摘 要:环境温湿度是影响绝缘参数的重要外部因素,本文介绍了变电站绝缘在线监测系统中温湿度测量系统的工作原理和软硬件结构设计。该系统应用智能型温湿度传感器SHT11来测量电力设备运行的环境温度和湿度,单片机对数据进行处理和修正,通过网络串口服务器NPort5610接入变电站绝缘在线监测系统的以太网,完成单片机与绝缘在线监测系统监控计算机的通信。
关键词:在线监测 温湿度传感器 串口网络服务器
中图分类号:TP273.5 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)05(c)-0139-01
环境温湿度是影响绝缘参数的重要外部因素,通过对环境温度、湿度等常规气候参数的监测,结合设备的绝缘在线监测数据进行综合分析,有助于提高在线监测数据诊断结果的可靠性。因此变电站绝缘在线监测系统集成了一套数字式温湿测量系统。
1 温湿度测量系统功能结构
分布式变电站绝缘在线监测系统。该系统3部分组成:本地监测单元、变电站通信控制单元和后台绝缘诊断系统。其温湿度测量终端安装在主要电力设备附近,通过以太网络连接,当进行监测时自动测量环境温湿度通过以太网上传到后台监控工控机。该终端由智能传感器SHT11和AT89C2051单片机组成,测量数据通过RS232数据线发送到MOXA网络串口服务器(NPort5610),该串口服务器通过以太网和工控机通信。结构如图1所示。
1.1 温湿度传感器
温湿度传感器选用瑞士Sensirion公司生产的SHT11型数字温湿度传感器,该传感器是具有二线串行接口的单片全校准数字式新型相对湿度和温度传感器,可用来测量相对湿度、温度和露点等参数,具有数字式输出、免调试、免标定、免外围电路及全互换等特点。SHT11湿度/温度传感器系统测量相对湿度的范围是0～100%,分辨力达0.03%RH,最高精度为±2%RH。测量温度的范围是－40℃～＋123.8℃,分辨力为0.1℃。测量露点的精度＜±1℃。利用降低分辨力的方法,可以提高测量速率,减小芯片的功耗。
1.2 AT89C2051单片机
At89c2051是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机,片内含2kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes的随机数据存储器(RAM),兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。该单片机有20只引脚,体型小巧非常适合在外设不多的情况下使用。本测量系统只扩展了一个数字式传感器和MAX232芯片,所以采用此型号单片机。
1.3 NPort5610串口服务器
MOXANport5610机架式串口设备联网服务器,不但可以保证现有的硬件资源,更确保网络的扩充可能性。通过简单的设置,就可以将现有的串口设备立即联网。同时可以在串口和以太网络界面之间轻易的执行双向数据传输。可以达到同时集中管理串口设备,和于网络中分散管理主机的目的。变电站绝缘在线监测系统中各个本地监测终端都通过此串口网络服务器连接在以太网上与后台监控工控机通信,充分利用了以太网的高速稳定特点。
2 温湿度测量系统电路设计
由于AT89C2051不具备I2C总线接口,故使用单片机通用I/O口线来虚拟I2C总线,并利用P1.0来虚拟双线数据线DATA,利用P1.1来虚拟时钟线SCK。在DATA端接入一只4.7kΩ的上拉电阻,同时在VDD及GND端接入一只0.1μF的退耦电容。传感器通过双线串行接口和下位机的单片机I/O口直接相连,无需A/D转换,和传统的测量系统相比,大大简化了传感器和单片机之间的接口,如图2所示。
3 温湿度测量系统程序设计
3.1 单片机测量程序设计
本系统中采用了KeilC51作为开发环境,使用c语言完成了测量计算温湿度的功能,同时随时应答上位机的控制命令。由于采用二线串行接口SCK和DATA(其中SCK为时钟线,DATA为数据线),故对SHT11的操作应严格按照时序,共有5条用户命令,分别是测量温度命令(03H)、测量湿度命令(05H)、读寄存器状态命令(07H)、写寄存器状态命令(06H)和软启动命令(1EH)。DATA在SCK时钟下降沿之后改变状态并仅在SCK时钟上升沿有效。SHT11上电后进入休眠模式,首先应发送一个“启动”时序,唤醒芯片,即在SCK为高时使DATA由高电平变为低电平,并在下一个SCK为高时将DATA升高。微控器发出测量命令后就等待测量完成,为表明测量完成,SHT11将数据线拉成低电平。微控器重新启动SCK,SHT11就传送两个字节的测量数据与一个字节的CRC数据,传输数据的顺序是从最高位(MSB)到最低位(LSB)。SHT11在测量和通信完成后会自动返回休眠模式。
3.2 监控工控机程序设计
监控工控机通过以太网经NPort5610串口服务器与测量终端的RS232接口连接。工控机上安装了串口服务器的驱动程序后,可以把NPort5610串口服务器上的串口虚拟成工控机的串口,即利用通讯程序改变访问的串口号即可与测量终端通信。上位机采用DELPHI2005开发环境调用MOXA公司提供的串口I/O函数库Pcomm函数库来控制温湿度测量终端。Pcomm库封装了基本的MicrosoftWin32API串口操作函数,用户可利用其直接对串口操作,极大地提高了开发速度。
4 结语
本文介绍的变电站绝缘在线监测系统中的温湿度测量系统,充分利用了绝缘在线监测系统已有的以太网通信线路,对绝缘在线监测功能进行了扩充,其温湿度测量具有运行可靠、扩充方便等优点。网络串口服务器组成了简单的网络,符合传感器智能化、和网络化的发展趋势。实际运行表明,数据传输可靠,测量结果准确,满足了变电站绝缘在线监测系统对环境温湿度监测的要求。
参考文献
[1]曾欢,刘毅.嵌入式WiFi技术在温室环境监测系统中的应用[J].林业机械与木工设备,2008(2).
[2]贺桂芳.基于SHT11的温湿度无线测控系统设计[J].微计算机信息,2007(23).