高压开关柜测温系统设计

电气信息学院

课程设计任务书

课题名称高压开关柜测温系统设计

姓名专业电气工程及其自动化班级学号

指导老师杨青梁锦吴勇峰

课程设计时间第14、第15周

教研室意见意见：审核人：

一、任务及要求

1. 给出高压开关柜测温系统整体设计框图；

2.说明采用温度传感器的型号，特性，以及具有的优点；

3. 给出具体电路，如信号调理、采样保持电路、隔离、A/D转换等设计思路，画出电

路原理图；

6.说明测温时会遇到哪些干扰问题，增加抗干扰措施；

7.编写设计说明书；

8.课程设计说明书要求用手写，所绘原理图纸用计算机打印。（16K）

二、进度安排

第一周：星期一：下达设计任务书，介绍课题内容与要求；

星期二——星期五：查找资料，确定设计方案，画出草图。

第二周：星期一上午——星期二下午：电路设计，打印出图纸。

星期三：书写设计报告；星期四：书写设计报告；星期五：答辩。

三、参考资料

1.邹积岩. 智能电器. 北京：机械工业出版社，2006

2.王汝文，宋政湘，杨伟. 电器智能化原理及应用. 北京：电子工业出版社，2003

目录

一、高压开关柜测温系统整体方案设计 (1)

1.1系统整体结构 (2)

1.2传感器特性 (3)

二、高压开关柜测温系统硬件设计 (4)

2.1主控单元设计 (5)

2.2数据采集模块设计 (6)

2.3无线通信模块设计 (6)

2.4数据传输模块设计 (6)

三、高压开关柜测温系统软件设计 (4)

3.4温度传感器控制程序设计 (6)

3.5无线通信模块程序设计 (6)

四、原理图 (4)

一、高压开关柜测温系统整体方案设计

1.1系统整体结构

高压开关柜测温系统包括三大部分：高压开关柜内测温节点、高压开关柜外测温接收系统、上位机数据处理与显示。高压开关柜测温系统采用多点组网的方式：8路测温节点对应1

路接收系统。首先，数据采集模块通过主控单元将温度数据打包，再利用无线通信模块把获取的信息传送至接收系统，接收系统采用串口把数据传至上位机后，通过上位机完成温度

信息的处理、显示和保存。

整个测温系统主要包括主控单元、数据采集模块、无线通信模块、电源管理模块以及数据传输模块等几部分，按照系统设计要求选择合适的芯片器件，硬件的选型关系到整个系统的性能。

在整个测温系统的硬件设计中，主控单元是系统的核心部分，控制并协调处理各部

分正常工作，通过温度传感器获取温度信息进行数据采集，无线通信模块和数据传输模

块在系统起中间传递作用，发送、接收上位机指令以及温度数据。电源是系统的动力之

源，是保证系统正常工作的基础，电源管理模块包括系统测温节点感应电源模块和测温

接收系统电源设计两部分。整个系统硬件结构如图 1 所示：

图1：系统硬件结构图

1.2传感器特性

温度传感器的选型不仅影响系统的测量精度，而且关系到信号调理电路的复杂程

度。作为温度信息的获取源，温度传感器的选型对整个系统设计至关重要。目前，各行

业温度传感器主要有热电偶、热电阻、热敏电阻、半导体IC温度传感器等。

本系统选用数字温度传感器DS18B20来完成触点的测温，该芯片的全部传感元件以及转换电路都集成在在TO-92或u SOP封装的集成电路内，可以根据应用场合的不同而改变其外观，易于安装，特别适合狭小空间设备数字测温和控制领域，本文采用的是接耳式DS18B20探头。

DS18B20 的特点及一些工作参数如下：

（1）可以用数据线供电，工作电压3～5.5V；

（2）温度数字量转换时间200ms（典型值）；

（3）测温范围-55℃～+125℃（-67～257°F），适合高压开关柜测温；

（4）测量结果以9～12 位（可选）数字量方式串行传送，可通过CRC 校验码提高抗干扰纠错能力，用户可定义的非易失性温度报警设置；

（5）每个DS18B20 均有特定64 位ROM 编码即ID 号，因此可以在一条数据线上连接多个DS18B20；

（6）利用单总线接口方式，能同时传输时钟和数据，并且能双向传输数据，所以这种接口方式电路简单，不仅很好的节约了微控制器资源，而且开发效率高。

二、高压开关柜测温系统硬件设计

2.1主控单元设计

本系统的微控制器采用TI 公司开发的16 位超低功耗的混合信号处理器MSP430,在一个芯片上集成了微处理器、数字电路以及模拟电路等，是非常有代表性的片上系统，被称之为绿色MCU。

MSP430 的主要特点如下：主控单元电路主要由微控制器及外围电路构成，控制并协调各部分正常工

作，本系统的主控单元电路如图2 所示。

图2：主控单元电路

2.2数据采集模块设计

DS18B20是利用温度对振荡器的频率影响进行测温，其内部含有两个不同温度系数的振荡器，其中高温度系数振荡器决定一个门周期，计数器1在门周期内通过计数低温度系数振荡器的脉冲获得温度值。计数器1和温度寄存器被预置为-55℃相应的一个基权值，当门周期结束之前计数器1到达0，则温度寄存器的值增加，表示温度值大于-55℃。反复循环此过程直到计数器2到达0，温度寄存器的值不再累加，即为所测温度值，以16位带符号位扩展二进制补码形式读出，温度振荡器的非线性可通过斜坡累加器进行修正和补偿。

DSl8B20电路连接如图3所示，VCC引脚接3.3V电压，DQ引脚为数据线，与MSP430F149的P2.0引脚连接，再连接一个 4.7K的上拉电阻，在空闲状态下数据线可以直接跳变高电平。