DS18B20温度传感器与zigbee模块构成的低功耗无线测温方案

在中高压开关柜中由于铜排氧化腐蚀、螺栓松动引起温度升高，如果不及时维护将会造成重大的安全事故，一起来看看现场。

随着用电需求的不断增加人们对于用电安全也越来越重视，中高压开关柜的测温一直是人们关注的焦点。由于无线zigbee的技术越来越普及，这种方案很好的解决了中高压开关柜的铜排温度监控问题。但是这种方案也有缺陷，怎样做到低功耗以及小体积、快速开发一直限制着无线测温的应用。开关柜中铜排布局紧凑不可能有较大空闲位置，一般都采用表带的方式进行安装，这种方式就要求温度采集模块体积做的非常小。由于现场不方便取电，所以多采用电池供电，整个温度采集模块使用寿命最少为3年，为了做到绝缘安全都采用胶水封死的方法导致更换电池也很不方便。一般无线温度采集多采用：MCU+zigbee+温度传感器，这种方案体积大、功耗大、开发繁琐，下面给大家介绍一种比较方便实用的方案。

图 1 无线温度采集表带

一、zigbee+温度传感器一体化解决方案

为了降低功耗以及控制体积，不能增家额外MCU，所有的采集控制必须在zigbee模块中完成。为了zigbee模块休眠时整个系统不消耗电能，将温度传感器DS18B20设置成单线通信模式，当zigbee休眠时DS18B20不消耗电能。当zigbee模块唤醒采集时，zigbee与温度采集模块通信并同时给温度传感器DS18B20中的电容充电。用户可以通过上位机软件设置休眠唤醒时间，可以按照秒设置也可以按照分来设置。配置好后模块定时休眠，当模块唤醒后将温度采集通过zigbee网络传送给主节点，传送完成后再次进入休眠。此方案不仅功耗低而且体积小巧，再有大大缩短了用户的研发周期，用户只需关注自己主节点的研发，从节点只需通过配置即可。

图 2 温度采集框图

zigbee模块以及电池被集成到一个表带当中，然后将表带绑在被测铜牌上，表带背面有开孔方便温度传感器与被测铜牌接触。

图 3 现场安装图片

整个网络采用星型网络拓扑结构，开关柜中的智能控制开关作为主节点，温度采集表带作为子节点，子节点定时上传采集到的温度然后再次休眠。主节点之间通过RS-485网络相连，然后再通过GPRS DTU传送到监控后台。

图 4 无线测温系统框图

二、核心部件：zigbee模块介绍

超小体积

本方案采用广州致远研发的低功耗小体积Nano型zigbee模块，如下图所示zigbee模块一般采用陶瓷天线，低功耗模块体积可以做到13.5mm*16.5mm，放在标准的表带中刚刚合适如果体积再大就有点放不了。整个模块采用邮票孔的方式高度正好合适，如果使用排针的方式再算上底板的厚度高度就显得太高了。

图 5 zigbee模块体积

超度功耗

该模块不仅具有超小体积还具有超低功耗，如下表所小功率模块发送电流只有20mA，休眠状态下只有160nA按照2分钟唤醒一次理论可以工作5-6年时间。

图 6 zigbee模块功耗

下图是同类产品功耗对比

图 7 功耗对比

3.6V供电，无需其他电源模块

常用的ER14250H电池均为3.6V供电，ZLG致远电子的Nano模块支持3.6V供电，无需其他器件从而避免增加功耗增加体积。

图 8 电池

支持上位机软件配置，产品开发速度快

Nano模块支持上位机软件配置，可以设置主节点的ID以及休眠采集时间，实现0代码控制。

图 9 上位机软件配置

三、温度传感器介绍

本方案采用DS18B20作为温度传感器，该传感器体积小便于安装，可以采用单线通信不需要额外的电源接口，zigbee模块休眠时DS18B20处于关断状态。

图 10 单线供电