基于RFID的配网设备温度监测系统研究

度 1-F 内选择一个时隙来传送识别信息，并将时隙号存在寄存器SN中。如果数据发送成功，则该标签进入休眠状态，在之后的时隙不再活动；若有冲突发生，则该标签进入等待状态，在下一帧中重新选择时隙发送数据。读写器对标签发送的数据进行识别信息校验，根据EPC将标签分为温度组和非温度组，上传成功的温度标签进入休眠，此帧不再查询；将非温度标签加入黑名单，之后都不再查询。读写器不断重复以上过程，直到在某一帧中没有收到任何标签信号，则认为所有温度标签均被识别。其算法流程如图3所示。

2.5 设备安装

高压开关柜温度脆弱点分布于母线连接处、电缆连接处、断路器连接处，系统温度传感器可安装于以上温度关键点，标签安装于母线连接处。读写器天线安装于开关柜各功能室金属门上，位于开关柜内，并在门上钻孔引出天线导线至读写器。由于天线与标签已存在射频连接，读写器安装位置对通信距离影响不大，读写器可经天线馈线安装于开关柜外。考虑金属对无源标签的干扰以及温度节点分布于不同气室，采用增加冗余天线的方法扩大通信范围。

2.6 后台软件开发

本文开发的温度在线监测软件基于Microsoft.NET平台的C#编程语言。系统软件具有连接读写器、在线实时测温、温度数据存储、实时告警、温度曲线分析等功能。系统实时监测界面如图4所示。

界面显示主要内容为读写器IP地址、天线范围内标签EPC、标签读取次数、实时温度以及根据标签EPC设置的安装地址信息。其中温度数据绘制成二维曲线，曲线坐标实时变化；如图"柜1A相"标签温度显示29.26 ℃（绿色），当温度超过设定的预警阈值（75 ℃，可设定）时，所在行变为红色，实现温度告警；温度信息每隔30 s（可设定）会保存在History.log文本文档中，方便监控人员查询温度历史数据并打印报表。以上功能很好地实现了在线实时监测关键点运行时刻的温度值，人机交互界面方便统一监控及管理。

3 实验及可行性分析

3.1 传感标签灵敏度试验

RFID标签芯片的灵敏度是芯片被激活所需的最小能量，灵敏度是标签芯片最重要的性能指标，大小直接影响标签的性能，如读写距离等。在某一频段内绝大多数芯片厂商仅仅给出芯片一个灵敏度值，而没有标识出芯片灵敏度随频率的变化情况。本文标签灵敏度曲线如图5所示。

所测标签在860 MHz~960 MHz频率区间内灵敏度趋于稳定，维持在-4 dBm左右，在950 MHz标签灵敏度最高。对应我国RFID频段，所测标签灵敏度为-4.1 dBm。

3.2 传感标签读取率试验

考虑开关柜金属对标签通信的影响，在标签标准通信2 m范围内，将读写器天线分别置于标签0~2 m处，标签贴附于20 cm×20 cm金属板上，标签与金属板方向均为平行于读写器天线，以达到最佳射频耦合。其标签读取率实验与无金属隔板条件下对比如表3所示。

根据实验数据，1 m时可以看出金属隔板对读写器的场会有反射和屏蔽的作用，使标签读取率降低，但并非完全无法读取。根据2 m的实验数据，当有金属隔板时，金属吸收射频能量转换成电场能，减弱原有射频场强的总能量，导致标签无法正常工作。金属板的干扰降低了标签的通信距离，达不到标签2 m的标准，但1.5 m的读写距离足以满足设备的安装及温度监测。

3.3 测温性能实验

为测试温度标签的测温性能，在同一时间测量不同环境温度，并与水银温度计进行对比，对比数据见表4。

标签测温性能实验的结果表明，该温度标签的测温结果比水银温度计的测温结果普遍略高，但非常接近，标签与温度计差值均小于0.5 ℃。据开关柜日常运行维护与检修人员的经验，电气联接头的正常温度为30 ℃~60 ℃，如果出现过热现象则温度可达 75 ℃以上， 无线测温以0.5 ℃的偏差值， 足以反映开关柜的健康状况。

3.4 开关柜测温试验

实验在校高压实验室10 kV高压开关柜进行，传感标签安装于开关柜断路器A相触头连接处，本文选取其24 h温度记录数据，反映全天的开关柜温度变化，如图6。通过对24 h触头温度的记录分析可以看出，RFID温度在线监测系统能够正常运行且不影响开关柜工作，其记录数据正确反应了触头温度与环境温度之间的关系，说明此温度监测系统的方案可行。

4 结语

配网设备温度监测对设备安全稳定运行具有重要意义，RFID温度在线监测方案利用无源无线传感器标签采集温度，传感器节点无需电源供电；通过无线数据传输实现了多节点温度的在线监测。系统在监测过程中具有以下优点：(1)设备体积小，便于安装；(2)低成本、无维护费用；(3)不影响配网设备运