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[摘 要]设计了一种基于无线通讯的高压断路器温度在线监测系统。系统使用了性能优异的无线通讯芯片（nRF401）和温度传感器（DS18B20），它们设计结构简单，使用方便。工作子站选用的处理芯片由Ti公司生产制造得MSP430F149型。上位机监控程序根据现场的实际情况给出相应的软硬件设计，采用了功能强大的串口通讯控件TYbCommDevice。本文主要介绍了该系统的软硬件在无线通讯方面的设计，经过实际的运行检验，系统运行正常，各项指标达到了工业要求。
[关键词]测温 实时温度采集 无线通讯芯片 温度传感器
中图分类号：O551.2 文献标识码：O 文章编号：1009―914X（2013）25―0385―01
1系统总体方案设计
该系统由上位机、现场监测子站和通信模块三部分组成。采用了分布式控制结构控制。
2 软件部分
采用C++ Builder6.0软件编写上位机的主程序，选用的数据库自带了paradox，使用BDE数据库引擎访问数据库。
上位机软件图形界面的设计采用了仿XP系统，结构简单，使用起来非常方便。本上位机软件主要由两大部分构成，分别为数据库数据处理程序和串口数据通讯程序. 衡量一个监控软件好坏的一个重要环节是能否高效且稳定的传输数据。特别对电磁环境复杂的诸如变电站一类干扰严重的环境而言。在这样的环境下能否保证数据通讯的通畅、准确是无线通讯的关键技术。通过实际对比，在此选用了功能强大的串口通讯控件 TYbCommDevice来克服数据帧掉帧，断帧的发生。
2.1数据通讯模块
衡量一个监控软件好坏的一个重要环节是能否高效且稳定的传输数据。特别对电磁环境复杂的诸如变电站一类干扰严重的环境而言。在这样的环境下能否保证数据通讯的通畅、准确是无线通讯的关键技术。通过实际对比，在此选用了功能强大的串口通讯控件 TYbCommDevice来克服数据帧掉帧，断帧的发生。
TYbCommDevice是一个使用简单易学、功能强大的串口通信控件，由于其数据帧识别功能，使其接收的每帧数据很完整。它的一些特性：
Baud，Parity，ByteSize，StopBits：分别为波特率；奇偶校验；数据位数，一般为8；停止位
UsePackage：使用数据帧协议。如果启动数据帧协议，可以用 ReadPackage 和 WritePackage 方法发送和接收数据帧。
ReadPackage：读数据帧（接收数据帧）。
WritePackage：写数据帧（发送数据帧）。
当属性 UsePackage=true 时，就启动了数据帧支持，启用数据帧协议发送数据时，系统会自动进行帧头和帧尾的添加。当接收方接受到数据时，控件内部会自动通过编码解码功能，去掉帧头和帧尾，直接进行数据的读取[26]。
数据帧协议是为了在连续发送多条命令时，接收方能够容易判断从哪里开始是命令的开始，到哪里结束。
当对数据的可靠程度要求相对较高的时候TYbCommDevice方法更为实用。
自定义的数据包发送出来时，数据包的结束由FrameSettings的FrameTail表示、数据包的开始由FrameHead表示、数据包的控制符由FrameCtrl表示，同时这些数据也发送到对方。
软件在远程监测温度数据的基础上，还可控制机构箱内的加热器的投入和退出，实现对温度的精密控制。为了实现这一功能，需要加装一个中间继电器在加热器与电源之间，通过控制继电器的闭合完成对加热器控制。正常工作时，工作子站在自动状态下运行，加热器的投切由单片机根据设定的温度阈值控制，为了提高了系统的应变能力，给上位机安装手动远程操作功能为系统一旦退出自动运行状态的备用功能。
2.2数据库数据处理模块
本软件中历史曲线的制作采用TChart控件。所有的历史数据都能历史曲线上找到对应，给事故的分析提供重要资料。子站实时的温度数值也可在窗口显示出来。可以直观的看出温度的最大值、最小值。
3硬件部分
3.1 主要系统器件介绍
系统的MCU采用由美国德州仪器公司（TI）开发研制的MSP430系列单片机是一种全新16位单片机，该单片机设计理念领先，其超低的功耗，低启动电压，低功率是其最突出的特点。该系列型号种类繁多，按不同的应用目标由一些基本功能模块搭配组合而成。因为其丰富的功能所以又被称为混合系列型单片机。此系列单片机用已广泛的应用于各个领域。[2]。
无线通讯使用Nordic公司生产的433MHz ISM频段采用FSK调制解调技术，最高工作速度可以达到20kbps，发射功率可调，最大为+10dBm的单片收发芯片nRF401。这是一个真正的单片UHF无线收发芯片。天线接口设计为差分天线，便于使用低成本的PCB天线[3]。
温度传感器是一款可编程单总线数字式由美国DALLAS公司生产，与其他温度传感器相比DS18B20可直接输出数字信号且只有一个总线接口，只用一根信号线就可与CPU连接，外围电路简单，没有放大电路和模拟转化电路，减少了CPU引脚，从而降低了成本，且其内部的ROM 存储器将每个传感器内唯一的64位序列号存储在其中，这就能使多个DS18B20连接在一条总线上，便于同时测量多处温度。
MSP430系列单片机都自带串行通信口，从而增强了与外界通信的能力，它无需电平转换，串行接口可直接与nRF401收发电路连接。单片机的控制信号由P4.7、P4.6端口发出，工作频段、输出功率的设定可以通过nRF401的2个串行外围设备接口CS、RF-PWR和射频模块来设定。单片机的射频模块的工作状态由P4.5、P4.4通过控制TXEN、 PWR_UP来设定。
上位与工作总站的通信机通过RS-485协议，工作总站的结构与工作子站一样，只是在单片机主-从通信模式中，主站作为主机使用。工控机自带的是RS-232串口，因此要使用RS-485协议，需要进行RS-232与RS-485的电平转换接口，也可以直接在工控机中加装一块RS-485的串口卡。图5选用加装RS-485串口卡的方法。由于MSP430串口输出是TTL电平，而RS-485串口卡是485电平，因此两者之间需要进行电平转换，MAX485芯片可以完成将TTL电平转换为RS-485电平的功能。
参考文献
[1] 胡文平等. 高压断路器在线状态监测系统应用[J]. 诊断技术 2009（3）：30-31
[2] 胡大可. MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机[M]. 北京：北京航空航天大学出版社 2010
[3] 蒋正义 朱善安 韩东. 基于MSP430和nRF40l的无线自动抄表系统[J]. 电子技术应用，2010（11）：74-77
[关键词]测温 实时温度采集 无线通讯芯片 温度传感器
中图分类号：O551.2 文献标识码：O 文章编号：1009―914X（2013）25―0385―01
1系统总体方案设计
该系统由上位机、现场监测子站和通信模块三部分组成。采用了分布式控制结构控制。
2 软件部分
采用C++ Builder6.0软件编写上位机的主程序，选用的数据库自带了paradox，使用BDE数据库引擎访问数据库。
上位机软件图形界面的设计采用了仿XP系统，结构简单，使用起来非常方便。本上位机软件主要由两大部分构成，分别为数据库数据处理程序和串口数据通讯程序. 衡量一个监控软件好坏的一个重要环节是能否高效且稳定的传输数据。特别对电磁环境复杂的诸如变电站一类干扰严重的环境而言。在这样的环境下能否保证数据通讯的通畅、准确是无线通讯的关键技术。通过实际对比，在此选用了功能强大的串口通讯控件 TYbCommDevice来克服数据帧掉帧，断帧的发生。
2.1数据通讯模块
衡量一个监控软件好坏的一个重要环节是能否高效且稳定的传输数据。特别对电磁环境复杂的诸如变电站一类干扰严重的环境而言。在这样的环境下能否保证数据通讯的通畅、准确是无线通讯的关键技术。通过实际对比，在此选用了功能强大的串口通讯控件 TYbCommDevice来克服数据帧掉帧，断帧的发生。
TYbCommDevice是一个使用简单易学、功能强大的串口通信控件，由于其数据帧识别功能，使其接收的每帧数据很完整。它的一些特性：
Baud，Parity，ByteSize，StopBits：分别为波特率；奇偶校验；数据位数，一般为8；停止位
UsePackage：使用数据帧协议。如果启动数据帧协议，可以用 ReadPackage 和 WritePackage 方法发送和接收数据帧。
ReadPackage：读数据帧（接收数据帧）。
WritePackage：写数据帧（发送数据帧）。
当属性 UsePackage=true 时，就启动了数据帧支持，启用数据帧协议发送数据时，系统会自动进行帧头和帧尾的添加。当接收方接受到数据时，控件内部会自动通过编码解码功能，去掉帧头和帧尾，直接进行数据的读取[26]。
数据帧协议是为了在连续发送多条命令时，接收方能够容易判断从哪里开始是命令的开始，到哪里结束。
当对数据的可靠程度要求相对较高的时候TYbCommDevice方法更为实用。
自定义的数据包发送出来时，数据包的结束由FrameSettings的FrameTail表示、数据包的开始由FrameHead表示、数据包的控制符由FrameCtrl表示，同时这些数据也发送到对方。
软件在远程监测温度数据的基础上，还可控制机构箱内的加热器的投入和退出，实现对温度的精密控制。为了实现这一功能，需要加装一个中间继电器在加热器与电源之间，通过控制继电器的闭合完成对加热器控制。正常工作时，工作子站在自动状态下运行，加热器的投切由单片机根据设定的温度阈值控制，为了提高了系统的应变能力，给上位机安装手动远程操作功能为系统一旦退出自动运行状态的备用功能。
2.2数据库数据处理模块
本软件中历史曲线的制作采用TChart控件。所有的历史数据都能历史曲线上找到对应，给事故的分析提供重要资料。子站实时的温度数值也可在窗口显示出来。可以直观的看出温度的最大值、最小值。
3硬件部分
3.1 主要系统器件介绍
系统的MCU采用由美国德州仪器公司（TI）开发研制的MSP430系列单片机是一种全新16位单片机，该单片机设计理念领先，其超低的功耗，低启动电压，低功率是其最突出的特点。该系列型号种类繁多，按不同的应用目标由一些基本功能模块搭配组合而成。因为其丰富的功能所以又被称为混合系列型单片机。此系列单片机用已广泛的应用于各个领域。[2]。
无线通讯使用Nordic公司生产的433MHz ISM频段采用FSK调制解调技术，最高工作速度可以达到20kbps，发射功率可调，最大为+10dBm的单片收发芯片nRF401。这是一个真正的单片UHF无线收发芯片。天线接口设计为差分天线，便于使用低成本的PCB天线[3]。
温度传感器是一款可编程单总线数字式由美国DALLAS公司生产，与其他温度传感器相比DS18B20可直接输出数字信号且只有一个总线接口，只用一根信号线就可与CPU连接，外围电路简单，没有放大电路和模拟转化电路，减少了CPU引脚，从而降低了成本，且其内部的ROM 存储器将每个传感器内唯一的64位序列号存储在其中，这就能使多个DS18B20连接在一条总线上，便于同时测量多处温度。
MSP430系列单片机都自带串行通信口，从而增强了与外界通信的能力，它无需电平转换，串行接口可直接与nRF401收发电路连接。单片机的控制信号由P4.7、P4.6端口发出，工作频段、输出功率的设定可以通过nRF401的2个串行外围设备接口CS、RF-PWR和射频模块来设定。单片机的射频模块的工作状态由P4.5、P4.4通过控制TXEN、 PWR_UP来设定。
上位与工作总站的通信机通过RS-485协议，工作总站的结构与工作子站一样，只是在单片机主-从通信模式中，主站作为主机使用。工控机自带的是RS-232串口，因此要使用RS-485协议，需要进行RS-232与RS-485的电平转换接口，也可以直接在工控机中加装一块RS-485的串口卡。图5选用加装RS-485串口卡的方法。由于MSP430串口输出是TTL电平，而RS-485串口卡是485电平，因此两者之间需要进行电平转换，MAX485芯片可以完成将TTL电平转换为RS-485电平的功能。
参考文献
[1] 胡文平等. 高压断路器在线状态监测系统应用[J]. 诊断技术 2009（3）：30-31
[2] 胡大可. MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机[M]. 北京：北京航空航天大学出版社 2010
[3] 蒋正义 朱善安 韩东. 基于MSP430和nRF40l的无线自动抄表系统[J]. 电子技术应用，2010（11）：74-77