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基于Zigbee电力设备红外测温系统 　　摘 要：针对目前电力设备温度检测中普遍依赖人工采用红外成像仪、红外测温仪等仪器进行巡检存在的问题，结合红外测温探头和Zigbee无线网络通讯技术，研制了一种基于Zigbee的电力设备红外测温系统，该系统主要由测温装置和应用网关构成。详细介绍了系统的结构和原理，测温装置及应用网关的硬件和系统软件的实现。 关键词：红外测温；无线通讯；电力设备；应用网关 引言 电力设备的有效的监测和检测直接关系到电力系统的安全和效益，变电站中无论哪种设备出现不正常工作状态若不及时处理很可能会发展成故障，甚至造成设备损坏或人身事故，而造成不可估量的后果。对设备进行有效的监测和检测，可使设备维修费减少25%～50%，设备事故率减少75%，经济效益十分显著。 红外检测技术能够以远距离、非接触、实时、快速在线监测方式获取设备的运行状态信息，具有分辨率高、形象直观、不受电磁干扰、安全可靠和效益/投资比高等优点，可以在不停电、不取样、不解体的状况下进行故障的诊断分析，因此，红外诊断技术在电力系统得到了较广泛应用。目前国内外大多使用红外热成像仪进行定期的巡检，不能达到实时全面动态检测，由于红外热成像仪大多体积较大，巡检过程需工作人员携带仪器进入现场，增加了工人劳动强度。并且价格非常昂贵，大型变电站方可配备，对于绝大多数的小型变电站，或无人值守变电站则发挥不了应有的作用，本文提出一种基于Zigbee的电力设备红外测温系统，既可以避免红外成像仪成本高，难以广泛使用等问题，又可以充分发挥计算机技术的优势，完成一些人工检测难以完成的任务，从而有利于提高监测实时性，可实现变电站的无人值守，同时也为状态检修提供了数据参考。 1 系统结构及原理 基于Zigbee的电力设备红外测温系统主要由红外测温传感器和应用网关组成，系统结构如图1中虚线框部分所示。红外测温传感器基于性价比较高的红外测温技术，红外测温传感器与应用网关之间通过基于Zigbee的无线传感器网络进行通讯，应用网关对外提供网络接口，通过以太网实现与其他终端设备的通讯。应用网关作为红外测温传感器与电力系统其他终端的桥梁，一方面实现温度数据的采集、转化和管理；另一方面实现与其他终端设备的通讯接口与数据交换。电力系统中的其他终端设备可通过应用网关实现对红外测温传感器的透明访问。 图1 系统结构图 2 红外测温传感器硬件设计 红外测温传感器主要由光学镜头、传感器芯片、信号处理电路、AD转换电路、单片机MC9S12XS128、温湿度测量电路以及Zigbee接口电路组成，结构如图2所示。红外测温传感器芯片将物体发出的红外光转换为电压信号；信号处理电路对红外测温传感器芯片的输出信号进行滤波放大；AD转换电路将信号处理电路输出的模拟电压信号转换为数字信号；单片机对AD转换电路输出的数字信号进行处理和存储，并实现对Zigbee接口电路的控制；Zigbee接口电路实现与应用网关的通讯连接；温度湿度测量电路用于对环境温度和湿度的测量，有利于用户对设备运行状态的准确判断。 图2 红外测温传感器结构图 2.1 红外测温传感器芯片和信号处理电路 红外测温电路由红外测温传感器芯片和信号处理电路构成，红外测温传感器芯片选用德国HL-Planartechnik公司生产的TS118-3。TS118-3通过其热端的吸收区把引入的红外线转换电压成输出。由于TS118-3输出信号很微弱，为达到使用要求，本系统采用运算放大器AD8554进行信号放大。红外测温电路如图3所示。 图3 红外测温电路 2.2 温度湿度测量电路 图4 SHT75与MC9S12XS128的电路连接图 2.3 信号处理电路 测温信号处理电路由一个二阶有源低通滤波器和一个同相放大器组成，滤波器和放大器基于双运算放大器芯片OP292，如图5所示。信号处理电路接收电磁信号检测电路的检波输出，进行滤波放大后输出到单片机MC9S12XS128的AD输入端。 图5 信号处理电路 3 应用网关硬件设计 应用网关主要由Zigbee接口电路、嵌入式系统模块、以太网接口电路组成，结构如图6所示。其中，Zigbee接口电路实现与红外测温传感器的通讯连接；以太网接口电路实现与电力系统其他终端的连接；嵌入式系统模块是应用网关的核心，用于对红外测温数据的获取、处理和管理，以及为其他终端的访问提供数据服务。 图6 应用网关结构图 Zigbee芯片采用TI公司的CC2530芯片。CC2530芯片在单个芯片上整合了Zigbee射频（RF）前端、内存和微控制器，其具有不同的运行模式，适应超低功耗要求的系统。本系统根据CC2530典型电路设计的通信模块电路