采用DS18B20溫度傳感器，五年不換電池

在中高壓開(kāi)關(guān)柜中，由于銅排氧化腐蝕、螺栓松動(dòng)引起溫度升高，如果不及時(shí)維護(hù)將會(huì)造成重大的安全事故，一起來(lái)看看現(xiàn)場(chǎng)。

隨著用電需求的不斷增加人們對(duì)于用電安全也越來(lái)越重視，中高壓開(kāi)關(guān)柜的測(cè)溫一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。由于無(wú)線(xiàn)zigbee的技術(shù)越來(lái)越普及，這種方案很好的解決了中高壓開(kāi)關(guān)柜的銅排溫度監(jiān)控問(wèn)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(kāi)發(fā)一直限制著無(wú)線(xiàn)測(cè)溫的應(yīng)用。

開(kāi)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(jìn)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(chǎng)不方便取電，所以多采用電池供電，整個(gè)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(wú)線(xiàn)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(kāi)發(fā)繁瑣，下面給大家介紹一種比較方便實(shí)用的方案。

圖1 無(wú)線(xiàn)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(shí)整個(gè)系統(tǒng)不消耗電能，將溫度傳感器DS18B20設(shè)置成單線(xiàn)通信模式，當(dāng)zigbee休眠時(shí)DS18B20不消耗電能。當(dāng)zigbee模塊喚醒采集時(shí)，zigbee與溫度采集模塊通信并同時(shí)給溫度傳感器DS18B20中的電容充電。用戶(hù)可以通過(guò)上位機(jī)軟件設(shè)置休眠喚醒時(shí)間，可以按照秒設(shè)置也可以按照分來(lái)設(shè)置。配置好后模塊定時(shí)休眠，當(dāng)模塊喚醒后將溫度采集通過(guò)zigbee網(wǎng)絡(luò)傳送給主節(jié)點(diǎn)，傳送完成后再次進(jìn)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(hù)的研發(fā)周期，用戶(hù)只需關(guān)注自己主節(jié)點(diǎn)的研發(fā)，從節(jié)點(diǎn)只需通過(guò)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(gè)表帶當(dāng)中，然后將表帶綁在被測(cè)銅牌上，表帶背面有開(kāi)孔方便溫度傳感器與被測(cè)銅牌接觸。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)安裝圖片

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，開(kāi)關(guān)柜中的智能控制開(kāi)關(guān)作為主節(jié)點(diǎn)，溫度采集表帶作為子節(jié)點(diǎn)，子節(jié)點(diǎn)定時(shí)上傳采集到的溫度然后再次休眠。主節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)RS-485網(wǎng)絡(luò)相連，然后再通過(guò)GPRS DTU傳送到監(jiān)控后臺(tái)。

圖4 無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)框圖

二、核心部件：zigbee模塊介紹

1、超小體積

本方案采用廣州致遠(yuǎn)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(xiàn)，低功耗模塊體積可以做到13.5mm*16.5mm，放在標(biāo)準(zhǔn)的表帶中剛剛合適如果體積再大就有點(diǎn)放不了。整個(gè)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

2、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(shí)間。

圖6 zigbee模塊功耗

下圖是同類(lèi)產(chǎn)品功耗對(duì)比

圖7 功耗對(duì)比

3、3.6V供電，無(wú)需其他電源模塊

常用的ER14250H電池均為3.6V供電，ZLG致遠(yuǎn)電子的Nano模塊支持3.6V供電，無(wú)需其他器件從而避免增加功耗增加體積。

圖8 電池

4、支持上位機(jī)軟件配置，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度快

Nano模塊支持上位機(jī)軟件配置，可以設(shè)置主節(jié)點(diǎn)的ID以及休眠采集時(shí)間，實(shí)現(xiàn)0代碼控制。

圖9 上位機(jī)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(xiàn)通信不需要額外的電源接口，zigbee模塊休眠時(shí)DS18B20處于關(guān)斷狀態(tài)。

圖10 單線(xiàn)供電