高压开关触头温度实时无线监测系统的设计与实现

　　其中数据采集模块包含温度采集控制算法和温度采集。由于温度传感器的转换时间较长（约1 s），分为两步采集：第一步启动并开始转换；第二步读取温度并置相关标志。有采集标志时，单片机在第一次唤醒执行第一步，在第二次唤醒执行第二步，这样单片机大部分时间处于休眠状态，以降低功耗。当不进行采集时，通过抬高温度传感器的地，关断其工作电源，进一步降低温度传感器消耗的功耗。 

　　其中数据处理模块包含温度数据处理和数据传送。数据处理流程如图5所示，当前温度若超标或与之前一次的温度数据比较差值（温升）超标，变送器立即向DI发送最新温度值；否则，直到采集达到12次，再向主机发送温度值，即60 s发送一次，这样设计的目的是为了让DI判断变送器是否在线，又能降低变送器功耗。数据传送中包含载波检测、数据发送和发送超时处理，载波检测可以防止处于同一频道的多个变送器同时发送数据引起的冲突。 

　　2.3 无线通信协议设计

　　无线通信容易受到干扰，发送的数据越长受到干扰的程度越大，同时功耗也越大，所以设计中遵循的原则是：即要满足应用需求又要保证数据的可靠和低功耗。对变送器无线模块的配置：可配置频道达170个，频道的选择与DI地址绑定，就可以确保各个DI所组成的网络不冲突；工作频段为433 MHz；发射功率为-10 dBm，实测传送距离可达50 m，已满足现场应用需求；为了提高稳定性，开启自动重发功能；发送和接收地址都为1 B，发送和接收字节都为4 B；禁止参考时钟输出，以降低功耗；CRC校验为8 b模式；虽然无线数据包中已经包含了地址匹配和CRC校验，但是为了数据传输更可靠，数字帧中加入DI地址和变送器地址作为数据包的识别码；则变送器发送至DI无线数据包格式如表1所示。 

　　2.4 低功耗设计

　　变送器中功耗最大的是无线模块，其他器件耗电量很小，而且大部分时间工作在休眠状态下。当nRF905处于接收状态时，工作电流约为9 mA；处于发送状态时，工作电流约为12.5 mA（输出功率为-10 dBm时）。如果无线模块一直运行，那么电池很快就会被耗尽。为了降低功耗，同时又保证数据通信畅通，根据系统对温度测量的需求，变送器只发送数据不接收数据，无数据发送时，无线模块进入休眠状态，无线模块休眠时功耗小于2μA；发送数据采用间歇式工作，当温度数据无异常，1 min上传一次数据，当温度数据异常时，立即上传数据；无线模块的休眠至开始发送数据时间tstart-up<0.2 ms，前导码发送时间tpreamble<0.2 ms，无线数据包长度N all="6" B，传输速率BR=50 Kb／s，数据发送完毕至无线模块休眠时间toff<0.2 ms，则发送一次数据包时间Tsend为： 

　　无线模块的平均工作电流（μAh）=发送电流。Tsend.次数+休眠功耗=12.5×1.46×60／3 600+2=2.31μAh

　　单片机休眠时功耗小于2μA，变送器的静态平均电流小于4.31μA，因此若变送器平均工作电流以5μh计算：

　　使用时间（年）=电池容量（Ah）／365（天）／24 h／平均电流（μAh）×1 000 000=1／365／24／5×1 000 000△22.8（年）

　　因此，理论计算用1 Ah的电池可供变送器工作22.8年。

　　经实测，变送器发送一次数据的总时间T总=唤醒时间+Tsend+进入休眠时间=1.6 ms，发送数据时的电流为14 mA，静态时的平均电流为5.5μA，则1 Ah的电池可供变送器工作19年，已满足设计需求。