火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的無線溫度檢測儀設(shè)計(jì)

摘要：闡述火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的無線溫度檢測儀設(shè)計(jì)的必要性及設(shè)計(jì)依據(jù)，提出基于Si4432的通用無線收發(fā)模塊的無線溫度檢測儀設(shè)置原則以及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題?；馂?zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的無線溫度檢測儀具有結(jié)構(gòu)簡單、安全性和可靠性較高，適于范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：火災(zāi)監(jiān)控；無線溫度傳感；Si4432；無線收發(fā)模塊

0 引言
    近年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速增長，各行業(yè)用電量大幅度增加，同時(shí)伴隨著電氣火災(zāi)也呈現(xiàn)逐年上升的趨勢，給國民經(jīng)濟(jì)和人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大損失。電氣火災(zāi)的起火主要有漏電、短路、過負(fù)荷幾種原因。由電力設(shè)備發(fā)熱而最終導(dǎo)致的電氣火災(zāi)在全部電氣火災(zāi)中占到了60％以上的比例；另外，由絕緣受損、環(huán)境潮濕等引起的泄漏電流故障(以及由泄漏電流電火花引起)又在電氣火災(zāi)的起因中占有10 ％以上的比例。
    當(dāng)絕緣受損的線路上產(chǎn)生的泄漏電流為300～500 mA時(shí)，破損處將和鄰近的接地導(dǎo)體產(chǎn)生火花放電現(xiàn)象。這時(shí)，釋放出的電火花可以輕易地引燃周圍的可燃物和易燃物，從而造成火災(zāi)事故。即使周圍沒有易燃、可燃物存在，泄漏電流產(chǎn)生的火花放電同樣可加速絕緣的受損面積，使得受損點(diǎn)周圍的絕緣層迅速炭化，變?yōu)橐兹嘉矬w，再被火花點(diǎn)燃起火。
    高壓開關(guān)柜中設(shè)有大量開關(guān)電氣設(shè)備，并具有復(fù)雜的電氣連接線路，如何對高壓開關(guān)柜中的關(guān)鍵部位或電氣連接處的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程檢測，并確保檢測的安全性和可靠性，是所要解決的重點(diǎn)技術(shù)難題之一。

1 系統(tǒng)組成
    為解決上述技術(shù)問題，現(xiàn)提供一種結(jié)構(gòu)簡單、安全性和可靠性較高的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的無線溫度檢測儀。火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的無線溫度檢測儀包括溫度傳感器1、與溫度傳感器1的溫度信號(hào)輸出端相連的適于定時(shí)激活工作的第一邏輯控制電路2、第一邏輯控制電路2的溫度信號(hào)輸出及收發(fā)控制端相連的用于將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為無線信號(hào)的第一無線收發(fā)電路3，第一邏輯控制電路2連接有電池供電電路4。
    溫度傳感器1設(shè)于配電室進(jìn)線柜斷路器的上下接口處、三級(jí)負(fù)荷進(jìn)線開關(guān)斷路器的上下接口處、風(fēng)機(jī)回路斷路器的上下接口處、冷水機(jī)組回路的上下接口處或開關(guān)柜內(nèi)的帶電觸頭上。應(yīng)用火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的無線溫度檢測儀時(shí)，還包括用于接收所述無線信號(hào)的第二無線收發(fā)電路11、與第二無線收發(fā)電路11的相連的無線交互控制單元5、與無線交互控制單元5的數(shù)據(jù)輸出端相連的用于判斷溫度傳感器1所測溫度是否超過預(yù)設(shè)范圍的中央控制單元6；中央控制單元6的溫度信號(hào)輸出端經(jīng)通信接口8與用于遠(yuǎn)程監(jiān)控的上位機(jī)10相連。
    中央控制單元6的溫度顯示輸出端連接有用于實(shí)時(shí)顯示溫度值的顯示電路9，即LCD顯示屏。所述中央控制單元6的控制輸入端連接有用于輸入無線收發(fā)的頻點(diǎn)和與所述第一邏輯控制電路2相關(guān)聯(lián)的地址表的第一鍵盤輸入電路7。具體框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理
    火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的無線溫度檢測儀系統(tǒng)主要由微處理器C8051F930(簡稱MCU)和RF收發(fā)芯片Si4432組成，其是業(yè)界目前性價(jià)比“最高”的嵌入式無線解決方案。C8051F930是Silicon Labs新近推出的業(yè)界第一款能在0．9～3．6 V電壓范圍內(nèi)工作的MCU，內(nèi)部集成了64 KB的FLASH、4 352 B的RAM、1個(gè)UART、2個(gè)SPI、4個(gè)定時(shí)器、10 b的ADC、內(nèi)部振蕩器等，提供了一個(gè)真正的SoC(System on chip)解決方案。
    Si4432無線收發(fā)器是Silicon Labs公司EZRadioPro產(chǎn)品線中的一款非常有代表性的芯片，支持頻率范圍240～930 MHz，輸出功率最大為20 dBm，靈敏度達(dá)-117 dBm。Si4432與主機(jī)MCU之間的通信是通過SPI總線實(shí)現(xiàn)的，主要涉及SCLK、SDI、SDO和nSEL四個(gè)引腳。
    Si4430／31／32提供了先進(jìn)的無線電特性包括在240～960 MHz范圍的頻率覆蓋和允許進(jìn)行精確調(diào)諧控制的156 Hz或312 Hz的步幅，其他的系統(tǒng)特性如：自動(dòng)喚醒定時(shí)器、低電池檢測器、64 B TX／RX堆棧、自動(dòng)數(shù)據(jù)報(bào)處理、報(bào)頭檢測減少了總的電流消耗，使得可以采用廉價(jià)的系統(tǒng)MCU。一個(gè)集成的溫度傳感器、通用ADC、上電復(fù)位(POR)和GPIO(通用輸入／輸出)進(jìn)一步減少了總的系統(tǒng)成本和尺度。其中U9為Si4432，由于采用單天線形式，使用了射頻收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)UPG2214T(圖2中U6)進(jìn)行收發(fā)切換。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)
    在火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的無線溫度檢測儀中，第一邏輯控制電路將溫度傳感器所測得的溫度信息通過控制第一無線收發(fā)電路以無線信號(hào)發(fā)出，無線交互控制單元經(jīng)第二無線收發(fā)電路接收該無線信號(hào)，經(jīng)處理后得出相應(yīng)的溫度信息并送至中央控制單元，最后經(jīng)顯示電路顯示或經(jīng)通信接口送至上位機(jī)；故而火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的無線溫度檢測儀結(jié)構(gòu)簡單、安全性和可靠性較高，適于監(jiān)測高壓開關(guān)柜中觸點(diǎn)的溫度。無線溫度檢測儀能連續(xù)監(jiān)測設(shè)備接點(diǎn)的運(yùn)行溫度，可確定觸點(diǎn)接頭處的過熱程度，當(dāng)發(fā)生超溫時(shí)，發(fā)出報(bào)警指示。溫度傳感器被安裝到設(shè)備內(nèi)的帶電部位上(如斷路器及刀閘的上下接口處)，監(jiān)測儀主機(jī)的數(shù)字面板表顯示出每個(gè)帶電觸頭的溫度值，并可將溫度值通過RS 485接口傳到上位計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步處理，實(shí)現(xiàn)設(shè)備溫度的集中監(jiān)測。火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的無線溫度檢測儀可應(yīng)用于地鐵、變電站、電廠、電纜、隧道、供熱管道、油氣管道等場合，特別是地鐵的1 500 V直流開關(guān)、整流系統(tǒng)和車站400 V重要負(fù)荷的設(shè)備安全監(jiān)測。如用于監(jiān)測高低壓輸電線纜及母線接頭溫度、高低壓(500 kV～380 V)開關(guān)觸點(diǎn)溫度、輸油管道溫度及石油化工工藝點(diǎn)溫度和干式變壓器／油式變壓器溫度監(jiān)測。

4 結(jié)語
    火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的無線溫度檢測儀，其中無線收發(fā)系統(tǒng)主要芯片采用Si4432，其優(yōu)點(diǎn)在于功率可達(dá)100 mW(+20 dBm)，降低波特率的情況下無遮擋傳輸距離可達(dá)500 m以上，或者穿透兩層樓。火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的無線溫度檢測儀具有結(jié)構(gòu)簡單、安全性和可靠性較高，適于范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，它能為維護(hù)工程師提供準(zhǔn)確信息，避免電氣火災(zāi)的發(fā)生，該設(shè)計(jì)方案應(yīng)有很廣的應(yīng)用領(lǐng)域和良好的應(yīng)用前景。