高壓母線溫度在線檢測系統(tǒng)設計畢業(yè)論文

1、<p>　　高壓母線溫度在線檢測系統(tǒng)設計</p><p>　　High temperature online detection system bus design</p><p>　　系別名稱： 自動控制工程系</p><p>　　專業(yè)班級： 電氣自動化技術082班</p><p>　　學生姓名： <

2、/p><p>　　學 號： </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　當今社會電力系統(tǒng)己經成為國民經濟的命脈和基礎，電力系統(tǒng)的安全運行也成為關系國計民生的重要問題。特別是高壓輸電設備經常因為線路自身設計問題或者使用過程中的損耗、老

3、化等現象導致安全事故時有發(fā)生。但是由于傳統(tǒng)監(jiān)測手段的種種限制無法做到實時監(jiān)測，很難對系統(tǒng)的安全運行給予好的保障。在工業(yè)領域，溫度、壓力、流量是最常見的三大被監(jiān)測的物理參數，其中最廣泛的還是溫度量的測量，隨著電子技術、計算機技術的飛速發(fā)展，對現場溫度的測量也由過去的刻度溫度計、指針溫度計向數字顯示的智能溫度計發(fā)展，而且，對測量的精度要求也越來越高，目前，盡管市場上也由高精度的溫度測量儀，無論是國內還是國外生產的，一般價格都很昂貴。<

4、/p><p>　　由于開關柜中的母線處于高壓電位，每相對地和不同相之間都存在很高的電壓，所以直接檢測母線溫度一直是電力系統(tǒng)檢測中的一個難題。針對上述情況，本文提出一種以AT89C51低功耗單片機為控制核心，以PTR4000為無線數據傳輸部件，采用一線式數字溫度傳感器DS18B20為溫度采集裝置的高壓母線溫度測量方案，并從硬件和軟件兩方面描述了系統(tǒng)的設計及實現方法。</p><p>　　關鍵詞：

5、高壓母線，溫度測量，無線傳輸，gsm短信息</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Current world, power system has been the essential and crucialbasement for country's economy. The high-voltage device ofte

6、n failed caused of some problem,such as run circumstance, workload and agings. However tranditional systeminspection method can not monitor the real time condition of the device. In the field of industry, the temperatur

7、e, pressure, flow are threemost common physical parameters monitored, among them the mostextensive one is still the measurement of the temperature .With thed</p><p>　　Because the buses inside HV switchgear

8、cabinet are under high voltage condition, the very high voltage between the contacts of high-voltage switch or between high-voltage buses makes the direct measurement of its temperature a very difficult problem which has

9、 not been solved in practice so far. For these reasons, a method to measure the temperature of the bus-bar for switchgear cabinet on-line monitoring system is presented based on AT89C51 to realize control, using the wire

10、less modem of PTR4000</p><p>　　Key words: Bus-bar in High-Voltage；Temperature measurement；Wireless Transmission；GSM short messages；</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要………

11、………………………………………………………………...………….I</p><p>　　Abstract………………………………………….……………………………….......II</p><p>　　第1章 引言………………………………..……………………...…………..……...1</p><p>　　第2章 系統(tǒng)組成及其工作原理……………………….……………

12、……………….4</p><p>　　2.1系統(tǒng)總體設計…………………………………………………………………..4</p><p>　　2.1.1系統(tǒng)組成……………………………………………………….…………..4</p><p>　　2.1.2系統(tǒng)工作原理………………………………………………….....………..4</p><p>　　2.2母

13、線無線測溫裝置組成及工作原理…………………………...……..……….5</p><p>　　2.2.1母線無線測溫裝置組成……………………………………………..…….5</p><p>　　2.2.2測溫裝置工作原理…………………………………………………...……5</p><p>　　第3章 母線測溫系統(tǒng)的硬件設計……………………………….………………….7&l

14、t;/p><p>　　3.1母線無線測溫裝置…………………………………………………….……….7</p><p>　　3.1.1傳感器DS18B20…………………………………………………………...7</p><p>　　3.1.2 PTR4000收發(fā)模塊…………………………………………………...…..11</p><p>　　3.1.3單片機

15、部分……………………………………………………..………...13</p><p>　　3.2測溫裝置電源的設計…………………………………………………………15</p><p>　　3.3 RS485總線介紹………………………………………………………………16</p><p>　　第4章 無線通信協(xié)議及原理…………………………………………….………...20</

16、p><p>　　4.1無線通信協(xié)議的簡介…………………………………………………………20</p><p>　　4.2 PTR4000無線通信協(xié)議原理及設計…………………………………………22</p><p>　　第5章 系統(tǒng)軟件設計………………………………………………………...…….24</p><p>　　5.1總體設計……………………………

17、………………………………………....24</p><p>　　5.2 數據無線傳輸模塊的軟件設計……………………………………..………24</p><p>　　5.3上位機人機交互界面的軟件設計……………………………………………25</p><p>　　結 論…………………………………………………………..…………...………..38</p><

18、;p>　　參考文獻……………………………………………………………………..……...39</p><p>　　致 謝………………………………………………………………………..…….40</p><p><b>　　第1章 引言</b></p><p>　　電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行是電力系統(tǒng)控制的根本目標和進行電力市場交易的重要保障，隨著現代

19、電力系統(tǒng)向著高電壓，大機組，大容量的迅速發(fā)展，對電力系統(tǒng)供電可靠性的要求越來越高。影響電力系統(tǒng)安全運行的因素有很多，其中一個重要方面是電氣設備自身的安全運行問題。由于絕大多數的電氣設備采用封閉式結構，散熱效果差，熱積累大，并長期處于高電壓，大電流和滿負荷的條件下運行，其結果導致熱量集結加劇，危及電氣設備的安全運行，同樣，發(fā)電廠，變電站也存在對發(fā)電機，變壓器和母線等溫升的監(jiān)測問題。特別是當電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，強大的電流使電氣設備內部溫

20、升加劇，電氣絕緣遭到嚴重破壞，并使電氣設備壽命縮短，甚至造成電氣設備被燒毀的嚴重事故。據統(tǒng)計，電力系統(tǒng)發(fā)生事故原因中有相當一部分與過熱問題有關，因此電氣設備溫度實時監(jiān)測問題已經成為電力系統(tǒng)中電氣設備安全運行所急需解決的實際問題，是提高電氣設備可靠性的迫切需要，對保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有十分重要的意義。</p><p>　　發(fā)電廠、變電站的高壓開關柜是重要的電器設備。在設備長期運行過程中，開關柜中的母線接點、高

21、壓電纜接頭等部位因老化或接觸電阻過大而發(fā)熱，使相鄰的絕緣部件性能劣化, 甚至擊穿而造成事故。因此, 必須采取有效措施監(jiān)控母線溫度。通過監(jiān)測母線接點、高壓電纜接頭溫度的運行情況，可有效防止開關柜母線故障發(fā)生，但由于開關柜內高壓狹小的結構，無法進行人工巡查測溫，因此實現母線接點、高壓電纜接頭溫度在線監(jiān)測是保證高壓設備安全運行的重要手段。</p><p>　　目前，溫度測量方法一般分為兩類：（1）接觸式測量方式，如熱電

22、偶、熱敏電阻、各種溫度傳感器，儀器比較簡單，但因母線處于高電位，儀器的安裝、讀數、記錄及供電方式比較難解決。（2）非接觸式的遙測方法，如紅外輻射，但其準確度不高，設備也比較昂貴，而且使用不便，尤其在高壓開關柜場合使用比較困難。</p><p>　　國內外研究現狀分析：高壓電器的允許溫升及相應的測試方法,在國家標準中已有規(guī)定,但測試方法不適合于在線監(jiān)測。常用方法有使用X光照片和γ射線照片來觀察殼體內的各部件工作狀況

23、,或用紅外熱像儀的直接監(jiān)測方法;也有利用分析SF6分解產物的成份間接判斷局部過熱或觸頭的接觸狀況,或測試導電過程中電磁力、磁致伸縮力所引起金屬殼體的振動來進行間接推測的,然而這些方法在檢測靈敏度正確性和響應速度上不能令人滿意,在價格和現場使用上也難以接受,因此,國內外開發(fā)了一些新的檢測裝置。</p><p>　　由于高壓電氣設備一般都處于高電壓，大電流和強磁場的環(huán)境中，在實際監(jiān)控中，必須要求監(jiān)控對象與監(jiān)測儀器之間

24、進行電壓隔離，其測試信號進行有效傳輸也是一直比較難以解決的問題，因此一些常規(guī)的測溫方法很難適合在高壓電氣設備中得到應用，目前，母線溫度檢測主要有以下兩種方案：（1）采用色片，其顏色隨溫度的不同而變化，根據其顏色即可判斷溫度，缺點是準確度低，可靠性差，不能進行定量測量，而且對高壓母線觸點等來說，在運行時幾乎看不見顏色；（2）采用熱紅外檢測技術，優(yōu)點是測量范圍大，準確度高，缺點是設備昂貴，無法檢測封閉在機柜內的高壓母線，而且無法實現高壓設備

25、和溫度在線檢測的一體化集成。因此，有必要設計一種適合母線溫度在線檢測的測量系統(tǒng)。</p><p>　　本文主要對高壓母線溫度的在線監(jiān)測進行研究，母線是電氣主接線的中間環(huán)節(jié)，起著匯集和分配電能的作用，在電力系統(tǒng)中起著非常重要的作用，電力裝置中的高壓載流母線常常因接觸部位氧化，接觸松動，負荷過大，相間短路，散熱環(huán)境差等原因而使溫度升高，如不及時發(fā)現處理，有時會釀成安全事故，從長期安全運行要求考慮，高壓母線溫度應限制在

26、一定范圍之內。因此采用一種適合的溫度監(jiān)測方法，對電力裝置中的高壓載流母線的溫度進行在線實時監(jiān)測是十分必要的。因此本文對于保障電氣設備安全運行具有十分重要的實際工程意義，為高壓母線實現智能測溫提供了一條有效途徑。</p><p>　　目前，溫度測量的方法比較多，但適用于測量高電壓，大電流，強磁場環(huán)境下的載流母線的溫度的方法比較少。針對上述情況，本文采用一種比較理想的測溫系統(tǒng)方案：即母線及電接觸溫度測量裝置采取溫度就

27、地測量，數據遙送地面，由微控制器（MCU）進行處理的方法。溫度測量部分安裝在母線上，而溫度報警裝置及溫度顯示模塊安裝在地面接收部分，當母線溫升超過允許值時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，及時提醒相關人員采取措施，避免事故的發(fā)生。</p><p>　　第2章 系統(tǒng)組成及其工作原理</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)總體設計</b></p><p><

28、;b>　　2.1.1系統(tǒng)組成</b></p><p>　　本系統(tǒng)主要由母線無線測溫裝置，PC上位機控制中心和GSM 短信模塊組成。采用基于RS-485總線的主從分布式結構，以母線無線測溫裝置接收模塊中的單片機AT89C51為核心的從機，既可以獨立地完成數據處理和控制任務，又可以將數據傳給上位PC機。PC機將這些數據進行處理、顯示、打印，同時將各種控制命令傳給各個從機，以實現集中管理和最優(yōu)控制。系

29、統(tǒng)總體結構框圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)整體結構組成框圖</p><p>　　2.1.2 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　本系統(tǒng)把溫度傳感器直接安裝在發(fā)熱點上，利用直接接觸方式來采集母線溫度，然后通過無線方式將數據發(fā)送到安裝在開關柜門上的接收裝置中。該接收裝置可以同時接收多個溫度傳感器的數據，并且整理保存后輪換顯示。溫度數據還可以發(fā)送到后

30、臺監(jiān)視計算機上，由后臺軟件進行數據處理和保存，可以在模擬接線圖上直接顯示出溫度值，也可以用溫度曲線的方式顯示以便分析。當溫度超過預先設定的上限值后就進行聲音報警和屏幕提示處理，提醒值班人員進行緊急處理。</p><p>　　2.2 母線無線測溫裝置組成及工作原理</p><p>　　2.2.1母線無線測溫裝置組成</p><p>　　該裝置主要包括溫度數據采集處理部

31、分，無線數據傳輸部分，MUC控制及顯示和報警部分。系統(tǒng)結構框圖如圖2-2所示：</p><p>　　圖2-2 母線無線測溫裝置框圖</p><p>　　2.2.2測溫裝置工作原理</p><p>　　首先，接收端起綜合控制作用的單片機AT89C51通過PTR4000無線傳輸模塊的發(fā)射端將控制指令傳輸給數據采集及發(fā)射單元，在發(fā)射單元，單片機P89LPC925按照接收到

32、的指令控制溫度傳感器對三相母線溫度數據進行采集，傳感器將需要顯示的各相溫度值按照指令要求通過串行通信接口傳輸到單片機P89LPC925中進行處理和儲存，之后單片機將數據傳輸給發(fā)射單元的PTR4000無線傳輸模塊的發(fā)射端，信號經其調制后發(fā)送到接收單元的接收端，數據經解調后傳輸給接收端的單片機AT89C51，之后單片機AT89C51對接收的數據進行處理并顯示溫度值，當溫度異常時，發(fā)出報警信號。單片機AT89C51不斷的發(fā)送控制指令給數據采集

33、單元采集溫度值，同時采集的溫度數據不斷的傳輸到接收端。</p><p>　　第3章 母線測溫系統(tǒng)的硬件設計</p><p>　　3.1 母線無線測溫裝置</p><p>　　本裝置硬件電路主要由母線溫度數據采集電路，無線發(fā)送與接收電路，MCU控制電路及其外圍顯示，報警電路等組成。本裝置是母線測溫系統(tǒng)的核心部分，測溫傳感器采用美國DALLAS公司生產的新型單總線數字溫

34、度傳感器DS18B20，數據無線傳輸模塊采用PTR4000無線收發(fā)模塊，溫度采集及數據發(fā)射部分的微控制器采用飛利浦公司生產的低功耗高性能的P89LPC932單片機，數據接收部分采用AT89C51單片機才實現控制。</p><p>　　3.1.1傳感器DS18B20</p><p>　　DS18B20是美國DALLAS公司生產的新型單總線數字溫度傳感器，使用了在板（onboard）專利技術，

35、將地址線、數據線和控制線合為一根雙向串行傳輸的信號線，可把溫度信號直接轉換成串行數字信號供微機處理。其測溫范圍為-55℃～ +125℃,分辨率為0.5℃，測量的溫度值用9～12位數字表示，最大轉換時間為750ms，溫度超標的上，下限值，DS18B20的轉換分辨率均可由用戶設定，并能長期保存。每個DS18B20芯片的ROM中存放唯一的64位ID號：前8位是產品類型編號，隨后48位是該器件的自身序號,最后8位是前面56位的循環(huán)冗余校驗碼.因

36、此,單片機可以同時控制多個DS18B20采集數據,而不會出現混亂現象，完全滿足母線多點溫度測量的需要。</p><p>　　自美國DALLAS公司生產單總線、數字式溫度傳感器系列(如DS1620、DS1820、DS18B20)以來,相繼被廣泛應用于計算機與自動化測控領域。改變了傳統(tǒng)溫度測試方法，能在現場采集溫度數據。并直接將溫度物理量變換為數字信號并以總線方式傳送到計算機進行數據處理，測試溫度范圍為-55℃——+

37、125℃?？蓱糜诟鞣N領域、各種環(huán)境的自動化測試和控制系統(tǒng)，使用方便靈活，測試精度高，優(yōu)于任何傳統(tǒng)的溫度數字化、自動化測控設備。應用DS18B20先后為用戶設計了定時控溫發(fā)酵器、自動控溫加熱器等產品?，F以自動控溫加熱器為例主要說明DS18B20的特點、工作原理及DS18B20的C51程序。</p><p>　　為了使DS1820能完成準確的溫度變換，當溫度變換發(fā)生時，I/0線上必須提供足夠的功率。因為DS1820

38、的工作電流高達1mA, 5K的上拉電阻將使I/0線沒有足夠的驅動能力。如果幾個SD1820在同一條I/0線上而且企圖同時變換，那么這一問題將變得特別尖銳。</p><p>　　有兩種方法確保DS1820在其有效變換期內得到足夠的電源電流。第一種方法是發(fā)生溫度變換時，在I/0線上提供一強的上拉。如圖3-1所示，通過使用一個MOSFET把I/0線直接拉到電源可達到這一點。當使用寄生電源方式時VDD引腳必須連接到地。&

39、lt;/p><p>　　圖3-1強上拉在溫度變換期內向DS1820供電</p><p>　　向DS1820供電的另外一種方法是通過使用連接到VDD引腳的外部電源，這種方法的優(yōu)點是在I/0線上不要求強的上拉?？偩€上主機不需向上連接便在溫度變換期間使線保持高電平。這就允許在變換時間內其它數據在甲一線上傳送。此外，在甲一線總線上可以放置任何數日的DS1820，而且如果它們都使用外部電源，那么通過發(fā)出

40、跳過(Skip ) ROM命令和接著發(fā)出變換(Convent) T命令，可以同時完成溫度變換。注意只要外部電源處十工作狀態(tài)，GND(地)引腳不可懸空。</p><p>　　在總線上主機不知道總線上DS1820是寄生電源供電還是外部VDD供電的情況卜，在DS1820內采取了措施來通知采用的供電方案?？偩€上主機通過發(fā)出跳過(Skip ) ROM的操作約定，然后發(fā)出讀電源命令，可以決定是否有需要強上拉的DS1820在總

41、線上。在此命令發(fā)出后，主機接著發(fā)出讀時間片。如果是寄生供電，DS1820將在甲一線總線上送回“0”如果由VDD引腳供電，它將送回“1”。如果主機接收到一個“0”它知道它必須在溫度變換期間在I/0線上供一個強的上拉。</p><p>　　數字溫度傳感器DS18B20的測溫范圍為-55℃——+125℃，精度為0.5℃，測量的溫度值用9——12位數字表示，最大轉換時間為750ms，溫度超標報警的上、下限值，DS18B2

42、0的轉換分辨率均可由用戶設定，并能長期保存。利用Dallas的單總線控制協(xié)議，和單線控制信號在總線上來實現數據的讀寫。DS18B20的另一特點是在沒有外部電源下操作的能力，電源山總線為高電平時DQ腳上的上拉電阻提供(寄生供電模式)，此時VDD腳接地。也可用傳統(tǒng)方式供電，即將外部電源接在VDD腳上即可。</p><p>　　DS18B20測溫原理如圖3-2所示。圖中低溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用來向計數

43、器1提供固定頻率的脈沖信號。高溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度影響較大，隨溫度的變化而明顯改變，其產生的信號作為計數器2的脈沖輸入，用于控制閘門的關閉時間。初態(tài)時，計數器1和溫度寄存器被預置在與-55℃相對應的一個基值上。計數器1對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行減法計數，在計數器2控制的閘門時間到達之前，如果計數器1的預置值減到0，則溫度寄存器的值將作加1運算，與此同時，用于補償和修正測溫過程中非線性的斜率累加器將輸出一個與溫度變化相對應

44、的計數值，作為計數器1的新預置值，計數器1重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號進行計數，如此循環(huán)，直到計數器2控制的閘門時間到達亦即計數到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數值即為所測溫度。在默認的配置中，DS18B20的測溫分辨率為0.0625℃，以12位有效數據表示，其中，高位的S表示符號位，如:0000 0001 1001 0001表示+25.0625℃。</p><p><b>

45、　　圖3-2 測溫原理</b></p><p>　　DS18B20通過計量其內部溫度系數振蕩器經歷的時鐘周期個數來測量溫度。計數器基準值對應于-55℃的基數，如果計數器達到零，那么溫度寄存器的值就對應著－55℃。</p><p>　　同時，計數器用針率累加器電路所決定的值進行設定。為了對遵循拋物線規(guī)律的振蕩器溫度特性進行補償，這種電路是必需的。時鐘再次使計數器計值至已達到零。&

46、lt;/p><p>　　DS18B20與單片機P89LPC925組成的母線溫度數據采集電路如圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3 母線溫度數據采集電路</p><p>　　圖3-4 數字式溫度傳感器DS18B20實物圖</p><p>　　3.1.2 PTR4000收發(fā)模塊</p><p>　　無線發(fā)送與接收電路

47、采用無線收發(fā)模塊PTR4000來實現。PTR4000模塊體積微小,且接收發(fā)射合一,工作頻率為國際通用的數傳頻段2400MHz——2524MHz，采用GMSK調制/解調,工作電壓為1.9～3.6V，功耗小，靈敏度高，工作最高速率可達1000kbit/s，無需設置模塊通訊速率， 抗干擾能力強，開闊地無干擾的情況下，有效傳輸距離達300米，編程開發(fā)工作容易，并且單片機可直接與其相連，特別適合工業(yè)控制場合。</p><p&g

48、t;　　PTR4000編程配置接口由CE、CS、PWR組成，控制PTR4000的四種工作模式：配置模式，發(fā)射/接收模式，待機模式，Power down掉電模式。配置數據由DATA, CLK1輸入。</p><p>　　通道1接口CLK1, DATA, DR1為三線多功能接口：</p><p>　　（1）在配置模式下，單片機通過通道1的DATA、CLK1線配PTR4000的工作參數；<

49、/p><p>　?。?）在發(fā)射模式下，單片機通過通道1的DATA、CLK1發(fā)送數據；</p><p>　?。?）在接收模式下，當接收到與本機地址一致是，通過DR1輸出中斷指示(高有效)，單片機通過DATA,CLKl接收數據。</p><p>　　PTR4000上電以后首先必須通過單片機對其進行配置：單片機首先將按照模式控制真值表將PTR4000設為配置模式；然后單片機通

50、過通道1的DATA、CLK1將15bvte的配置數據送入PTR4000模塊，完成配置。</p><p>　　配置字一共為120bit，在CLK1的上升沿開始最高位(MSB)移入PTR4000。在CS下降沿后，模塊內部更新所有內部配置，即新的配置字在CS的下降沿后開始生效。上電后第一次配置時必須將120bit配置字全部移入：而后當僅需要做收發(fā)切換時，只需移入lbit即可完成收/發(fā)模式的切換。</p>

51、<p>　　單片機與PTR4000接口電路如圖3-5所示：</p><p>　　圖3-5 單片機與PTR4000接口電路</p><p>　　在接口電路中，PTR4000配置接口CS、CE和通道1接口CLK1、DATA 用單片機的I/O來控制，DR1接單片機中斷INT0，通道2接口CLK2、DOUT2、DR2 保留未使用。</p><p>　　3.1.3

52、單片機部分</p><p>　　P89LPC932單片機是PHILIPS公司新推出的一款單片封裝的8位單片機,它是基于80C51內核的高速、低功耗的帶片內8KBFlash的8位單片機，其指令執(zhí)行時間只需2到4個時鐘周期,6倍于標準80C51器件。P89LPC932內部主要集成了字節(jié)方式的I2C總線、SPI接口、UART通信接口、實時時鐘、EEPROM、A/D轉換器、ISP/IAP在線編程和遠程編程方式等一系列有特

53、色的功能部件。該單片機在低電壓(2.4.-3.6V)下工作，可以很好地在以電池供電的便攜式系統(tǒng)中得到應用。其集成的許多系統(tǒng)級的功能，適合于許多要求高集成度、低成本的場合；可以大大減少元件的數目和電路板面積并降低系統(tǒng)的成本，可以滿足多方面的性能要求。</p><p>　　AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫的Flash只讀程序存儲器和128 bytes的隨機存取

54、數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，內置功能強大的微型計算機的AT89C51提供了高性價比的解決方案。    AT89C51是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，AT89

55、C51可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。</p><p>　　圖3-6 AT89C51引腳圖</p><p>　　3.2 測溫裝置電源的設計</p><p>　　由于高壓開關柜內部是一個高溫，高電壓，強磁場的復雜環(huán)境，溫度檢測裝置與測溫點處于同一電位，檢

56、測部分電源不宜從外部供給，只能從內部產生。為此，本設計中采用在母線上安裝電流互感器，利用鐵芯片飽和原理，選擇適當鐵芯截面，小電流時鐵芯正常勵磁，大電流時鐵芯飽和，從而提供了變化幅度較小的電源，從中取出的電流經整流，濾波和穩(wěn)壓后提供給高壓測的數據采集發(fā)射模塊的供電方式。而接收部分電源可利用上位機來給其供電。</p><p>　　圖示3-7為電源處理電路，輸入整流濾波電路將交流電源進行整流濾波，為穩(wěn)壓電路提供波紋較小

57、的直流電壓。整流單元采用二極管橋式全波整流電路，整流橋由4個分立的耐壓值為6V的二級管組成，將輸入的交流電轉變?yōu)槊}沖直流電。在整流橋的輸入端分別并聯(lián)了一對C104瓷片電容，濾掉輸入電壓中的雜波。LM7815輸入濾波部分主要采用470µF電解電容完成，并在LM7815的輸入端對地連接一個C104的瓷片電容。該輸出電壓經過一個1000µF的電解電容濾波后到達LM7805的輸入端。LM7805輸出+5V電壓，為數據采集發(fā)射

58、模塊供電。</p><p>　　圖3-7電源處理電路</p><p>　　3.3 RS485總線介紹</p><p>　　在多機通信領域，由于單片機具有靈活高效的多機通信功能和價格優(yōu)勢，應用越來越廣泛，但由于單片機的收發(fā)信號都是TTL電平，驅動能力和抗干擾性有限，實用中常配合其它總線實現互聯(lián)，RS485總線就是其中之一。RS485總線是平衡差分傳輸，抗干擾性好，最遠

59、可傳輸4000m，可互聯(lián)多達128個單片機，非常適合組成多機通信系統(tǒng)。隨著傳輸距離的增加和傳送速率的提高，各種反射、干擾、衰減和共地噪聲等影響將引起測試信號的崎變，從而限制了遠程測試系統(tǒng)的發(fā)展。RS232總線，其驅動器輸出信號擺幅比TTL電平大，使抗干擾能力提高，但RS232標準規(guī)定驅動器允許有2500pF的電容負載。遠程測試控制系統(tǒng)中采用RS485總線。通過控制PC機RS232串日，利用RS485信號轉換接日，實現RS485總線的通信

60、控制。</p><p>　　圖3-8 RS485的傳輸方式</p><p>　　RS485總線信號發(fā)送被分解為正負兩條線路，當到達后，再將信號相減還原出原來信號。所以信號上的干擾會在相減過程中被消除。</p><p>　　RS485總線收發(fā)器采用平衡發(fā)送和差分接收，即在發(fā)送端，驅動器將TTL電平信號轉換成差分信號輸出;在接收端，接收器將差分信號變成TTL電平，因此具

61、有抑制共模干擾的能力，加上接收器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故數據傳輸可達千米以外。RS-485總線采用二線方式，為保持總線平衡傳輸,需要在傳輸線兩端并接一個電阻。RS485總線抄表電路連接如圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 RS485總線通信結構</p><p>　　由于RS-485無標準通信協(xié)議，協(xié)議應自定義，RS-485總線的協(xié)議制定和軟件編程對系統(tǒng)傳輸的可

62、靠性有很大影響。另外RS-485總線是異步半雙工的通信總線，在某一個時刻，總線只能呈現一種狀態(tài)，所以這種方式一般適用于主機對分機的查詢方式通信，總線上必然有一臺始終處于主機地位的設備在巡檢其它的分機。因此采用RS485總線連接的多個站點，任一時刻只能有一個站點在“說”，其它站點只能處于“聽”狀態(tài)。如果有多于1個的站點在“說”，數據將在通信總線上碰撞，結果使處于接收狀態(tài)的站l從收不到正確的數據。</p><p>　

63、　為保證數據傳輸質量，對每個字節(jié)進行校驗的同時，應盡量減少特征字和校驗字。所以需要制定一套合理的通信協(xié)議來協(xié)調總線的分時共用。這里采用的是數據包通信方式，通信數據是一幀或一包地發(fā)送，每包數據都有引導碼、長度碼、地址碼、命令碼、內容、校驗碼等部分組成。其中引導碼是用于同步每一包數據的引導頭；長度碼是這一包數據的總長度；命令碼是主機對分機(或分機應答主</p><p>　　機)的控制命令；地址碼是分機的木機地址號；“

64、內容”是這一包數據里的各種信息；校驗碼是這一包數據的校驗標志，采用和校驗方式。</p><p>　　第4章 無線通信協(xié)議及原理</p><p>　　4.1 無線通信協(xié)議的簡介</p><p>　　協(xié)議就是指一些規(guī)則，簡單的說就是為了能相互理解，必須用同一種語言說話。</p><p>　　在簡單的數據傳輸中，通信只朝一個方向進行，從發(fā)射端到接收

65、端。通信可能在發(fā)射端和接收端之間受到外界的干擾而使數據發(fā)生錯誤，因此需要協(xié)議來保證接收端能正確接收到從發(fā)射端來的數據，并確定所接收數據是否是實際數據。</p><p>　　1981年國際標準化組織(ISO)正式提出了“開放系統(tǒng)互連(OSI)基本參考模型”的國際標準，成為新一代計算機網絡的體系結構。分層的概念在計算機體系結構、操作系統(tǒng)、數據庫等計算機科學中都得到了廣泛的應用，在計算機互連構成網絡時人們也是這樣做的。

66、</p><p>　　OSI分為七層，在通信過程中為了使這些對層間的虛通信得以正確進行，它們必須遵循共同的約定，就是對等協(xié)議。</p><p>　　最下面是物理層(PH-Physical Layer)。物理層負責在物理媒體上傳輸二進制位流，又稱比特流，它規(guī)定了物理連接的機械、電氣、功能和過程特性。機械特性規(guī)定了插頭座的大小、形狀和針的數目等。電氣特性規(guī)定了電壓值、邏輯電平及其它電氣參數。功

67、能特性規(guī)定了每根連線的功能及含義。過程特性則規(guī)定了各種事件應按于什么次序出現。</p><p>　　數據鏈路層(DL-Data Link Layer)建立在物理層之上，其功能是進過差錯檢測與恢復等措施將直接相連的兩個系統(tǒng)間的可能出錯的物理連接改成為無差錯的數據鏈路。</p><p>　　建立在數據鏈路層之上的網絡層(N-Network Layer)則完成了數據在通信子網中的傳輸，其中包括路

68、由的選擇。</p><p>　　建立在數據鏈路層之上的網絡層(N-Network Layer)則完成了數據在通信子網中的傳輸，其中包括路由的選擇。 網絡層之上是傳輸層(T-Transport Layer)。它是第一個端對端的層次。就是說在通信子網的中繼設備上可能有下面的PH, DC或N層，而只有在互連的端開放系統(tǒng)上才有運輸層以上的層次。它要提供端對端的差錯控制、流量控制等功能，向上一層的實體提供透明的維持一定質量

69、的數據傳輸服務，并使其不必操心達到端對端數據傳輸服務的細節(jié)。</p><p>　　實際應用中要進行信息交換的常常不是兩個端開放系統(tǒng)本身，而是一個端開放系統(tǒng)中的某一進程與另一端開放系統(tǒng)中的某一進程。會話層(S-Session Layer)的功能就是在兩個通信的高層進程之間建立和管理不同形式的對話。</p><p>　　表示層(P-Presentation Layer)的功能是提供數據和信息的

70、語法表示變換，包括編碼的轉換，加密與解密，數據壓縮與恢復等。七層中的最上層一層是應用層(A-Application Layer)，它提供了OSI環(huán)境下對各種應用或用戶服務的接口隨著應用要求的不同，它提供了不同的服務。</p><p>　　4.2 PTR4000無線通信協(xié)議原理及設計</p><p>　　PTR4000系列無線高速MODEM為工程師設計無線產品提供了較好的解決方法。因為PTR

71、4000的應用非常簡單，以至于可以忘記它是一個無線電器件。然而一些外部的因素會對數據的傳輸產生影響，因此需要采用有效的辦法來確保通信。</p><p>　　通信信道是數據從發(fā)射到接收的一個通道，它包括產生數據流，編碼，發(fā)射，接收，解碼。理解如圖4-1所示:</p><p>　　圖4-1 通信通道</p><p><b>　　1、數據源</b>

72、</p><p>　　數據源可能是各種各樣的東西，可能是一個溫度傳感器的A/D數據值，計算機硬盤里的一個文件，用戶輸入鍵盤里的一個按鍵。本系統(tǒng)中的數據源是生理信號經過采集等一系列處理后存在單片機內的數據。數據在這里發(fā)生錯誤可能性較小，而且較易通過硬件或軟件的方式來發(fā)現。</p><p><b>　　2、數據編碼</b></p><p>　　數據

73、源出來的數據一般來說是并行的白然數據，PTR4000系列無線MODEM需要的異步串行數據格式，這通常是由UART(通常異步傳輸)來完成的，有時也可通過軟件來完成。數據錯誤在此發(fā)生的可能性也不大，而且可跟蹤。</p><p><b>　　3、數據發(fā)射</b></p><p>　　數據發(fā)射是通過PTR4000系列無線MODEM的發(fā)射功能完成的。所有的PTR4000系列無線

74、MODEM在出廠時都經過嚴格的測試。然而，外部因素如供電電壓、噪聲、不適當的調制電壓電平、不適當的天線負載，都能引起數據流的錯誤。根據手冊正確使用PTR4000系列無線MODEM，不會產生數據流錯誤的因素。</p><p><b>　　4、傳播路徑</b></p><p>　　傳播路徑是無線電波從發(fā)射到接收的路徑。數據錯誤最有可能在這個階段發(fā)生，因為頻帶內的干擾或傳播

75、路徑中RF源降低了靈敏度，而且多徑和衰減也可能引起接收機接收錯誤的數據。</p><p><b>　　5、數據接收</b></p><p>　　接收過程通過PTR4000系列無線MODEM的接收功能完成。所有的PTR4000系列無線MODEM經過廠家的嚴格測試，使其能接收手冊中指定的所有格式的數據。在沒有接收到信號時，PTR4000會有隨機數據輸出，這是因為其靈敏度比

76、較高(如調頻收音機在沒有信號時會收到沙沙的噪音，而一旦收到信號即可使噪音消失)。當發(fā)射機發(fā)射時，接收機的隨機數據輸出被抑制，這時輸出的是真正的數據。帶內干擾和頻率下降可能引起接收機接收到錯誤數據。最后，如果數據源違反了手冊上指的波特率錯誤或者是頭字節(jié)不對都有可能引起數據流錯誤。</p><p><b>　　6、數據解碼</b></p><p>　　因為從PTR4000

77、系列無線MODEM輸出的數據是串行數據，通常可用微處理器和微控制器的UART來處理，或者用軟件方法來實現接收。數據在此過程出現錯誤幾乎是不可能的，而且也易被跟蹤。如果錯誤發(fā)生在這之前，錯誤數據有時根據幀錯誤能發(fā)現。</p><p><b>　　7、數據解釋</b></p><p>　　數據解釋經常在軟件里實現，錯誤檢測和糾正也在這個階段實現。數據錯誤在這個階段發(fā)生的可

78、能性不大，而且易于跟蹤。</p><p>　　第5章 系統(tǒng)軟件設計</p><p><b>　　5.1總體設計</b></p><p>　　本系統(tǒng)涉及的軟件編程分為兩部分：一是用C語言實現的單片機的控制, 單片機的主要作用是控制實現發(fā)射器和接收器的數據采集以及數據的發(fā)射和接收。二是用VB++6.0實現的串口通信、監(jiān)測數據的圖形顯示和ACCESS

79、2000數據庫的訪問。</p><p>　　5.2數據無線傳輸模塊的軟件設計</p><p>　　由于要監(jiān)測三個參數（三相）的信號,為了避免出現信號混淆、不清楚接收到的信號屬于哪一參數的現象,我們采取查詢方式分時來實現無線收發(fā)。首先要弄清楚每一只DS18B20的序列號，以便其做出響應，每個DS18B20都有一個唯一的64位產品序列號，沒有一個器件之間的編號是相同的，通訊時系統(tǒng)第1步首先發(fā)復

80、位脈沖使線上所有DS18B20芯片都被復位后，反復搜索DS18B20序列號,第2步發(fā)送ROM操作命令,啟動所有在線DS18B20做溫度轉換.第3步發(fā)出選擇匹配器件命令,在發(fā)出該操作命令后,掛接于在線上的所有DS18B20器件,均對收到的系列編號與自身系列編號相比較,只有系列號相同的才對隨后的命令進行響應,其余器件則不作任何響應。第4步逐個讀出在線上傳感器轉換后的溫度值。DS18B20與單片機兩者的通訊及協(xié)作按DS18B20的讀寫時序串行

81、進行。AT89C51中的監(jiān)控程序不斷地對溫度數據進行比較、采集。</p><p>　　無線收發(fā)模塊PTR4000是收發(fā)共一體的裝置,同時具備發(fā)射和接收功能。因此，在對某個參數進行無線監(jiān)測開始時,首先把發(fā)射裝置(以下稱發(fā)射器)設為“被動者”即接收狀態(tài),用以接收監(jiān)測指令,同時把接收裝置 (以下稱接收盒)設為“主動者”即發(fā)射狀態(tài),用以發(fā)射監(jiān)測指令;控制程序通過接收裝置發(fā)出監(jiān)測該參數的指令后,把接收裝置的狀態(tài)設為接收,用

82、以接收監(jiān)測到的數據;發(fā)射裝置接收到指令后傳給單片機,單片機根據指令轉入對應參數的監(jiān)測子程序開始監(jiān)測,同時把發(fā)射裝置的狀態(tài)設為發(fā)射,用以發(fā)射監(jiān)測到的數據;這樣單片機控制監(jiān)測到的數據源源不斷的通過發(fā)射裝置、接收裝置傳遞給處理顯示部分進行實時的動態(tài)顯示，同時，對異常溫度進行報警。直到對該參數的監(jiān)測完畢;對一個參數的監(jiān)測結束后,接收裝置的狀態(tài)又設為發(fā)射用來發(fā)射指令、發(fā)射裝置的狀態(tài)又設為接收來接受指令,當控制程序再發(fā)出另一個參數的監(jiān)測指令后又開始

83、另一個參數的監(jiān)測過程。重復這一過程,直到監(jiān)測完所有的參數數據,這就是查詢方式的工作過程。這一過程保證了系統(tǒng)對各個參數數據無混淆的監(jiān)測,該過程要通過軟件編程來控制實現。</p><p>　　本系統(tǒng)軟件編程采用單片機C語言，充分利用其良好的模塊化思想，可讀性強，容易維護等優(yōu)點。軟件部分包括發(fā)射模塊主程序，接收模塊主程序，溫度采集子程序，溫度顯示和報警等子程序。發(fā)射模塊主程序和接收模塊主程序如圖所示：</p>

84、;<p>　　圖5-1 接收模塊軟件流程圖 圖5-2 發(fā)射模塊軟件流圖</p><p>　　5.3上位機人機交互界面的軟件設計</p><p>　　母線測溫裝置測得的數據可以通過串口輸入到PC上位機，以便工作人員更好的監(jiān)視母線溫度的變化情況。串口通信及人機交互的可視化界面采用 VB++6.0實現。</p><p>　　上位機人機交互界面如圖5-

85、3所示，上位機界面包括溫度曲線顯示功能和溫度數據的顯示，查詢和存儲功能，溫度曲線顯示界面的橫軸表示時間，縱軸表示溫度，針對開關柜母排溫度的實際情況，溫度上限設置為70℃，當母線溫度超過70℃時，系統(tǒng)自動報警，提醒值班人員采取措施，排除事故。</p><p>　　同時，溫度值還可以通過數字形式顯示出來，并數據同時被上位機記錄和存儲，以便以后分析母線溫度的變化情況，及時發(fā)現和排除事故隱患。</p>&l

86、t;p>　　圖5-3母線溫度監(jiān)控界面</p><p>　　5-4 單相母排溫度變化模擬曲線圖</p><p>　　圖5-4為母線溫度監(jiān)測系統(tǒng)運行時，上位機界面中，單相母線溫度變化模擬曲線圖，系統(tǒng)測溫裝置每10秒采一次樣，而上位機軟件設置每5秒采一次樣，以保證溫度采樣數據的可靠性。</p><p>　　上位機軟件結構示意圖如圖5-5所示：</p>

87、<p>　　圖5-5 系統(tǒng)軟件結構圖</p><p>　　其中虛線箭頭表示控制流，實線箭頭表示數據流。各模塊功能簡要說明如下：</p><p>　　控制模塊 通過串口控制單片機對各測溫裝置的數據進行采集。</p><p>　　串口通信模塊 接收控制模塊的控制命令發(fā)送給單片機；接受單片機傳來的監(jiān)測數據發(fā)送給數據處理轉換模塊。</p><

88、;p>　　數據轉換處理模塊 把串口接收到的數據進行轉換處理，為顯示和存數據庫做準備。</p><p>　　數據存儲模塊 把數據存入數據庫做為歷史監(jiān)測結果。</p><p>　　數據讀取模塊 從數據庫讀取歷史監(jiān)測結果,進行歷史數據的回放。</p><p>　　顯示處理模塊 在控制模塊的控制下,對數據處理模塊傳遞的數據進行水平滾動的實時顯示;或對歷史監(jiān)測結

89、果進行回放。</p><p><b>　　VB編程代碼</b></p><p>　　Dim px(49) As Single, py(49) As Currency '二維數組</p><p>　　Dim col As Integer</p><p>　　Dim pl As Integer</p>

90、<p>　　Public P As Currency</p><p>　　Private Sub Command1_Click() '開/關定時器</p><p><b>　　Cls</b></p><p>　　Picture1.Scale (-10, 70)-(110, -5)</p><p>　　F

91、or i = 70 To 0 Step -10</p><p>　　Picture1.Line (-10, i)-(-8, i)</p><p>　　Picture1.Print i</p><p><b>　　Next i</b></p><p>　　For j = 0 To 110 Step 10</p>

92、<p>　　Picture1.Line (j, -5)-(j, -1)</p><p>　　Picture1.Print j / 10</p><p><b>　　Next j</b></p><p>　　If Timer1.Enabled = True Then</p><p>　　Command1.Ca

93、ption = "暫停"</p><p>　　Timer1.Enabled = False</p><p><b>　　Else</b></p><p>　　Command1.Caption = "開始"</p><p>　　Timer1.Enabled = True</p&

94、gt;<p><b>　　End If</b></p><p><b>　　End Sub</b></p><p>　　Private Sub Command2_Click() '退出</p><p><b>　　End</b></p><p><b

95、>　　End Sub</b></p><p>　　Private Sub Command7_Click()</p><p>　　If Timer2.Enabled = True Then</p><p>　　Command7.Caption = "暫停"</p><p>　　Timer2.Enabled

96、= False</p><p><b>　　Else</b></p><p>　　Command7.Caption = "開始"</p><p>　　Timer2.Enabled = True</p><p><b>　　End If</b></p><p&g

97、t;<b>　　End Sub</b></p><p>　　Private Sub Form_Load()</p><p>　　MSComm1.CommPort = 1</p><p>　　MSComm1.Settings = "9600,N,8,1"</p><p>　　MSComm1.InputM

98、ode = comInputModeBinary</p><p>　　MSComm1.InputLen = 0</p><p>　　MSComm1.InBufferCount = 0</p><p>　　MSComm1.OutBufferCount = 0</p><p>　　Text1.Text = " "</p&

99、gt;<p>　　Text2.Text = " "</p><p>　　MSComm1.RThreshold = 1</p><p>　　MSComm1.SThreshold = 0</p><p>　　If MSComm1.PortOpen = False Then</p><p>　　MSComm1.Po

100、rtOpen = True</p><p><b>　　End If</b></p><p>　　Timer1.Enabled = False</p><p>　　Picture2.Scale (0, 70)-(110, 0) '自定義坐標系</p><p>　　For i = 0 To 2</p>

101、<p>　　Text4(i).Enabled = False</p><p><b>　　Next i</b></p><p>　　CmdSave.Enabled = False</p><p><b>　　End Sub</b></p><p>　　Private Sub MSComm

102、1_OnComm()</p><p>　　Dim indata As Variant</p><p>　　Dim arr() As Byte</p><p>　　Dim str As String</p><p>　　Dim i As Integer</p><p>　　Dim rev_num As Integer&l

103、t;/p><p>　　Dim j As Integer</p><p>　　Dim B As String</p><p>　　Dim hex1 As String</p><p>　　Dim tmp As String</p><p>　　Dim result As Currency</p><p&g

104、t;　　Dim k As Integer</p><p>　　Dim m As Integer</p><p>　　Select Case MSComm1.CommEvent</p><p>　　Case comEvReceive</p><p>　　indata = MSComm1.Input</p><p>　　a

105、rr() = indata</p><p>　　rev_num = UBound(arr)</p><p>　　ReDim lnum(0 To rev_num) As Integer</p><p>　　For i = 0 To rev_num</p><p>　　lnum(i) = arr(i)</p><p>　　

106、str = str & Hex(lnum(i)) & Chr(32)</p><p><b>　　Next i</b></p><p>　　Text2.Text = Text2.Text + str</p><p>　　hex1 = Mid(Text2.Text, 11, 5) '轉化成十進制</p>&l

107、t;p>　　For j = 1 To Len(hex1)</p><p>　　Select Case Mid(hex1, j, 1)</p><p>　　Case "0": B = B & "0000"</p><p>　　Case "1": B = B & "0001&qu

108、ot;</p><p>　　Case "2": B = B & "0010"</p><p>　　Case "3": B = B & "0011"</p><p>　　Case "4": B = B & "0100"<

109、/p><p>　　Case "5": B = B & "0101"</p><p>　　Case "6": B = B & "0110"</p><p>　　Case "7": B = B & "0111"</p>

110、<p>　　Case "8": B = B & "1000"</p><p>　　Case "9": B = B & "1001"</p><p>　　Case "A": B = B & "1010"</p><p&

111、gt;　　Case "B": B = B & "1011"</p><p>　　Case "C": B = B & "1100"</p><p>　　Case "D": B = B & "1101"</p><p>　　Ca