五年無需更換電池的無線測溫方案

　　在中高壓開關(guān)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(xiàn)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(guān)柜的測溫一直是人們關(guān)注的焦點。由于無線zigbee的技術(shù)越來越普及，這種方案很好的解決了中高壓開關(guān)柜的銅排溫度監(jiān)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(fā)一直限制著無線測溫的應(yīng)用。開關(guān)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(xiàn)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(dǎo)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(fā)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(tǒng)不消耗電能，將溫度傳感器DS18B20設(shè)置成單線通信模式，當(dāng)zigbee休眠時DS18B20不消耗電能。當(dāng)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(shè)置休眠喚醒時間，可以按照秒設(shè)置也可以按照分來設(shè)置。配置好后模塊定時休眠，當(dāng)模塊喚醒后將溫度采集通過zigbee網(wǎng)絡(luò)傳送給主節(jié)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(fā)周期，用戶只需關(guān)注自己主節(jié)點的研發(fā)，從節(jié)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(dāng)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(xiàn)場安裝圖片

　　整個網(wǎng)絡(luò)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，開關(guān)柜中的智能控制開關(guān)作為主節(jié)點，溫度采集表帶作為子節(jié)點，子節(jié)點定時上傳采集到的溫度然后再次休眠。主節(jié)點之間通過RS-485網(wǎng)絡(luò)相連，然后再通過GPRSDTU傳送到監(jiān)控后臺。

　　圖 4 無線測溫系統(tǒng)框圖

　　二、核心部件：zigbee模塊介紹

　　超小體積

　　本方案采用廣州致遠研發(fā)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(biāo)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

　　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(fā)送電流只有20mA，休眠狀態(tài)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(chǎn)品功耗對比

　　圖 7 功耗對比

　　3.6V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

　　支持上位機軟件配置，產(chǎn)品開發(fā)速度快

　　Nano模塊支持上位機軟件配置，可以設(shè)置主節(jié)點的ID以及休眠采集時間，實現(xiàn)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(guān)斷狀態(tài)。

　　圖 10 單線供電