基于NRF的電纜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端的研究

　　該電源包括供能線圈，整流濾波穩(wěn)壓電路，控制線圈，控制電路以及防雷保護(hù)電路。

　　供能線圈為特制的小型CT(電流互感器)，利用電磁感應(yīng)從電纜獲得能量。該裝置選用飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度較低、導(dǎo)磁率較高的硅鋼片制作鐵芯。供能線圈/控制線圈以及整流濾波穩(wěn)壓電路，控制電路和防雷保護(hù)電路與監(jiān)測(cè)終端固定在鐵芯一側(cè)，便于減小體積和重量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，確定線圈的匝數(shù)，保證電纜電流在10A以上時(shí)可提供穩(wěn)定的3.3V穩(wěn)壓輸出。供能線圈的輸出接防雷保護(hù)電路后，再連接到整流濾波穩(wěn)壓電路。

　　由于高壓電纜上運(yùn)行的電流變化范圍大，且暫態(tài)電流在達(dá)到數(shù)十倍的額定電流時(shí)還要保持電源穩(wěn)定，要保證電流在達(dá)到300A時(shí)電源還能正常工作。電纜電流過(guò)大時(shí)感應(yīng)線圈的鐵芯處于磁飽和狀態(tài)。鐵芯飽和后，磁化曲線呈非線性關(guān)系，感應(yīng)電勢(shì)變?yōu)轭?lèi)似脈沖波，導(dǎo)致穩(wěn)壓電源模塊輸入電壓過(guò)高燒毀，不利于電源的實(shí)現(xiàn)。 本設(shè)計(jì)增加了一個(gè)控制繞組和控制電路，當(dāng)電纜電流過(guò)大，獲取能量過(guò)多時(shí)，控制供能線圈感應(yīng)電壓在適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣秶?/p>

　　電路設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。系統(tǒng)核心控制芯片采用時(shí)代民芯MXT8051，XT8051是以高速單指令周期8051為核的MCU。電路擁有豐富的外設(shè)，包括PWM、UART、WDT，Timer等，大容量存儲(chǔ)器，內(nèi)嵌32Kx8可在線編程flash，10位AD，8位DA，若干OP，36x4 LCD driver、POR以及可編程增益放大器(PGA)等模擬電路。電路集成片上調(diào)試系統(tǒng)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口，快速診斷復(fù)雜SoC，該調(diào)試系統(tǒng)具有不占用任何硬件資源即可進(jìn)行全速和單步運(yùn)行、支持硬件斷點(diǎn)、軟件斷點(diǎn)、以及觀察內(nèi)部特殊功能寄存器、程序指針和內(nèi)部RAM等功能。上位機(jī)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)JTAG接口以及用戶(hù)定義指令執(zhí)行在線編程和在線調(diào)試。同時(shí)提供調(diào)試和編程軟件包，該CPU可輕松滿(mǎn)足系統(tǒng)控制要求。

　　nRF24L01芯片是挪威Nordic公司推出的2.4GHz單片無(wú)線收發(fā)芯片，該芯片具有接收靈敏度高、外圍電路少、發(fā)射功率低、傳輸速率高、低功耗等優(yōu)點(diǎn)，它工作在2.4GHz自由頻段，支持多點(diǎn)間通信，其最高傳輸速率達(dá)1Mb/s。它采用SoC方法設(shè)計(jì)，只需少量外圍元件便可組成射頻收發(fā)電路。nRF2401A沒(méi)有復(fù)雜的通信協(xié)議，它完全對(duì)用戶(hù)透明，同種產(chǎn)品之間可以自由通信。

　　算法及軟件實(shí)現(xiàn)

　　溫度監(jiān)測(cè)和電流監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)需監(jiān)測(cè)電流和溫度。溫度監(jiān)測(cè)使用了DS18B20芯片，這是一種單總線溫度傳感器。本系統(tǒng)共有6路溫度信號(hào)，需要6只溫度傳感器，它們掛在一條總線上。操作過(guò)程為：?jiǎn)纹瑱C(jī)預(yù)存這6個(gè)溫度傳感器的序列號(hào)，首先初始化總線上所有的溫度傳感器，尋找第一路溫度傳感器，發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令，500ms后，再次匹配此溫度傳感器，匹配正確后，讀溫度暫存器的內(nèi)容，最后將溫度寄存器的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)值存入單片機(jī)的緩沖區(qū)內(nèi)。

　　電流監(jiān)測(cè)采用CT實(shí)現(xiàn)，先用100比1的CT從電纜上得到一個(gè)交變電流，在二次回路側(cè)加入一只0.01Ω的采樣電阻，將電流值轉(zhuǎn)變成電壓值，此電壓值經(jīng)過(guò)運(yùn)放LM358比例變換成單片機(jī)AD可采集的范圍，信號(hào)送入單片機(jī)。單片機(jī)采集到信號(hào)后，乘以比例變系數(shù)，并轉(zhuǎn)換成有效值后顯示。