)度顯(xiǎn)示(shì)
   ，若(ruò)溫度(dù)達(dá)到設(shè)置的報警(jǐng)值
   ，則(zé)記(jì)錄過(guò)溫(wēn)時(shí)間
   ，繼(jì)電器(qì)動作(zuò)報警；

2. 控製(zhì)終端接收到(dào)係(xì)統設置的(dí)報(bào)文
   ，則(zé)對儀表端控(kòng)製(zhì)參(cān)數進(jìn)行設(shè)置；

（3）若是接(jiē)收(shōu)到溫度查詢報文
，則(zé)把(bǎ)溫(wēn)度值送到儀表(biǎo)控(kòng)製終端(duān)

4測試結果

由於在係統(tǒng)設(shè)置界麵中測(cè)溫(wēn)點數設(shè)置為12
，因此(cǐ)
，實(shí)時溫度(dù)顯(xiǎn)示界(jiè)麵(miàn)對應有(yǒu)12路溫度(dù)輸出.如圖(tú)6（a）~（c）所示為(wéi)係統儀表控製終端顯(xiǎn)示界(jiè)麵。此(cǐ)外(wài)
，係統設(shè)置界麵還可(kě)以(yǐ)對(duì)配對碼，溫(wēn)度(dù)上下(xià)限，通(tōng)信(xìn)地(dì)址(zhǐ)，波(bō)特率(shuài)以(yǐ)及(jí)係(xì)統時間(jiān)等(děng)進行設(shè)置。設(shè)置溫(wēn)度報(bào)警值為(wéi)90℃
，若實時溫(wēn)度(dù)值超過這一溫度(dù)上(shàng)
，將(jiāng)在事(shì)件記(jì)錄(lù)界(jiè)麵(miàn)記(jì)錄此(cǐ)次(cì)事件發生的時(shí)間(jiān)，溫度(dù)值以(yǐ)及(jí)持續時(shí)間。事件記錄界(jiè)麵(miàn)共(gòng)有(yǒu)4頁
，可以記錄12次報警(jǐng)事件(jiàn)
，圖6（c）顯示(shì)的是(shì)其中的第(dì)1頁。

5安科瑞溫(wēn)度(dù)在綫(xiàn)監測(cè)係(xì)統解決方(fāng)案(àn)

5.1概述

電氣接點在綫(xiàn)測(cè)溫裝(zhuāng)置適用於(yú)高(gāo)低(dī)壓(yā)開(kāi)關(guān)櫃內電纜(lǎn)接頭(tóu)，斷(duàn)路器觸(chù)頭，刀(dāo)閘開關(guān)，高壓電纜中間頭，幹(gān)式(shì)變壓器，低壓(yā)大(dà)電流等(děng)設備的(dí)溫度(dù)監(jiān)測(cè)
，防止在運行過(guò)程(chéng)中因氧化，鬆(sōng)動，灰塵(chén)等因素(sù)造(zào)成(chéng)接(jiē)點接觸電阻過(guò)大而(ér)發(fā)熱成為(wéi)安(ān)全隱(yǐn)患
，提(tí)高(gāo)設備安(ān)全保障
，及時，持續，準(zhǔn)確反映設備(bèi)運行狀(zhuàng)態(tài)
，降低(dī)設(shè)備事(shì)故(gù)率(shuài)。

Acrel-2000T無綫(xiàn)測溫(wēn)監(jiān)控(kòng)係統通(tōng)過RS485總綫或(huò)以(yǐ)太(tài)網與(yǔ)間(jiān)隔層(céng)的設備直接(jiē)進行(háng)通訊
，係(xì)統(tǒng)設計(jì)遵循國際標準Modbus-RTU，Modbus-TCP等(děng)傳(chuán)輸規約
，安(ān)全性，可(kě)靠性和開(kāi)放性(xìng)都得到了較大(dà)地(dì)提高(gāo)。該係(xì)統具有(yǒu)遙(yáo)信(xìn)，遙測，遙(yáo)控(kòng)，遙(yáo)調，遙設，事(shì)件報警，曲綫，棒圖(tú)，報(bào)表(biǎo)和(hé)用戶管(guǎn)理功(gōng)能
，可以(yǐ)監(jiān)控無綫(xiàn)測(cè)溫係(xì)統(tǒng)的設備(bèi)運行狀(zhuàng)況
，實現快(kuài)速(sù)報(bào)警響(xiǎng)應(yīng)
，預(yù)防嚴(yán)重故障發生(shēng)。

5.2應(yīng)用(yòng)場(cháng)所

適合(hé)在(zài)泛在(zài)電力(lì)物(wù)聯網(wǎng)，鋼廠，化(huà)工，水泥(ní)，數據中(zhōng)心，醫院，機場(cháng)，電廠(chǎng)，煤(méi)礦等(děng)廠礦(kuàng)企(qǐ)業，變配電所等電(diàn)力設(shè)備的(dí)溫度監(jiān)測(cè)。

5.3係(xì)統(tǒng)結(jié)構(gòu)

溫(wēn)度(dù)在綫(xiàn)監(jiān)測係統(tǒng)結構圖

5.4係統(tǒng)功(gōng)能

測溫係統(tǒng)主機Acrel-2000T安裝(zhuāng)於值班(bān)監(jiān)控(kòng)室(shì)
，可以遠程(chéng)監視(shì)係(xì)統(tǒng)內所(suǒ)有(yǒu)開(kāi)關(guān)設(shè)備(bèi)運(yùn)行(háng)溫(wēn)度狀態。係統(tǒng)具有(yǒu)以下主要功能：

1. 溫度顯示(shì)：顯(xiǎn)示(shì)配電係統內(nèi)每個測(cè)溫(wēn)點的(dí)實(shí)時(shí)值
   ，也(yě)可(kě)實(shí)現(xiàn)電腦WEB/手機(jī)APP遠程(chéng)查看數據。

1. 溫度曲(qū)綫：查(chá)看每個測(cè)溫點的(dí)溫(wēn)度(dù)趨勢曲(qū)綫。

1. 運(yùn)行(háng)報表(biǎo)：查(chá)詢及打(dǎ)印各(gè)測溫點(diǎn)時(shí)間的溫(wēn)度數據。

1. 實時告警：係(xì)統能夠(gòu)對(duì)各測(cè)溫點(diǎn)異常溫度發(fā)出告警。係統(tǒng)具有(yǒu)實(shí)時(shí)語音報(bào)警功能(néng)
   ，能夠對所有事件發(fā)出語(yǔ)音告(gào)警
   ，告警(jǐng)方式有(yǒu)彈窗，語(yǔ)音(yīn)告(gào)警等(děng)
   ，還可(kě)以(yǐ)短(duǎn)信(xìn)/APP推(tuī)送(sòng)告(gào)警消息
   ，及時(shí)提醒值班人員。

1. 歷(lì)史(shǐ)事件查(chá)詢(xún)：能(néng)夠溫度越限(xiàn)等事(shì)件記(jì)錄(lù)進(jìn)行存儲(chǔ)和(hé)管理
   ，方便用戶對(duì)係(xì)統事(shì)件和報(bào)警(jǐng)進(jìn)行(háng)歷(lì)史追溯(sù)
   ，查(chá)詢統(tǒng)計(jì)，事(shì)故(gù)分析等(děng)。

5.5係統(tǒng)硬(yìng)件配置

溫(wēn)度(dù)在綫監測係(xì)統(tǒng)主(zhǔ)要(yào)由設備層的溫(wēn)度(dù)傳感(gǎn)器(qì)和溫度(dù)采集(jí)/顯示單元
，通(tōng)訊層(céng)的(dí)邊緣(yuán)計算網(wǎng)關以及站控層(céng)的測溫(wēn)係(xì)統(tǒng)主機組成
，實現變配(pèi)電係統(tǒng)關鍵電(diàn)氣部位的溫(wēn)度(dù)在綫監測。

6結論

係(xì)統采用STM32F103作為控(kòng)製核心(xīn)
，無(wú)綫模(mó)塊采用nRF24L01芯片(piàn)
，利用(yòng)RS485接口(kǒu)的MODBUSRTU協議在主機(jī)和終端設備(bèi)之間(jiān)通(tōng)訊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明
，該係(xì)統(tǒng)能夠(gòu)實時檢測12路溫度數(shù)據(jù)
，能夠(gòu)對報警溫度(dù)限值(zhí)，通(tōng)訊(xùn)地址(zhǐ)和波特(tè)率等參數進行設(shè)置
，對於*近(jìn)12次(cì)很高溫報(bào)警數(shù)據
，能夠顯(xiǎn)示(shì)並帶有時(shí)標(biāo)記(jì)錄(lù)。測(cè)試結(jié)果驗證了(liǎo)該(gāi)係(xì)統的可行性(xìng)
，提高了(liǎo)開關櫃設(shè)備運行(háng)的安(ān)全(quán)性和(hé)可靠性(xìng)。

參(cān)考文(wén)獻(xiàn)

[1]郭源(yuán).電(diàn)力(lì)高壓開關櫃(guì)無(wú)源無綫測(cè)溫關鍵技(jì)術研究［D］.濟南(nán)：山(shān)東(dōng)大(dà)學(xué)
，2018.

[2]章(zhāng)俊偉.基(jī)於(yú)無綫(xiàn)傳感(gǎn)網絡技(jì)術(shù)在高壓開關櫃(guì)測溫(wēn)中的(dí)應(yīng)用研究［J］.傳感器(qì)世界(jiè)
，2014
，20（7）：31-34.

[3]陳春.基於紅外(wài)測(cè)溫的(dí)低(dī)壓開(kāi)關櫃一(yī)次(cì)接(jiē)插(chā)件(jiàn)的溫(wēn)度監測研究［J］.機電信息(xī)
，2017（33）：85-86.

[4]吳邵(shào)董
，賞煒(wěi).高低(dī)壓開關櫃(guì)溫(wēn)度自動控製係統設計［J］.自動(dòng)化與儀器(qì)儀(yí)表
，2019（10）：63-65
，69.

[5]王(wáng)萍.無綫測溫(wēn)監(jiān)測係(xì)統(tǒng)設計［J］.韶關學(xué)院學(xué)報·自然科學(xué)
，2022(3):35-38.

[6]安(ān)科(kē)瑞企業微(wēi)電(diàn)網(wǎng)設計(jì)與應用手冊(cè)2022.05版(bǎn)．

作者簡介

李雪薇
，女(nǚ)
，安科(kē)瑞(ruì)電氣股(gǔ)份有限公司
，主要研究方向(xiàng)為(wéi)無綫(xiàn)測溫(wēn)係(xì)統的設計與(yǔ)應用(yòng)
，郵箱:2881346390@qq.com；手機(jī)： （同微信）；