GIS开关室的环境智能监测系统的设计

GIS开关室的环境智能监测系统的设计

王海伦1，沈建位2

（1.衢州学院电气信息工程学院浙江衢州3240002.浙江开关厂有限公司浙江衢州324000）

【摘要】：本文提出了一种GIS开关室的环境智能监测系统的设计方法。该系统在线监测SF6和O2浓度，当SF6气体浓度超过标时，显示含量超标并语音报警，同时启动风机通风。该系统采用PSoC芯片进行检测模块的设计，使系统功耗降低，体积缩小，可靠性提高。

【关键词】：无线传输；单片机；SF6；GIS开关室

0、引言

SF6气体因具有很好的绝缘和灭弧性能，所以，广泛应用于高压电气设备（GIS)中。但由于电弧、电晕和高温等因素的影响，SF6会发生裂解,

分解物与空气中的氧、水化合后生成有毒的二次产物,严重危害人体健康；另外,气体泄漏使GIS设备中SF6气体压力下降,降低了GIS设备的绝缘和灭弧性能,危及设备的安全[1]。因此，及时监测SF6的泄露非常重要。但传统的检测技术精确低、误报率高、使用寿命短，而且不能在线监测[2]。

本文介绍的系统采用红外传感器来检测SF6

气体浓度，具有检测速度快、可靠性高，使用寿命长等优点，同时采用无线技术机械在线监测。

1、监测系统总体设计

系统硬件电路分为检测模块和主机模块两部分，如图1所示。其中，检测模块包括SF6、O2、温度、湿度传感器，可编程片上系统PSoC和射频发射器，用来完成信号的检测、处理和发射。主机模块主要包括射频接收器、微控制器，用来完成数据显示、存储，报警指示，完成对风机、空调等设备的开关动作，同时数据可传送到远方控制中心，控制中心也可直接远程查询、控制监控系统，主机配备操作面板与显示界面，具有灵活的人机交互功能。

2、监测系统硬件设计2.1检测模块

检测模块包括主要由传感器，可编程片上系统PSoC和射频发射器组成。

SF6和O2是GIS开关室的环境智能监测装置需要检测的两个重要量，检测它们是保障电力人员和安全生产的需要。能否准确的测量SF6和O2直接影响着系统的性能，而空气中微量SF6气体的检测是比较困难的，本文选用德国smartGAS公司的SM-SF6传感器检测SF6，它利用红外光谱吸收原理，自带温度补偿、不受H2O，酒精，CO2气体干扰，可靠性高，性价比高，无辐射源，无危害。选用Maxtec公司的MAX-13-250检测O2，它带有温度补偿，响应时间短，抗干扰能力强。

湿度检测采用瑞士Sensirion公司的SHT75，它具有微型化、低功耗、高精度、高性能、抗干扰能力强等优点，适合恶劣环境的现场温湿度测量。

PSoC(可编程片上系统)微处理器选用Cypress公司功能强大的CY8C29466，它集8位微控制器、可编程数字阵列与模拟阵列于一体，由PSoC内核、数字模块和模拟模块、存储器等组成，传统的分立器件放大器，滤波器和A\\D转换器等分立器件全部被PSoC内部集成的模拟器所代替。这极大地降低了系统的能耗，并具有结构简单可靠、体积小、成本低、开发周期短特点。

无线收发芯片采用Nordic公司的nRF905。该芯片能够自动处理报头和CRC冗余校验、功耗非常低、内建有空闲模式与关机模式，易于实现节能[3-5]。

2.2主机模块设计

主机模块的功能需求决定了MCU的选择必

图1系统硬件结构图

该项目获得了2011年浙江省衢州市科技计划项目（20111039）\"GIS开关室环境智能无线监控系统开发\"的资助。

2012年第4期福建须功能十分丰富，我们选择TI公司的MSP430F147单片机作为控制模块微控制器。MSP430系列单片机功耗超低、16位指令、内置A/D转换器、串行通信接口、硬件乘法器、LCD驱动电路，抗干扰能力强。

液晶控制模块选用HOLTEK公司推出的HT1622，HT1622是256段（32×8）内置存储器的多功能LCD驱动器，可以驱动多段LCD字符是其主要特征，可以构成LCD显示模块和显示系统，与控制器的通信连线仅需要3～4根，同时它还包括了省电命令，有效地减少本身的功耗。

3、监测系统软件设计

GIS开关室的环境智能监测系统软件包括系

统主程序、射频发射子程序和射频接收子程序。系统主程序的主要作用是进行系统初始化和其它功能子模块的初始化，系统主程序的流程图如图2所示。nRF905发射和接收程序是整个监控系统控制的核心，发射时nRF905处于待机状态，TX_EN和PWR_UP设置为高电平，TRX_CE设置为低电平；当单片机有数据需要发往规定节点时，单片机设置TRX_CE为高电平来启动传输；nRF905内部完成无线系统自动上电、加前导码和CRC校验码完成数据包、按曼彻斯特编码后发送数据包，发射流程图如图3所示。接收时通过设置TRX_CE为高，TX_EN为低来选择RX模式，650μs后,nRF905监测空中的信息，当nRF905发现和接收频率相同的载波时，地址匹配(AM)被置高，当nRF905接收到有效的数据包(CRC校验正确)时，

电脑

7

nRF905去掉前导码，地址和CRC位，完成接收后单片机设置TRX_CE低，进入待机模式，单片机以合适的速率通过SPI接口读出有效数据，接收流程图如图4所示。

4、结束语

本文介绍了基于无线通信的GIS开关室的环境智能检测系统，本系统集气体采样分析、环境参量检测、液晶显示、键盘控制与通讯传输为一体。与传统检测方法比较具有结构简单、检测精度高、抗干扰能力强、操作简单等优点，且实现了在线测量。

参考文献：

[1]王春宁.SF6气体综合在线监测装置[J].高压电器,2005,41(2):152-1.

[2]吴亚珍.SF6气体泄漏检测方法及报警技术[J].电工技术2007,41:9-20.

[3]荚庆，王代华，张志杰.基于nRF905的无线数据传输系统[J].国外电子元器件.2008,(1)：29-31.

[4]王萍，陈长青，龚睿等.基于nRF905的无线串口通信系统[J].微计算机信息.2007:281-282.

[5]NordicVLSIASAnRF905Product[S].NorwayNordicVLSIASA2005.