基于Si4432火灾监控系统的无线温度传感系统设计

摘要：针对近年来火灾产生的原因，设计了一种基于Si4432火灾监控系统的无线温度传感系统，并对该系统的设计必要性及设计依据等进行了说明，提出基于Si4432的通用无线收发模块统的无线温度传感系统设置原则以及设计中应注意的问题。完成了火灾监控系统的无线温度传感系统硬件无线收发电路的搭建，并编写测试代码，进行了性能实测评估以及探讨软件设计中应注意的问题。火灾监控系统的无线温度传感系统结构简单、安全性和可靠性较高，适于以无线方式监测高压开关柜中触点的温度。
关键词：火灾监控；无线温度传感；Si4432；RTOS

近年来近年来。随着社会用电量的大幅增长，电气火灾发生率始居各类火灾之首，电气火灾的起火原因主要有以下几种：1)漏电；2)短路；3)过负荷。由电力设备发热而最终导致的电气火灾在全部电气火灾中占到了60％以上的比例；另外，由绝缘受损、环境潮湿等引起的泄漏电流故障(以及由泄漏电流电火花引起，又在电气火灾的起因中占有10％以上的比例。
当绝缘受损的线路上而产生的泄漏电流到300～500mA时，破损处将和邻近的接地导体产生火花放电现象。这时，释放出的电火花可以轻易的引燃周围的可燃物和易燃物，从而造成火灾事故。即使，周围没有易燃、可燃物存在，泄漏电流产生的火花放电同样可加速绝缘的受损面积，使得受损点周围的绝缘层迅速炭化，变为易燃物体，再被火花点燃起火。
高压开关柜中设有大量开关电气设备，并具有复杂的电气连接线路，如何对高压开关柜中的关键部位或电气连接处的温度进行实时、远程检测，并确保检测的安全性和可靠性，是我们所要解决的重点技术难题之一。

1 系统组成
为解决上述技术问题，现提供一种结构简单、安全性和可靠性较高的火灾监控系统的无线温度传感系统。火灾监控系统的无线温度传感系统包括：温度传感器1，与温度传感器1的温度信号输出端相连的适于定时激活工作的第一逻辑控制电路2，第一逻辑控制电路2的温度信号输出及收发控制端相连的用于将温度信号转换为无线信号的第一无线收发电路3，第一逻辑控制电路2连接有电池供电电路4。
温度传感器1设于配电室进线柜断路器的上下接口处、三级负荷进线开关断路器的上下接口处、风机回路断路器的上下接口处、冷水机组回路的上下接口处或开关柜内的带电触头上。应用火灾监控系统的无线温度传感系统时，还包括用于接收所述无线信号的第二无线收发电路11、与第二无线收发电路11的相连的无线交互控制单元5、与无线交互控制单元5的数据输出端相连的用于判断温度传感器1所测温度是否超过预设范围的中央控制单元6；中央控制单元6的温度信号输出端经通讯接口8与用于远程监控的上位机10相连。
中央控制单元6的温度显示输出端连接有用于实时显示温度值的显示电路9，即LCD显示屏。所述中央控制单元6的控制输入端连接有用于输入无线收发的频点和与所述第一逻辑控制电路2相关联的地址表的第一键盘输入电路7。具体收发框图如图1所示。

2 设计原理
2．1 硬件设计
火灾监控系统的无线温度传感系统主要由微处理器C8051F930(简称MCU)和。RF收发芯片Si4432组成，性能指标表明它是业界目前性价比“最高”的嵌入式无线解决方案。C8051F930是Silicon Labs新近推出的业界第一款能在0．9～3．6 V电压范围内工作的MCU，内部集成了64 kB的Flash、4352B的RAM、1个UART、2个SPI、4个定时器、10 b的ADC、内部振荡器等，提供了一个真正的SOC(System On Chip)解决方案。
Si4432无线收发器是Silicon Labs公司EZRadloPro产品线中的一款非常有代表性的芯片，支持频率范围240～930 MHz，输出功率最大为+20 dBm。灵敏度达-117 dBm。Si4432与主机MCU之间的通信是通过SPI总线实现的，主要涉及SCLK、SDI、SDO和nSEL4个引脚。
Si443091／32提供了先进的无线电特性包括在240～960 MHz范围的频率覆盖和允许进行精确调谐控制的156 Hz或312Hz的步幅，其他的系统特性如：自动唤醒定时器、低电池检测器、64字节TX／RX堆栈、自动数据报处理、报头检测减少了总的电流消耗，使得可以采用廉价的系统MCU。一个集成的温度传感器、通用ADC、上电复位(POR)和GPIO(通用输入／输出)进一步减少了总的系统成本和尺度。