低压开关柜智能监控系统毕业设计(编辑修改稿)

低压开关柜智能监控系统毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

警，三相相间温差预报警等 )、报警日志记录等处理。 可以在数据库中保留历史数据，作查看与分析使用。 本文设计的软件由多个 模块组成，各个模块之间的通信通过共享内存来实现。 实时数据库负责机器内各应用程序的实时数据交换。 程序模块与数据库的通信通过 ODBC 技术完成。 本系统包括数据处理服务器、接受和发送数据的通信模块。 进行数据库配置的数据库配置模块、历史数据查看的历史应用模块和报警模块。 对于企业应用于安全性领域的系统软件，不仅需要应对各种突发性情况，还要考虑到用户的可操作性，最重要的是软件在运行中的稳定性与可靠性。 温度监控系统软件是个多任务操作软件，例如通过 RS232 串行总线实现对监控网络硬辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 件设备的控制与通信，实时数据的 存储，以曲线形式实时显示测试数据，历史数据的查询、曲线显示以及操作记录等。 为了在完成这些任务的同时，主控制界面能够实时的处理用户的输入，始终保持工作状态 ,一种比较好的方法就是采用多线程的编程模式。 王进：低压开关柜智能监控系统设计 12 3 监控系统的硬件设计 整个监控系统的硬件由电流传感器、电压传感器、温度传感器、信号传输线缆 (光纤或者无线通信 )、数据采集变换器、 RS485 总线、 RS485/RS232 转换器以及监控中心构成。 温度传感器的选择 考虑到光纤光栅温度传感器在开关柜内的应用环境，传感器的设 计制作主要从以下五个方面确定 : (l)选择高性能的光纤光栅传感器。 主要考虑光栅传感器的测温范围、反射率、有无次峰等方面，选择优质光栅传感器。 (2)选择耐高压、耐高温材料加工制作光栅传感器外封装材料。 除了考虑耐高压、耐高温条件外还需要考虑材料的机械强度及粘接性能。 (3)选择耐高压光纤跳线。 主要考虑跳线的绝缘耐压特性，需通过有关部门的性能测试，以达到防止“爬电”的目的。 (4)传感器封装制作。 将光纤光栅用外壳封装 ,重点考虑导热胶的性能，光栅不能有预应力，体积越小越好，这样可保证较快的响应速度并便于安装。 (5)封装过程中要使光纤光栅始终处于自由状态，避免了应变与温度的交叉串扰。 综合以上几点 ,设计出的成品传感器如图 (31)所示。 采用单端出纤设计 ， 适用于并联的连接方式。 传感器的探头尺寸 比 较小 ， 可以方便地安装在空间狭小、元件密集的开关柜内 ， 避免了对开关柜运行、检修等的影响 ； 尾纤的长度将根据传感器的位置来确定 ， 一般在 4m 左右。 本系统光纤光栅温度传感器的型号为AnkoFBGT01。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 图 31开关柜内光纤光栅温度传感器实物图 sensor of fiber grating temperature sensor in switchgear 光纤光栅传感器在低压开关柜内的安装如图 (32)所示。 图 32光纤光栅温度传感器在低压开关柜内的安装实物图 The installation of fiber Bragg grating temperature sensor in the lowvoltage switchgear 光纤光栅温度传感器原理 光纤光栅就是一段光纤。 光纤光栅是利用光纤中的光敏性制成的。 所谓光纤中的光敏性是指激光通过掺杂光纤时，光纤的 折射率将随光强的空间分布发生相王进：低压开关柜智能监控系统设计 14 应变化的特性。 而在纤芯内形成的空间相位光栅，其作用的实质就是在纤芯内形成一个窄带的 (透射或反射 )滤波器或反射镜。 利用这一特性可制造出许多性能独特的光纤器件。 这些器件具有反射带宽范围大、附加损耗小、体积小，易与光纤祸合 ,可与其它光器件兼容成一体 ,不受环境尘埃影响等一系列优异性能。 光纤光栅的种类很多，主要分两大类 :一是 Bragg 光栅 (也称为反射或短周期光栅 )；二是透射光栅 (也称为长周期光栅 )。 光纤光栅从结构上可分为周期性结构和非周期性结构 ,从功能上还可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅 ，色散补偿型光栅是非周期光栅，又称为惆啾光栅 (chirp 光栅 )。 光纤沿径向从里向外分为纤芯、包层、涂覆层三部分 ,用特殊的紫外光照射工艺 ,光纤纤芯折射率受到永久的周期性微扰而形成一种光纤无源器件。 它能将入射光中某一特定波长的光部分或全部反射。 满足布拉格条件的波长被光纤光栅反射 ,相关公式如下 : λ b=2nΛ 其中 :λ b 是被反射的波长 n 是光纤光栅的有效折射率 Λ 为光栅周期 通过拉伸和压缩光纤光栅 ,或者改变温度 ,可以改变光纤光栅的周期和有效折 射率 ,从而达到改变光纤光栅的反射波长的目的。 反射波长和应变、温度、压力物理量成线性关系。 数学计算公式为 : TTee  =λ Δ 其中 :Δ λ 光纤光栅中心波长变化量 e 应变量 Δ T 温度变化量 100 根据这些特性，可将光纤光栅制作成应变、温度、压力、加速度等多种传感器。 光纤光栅传感系统主要由光纤光栅解调系统、信号传输系统和传感器三个主要部分组成。 对光芯进行照射，使得光纤纤芯的一段区域折射率发生周期性变化 ,从而制成光纤光栅。 光 纤光栅传感器获取物理变化量。 以光波长为载体 ,通过光纤传输系统传至解调系统，由解调系绕对光信号进行处理分析，获取物理变化量数据。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 电压传感器的选择 霍尔电压传感器是一种利用霍尔效应，将原边电压通过外置或内置电阻，将电流限制在 10mA,此电流经过多匝绕组之后，经过聚磁材料将原边电流产生的磁场被气隙中的霍尔元件检测到，并感应出相应电动势，该电动势经过电路调整后反馈给补偿线圈进而补偿，该补偿线圈产生的磁通与原边电流（被测电压通过限流电阻产生）产生的磁通大小相等，方向相反，从而在磁芯中保持磁通为零。 实际上霍尔电 压传感器利用的是和磁平衡闭环霍尔电流传感器一样的技术，即零磁通霍尔电流传感器。 直流电压 传感器是指将被测直流电压隔离转换成按线性比例输出的标准直流电压或 直流电流 的装置。 直流电压传感器又分为单路直流电压传感器和双路直流电压传感器，单路直流电压传感器是指将被测直流电压隔离转换成按线性比例输出的单路标准直流电压或直流电流的装置。 双路直流电压传感器是指将被测直流电压隔离转换成按线性比例输出的双路标准直流电压或直流电流的装置。 交流电压 传感器又分为单相交流电压传感器和三相交流电压传感器。 单相交流电压传感器是指将被测交流电压隔离转换成按线性比例输出的单路标准直流电压或直流电流，三相交流电压传感器是指将被测三相交流电压隔离转换成按线性比例输出的三路标准直流电压或直流电流。 电压传感器选择符合国家强制标准 GB12071997 的 JDZW10 型电压传感器。 电流传感器的选择 电流 传感器 ，是一种检测装置，能感受到被测电流的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。 电流传感器依据测量原理不同，主要可分为： 分流器 、电磁式 电流互感器 、电子式电流 互感器 等。 电子式电流互感器包括霍尔电流传感器、罗柯夫斯基电流传感器及专用于 变频电量 测量的 AnyWay 变频功率传感器（可用于电压、电流和功率测量）等。 本设计选择符合国家强制标准 GB12082020 的 LBZ10型电流传 感器。 王进：低压开关柜智能监控系统设计 16 传感器的主要安装步骤如下 : (l)对应每个开关柜的测点，选择相应的传感器，并填写传感器位置列表； (2)将传感器的底面与安装位置的表面分别进行打磨、擦拭，确保其接触面粗糙但无浮灰； (3)调配环氧树脂，待到环氧树脂稍微有些硬化时，均匀涂抹到安装位置的表面和传感器的底面； (4)将传感器的 底面在涂好树脂的位置粘接，并用绝缘胶带固定，保证传感器的探头和尾纤之间没有较大应力； (5)根据不同开关柜的结构进行布线，在保证绝缘的同时力求美观大方。 开关柜数据采集器 开关柜数据采集器处理来自柜内所有传感器的信号，将数据传送到监控中心计算机，并接收监控中心计算机发来的指令。 数据采集器有两个作用：第一，采集开关柜内电压传感器、电流传感器、温度传感器的信号，再转换为电压值、电流值、温度值；第二，通过 RS485 总线与上位机通信，接收上位机的指令，并向上位机发送开关柜电压、电流、温度数据。 单片机 作为开关柜数据采集器的核心，通过置于开关触头上的电流传感器、电压传感器、温度传感器进行数据采集，后经过信号调理电路进行信号的放 大，然后经 A/D 转换器将信号变为单片机可识别的数字信号，最后通过单片机对数据的处理，可对电流、电压、温度信号进行显示，并且当电流、电压、温度超过上限时进行报警。 本设计单片机选用 AT89C52， AT89C52 是一种带 4K字节 FLASH 存储器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位 微处理器 ，俗称 单片机。 该单片机具备使用简单、功能强大、成本低廉等优点 AT89C52 单片机芯片中集成了 AD 转换、串行口、电源管理等模块，并提供了丰富的通用 IO 口，便于用户硬件设计并提高了可靠性。 基于 AT89C52 单片机芯片的开关柜数据采集器硬件框图如图 3— 1 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 电 流 传 感 器温 度 传 感 器电 压 传 感 器外 部 电 源 模块R S 4 8 5 通 信接 口M C U 内 核电 源 管理串 行 口A T 8 9 C 5 2 图 33 数据采集器系统框图 Fig33 Block diagram of data acquisition system 开关柜数据采集器固件系统流程如图 32： 上 电 复 位初 始 化 片 内 资 源初 始 化 1 w i r e 接 口初 始 化 上 位 机 通 信收 到 上 位 机 采 集命 令 ?采 集 数 字 传 感 器 数 据发 送 数 据 是否 图 34开关柜数据采集器固件系统流程 Switch cabi data acquisition firmware system process 王进：低压开关柜智能监控系统设计 18 开关柜数据采集器固件主要由以下几个模块组成： 系统初始化模块的作用是在数据采集器上电时完成对系统各硬件模块的初始化设置。 数据采集模块完成对所有电流传感、电 压传感器、温度传感器的信号采集。 设置各个测量点报警的条件，报警的类型以及报警的优先级，在出现报警时采用的声音、弹出提示等方式向值班人员发出报警信息。 通信模块完成与监控总机的通信。 监控总机按照一定的时间间隙对数据采集器进行巡检，被巡检到的数据采集器必须按照指令发送所采集到的数据。 通信模块的固件流程如图 33 数 据 采 集读 取 串 口 寄 存 器收 到 监 控 总 机 命令。 传 感 器 采 集 完成。 循 环 写 数 据 到 串 口是是否否 图 35通信模块固件流程 Communication module firmware process 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 最小系统电路设计 单片机必须在具备以下条件才能保证其正常工作 ， 分别是时钟电路和复位电路。 时钟电路是给单片机提供时钟源，复位电路的功能是重置单片机回到起始地址，重新开始执行程序代码。 单片机最小系统电路 如图 36所示， 包括时钟电路和复位电路，下面对时钟电路和复位电路做详细介绍。 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA/VPP313233343536373839VCC40U2AT89C52S1SWPBVCC10KR6GND1 2Y112M30pFC230pFC1GNDGNDVCC 图 36 最小系统电路 Pin figure 时钟电路 AT89C52 单片机应用时，我们常用石英晶体接电容组成系统时钟电路，如果系统需要使用串口通讯，为了满足波特率没有 误差，我们经常。