基于zigbee的电力设备在线监测系统_毕业论文(编辑修改稿)

基于zigbee的电力设备在线监测系统_毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

技术 电力 设 备的 监 测方 式 大致 有 ：便 携 式在 线 监测 ， 集中 式 在线 监 测， 分层 (级 )分布多 CPU结 构等。 部分研 究方 向如下 ：①主 变压器 在线 监测 ：油 中溶解 气 体分 析 ，监 测 变压 器 油中 特 征气 体 量 —— 油中 溶 解气 体 分析 (DGOA)已被 证 明对 于 发现 油 浸变 压 器内 部潜 伏 性故 障 ，特 别 是过 热 性、 电 弧性 、绝缘 破 坏性 故 障相 当 有效 和 可靠。 目 前 ，很 有 特色 的 是基 于 模式 识 别方 法的局 部 放电 数 字化 检 测装 置 及三 维图 谱。 ② 容 性设 备 的在 线 监测 ： 泄漏 电流和 电 容量 的 测量 ， 传输 线 则采 用双 屏 蔽或 多 屏蔽 电 缆来 减 少电 磁 干扰 ；容性 设 备介 质 损耗 的 测量 ， 近年 来， 在 介损 测 量的 数 据处 理 上取 得 突破 ，主要 使 用谱 波 分析 法。 ③ 断 路器 和气 体 绝缘 组 合电 器 ：高 压 断路 器 是电 力系统中 最重要 的控 制和保 护设 备，其 项目应 包括 绝缘特 性、开 断能 力 (剩余寿命 )、机 械特 性。 ④避 雷器全 电流 及阻 性电流 分量 监测 ，阻 性电流 监测 则是从 电 压互 感 器取 得 电压 信 号， 经模 拟 氧化 锌 阀片 电 压中 的 容性 分 量， 并调整 大 小使 其 与容 性 电流 相 同， 与避 雷 器总 电 流一 起 输入 差 分放 大 器， 将容 性 分 量补 偿 掉， 从 而测 得 阻性 电流。 ⑤高 压 聚乙 烯 及交 联 聚乙 烯 电缆 在线监测，目前 主要是 通过 叠加直 流电 压法进 行监 测。 ⑥ 电磁式 电压 互盛器 ， 8 测量一次励磁电流来判断一次绕组的好坏即是目前的实现方法 [1 ]。 现代 电 力企 业 应用 中 ，传 感 器技 术 成为 不 可或 缺 的数 据 采集 技 术， 可以通 过 电子 信 息的 手 段来 进 行精 确而 直 接的 电 力监 控。 传 感 器的 分 类， 但前一 般 采用 两 种方 法 ，一 种 按被 测参 数 分类 ： 如温 度 、压 力 、位 移 、速 度等 ； 另 一种 按 传感 器 的工 作 原理 分类 ： 如应 变 式、 电 容式 、 压电 式 、磁 电式等。 对于 监 测信 号 的处 理 ，一 般 采 用 DSP， A/D转换 ， 单片 机 芯片 等 进行。 经过有线电缆、光线、无线电波等技术方式来进行信号的传输。 无线传输技术的介绍 基础无线传输技术 无线 传 输主 要 是通 过 波长 在 可见 光 之上 的 光波 ， 或者 电 磁波 来 进行 的非物 理 接触 性 通信。 波长 由 小到 大分 别 为： 红 外光 ， 微波 和 无线 电。 而 下面的是 根据传 播媒 介分类 的几 种无 线传输 方式：红外 线，蓝 牙， WiFi， GSM，GPRS， CDMA 等。 其他 常用 的 一些 方式 是建立 在这 些网络 的基 础上的 ，比 如WIMAX 是 WiFi 的 升级版 ， WCDMA 是 GPRS 的 升级 版， ITE 和 HSDPA 是 WCDMA的升级 版， CDMA2020 是 CDMA 的 升级版 ，移动 的 TD 网络 是我国 自主 开发的。 这些 无 线传 输 方式 各 有特 点。 观 众可 以 通过 无 线传 感 器网 络 直接 感 知客 观世界 ， 从而 极 大的 扩 展现 有 网络 的功 能 和人 们 认识 世 界的 能 力。 美 国商 业周刊和 MIT 技 术评论 在预 测未来 技术 发展的 报告 中，分 别将 无线传 感器 网络列为 2l 世 纪最有 影响 的 21 项技 术和改 变世 界的 10大技 术之 一 [12]。 随 着无线 传 感器 网 络的 深 入研 究 和广 泛应 用 ，传 感 器网 络 将逐 渐 深入 到 人类 生活的各个领域，成为人类生活必不可少的一部分 [13]。 GPRS 和 CDMA 技术 多 应用 于 无线 视频 传输 ， GPRS 也是手 机 应 用网络 之一。 移动 通信 技术 工作在 0． 8～ 1GHz 的频 段上，这是 一个收 费频 段。 移 动通信技术的传输速度比较低，只有 38． 4Kbps， 适合 于语音 业务。 1993年，由二十多个大厂商发起成立了红外数据协会 (IrDA)，统 一了红外通 讯的标 准 ，这 就是目 前被 广泛使 用的 IrDA红 外数 据通讯 协议 及规范。 红外技术支持点对点的工作模式，传输信号时，要求设备之间必须是无障碍的直 线信道。 红 外技 术通信 距离 最长为 3m，接收 角度为 30o。 第 2 章 相关研究技术 9 持最高 115． 2kbps的 通信 速率，而 以支 持的通 信速 率 达到 4Mbps。 该技术工作原理简单、功耗小、成本低，主要用于电脑、手机、打印机等多种可移动的电子设备 [14]。 蓝牙 (Bluetooth)技 术是 一种支 持点 对点 或点对 多点 的话音 、数据业 务的 短距 离 无 线通 信 技 术。 蓝 牙 技 术工 作 在 ISM(Industry Science Medical)频段 上 ，速度 可以 达到 1Mbps。 蓝 牙通 信距离 比较 短，一般 只在 10m以内。 蓝牙 技 术是 一 项即 时 技术 ，它 不 要求 固 定的 基 础设 施 ，易 于 安装 和设置。 蓝牙 技 术主 要 支持 短 距离 的语 音 业务 和 高数 据 量的 业 务， 如 移动 电话、 PDA联 网、无线耳机等。 WiFi(Wireless Fidelity，无线高保真 )与蓝 牙一样 ，都 是短距 离的无线通信技术，它也是工作在 ISM频段 上。 WiFi技术的 速度 比较高，最高能 达到 11Mbps，而且 电波的 覆盖 范围也 比蓝 牙要大 ，可达 50m左右。 WiFi技术适合移动办公用户的应用，具有广阔市场前景。 移动通信与 Zigbee 移动 通 信的 通 信距 离 可达 几 公里 ， 依靠 现 有的 网 络覆 盖 ，其 通 信距 离还可 以尽 可能 地延 长 [14 ]。 但是 移动 通信 技术 的高 成本 、低 速率 限制 了它 某些场合 的应用。 与 其他几 种无 线通 信技术 相比 ， Zigbee 具有 近距离 、低 速率、 低 功耗 、 低成 本 、支 持 网络 节点 多 等特 点 ，可 以 广泛 地 应用 于 环境 监测、 农 业自 动 化、 工 业控 制 等。 一般 来 说， 只 要满 足 以下 一 点或 者 多点 ，就可以 考虑 Zigbee 技术 ：需要 无线 通信 交换信 息的 装置 ； 传输 距离较 短 、传输 的 数据 量 较小 、 传输 的 速率 要求 不 高 ； 设 备没 有 充足 的 电力 支 持， 只能使 用 电池 供 电， 且 要维 持 较长 的时 间 ；设 备 要求 的 成本 较 低， 尽 可能 地降低成 本；需要 多个 设备组 成无 线网络，主要 是进行 监测 和控制 的场 合 [15]。 对于微 波（数字 微波 、扩 频微 波）、无 线 LAN 等技 术的其 他 较 高带宽 的无线 传 输方 案 能做 到 通视 传 输、 定向 传 输。 无 线传 感 器网 络 是由 大 量无 处不在 的 ，具 有 无线 通 信与 计 算能 力的 微 小传 感 器节 点 密集 布 设在 无 人值 守的监 控 区域 从 而构 成 能够 根 据环 境自 主 完成 指 定任 务 的“ 智 能” 自 治测 控网络系统，满足无线数据采集和监控的要求 [16 ]。 10 Zigbee是 IEEE 议的代 名词。 根据 这个 协议规 定的 技术是 一种短距离、低功耗的无线通信技术。 这一名称来源于蜜蜂的八字舞。 它 在中 国 被 译 为 “ 紫蜂 ” ,它与 蓝牙 相类 似。 是 一 种 新 兴 的 短 距 离 无 线 技 术 [9]。 Zigbee是 一 种 应 用 于 短 距 离 范 围 内 、 低 数 据 传 输 速 率 下 的 各 种 电 子设 备 之 间 的 双 向 无 线 通 信 技 术。 在 Zigbee 技 术 中 ， 其 体 系 结 构 通 常 由层 来 量 化 它 的 各 个 简 化 标 准。 每 一 层 负 责 完 成 所 规 定 的 任 务 ， 并 且 向 上层 提 供 服 务。 Zigbee 协 议 结 构 主 要 由 物 理 层 、 媒 体 接 入 控 制 (MAC)层、网 络 ／ 安 全 层 以 及 应 用 框 架 层 组 成。 它 的 工 作 频 率 及 调 制 方 式 ： 2． 4GHz频 段 为 全 球 统 一 的 免 执 照 的 ISM频 段 ， 有 助 于 Zigbee 技 术 的 推 广 和 生 产成 本 的 降 低。 915MHz是 美 国 的 ISM频 段 ， 868MHz是 欧 洲 的 ISM频 段。 这 两个 频 段 的 引 入 是 为 了 避 免 2． 4GHz附 近 各 种 无 线 通 讯 设 备 的 相 互 干 扰。 图21为 Zigbee的 通 信 可 靠 性 [ 1 0]。 图 21 Zigbee 通信可靠性保证 其 信 道 的 划 分 如 下 ： Zigbee 的 三 个 频 段 共 分 了 27个 物 理 信 道 ，信 道编 号 从 0到 26。 其 中 ， 868MHz频 段 只 有 一 个 信 道 ， 编 号 为 0； 915MHz频段有 10个 信 道 ，编 号 从 1到 10； 段 有 16个 信 道 ，编 号 从 11到 26。 其物 理 层 结 构 及 功 能 ： Zigbee 的 物 理 层 通 过 射 频 固 件 和 射 频 硬 件 提 供 了 一个从 MAC层 到 物 理 层 无 线 信 道 的 接 口。 在 物 理 层 中 ，包 含 一 个 物 理 层 管 理实体 (PLME)， 该 实 体 通 过 调 用 物 理 层 的 管 理 功 能 函 数 ， 为 物 理 层 管 理 服务 提 供 其 接 口。 同 时 ， 还 负 责 维 护 由 物 理 层 所 管 理 的 目 标 数 据 库 ， 该 数据 库 包 含 有 物 理 层 个 域 网 络 的 基 本 信 息。 第 3 章 硬件系统设计 11 第 3 章 硬件系统设计 设计方案 基于 Zigbee的 电力 设备在 线监 测系 统的主 系统 设计框 图如 图 31，通 过利用 各 个节 点 的采 集 模块 ， 进行 信 息采 集 ，经 过 Zigbee传 输 ，将 信 息汇 集到主 控 端， 经 过微 机 处理 ， 显示 最 终结 果。 实 现 了 利用 Zigbee这 种 短距 离低速 率 无线 通信 技术 ，完 成 电力 设备 在 线监 测 功能 ， 以便 负 责人 随 时查 阅电力设备的实时信息，及时作出相应的措施。 图 31 主系统设计框图 节点监测模块设计 各个 节 点的 探 测模 块 中， 设 计了 采 集温 度 、湿 度 、风 力 强弱 和 烟雾 浓度四 项 功能 ， 将各 个 采集 电 路连 接到 单 片机 上 ，进 行 初步 数 据处 理 ，再 将信息通 过无线 传输 发送出 去。 此模 块是有 源模 块。 模 块结 构设计 如图 32。 温度采集电路 温度 采 集 电路 ， 用 DS18B20温 度传 感 器 原理 设 计电 路 图， 如 图 33。 采用 数 字 温 度 传 感 芯 片 DS18B20， 电 源 下 接  电 阻 ， 信 号 输 出 接 单 片 机AT89S52的。 GND为接 地端。 采样节点 C1 采样节点 C2 主控端 PC 机 显示器 采样节点 Cn 采 样节点 C(n+1) 12 图 32 节点监测 模块设计框图 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i tl eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 7 J u n 2 0 1 1 S h e e t o f F i le : F : \P r o te l\ 最终成品 1 1 5 3 \N e w d e s i g n .d d b D r a w n B y :V C C1DQ2G N D3DS18B204 .7 KR1V C C 3 .3 VP 1 .0 图 33 温度采集电路 信号 输 出为 数 字信 号 ，可 通 过单 片 机直 接 读取。 从而 转 变成 所 需信 号由 Zigbee无 线传 输 模块 发送 出去。 测温范围 55℃ ～ +125℃ ， 固 有 测 温 分辨率 ℃。 工 作 电 源 : 3～ 5V/DC测 量 结 果 以 9～ 12位 数 字 量 方 式 串 行 传送。 DS18B20采用 上拉电 阻 供 电方式 ，根据 诸多 Inter共享 信息 中一致 提到 的相 关 数 据， 此 上 拉电 阻 大 小可 为  ， 即可 满 足 单 个芯 片 的 正常 供电。 DS18B20引 脚定义。