基于msp430单片机的高压开关柜温度在线检测系统设计

单片机

技术探讨

基于ＭＳＰ４３０单片机的高压开关柜

温度在线检测系统设计

ＳｙｓｔｅｍＤｅｓｉｇｎｏｆＯｎｌｉｎｅＤｅｔｅｃｔｉｎｇｔｈｅＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＳｗｉｔｃｈｇｅａｒ

ＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＢａｓｅｄ

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赵光兴张帆

套徽工业大荤由．每信．氟肇院ｆ害微马鲐山２４３００２、

接要：介绍基于ＭＳＰ４３０单片机的高压开关柜温度在线检测系统。该系统采用超低功耗设计，具有可靠性

高、性价比高等特点。

关键词：单片机超低功耗开关柜温度在线检测

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｉｆｆｓｐａｐｅｒ，ｓｙｓｔｅｍｔｈａｔｏｎｌｉｎｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｈｅｈｉｇｈｖｏｌｔａｇｅｓｗｉｔｃｈｇｅａｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｂａｓｅｄｏｎＭＳＰ４３０Ｍｉｃｒｏ－

ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓｉｓｃａｒｄｅｄｏｕｔ．Ｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｈａｓｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｕｌｔｒａ－ｌｏｗｐｏｗｅｒ，ｈｉｇｈｅｒｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｈｉｇｈｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ－ｔｏ－ｐｒｉｃｅａｎｄ

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ｄｃ糖ｃ勘ｎ

一

～

１前言

在整个电力体系中，高压开关柜是很重要的一个环节。高压开关柜在长期的运行后，往往会产生触头

２系统结构和功能

系统主要由３部分构成：开关柜触头单片机测温、

开关柜单片机数据中转和上位机数据处理部分。单片

机之间通过红外通讯传递数据，单片机与上位机之间

弹簧松弛使触头接触不良，或者某些部位老化的现象，

如果没有及时发现采取措施，触头温度将急剧增加，

通过ＲＳ４８５总线传递数据。每个开关柜的触头都有一

个独立编号，上位机可以在线实时通过ＲＳ４８５总线循

极易引起设备损坏，导致重大电力事故。

目前，开关柜温度检测方法有接触式测温和非接

环询问各个触点的温度，温度分辨率可以达到１２ｂｉｔ。上位机对每个触点的温度进行数据存储，如果温度超过上位机设置的报警温度，上位机将提醒使用者并生

成温度报警记录。触头测温单片机和数据中转单片机

触式测温两类。接触式测温有电阻法，热电偶间接测

温法，集成温度传感器法等，非接触式测温有红外传

感器法，光纤温度传感器法等。这些方法有的成本较

高，有的对测量的环境要求较高，有的精度较差，有的因采用从开关柜主回路工作电流感应的方式取电导致可靠稳定性差。本文设计了一种采用电池供电并使用集成温度传感器的开关柜温度在线检测系统。系统超低功耗的单片机硬件设计和二次询问红外通讯的超

可以在４ｍ的距离之内进行可靠的数据传输。

３系统的硬件设计

３．１单片机的硬件实现

开关柜触点测温单片机和数据中转单片机，均采

用ｎ公司的ＭＳＰ４３０系列单片机。ＭＳＰ４３０系列单片

低功耗软件设计，对解决可靠性、稳定性和频繁更换

电池问题具有意义。

机是美国德州仪器（１１），在１９９６年推出的一种１６位

甲闻便鸳低是２００８年第６期万方数据

ｗｗｗ．ｅｎｉｍ．ｃｎ

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单片机

技术探讨

超低功耗的混合信号处理器，采用精简指令集（１ｕｓｃ）结构，电源电压采用的是１．８—３．６Ｖ电压，在１ＭＨｚ的时钟条件下运行时，芯片电流２００～４００９Ａ，时钟关断

模式的最低功耗只有０．１吣。ＭＳＰ４３０系列的单片机种

类繁多，本系统的原则是在保证要求的前提下，采用

价格便宜的型号。触点测温单片机采用最基本型号

ＭＳＰ４３０Ｆ１１０１Ａ，３．６Ｖ电池供电，主频为８Ｍ。为了同

时进行ＲＳ４８５和红外的数据传输数据，中转单片机采用带有硬件串口的ＭＳＰ４３０Ｆ１２３，主频为８Ｍ，中转单片机安装在开关柜的柜壁上，可以采用稳压电源供电

的方式。

３．２集成温度传感器的硬件实现

集成温度传感器采用ＤＳｌ８８２０可以把温度信号直接转换成数字信号，直接送到单片机里进行处理。温度测量范围在．５５～＋１２５℃，不需要任何外围原件，以

“一线总线”方式把温度数据串行给单片机，在开关

柜复杂的电磁环境中工作，有较好的抗干扰能力。

３．３通讯部分的硬件实现

红外接收采用ＨＳ００３８Ｂ接收模块，采用２．７～５．５Ｖ

的供电，载波频率为３８ｋＨｚ，低电平输出，有很好的

抗干扰能力。

ＲＳ４８５通讯具有良好的抗噪声性能，长传输距离

和多站能力。系统的ＲＳ４８５通讯部分利用上位机的工业级ＲＳ２３２｛＊ＲＳ４８５转换器和单片机上的ＭＡＸ４８５芯片构成系统的总线拓扑形式。总线结构简单，所需电

缆少，可以节省成本，易于系统的安装和开关柜测量

模块的增加。

４系统的软件设计

４．１单片机软件的设计

单片机软件采用ＩＡＲＥｍｂｅｄｄｅｄＷｏｒｋｂｅｎｃｈ软件编写，触点单片机的软件设计分为ＤＳｌ８８２０的温度测量

和红外通讯的实现。单片机初始化完成后，进入ＬＭＰ３休眠模式，当接收到红外信号时，单片机捕捉下降沿，进入中断模式，进行代码的判断；当接收到正确的代

码时，退出ＬＭＰ３休眠模式，进行温度测量，红外信

号传输；然后再进入到ＬＭＰ３休眠模式，等待中断。软件流程如图１所示。

５６

万方数据

ｗｗｗ．ｅｎｉｍ．ｃｎ

图１触点测温单片机

数据中转单片机软件设计包括ＲＳ４８５总线的侦听和询问触点单片机两个部分。如果被询问的触点单片机在规定时间内没有反应，向上位机发送“ＦＦ＂，表示询问失败。因为它采用稳压电源的供电方式所以不用进入休眠模式，软件流程如图２所示。

程序初始化

开总中断

允许ＲＳ４８５总线接收

７是否为本开关＼＼，型

越竺皇步’／

ｉ兰

向欲询问单片机ｌ

＜勰）＞一］超出时间发送编码

按时赢＼憝ｙ

发送所接收到发送代码ＦＦ

的温度值

表示通讯阻塞

图２数据中转单片机

４．２上位机软件的设计

系统上位机软件采用ＶＣ６．０编写，利用ＭＳＣｏｍｍ

控件来实现和单片机的通讯，上位机可以在线实时监

控开关柜内的触点，也可以分析某个触点过去时间的温度变化情况，让使用者直观了解开关柜温度大致的

变化，上位机软件可以方便地设置报警温度，选择报

２∞８年第６期中闽恹霹饭表

单片机

ＩＥ￡ＨＮＩ！苫鱼ＬＥＸｅＬＱＢ色ＩＩＩＱＮ警的方式。

４．３二次询问式红外通讯的设计

对于整个系统来说，除了采用超低功耗的ＭＳＰ４３０单片机以外，还需要超低功耗的软件设计。实现系统

的超低功耗，就是实现触点单片机的超低功耗。实现

触点单片机超低功耗就需要单片机尽可能的工作于休眠状态，因此系统采用询问式红外通讯的设计，也就

是触点单片机在被询问的时候才需要工作，只有触点

单片机接收到了正确的代码，才开始进行温度转换和红外数据的传输。系统的询问式红外通讯为二次询问方式，即单片机之间的一个简单的二次握手协议。如

果采用一次询问机制，温度数据的接收误码率很高。如果采用多次询问机制则会浪费单片机资源，造成温

度测量的迟滞。

在进行红外数据传输时，需要将数据调制到３８１ｄ－Ｉｚ

的载波上进行发送。系统利用ＭＳＰ４３０单片机的ＴｉｍｅｒＡ，软件方式实现３８ｋＨｚ载波的调制。数据“１”用１．２ｍｓ高电平和２４０ｍｓ低电平表示，数据‘铲用０．６ｍｓ高电平和１．２ｍｓ低电平表示，引导码用９ｍｓ的高电平表示。对于红外数据的接收，则利用ＴｉｍｅｒＡ的捕捉

模式，来捕获电平的高低变化，根据判断下降沿和上

升沿的之间的时间差来判断数据“１”，数据Ｖ或者

引导码。

实际应用中的单片机红外接收波形会发生畸变。

为了增加系统数据传输的可靠性，在单片机捕捉的下降沿和上升沿之间，加入一定的时间延迟，使单片机

在波形的畸变部分处于休眠状态。

５实验结果及分析

系统的超低功耗主要是由ＭＳＰ４３０单片机的硬件设计和二次询问式红外通讯的软件设计实现的。触点测温单片机采用进口的３．６Ｖ电池供电。在理想状态

下，ＭＳＰ４３０单片机在ＬＭＰ３休眠模式下工作电流仅有几微安，４００ｍＡｈ容量的电池足可以供单片机工作三

年以上，而不用更换电池。

系统在实验运行中工作很稳定，误码率低于０．０１％，图３是系统对触点采用一次询问红外通讯方式和二次询问红外通讯方式获取温度值的变化血线。

中周便要饭表２∞８年第６期万方数据

系统采集粟个触点３００个温厦数据

图３触点温度的变化曲线

从图３可以看出系统采用的二次询问红外通讯方

式，可以很稳定的获得触点温度，大大降低了一次询问红外通讯方式的误码率。系统在低功耗的状态下运行的同时，也保证了开关柜温度在线检测的可靠性和

稳定性。

本文的在线检测系统，经过长时间的实验运行结果表明：该系统稳定性好、可靠性高。

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作者简介：赵光兴，博士，教授，主要从事现代光电检测，计算机控制及无线远程通信技术的相关研究．

洲．ｅｒｌｉｍ．ｏｎ

５７

单片机

基于MSP430单片机的高压开关柜温度在线检测系统设计

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：

赵光兴， 张帆

安徽工业大学电气信息学院,安徽马鞍山,243002中国仪器仪表

CHINA INSTRUMENTATION2008，(6)0次

参考文献(10条)

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单片机

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本文链接：/Periodical_zgyqyb200806010.aspx

下载时间：2010年1月6日

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3a31.html