基于DSP和GPRS的输电设备红外测试仪设计

【前言】基于DSP和GPRS的输电设备红外测试仪设计由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。1、系统总体结构和功能说明 整个系统分为三大模块：红外测温模块，微控制器模块及GPRS数据通讯模块。红外测温模块经红外测温专用器件收集到物体表面红外辐射量数据，经转换成相应温度值后通过专门数据通道传到微控制器模块。微控制器模块将温度值处理后存储到外部存储...

摘要：针对在电力行业中为避免电流、电压致热效应或其他致热效应导致各电压等级的设备失效，现场环境和实时性要求的薄弱环节，提出了一种基于dsp和gprs传输的红外测温的设计方案。该方案以DSPF2812为核心，MLX90614红外非接触温度计获取数据后，传给DSPF2812进行数据处理，再结合GPRS无线网络模块进行数据传输给后台，实现对电力设备温度在线远程监控。本文提出系统整体架构及各功能模块，并以电路图和软件框图的方式进行阐述系统设计过程。

关键词：DSP 红外 GPRS

0、引言

根据我国的国情，我国电网正朝特高电压和传输大容量路线建设，如何来保证电力设备的安全性、稳定性和可靠性矛盾也变得越发突出，故障性和突发性的停电给工业生产和民生造成的影响及灾害也变得越来越严重，因此状态检修也变得越发重要。如何有效地预防事故发生，状态检修是一个很有效的手段，并成为当前电力监控技术及产品发展的主要方向，因此急需了解电力设备实际运行情况，以便采取及时有效措施，减少甚至避免电力灾害的产生。

在电力系统中，由电流或电压原因容易导致运行时温度异常设备有很多，如变压器、断路器、导线（接头）等。在设备问题监测分析中，测温是一项使用频繁并且十分主要的技术，特别是红外测温。红外测温是以黑体辐射定律为理论依据，是由半导体学和光学共同发展出来的，同接触试测温方法比较，具有安装操作简单、抗干扰能力强、不与被测物体接触，反应时间快等多个特点。利用抗干扰能力和运算能力强的DSPF2812和GPRS无线网络模块特点，实现对偏远区域和人不易进入的场合在线监测。

1、系统总体结构和功能说明

整个系统分为三大模块：红外测温模块，微控制器模块及GPRS数据通讯模块。红外测温模块经红外测温专用器件收集到物体表面红外辐射量数据，经转换成相应温度值后通过专门数据通道传到微控制器模块。微控制器模块将温度值处理后存储到外部存储芯片中，同时可以经GPRS数据通讯模块向监控中心传输。本系提供一个备用有线通信方式：RS485，可以实现调试。本设计的硬件结构图如图1所示。

2、系统硬件电路设计

2.1 微控制器模块

在本设计中，微控制器模块采用TI公司 TMS320F2812数字信号处理芯片，是目前性价比最高的DSP芯片之一，该芯片被广泛应用于工业控制领域。该芯片在最高主频下，指令周期可小至6.67ns，可很高地提升控制器的性能，并且总线和存储结构上采用先进的哈弗总线结构，从而进一步提升系统的整体工作效率。TMS320F2812芯片内的存储空间有大容量FLASH和随机存储器SRAM，外部存储器也多达1M×16比特的总存储空间，可支持96个外部中断和2个事件管理器，其外设接口丰富，如模数转换接口、串行通信接口、串行接口、多通道缓冲串行接口及局域网控制器CAN通信接口等。另外还有3个32位的CPU定时器，以及56个独立编程的GPIO口 [1]。

2.2 红外测温电路设计

物体红外辐射能量的大小和波长的分布与其表面温度存在一定函数联系，物体外表面不断向外发射电磁波，其中就包含了波段位于0.75um～100um的红外线[2]，我们对物体表面发出的红外波段的能量进行采集和处理后，就可知道物体外表的温度，而MLX90614是一款性能优良的红外测温度器件。MLX90614采用TO-39 金属封装，在其内部集成了红外感应热电堆探测器芯片和信号处理专用集成芯片[3]。MLX90614内部集成了高精度的A/D转换，小信号放大器及数字信号处理模块，实现了高分辨率和高精度的红外测量，同时具有数字 PWM和I2C两种输出模式，方便数据传输。

红外测温电路设计图见图2， 芯片支持两线串行协议，对应的引脚为 PWM/SDA 和SCL。由于 MLX90614 的输入输出接口是漏级开路（OD）结构，需要加上拉电阻。多个红外测温度器件可以用于同一个系统中，每个器件对应一个通讯地址，通过对通讯地址的不同红外测温度器件访问，最多可以达到 127 个红外测温度器件。

2.3 GPRS通信模块

GPRS （ General Packet Radio Service） 是通用分组无线业务的简称[4]。它能够提供快速即时的TCP/IP连接，具有安装、维护方便，性价高，易于实现电力行业现场监测要求。

在本设计中，我们使用西门子公司的MC55 GPRS器件来满足数据发送和接收功能，该器件为西门子公司尺寸最小的基于三频的GSM/GPRS通讯模块，表现出很好的性价比。该器件支持国际标准的AT命令，我们可以通过串口进行器件各种命令操作，同时MC55器件已内置有齐全的网络协议栈，支持传输层协议和上层应用协议。MC55 GPRS器件通过双异步串口的TL16C752B芯片与TMS320F2812，TMS320F2812是通过外部存储器接口来实现此功能。TL16C752B是双通用异步接收器、发送器，数据传输速率最高可达3Mbps，具有8位异步并行存储器接口。MC55 GPRS通信模块电路如图3。

2.4 备用通讯模块设计

本设计中采用RS-485备用通讯方式，RS-485接口芯片分别是TI公司的SN75176。在需要的时候，DSP可以通过RS-485与上位机进行数据交换，以实现监测点信息实时监控等功能。

3、系统总体软件结构

系统软件设计采取功能块设计和C语言设计，由主监控程序和中断服务程序统一调用，同时在程序中加入抗干扰处理和降低。

4、结语

本文详细叙述了基于DSP和GPRS的输电设备红外测试仪各组成部分硬件电路和软件设计。经过系统测试表明，该红外测试仪能够较好地完成红外信号采集、GPRS无线模块通信及其他功能功能。在后续的工作中研究采用μC/OS-Ⅱ嵌入式实时多任务操作系统，使μC/OS-Ⅱ在DSPF2812上实现移植，提高软件功能设计的效率，简化开发难度。

参考文献

[1] 苏奎峰，吕强，常天庆等. TMS320X281X DSP原理及C程序开发[ Z]

[2] 姚学军. 红外测温原理与测温技术[J]. 中国仪器仪表，1999（1）

[3]MLX90614系列单/双视野 TO-39封装红外线测温器[ Z]

[4] 徐科军，陶维青，汪海宁等. DSP及其电气与自动化工程应用[ Z]