基于MSP430单片机的高压开关柜温度在线检测系统设计

　　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，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。

　　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 TI 公司的 MSP430 系列单片机。MSP430 系列单片机是美国德州仪器(TI)，在 1996 年推出的一种 16 位超低功耗的混合信号处理器，采用精简指令集(RISC)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 200~400 A，时钟关断模式的最低功耗只有 0.1 A。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DS18B20 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。