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五年無需更換電池的無線測溫方案

來源: 發布時間:2017-09-22 08:18:12 次瀏覽
在中高壓開關柜中由于銅排氧化腐蝕、螺栓松動引起溫度升高,如果不及時維護將會造成重大的安全事故,一起來看看現場。
 
隨著用電需求的不斷增加人們對于用電安全也越來越重視,中高壓開關柜的測溫一直是人們關注的焦點。由于無線zigbee的技術越來越普及,這種方案很好的解決了中高壓開關柜的銅排溫度監控問題。但是這種方案也有缺陷,怎樣做到低功耗以及小體積、快速開發一直限制著無線測溫的應用。開關柜中銅排布局緊湊不可能有較大空閑位置,一般都采用表帶的方式進行安裝,這種方式就要求溫度采集模塊體積做的非常小。由于現場不方便取電,所以多采用電池供電,整個溫度采集模塊使用壽命最少為3年,為了做到絕緣安全都采用膠水封死的方法導致更換電池也很不方便。一般無線溫度采集多采用:
MCU+zigbee+溫度傳感器,這種方案體積大、功耗大、開發繁瑣,下面給大家介紹一種比較方便實用的方案。
 
圖 1 無線溫度采集表帶
 
一、zigbee+溫度傳感器一體化解決方案
為了降低功耗以及控制體積,不能增家額外MCU,所有的采集控制必須在zigbee模塊中完成。為了zigbee模塊休眠時整個系統不消耗電能,將溫度傳感器DS18B20設置成單線通信模式,當zigbee休眠時DS18B20不消耗電能。當zigbee模塊喚醒采集時,zigbee與溫度采集模塊通信并同時給溫度傳感器DS18B20中的電容充電。用戶可以通過上位機軟件設置休眠喚醒時間,可以按照秒設置也可以按照分來設置。配置好后模塊定時休眠,當模塊喚醒后將溫度采集通過zigbee網絡傳送給主節點,傳送完成后再次進入休眠。此方案不僅功耗低而且體積小巧,再有大大縮短了用戶的研發周期,用戶只需關注自己主節點的研發,從節點只需通過配置即可。
 
圖 2 溫度采集框圖
 
zigbee模塊以及電池被集成到一個表帶當中,然后將表帶綁在被測銅牌上,表帶背面有開孔方便溫度傳感器與被測銅牌接觸。
 
圖 3  現場安裝圖片
 
整個網絡采用星型網絡拓撲結構,開關柜中的智能控制開關作為主節點,溫度采集表帶作為子節點,子節點定時上傳采集到的溫度然后再次休眠。主節點之間通過RS-485網絡相連,然后再通過GPRS DTU傳送到監控后臺。
 
圖 4 無線測溫系統框圖
 
二、核心部件:zigbee模塊介紹
l超小體積
 
本方案采用廣州致遠研發的低功耗小體積Nano型zigbee模塊,如下圖所示zigbee模塊一般采用陶瓷天線,低功耗模塊體積可以做到13.5mm*16.5mm,放在標準的表帶中剛剛合適如果體積再大就有點放不了。整個模塊采用郵票孔的方式高度正好合適,如果使用排針的方式再算上底板的厚度高度就顯得太高了。
 
圖 5 zigbee模塊體積
 
l超度功耗
 
該模塊不僅具有超小體積還具有超低功耗,如下表所小功率模塊發送電流只有20mA,休眠狀態下只有160nA按照2分鐘喚醒一次理論可以工作5-6年時間。
 
圖 6 zigbee模塊功耗
 
下圖是同類產品功耗對比
 
圖 7 功耗對比
 
l3.6V供電,無需其他電源模塊
 
常用的ER14250H電池均為3.6V供電,ZLG致遠電子的Nano模塊支持3.6V供電,無需其他器件從而避免增加功耗增加體積。
 
圖 8 電池
 
l支持上位機軟件配置,產品開發速度快
 
Nano模塊支持上位機軟件配置,可以設置主節點的ID以及休眠采集時間,實現0代碼控制。
 
圖 9 上位機軟件配置
 
三、溫度傳感器介紹
 
本方案采用DS18B20作為溫度傳感器,該傳感器體積小便于安裝,可以采用單線通信不需要額外的電源接口,zigbee模塊休眠時DS18B20處于關斷狀態。
 
圖 10 單線供電
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