基于NRF的电缆在线监测系统终端的研究

　　该电源包括供能线圈，整流滤波稳压电路，控制线圈，控制电路以及防雷保护电路。

　　供能线圈为特制的小型CT(电流互感器)，利用电磁感应从电缆获得能量。该装置选用饱和磁感应强度较低、导磁率较高的硅钢片制作铁芯。供能线圈/控制线圈以及整流滤波稳压电路，控制电路和防雷保护电路与监测终端固定在铁芯一侧，便于减小体积和重量。根据电磁感应原理，确定线圈的匝数，保证电缆电流在10A以上时可提供稳定的3.3V稳压输出。供能线圈的输出接防雷保护电路后，再连接到整流滤波稳压电路。

　　由于高压电缆上运行的电流变化范围大，且暂态电流在达到数十倍的额定电流时还要保持电源稳定，要保证电流在达到300A时电源还能正常工作。电缆电流过大时感应线圈的铁芯处于磁饱和状态。铁芯饱和后，磁化曲线呈非线性关系，感应电势变为类似脉冲波，导致稳压电源模块输入电压过高烧毁，不利于电源的实现。 本设计增加了一个控制绕组和控制电路，当电缆电流过大，获取能量过多时，控制供能线圈感应电压在适当的工作范围。

　　电路设计

　　系统硬件结构图如图2所示。系统核心控制芯片采用时代民芯MXT8051，XT8051是以高速单指令周期8051为核的MCU。电路拥有丰富的外设，包括PWM、UART、WDT，Timer等，大容量存储器，内嵌32Kx8可在线编程flash，10位AD，8位DA，若干OP，36x4 LCD driver、POR以及可编程增益放大器(PGA)等模拟电路。电路集成片上调试系统，通过标准JTAG接口，快速诊断复杂SoC，该调试系统具有不占用任何硬件资源即可进行全速和单步运行、支持硬件断点、软件断点、以及观察内部特殊功能寄存器、程序指针和内部RAM等功能。上位机通过标准JTAG接口以及用户定义指令执行在线编程和在线调试。同时提供调试和编程软件包，该CPU可轻松满足系统控制要求。

　　nRF24L01芯片是挪威Nordic公司推出的2.4GHz单片无线收发芯片，该芯片具有接收灵敏度高、外围电路少、发射功率低、传输速率高、低功耗等优点，它工作在2.4GHz自由频段，支持多点间通信，其最高传输速率达1Mb/s。它采用SoC方法设计，只需少量外围元件便可组成射频收发电路。nRF2401A没有复杂的通信协议，它完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信。

　　算法及软件实现

　　温度监测和电流监测的实现

　　系统需监测电流和温度。温度监测使用了DS18B20芯片，这是一种单总线温度传感器。本系统共有6路温度信号，需要6只温度传感器，它们挂在一条总线上。操作过程为：单片机预存这6个温度传感器的序列号，首先初始化总线上所有的温度传感器，寻找第一路温度传感器，发出温度转换命令，500ms后，再次匹配此温度传感器，匹配正确后，读温度暂存器的内容，最后将温度寄存器的内容转换成十进制数值存入单片机的缓冲区内。

　　电流监测采用CT实现，先用100比1的CT从电缆上得到一个交变电流，在二次回路侧加入一只0.01Ω的采样电阻，将电流值转变成电压值，此电压值经过运放LM358比例变换成单片机AD可采集的范围，信号送入单片机。单片机采集到信号后，乘以比例变系数，并转换成有效值后显示。