矿用电力设备温度在线监测系统(硬件)毕业论文(编辑修改稿)

矿用电力设备温度在线监测系统(硬件)毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

度监测系统总体设计 对于矿用电力设备温度的监测最重要的环节是利用 DS18B20温度传感器测得的矿用电力设备内部温度来判断电力设备的运行状况，通过计算得出矿用电力设备温度所允许通过的最大的传输电流，实际运行中电力设备载荷与温度之间的关系也是矿用电力设备温度监测系统的重要研究内容之一。 根据实际情况，矿用电力设备一般存在于环境相对恶劣的矿井下，考虑到实际的要求，我们所设计的系统功能如下： （ 1） 对各个电力设备进行温度采集； （ 2） 对各个电力设备终端具有液晶温度显示； （ 3） 各路由器有联网指示灯，协调器有组网成功指示灯； （ 4） 将温度数据进行无线传输到协调器； （ 5） 使协调器对温度数据进行处理 ； （ 6） 协调器将处理过后的温度数据传输至上位机，使矿用电力设备温度在线监测； （ 7） 将所收集到的各个电力设备温度的数据进行储存，以便查找。 具有上述功能的矿用电力设备温度在线监测系统，可以用于实际生产之中。 在电力设备运行后，其内部绝缘层与导体线芯等组成部分会因为流过的电流而产生热量，因此会导致电力设备各个部位的温度上升，电力设备本身所能承受的最高温度，由其本身绝缘层的性能所决定，其性能越好，所能承受的温度越高，电力设备的载荷量受其正常情况下所承受最高的温度限制，所以电力设备绝缘层以及电力设备内部导线连接处是电力设备 性能的最大制约点。 电力设备的载流量与电力设备温度之间有重要联系，电力设备内部关键部位的最高温度在正常情况下是不会超过电力设备内部导线连接处的温度的，因此电力设备内部导线连接处的温度决定了电力设备所能够承受的最高温度，经过对电力设备连接处的温度数据的手机，通过温度与载流量之间的联系，能够最大程度的增大电力设施的载荷量，增加电力设备的使用效率。 对矿用电力设备温度的监测基于使用 DS18B20温度传感器测得的电力设备内部导线连接处的温度数据来判断电力设备的运行状况，使用监测中心测量出电力设备温度能承受的最大传输电流 ，因此实际使用中电力设备载荷与温度的联系同样是电力设备温度在线监测所需要了解的重要因素。 在解决了温度采集问题后还要解决数据传输问题，根据矿用电力设备的分布实际情况，使用传统的有线传输方式并不能完成温度监测的目的，因此需采用无线传输，结合各自无线传输方式的特点，例如，成本，功耗，性能，效率等，决定使用 ZIGBEE无线传感器网络可以实现对矿用电力设备温度的在线监测。 ZIGBEE无线传感器网络符合矿用电力设备温度在线监测的基本条件，功耗低，成本低，开发速度快，传输效率高，是一种实用可靠的无线传输方式，符合本课题的 使用需求。 5 技术指标 根据实际的应用，对矿用电力设备温度在线监测系统提出了一系列的技术指标，根据这些指标，来设计系统，主要针对我们设计的矿用电力设备温度在线监测系统，提出了如下的技术指标。 （ 1） 温度传感器的测温范围在 0到 80摄氏度之间； （ 2） 上位机监测矿用电力设备温度信息，当温度过高时，会进行报警措施； （ 3） 对矿用电力设备的温度，每一秒采集一次； （ 4） 上位机信息需与电力设备实际信息准确对应； （ 5） 将采集的实时数据，时间等保存在相应的 Excel表格中； （ 6） 液晶屏需每秒刷新一次，并且显示无误。 矿用电力设备温度监 测系统整体设计 系统总体架构如图 21所示，主要包括电力设备内部导线连接处温度采集、电力设备路由器接收到的温度无线传给协调器、协调器通过有线的方式传到上位机各个部分构成。 矿用电力设备内部温度的检测，是通过 DS18B20温度传感器来实现，通过总线可将温度数据发送给无线传感器模块 CC2530芯片。 电力设备内部接线处的温度数据通过 CC2530 无线传输给温度收集节点（路由节点），温度收集节点一般安装在电力设备的外面，将射频天线置于电力设备的外面，电力设备外面的收集节点通过 GPRS/GSM 方式将数据发送给前置机（ 网关节点），网关节点再通过 RS232 串口通信将收集到的数据发送给监测中心的 PC机上显示并储存，以备监测中心工作人员实时监控和调用数据。 6 P C 机 C C 2 5 3 0 微 控 制 器编 程 与 调试 接 口电 源 管 理 （ 由P C 提 供 ）复 位 电 路无 线 通 信 模 块 C C 2 5 3 0 发 射 模 块C C 2 5 3 0 微 控 制 器温 度 传感 器电 源 管 理 复 位 电 路无 线 通 信模 块编 程 与 调 试 接 口 C C 2 5 3 0 发 射 模 块C C 2 5 3 0 微 控 制 器温 度 传感 器电 源 管 理 复 位 电 路无 线 通 信模 块编 程 与 调 试 接 口 无 线 传 输C C 2 5 3 0 接 收 模 块C C 2 5 3 0 发 射 模 块监 控 中 心图 21 系统总体架构 7 网关节点是 ZigBee 网络的控制中心，负责 ZigBee 网络的形成，网络 ID 的选择与防冲突，信道的选择等功能，网关节点还可以通过发送指令对网络中所有传感器数据的数据进行收集。 网关节点是一个普通的传感器节点模块和 USB转串口的扩展板构成，当网关节点收集到传感器节点发送的数据信息后，通过 UART口将信息输送出来，然后通过电平转换，最后将数据传送给 PC机进行处理监控。 现场层设计 在矿用电力设备内部接线处装 DS18B20温度传感器，温度传感器通过总线与数据传输终端进行连接，构成传感器节点，数据传输终端定时采集温度传感器采集的温度数据然后通过无线传输方式，传输到协调器，协调器通过 RS232串口送监控 PC上显示并存储，以备调用。 传感器节点检测的是矿用电力设备内部接线处的温度，一般放在电力设备箱里，给更新和维护带来了极大的不便，所以，稳定性与低功耗，对于传感器节点非常的重要。 本文对于传感器节点 设计，使用的是基于 ZIGBEE技术的 CC2530芯片，可以将采集的间隔调大，这么做不仅可以满足数据采集的连续性，还可以降低温度采集时所耗费的电量。 基于 ZIGBEE技术的无线传感器网络工作频段在 ，这个频段和电力设备产生的干扰的频率相差甚远，所以传感器节点在数据传输过程中的误码率很低，而且采取了直接序列扩频技术，这种方式应用在电力设备连接处温度监控工程项目中是最理想不过了。 现场层设计架构如图 22 所示。 C C 2 5 3 0 发 射 模 块C C 2 5 3 0 微 控 制 器温 度 传感 器电 源 管 理 复 位 电 路无 线 通 信模 块编 程 与 调 试 接 口 图 22 监测终端架构 控制层设计 网关节点是 ZigBee网络的控制中心，负责 ZigBee网络的形成，网络 ID的选择与防冲突，信道的选择等功能，网关节点还可以通过发送指令对网络中所有传感器数据的数据 8 进行收集。 网关节点是一个普通的传感器节点模块和 USB转串口的扩展板构成，当网关节点收集到传感器节点发送的数据信息后，通过 UART口将信息输送出来，然后通过电平转换，最后将数据传送给 PC机进行处理监控。 控制层设计架构如图 23所示。 C C 2 5 3 0 微 控 制 器编 程 与 调试 接 口电 源 管 理 （ 由P C 提 供 ）复 位 电 路无 线 通 信 模 块 图 23控制层设计架构 管理层设计 通过 RS232协议把协调器处理好的温度数据通过串口发送到上位机，通过上位机对各电力设备的温度信息进行监管，串口显示各电力设备的温度信息，然后设置函数图像来显示各电力设备的温度信息得到直观温度变化信息。 同时当温度超过设置的温度上限时进行报警来提示工作人员。 管理层设计如图 24所示。 9 P C 机串 口 显 示 函 数 图 像串 口 通 信模 块监 测 报 警历 史 储 存 图 24 管理层设计架构 传感器节点采集的温度数据 传到协调器，采用的是基于 ZigBee技术的 CC2530低功耗芯片，并将采集时间间隔适当调大，这样不但满足数据采集的连续性要求，而且还节省由于温度数据采集所带来的电能损耗。 基于 ZigBee技术的无线传感器网络工作频段在，这个频段和电力设备产生的干扰的频率相差甚远，所以传感器节点在数据传输过程中的误码率很低，而且采取了直接序列扩频技术，这种方式应用在电力设备内部温度监控工程项目中是最理想不过了。 ZigBee无线通信技术是数据率低、成本低、功耗低的无线网络技术。 在我们所接触的环境里。 ZigBee技术是低速率无线局域网（ LRWPAN）的代表，ZigBee。 协调器到上位机的通信 协调器经过 RS232串口传输数据资料到 PC机上显示并存储，随时可以使用。 RS232C 是美国电子工业协会 EIA（ Electronic Industry Association） 制作的一种串行物理接口标准。 RS 的含义是“推荐标准”， 232是标识号， C代表修改次数。 RS232C总线规范情况下共有 25 条信号线，其中含有一条主通道和一条辅助通道。 在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就 可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。 10 RS232C标准规定的数据传输速率为 50、 7 100、 150、 300、 600、 1200、 2400、 4800、9600、 19200、 38400 波特。 本章小结 本章主要描述了矿用电力设备内部接线处温度监测，使用并详解了基于 ZIGBEE无线网络的基本通信概括。 分析详解了系统设计的三个层次，依次介绍了现场层，控制层，管理层。 最后讲解了三个层次之间的通信技术。 11 第三章 矿用电力设备温度监测系统的硬件设计 备温度监测系统整体硬件架构 因为 CC2530内部拥有许多必要电路，所以它的外围所需很少的电路便能够实现其基本功能。 基于 CC2530 无线数据传输模块电路包含了 CC2530 主芯片、电源转变模块电路、滤波模块电路、外接模块电路、天线模块电路、仿真跳线模块电路、晶振模块电路、 LED模块电路、复位电路、 PC 串口模块电路以及 P P2 接口。 系统整体硬件图如图 31 所示。 图 31 系统。