多点无线测温系统软件设计

多点无线测温系统软件设计

吴涛

（国网安徽省电力有限公司旌德县供电公司安徽宣城242600）

1.课题研究意义

电厂、变电站的重要设备在长期的运行过程中，由于开关的触头和母线等部位老化而导致接触电阻过大，使得设备发热，这些发热的部位温度比较难监测，由此最终会导致事故发生。

电力无线测温监测系统实时性强、性价比高、安全可靠。通过上述分析，利用无线传输的方式测量高压环境温度成为一种必然趋势。

2.测温技术比较

开关柜无线测温是基于无线测温技术开发的针对开关柜进行测温的系统，可对开关柜分别为母线排、上下触头、电缆接头等部位温度进行实时监测，方便运维人员及远程监控中心掌握现场设备运行情况。而无线测温与上述其他测温方式相比，均具有一定的优势。

2.1多点无线测温系统设计方案

2.1.1系统结构

多点无线测温系统由温度采集模块DS18B20、AT89C51主控CPU、nRF24L01射频无线收发模块和LED显示模块组成。如下图所示。

图1多点无线测温系统整体结构图

2.1.2系统设计要求

根据系统的特点，总结系统的技术要求如下：

灵活性：测温系统体积要尽可能的小，便于安装和更换；

可靠性：保证系统正常工作，减少测温误差，要求通信可靠。系统要有一定的抗干扰性能。

经济性：在满足系统要求的前提下，尽量降低成本。

2.2主控模块AT89C51

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。单片机灵活性高且价廉，本设计采用AT89C51作为核心控制器件。

2.3温度传感器DS18B20

温度传感器DS18B20测温过程是控制器对温度传感器DS18B20操作流程，主要包括以下5个步骤：

复位。2.存在脉冲3.控制器发送ROM指令。4.控制器发送存储操作指令。5.执行或数据读写。

2.4射频无线收发芯片nRF24L01

nRF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4GHz～2.5GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片。无线收发器包括：频率发生器、增强型“SchockBurst”模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器和解调器。

3.温度采集端硬件电路设计

采用温度传感器DS18B20进行温度采集，然后AT89C51单片机控制，经无线射频芯片nRF24L01将温度数据发出，以备数据接收端对温度数据进行无线接收。

3.1AT89C51与nRF24L01的接口电路设计

本设计中使用了AT89C51单片机，用P1口的6个引脚分别和nRF24L01的SPI接口相连接。

3.1.1DS18B20与AT89C51的接口电路设计

本设计中DS18B20采用寄生电源供电方式，单片机端口接单线总线，为保证在有效的DS18B20时钟周期内提供足够的电流，可用一个MOSFET管来完成对总线的上拉。

这里我把温度传感器的DQ端与P2.7相接，以P2.7作为温度输入口。温度传感器VCC端接电源，GND端接地端。

3.2温度接收端硬件电路设计

显示电路是采用P0口输出段码至LED，P2口控制位选通的动态扫描显示方式，三只数码管用NPN型三极管驱动，这种显示方式的最大优点是显示清晰，软件设计简单。

本系统采用的是C51编程软件,在Keil环境下进行。它集编辑、编译与仿真于一体的,同时支持PLM、汇编和C语言的程序设计；它的界面和常用的微软VC++的界面相似，易学易用；在调试程序软件仿真方面也有很大的强大功能，简化了负载的软件设计同时也大大缩短了项目周期。

4.系统软件框图

整个设计方案主要分为数据采集端和数据接收端，数据采集端又分为温度测量和数据无线发送，数据接收端包含数据无线接收和将数据送往控制器。软件设计的整体流程如图所示。

图2软件系统的整体数据处理流程

4.1发送端软件设计

本系统发送端采用DS18B20温度传感器采集温度，经AT89C51收集处理数据，再由nRF24L01模块发送到接收端。其中包括DS18B20和nRF24L01模块的初始化配置。

4.1.1接收端软件设计

本系统接收端采用nRF24L01无线模块接收发送端传来的温度数据，经单片机AT89C51在LED上显示。

4.2系统采用的通信协议

本系统无线模块(数据采集端数据发送与数据接收端的数据接收)采用的是相同的通信频率,他们之间是通过地址来区分的。数据接收端分别向数据采集端请求其发送数据,采集端在收到命令后将采集到的数据打包发给数据接收端。数据接收端在接收到一个采集模块的数据或者通信超时时,通信将会自动终止,与此同时数据接收模块进行与下一个数据采集端的通信。依次循环,直至采集到所有采集模块的数据。

4.3温度传感器DS18B20软件设计

温度传感器DS18B20的温度采集是由AT89C51单片机来控制完成的，单片机会发出温度采集和程序初始化命令来控制温度传感器DS18B20来进行工作。

5.结论

本文研究的是便于短距离多点无线温度测量,具有较强的实用功能。系统是用无线方式来发送和接收数据,采用多片温度传感器DS18B20来采集多点温度数据。

系统采用模块化设计,系统包括两个部分:第一个部分是数据采集端,采用的是以射频收发芯片nRF24L01和AT89C51单片机为核心和多片DS18B20的温度采集网络。第二部分为数据采集端,用射频收发芯片接收数据采集端发出的信号，并将收到的信号通过单片机上传LED显示。

本次设计不仅电路简单，而且性能稳定，有较好的抗干扰能力。

参考文献

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