毕业设计输电线路导线温度检测及动态增容系统设计.doc

毕业论文（设计）题 目： 输电线路导线温度检测及动态增容系统设计 系部名称： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 20年月日35 / 40摘 要在社会用电量日益增加的今天，如何提高输电线路的输送容量是目前电力部门比较关注的一个问题。本论文从导线温度与输电线路载流量的关系入手，提出了输电线路动态增容的概念，并提出了输电线路动态增容监测系统的思路。通过动态的检测导线温度和环境温度等气象条件分析，确定输电线的输电容量，从而提高导线在一定气象环境下的传输容量。用杆塔监测主分机将导线温度，湿度，风速，日照强度等集中打包为GSM，通过GSM通信模块发送至监测中心。监测中心利用上述信息，结合导线的辐射吸收系数和摩尔根载流量公式计算可允许的载流量，得出了运用动态的检测导线温度和环境气象条件可以提高输电线路的输送容量结论。此外，本次设计软件部分采用单片机C语言进行编程，实现本次设计的控制功能。关键字：输电线路，传输容量，允许温度，导线应力The Design of Temperature Testing For Transmission lines and dynamic compatibilizing system Abstract Today the social power consumption growing today by day. One of the currently concern in electricity departmenthow is how to improve the transmission lines transmission capacity . The paper which from the heat and wire transmission lines of the relationship of the carrying capacity puts forward the concept of dynamic compatibilizing transmission lines, and also puts forward the transmission line dynamic compatibilizing monitoring system of thought. Through analysis the dynamic testing temperature and environmental temperature, conductor meteorological conditions .we can determine the transmission wires, so as to improve the transmission capacity in certain meteorological environment . Lord extension with tower monitoring of environmental temperature, humidity, wind speed, sunshine strength for GSM , centralized packaged by GSM communication module sent to the monitoring center. Using the above information monitor center of wires, combined with radiation absorption coefficient and Morgan ampacities allows the formula to calculate the carrying capacity. The test is obtained by dynamic conductor and environmental temperature meteorological conditions can improve the transmission lines transmission capacity conclusion. In addition, the software part of this design adopts single-chip microcomputer C programming language, to make control functions come true.Key word: Transmission lines Transmission capacity Allow temperature Wire stress目 录1 绪论12 系统的设计及思路22.1 设计要求22.1.1 基本要求22.1.2 设计的特色22.1.3 国内外的研究现状32.2 输电线路导线温度检测及动态增容系统的基本结构42.3 输电线路导线温度检测及动态增容系统的工作原理52.4 输电线路导线温度检测及动态增容系统的设计思路53 提高现有输电线路输送容量的基本算法63.1 影晌导线载流量的因素及各因素对导线载流量影响程度63.2 气象因素对载流量的影响94 系统硬件设计134.1 单片机的选择134.2 传感器.134.2.1 温度传感器DS-18B20144.2.2 PHWS/WD风速风向传感器164.2.3 湿度传感器184.2.4 日照强度传感器214.3 键盘部分224.4 显示部分224.5 电源监控和电源指示部分245 系统的软件设计265.1 主程序流程图265.2 A/D转换流程图265.3 键盘扫描子程序流程图286 结论29致 谢30参考文献31附录32附录一32附录二351 绪论2003年，中国的电力供应局面骤然紧张，我国22个省，自治区“拉闸限电”闹“电荒”。这一年电力装机缺口4485万千瓦。2004年，全国拉闸限电的省份进一步扩展到24个省份，电力装机缺口达到5000万千瓦，成为自上个世纪80年代以来中国电力最紧缺的一年，尤其是华东电网饱受缺点之苦。2005年中国的缺口形式开始有所缓解，拉闸限电由年初的26个回落到年底的7个，全国最大电力缺口在2500万千瓦。在拉闸限电的背后，除了电源紧张带来的“硬缺电”之外，长期“重发，轻供，不管用”，电网发展严重滞后于电源建设，带来的电网结构薄弱，电源配置不合理导致缺电和窝电现象并存也是电荒的一大根源。为了解决上述问题，增加电网的输送能力迫在眉睫。经济学家赵晓认为，电力供应紧张应经成为中国经济运行中不容忽视的问题，并可能成为中国经济进入新一轮黄金增长时期的严重隐患。2005年三月，国家电网公司在北京召开提高电网输送能力工作会议，明确表示，在加快特高压骨干电网的同时，也要积极提高现有电网输送能力。而电力建设又受到各种因素的制约，如周期较长，资金和新建线路规划走廊有限以及因此而相伴的环境问题等等。高压线路对周围的环境影响很大，如因此而带来的电磁场的干扰，电磁污染，对生态平衡的破坏等等，这使得新建线路受到了制约。因此，提高线路的传输容量可以很大程度解决输电的“瓶颈”现象，缓解电力供求矛盾，是一项紧迫而有价值的研究课题。随着通信技术，计算机网络技术，以及数字视频技术的飞速发展。对输电线路实现远程视频控制成为可能。由于输电线路输电线路固有的分布范围广的特点。实现远程无线视频监控有其独到的优势。这也称作单线温度及动态增容系统。导线温度及动态增容系统可以实现导线温度和坏境数据信息（环境温湿度，风速，风向，日照强度）的采集，可以对所采集的数据处理，存储并向数据中心发送处理后的数据，可以将建立的数学模型嵌入到专家软件，并依据数学模型计算导线载流量，分析线路跃迁时导线温度变化及弧度变化，绘制温度和弧垂度曲线图，可以实时显示现场传输过来的监测数据，并具有历史查询功能，还可以通过监测中心主机修改监测分机运行参数1。2 系统的设计及思路输电线路导线温度检测及动态增容系统包括硬件和软件部分。硬件部分包括单片机、温度传感器，风速传感器，湿度传感器，日照强度传感器以及各类输入输出设备等部分。软件部分则是指各种工作程序，用来让传感器的数据采集顺利输送到单片机病通过LED显示出来。在对整个输电线路导线温度检测及动态增容系统进行方案设计时，要充分考虑到硬件和软件部分的紧密配合，还有硬件和软件工作的现场状况，这样才能准确有效的得到使用高效的信息。本文设计的输电线路导线温度检测及动态增容系统以单片机和各种传感器为主要器件，用C语言进行编程。使用的传感器有数字型的传感器，也有非数字型的。需要用信号放大和AD转换，相对来说比较复杂。传感器将采集到的数字信号送入单片机，单片机进行数据处理并显示，其数据显示部分采用LCD显示，成本低且能很好地实现所要求的功能。2.1 设计要求2.1.1 基本要求（1） 监测导线周围温度湿度和风向等 （2） LED显示温度，风速等 （3） 看门狗电路实现对电源信号的监测 （4） 用专家软件计算，从而对输电线状态进行分析，确定合适的载流量2.1.2 设计的特色1、以AT89C52单片机为控制核心，在很大程度上简化了系统的组成构造，而且单片机成本低可扩展性强，可以很方便的对系统进行扩展应用。2、用数字传感器进行数据采集，使实用性强、连接方便。3、电源部分使用了电源监控电路，可以防止电源电压过高，过低或者掉电情况对系统产生不好的影响。2.1.3 国内外的研究现状国外对动态增容技术首先是由国外的一些研究机构提出的。美国电科院PRD开发的线路动态统(DTcR)是将实时负荷数据与气象资料结合起来，计算线路动态负荷，此系统可允许设备负荷而不会带来危险。与以前所用的保守静态负荷不同，它通过分析某一线路的真正传热限制，不仅能使系统操作员在用电高峰时抓住时机提高线路的输电能力，还可避免出现意外情况时不必要减负荷操作,美国SRP(saltRiverproject)公司目前在2条重要输电线路上使用DTCR技术，使线路负荷短时超出它们的固定容量。 美国EPRI的线路动态热容量监测系(DTCR)包含一个计算模块，内含EPRI开发的各种类型输电设备( 如架空线路、变压器，地下电缆等)的热模型。该模块考虑了实时气象条件、 其它环境参数( 如土壤参数等)，设备温度参数以及电器负载等因素。监测设备包括小型气象观测台、 导体松弛度和温度传感器，数字化数据单元等。D T C R可计算并连续更新线路的动态负荷容量。也允许用户结合监控与数据采集(SCADA )系统，并根据具体情况自定义设备参数和容量限制。 国内的对DTCR的研究也越来越多，分别依据输电线动态热容等级DTCR可用作提高输电线的传输容量的核算依据对DTCR的基本概念及其提高输电线传输容量的原理，在基于气象条件下的DTCR系统利用实时测量的信息，动态确定输电线传输容量极限等方面进行了研究4。上海交通大学对此进行了研究，他们在文献中对DTCR的概念及作用机理，DTCR系统模型，系统构架方案进行了研究和论述，将DTCR系统模型主要分为基于气象因素的输电线电流一温度模型WCTM（weather based current temperature model) 和安全性判据2个方面的内容。上海交通大学的相关研究人员在文献中从灵活潮流调节技术的发展引出了输电线热温问题，介绍了动态热容等级得模型和概念，并给出了DTCR系统实施的几种方式：导线温度探针传感器法，拉力传感器法，弧垂测量传感器法，还有气象参数测量传感器法。并将这些方式在多方面进行了比较，如表2.1所示：表2.1 实施方案比较 方式装置费用安装代价需要停运线路低负荷水平精度高负荷水平精度导线温度高中否低高导线拉力高高是低高弧垂高中否低高环境量低低否高高华东电力实验研究院也对动态增容技术进行了研究，主要论述了现有输电线路动态监测增容技术，并指出数学模型是其中的技术关键。华东电力实验研究院在影响输电线路输送容量的瓶颈点设置监测装置，监测导线温度，环境温度和日照强度。从调度的实时数据系统监测线路和相关输电断面的电流。设计了数学模型，将监测数据转换成增容运行数据，为调度人员进行安全增容运行提供依据，系统主要由现场实时监测装置，数学模型和系统主站组成。气象条件监测装置和导线状态监测装置现场相对复杂一些2。2.2 输电线路导线温度检测及动态增容系统的基本结构输电线路导线温度及动态增容系统可以实现导线温度和坏境数据信息（环境温湿度，风速，风向，日照强度）的采集，可以对所采集的数据处理，存储并向数据中心发送处理后的数据，可以将建立的数学模型嵌入到专家软件，并依据数学模型计算导线载流量，绘制温度和弧垂度曲线图，可以实时显示现场传输过来的监测数据，并具有历史查询功能，还可以通过监测中心主机修改监测分机运行参数。大致有以下三部分组成：(1)传感器采集信号部分 本次实验主要运用DS18B20温度传感器，还有风速，温度，湿度等各类传感器来测量导线的工作环境状况。(2) 主机AT89C52部分AT89C52 ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机片内含8KB的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256B。的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052 产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH由存储单元，功能强大AT89C52单片适用于许多较为复杂控制应用场合。(3)数码管显示部分传感器将采集到得数字经单片机传送给数码管显示。读取方便，成本也较低。2.3 输电线路导线温度检测及动态增容系统的工作原理输电线路导线温度及动态增容系统就是在输电线上安装在线监测装置，对导线状态（对导线温度、张力、弧垂）和气象条件（环境温度、日照、风速）进性监测，在不突破现行技术规程规定的前提下，根据数学模型计算出导线的最大允许载流量，充分利用线路客观存在的隐性容量，提高输电线路的输送容量。动态监测增容技术在不突破现行技术规程规定的前提下，可保证系统稳定和设备安全运行，因此具有很强的实用性。2.4 输电线路导线温度检测及动态增容系统的设计思路这次设计的输电线路导线温度及动态增容系统其核心控制系统即是单片机，它采用微控制器技术来实现系统的基本功能，还可以利用单片机的可扩展优点，增加打印和通讯功能以及实现与其他装置交换系统。另外控制部分采用兼容性比较好的52系列单片机，现代科技产品更新换代很快，以后如果用到该系统，只需要增加或是更换少部分的硬件电路，或是更换一些控制程序即可。这样的控制系统，使得输电线路导线温度及动态增容系统实用性强、计量准确度较高、能集多功能于一体，使得这样的产品更适用于新科技时代的运用。其基本的设计思路框图2.2所示：图2.2 整体设计思路3 提高现有输电线路输送容量的基本算法3.1 影晌导线载流量的因素及各因素对导线载流量影响程度 影响导线载流量的因素在输电线路的实际运行中导线存在着两种热容量方程，一种是导线稳态热容方程，一种是导线暂态热容方程。 1）稳态热容方程导线和外界环境时时刻刻都在发生着热量的交换，当输电导线的温度稳定在一定数值时，系统便达到了稳态平衡，此时得公式（31）： +=+（） （3-1）式中: -导线的对流散热(/) -导线的辐射散热(/) -日照吸热(/) （）-温度时的交流电阻(/）2）暂态热容方程当线路电流或者外界环境发生变化时，在系统达到稳定之前 导线温度是一个动态变化的过程，此时得公式（32） =（）+-/ （3-2） 式中 -单位长度导线的质量，kg/m -导线热熔系数，J/(kg*) 3）辐射散热 =0.138*-(W/ft) =0.138*-/(0.3048*0.0254) =17.82504*-(w/m) 式子中 导线外径（） 辐射系数（光亮线为0.23-0.46，发黑旧线为0.9-0.95） 导线温度（） 环境温度（） 3）日照吸收 =r*D*Si 式中: r-导线吸热系数（光亮新线为0.23-0.46，发黑旧线为0.9-0.95）Si-日照强度(W/)5)空气密度的求取在文献中空气密度由空气film太阳高度角Hc决定，太阳高度角Hc线路位置（即北纬的度数）相关，这在工程实现中显得不够清晰。本论文提出的是依据原始数据利用最小二乘法，对热平衡方法中的空气密度进行了工程化处理。处理后，空气密度与空气film温度，海拔H相关，而且与海拔H互相独立，与太阳高度角相比，海拔H也更易获取2。空气湿度与密度，海拔间关系的历史数据如表3.1：表3.1 空气密度与温度、海拔间关系的历史数据表温度Tflim空气密度(Ib/)空气密度（Kg/m3)海平面5000ft1000ft海平面1524m3048m00.08070.06710.05541.292711.074680.88743850.07930.06600.054510270291.057240.873021100.07790.06480.05351.247681.038010.857002150.07650.06360.05261.225431.018790.842585200.07520.06260.05171.204611.002770.828168250.07400.06160.05081.185390.9867540.813752300.07280.06060.051.166160.970350.800937350.07160.05960.04921.146940.9547160.788912400.07040.05860.04841.127720.9386980.775377450.06930.05770.04761.11010.9242810.762492500.06830.05680.04691.094080.9098640.751279550.06720.05590.04621.074640.8954470.746005600.06610.05500.04541.058840.881030.72725650.06520.05420.04481.044420.8682150.717639700.06430.05350.04421.030.8570020.708028750.06340.05270.04361.015590.8441870.698417800.06270.05220.04311.004370.8361780.690407850.06160.05130.04230.9867540.8217610.677592注：1英尺=0.3048米 1长磅=0.4536千克对流散热与空气密度成正比，在文献中，应用最小二乘法，依据原始数据推导的的公式如式所示。 （3-3）当地太阳时间为上午十点到下午两点时 （3-4）当地太阳时间为中午时： （3-5）式（3-4）和（3-5）中： -太阳高度（度）X-线路位置（北纬的度数）上述计算导线载流量公式考虑比较全面，计算较为复杂，如果将其在一定条件下简化，则可缩短计算过程，适用于当雷诺系数为1003000时，即环境温度为40.风速为0.5m/s，导线温度不超过120时，用于直径4.2100mm导线的载流量计算3。其摩尔根简化公式为（3-6）公式（3-6）中：I为安全载流量,为环境温度。3.2 气象因素对载流量的影响为了分析各因素对导线载流量的影响程度，我们需要计算在不同因素条件下输电导线的载流量。 目前，导线载流量的计算方法比较多，但其基本计算原理都是依据导线的热平衡方程式（31），即架空送电线路的导线通过一定的电流或受到较强的日照时会产生温升。当导线吸收的热量等于导线散发的热量时，导线就达到了热稳定，导线的温度也就达到了相对稳定的状态。 下面我们主要分别气象各因素对导线载流量的影响。 气象因素包括风速、风向、日照强度、环境温度等对输电导线的热平衡方程具有很重要的影响，从而间接影响着输电线路的载流量，因此各国在计算输电线路的载流量时都对气象因素做了规定。我国110500KV架空送电线路设计技术规范中规定：验算导线允许载流量时，钢芯铝绞线和钢芯铝合金绞线的允许温度采用70（大跨越可采用90）；环境气温应采用最高气温月的最高平均气温；风速应采用0.5（大跨越可采用06）；太阳辐射功率密度应采用0.1。我们把这种规定称之为国家规程。 风速对载流量的影响计算条件：除风速外，其他因素采用国家规程中规定的计算条件，风速变化范围05。风速一载流量的关系曲线如图3.2所示。图3.2 风速与载流量关系 从图3.2中，我们可以看出由于风速是导线对流散热量的主要因素，风速对导线载流量的影响很大，风速从0/变化到5/时，导线的载流量增加了800左右，增加了1倍左右。我国规程中规定计算导线载流量时风速采用0.5/，而实际运行中，风速大于0.5/的概率很大，所以通过实时监测导线附近的风速我们可以获得更大的导线载流量。风向对载流量的影响计算条件：除风向外，其他因素采用国家规程中规定的计算条件，风向与导线轴线夹角的变化范围为0-90。风向一载流量的关系曲线如图3.3所示。 图3.3 风向与载流量关系 从图3.3中，可以看出风向对导线载流量的影响虽然没有风速对导线载流量影响大，但其对导线载流量的影响也是显而易见的。随着风向与导线轴线夹角的增加，导线载流量逐渐增加，当风向从0变化到90时，导线的载流量增加了200左右。 日照强度对载流量的影响 计算条件：除日照强度外，其他因素采用国家规程中规定的计算条件，日照强度变化范围01000w/。日照强度一导线载流量的关系曲线如图3.4所示。图3.4 日照强度与导线载流量关系 从图上中，我们可以看出，由于同照强度是影响导线日照吸热的主要因素，所以随着照强度的增加，导线的载流量逐渐减小，日照强度从0/变化到1000/时，导线载流量减少了200左右。我国规程中规定计算导线载流量时，日照强度取1000 /，而在很多实际情况下，日照强度远远小于这个数值，所以通过实时监测日照强度，也可以增加导线的载流量。 环境温度对载流量的影响 计算条件：除环境温度外，其他因素采用国家规程中规定的计算条件，环境温度变化范围40。环境温度一导线载流量的关系曲线如图3.5所示。图3.5 环境温度与导线载流量的关系 图3.5表明随着环境温度的减小，导线载流量减少的很快。环境温度从0减少到40时导线载流量减少了400多安。我国规程中规定，计算导线载流量时环境温度取40，而在线路实际运行中，环境温度很少达40，如果我们能实时监测环境温度，那么我们可以获得较大的导线载流量。 输电导线允许温度对载流量的影响 输电导线的允许温度主要受输电线路长期运行后导线的强度损失、导线的蠕变和连接金具的发热而定。根据研究表明，如果仅从导线强度损失的角度来考虑ACSR钢芯铝绞线的温度可以达到150。但为了避免导线连接处接头因氧化而损坏，我国规程中规定输电导线在长时问连续运行时温度不能超70。如图3.6示。图3.6 导线允许温度与载流量的关系图3.6表明，随着导线允许温度的增加，导线的载流量逐渐增加，导线温度从70增加到80时，导线载流量增加了180安左右。目前各国对导线允许温度的规定不一样，我国为70，而美国、日本为90，德国、意大利为80，英国为50。如果将规程中的允许温度从70提高到80，增加的导电载流量是很可观的2。4 系统硬件设计 按照设计思路和模块选型的分析，本次系统由一片单片机AT89C52、一片7805稳压芯片开关控制电路、LCD显示电路、电源看门狗电路以及A/D转换电路。4.1 单片机的选择本实验选择了AT89C52。下面简单介绍一下AT89C52，AT89C52 是ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机片内含8KB的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052 产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU ）和FLASH由存储单元，功能强大AT89C52单片适用于许多较为复杂控制应用场合6。图4.1 AT89C52最小系统图4.2 传感器. 本次设计用到了多种传感器，其中有DS-18B20数字温度传感器，PHWS/WD风速风向传感器等。4.2.1 温度传感器DS-18B20 DS-18B20具有耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。DS-18B20的性能主要有，独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测温范围 55125，固有测温分辨率0.5。支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定，实现多点测温。工作电源: 35V/DC。在使用中不需要任何外围元件。 DS-18B20的使用范围，适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域。轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制。 DS-18B20独特的一线接口，只需要一条端口通信，简化了分布式温度传感的应用，无需外部元件；可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V 无需备用电源；测量温度范围为-55 C至+125 。华氏相当于是-67 到257华氏度。 在-10 C至+85 范围内精度为0.5 ；本次设计的DS18B20的数字温度计提供9至12位可编程设备温度读数。信息被发送到DS18B20 的1线接口，所以中央微处理器与DS18B20只有一个端口线连接。读写数据以及温度转换数据可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个DS18B20的包含一个独特的序号，所以多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器可以放置在许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内部温读或机器温度，并进行过程监测和控制。DS18B20在出厂时以配置为12位，读取温度时共读取16位，所以把后11位的2进制转化为10进制后在乘以0.0625便为所测的温度，还需要判断正负。前5个数字为符号位，当前5位为1时，读取的温度为负数；当前5位为0时，读取的温度为正数。DS18B20采用一线通信接口。因为一线通信接口，必须在先完成ROM设定，否则记忆和控制功能将无法使用。主要首先提供以下功能命令之一： 读ROM， ROM匹配， 搜索ROM，跳过ROM， 报警检查。这些指令操作作用在没有一个器件的64位光刻ROM序列号，可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件，同时，总线也可以知道总线上挂有有多少，什么样的设备。它的引脚如图4.2所示： 图4.2 DS18B20封装 DS18B20封装如图4.2所示。它的内部结构如图4.3所示： 图4.3 DS18B20内部结构图 图4.3中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。 在protel中，DS18B20如图4.4所示：图4.4 DS18B204.2.2 PHWS/WD风速风向传感器 PHWS/WD风速风向传感器由PHWS风速传感器和PHWD风向传感器两部分组成。风速传感器采用传统三风杯结构，风杯选用碳纤维材料，强度高，启动好；风向传感器采用精密电位器，并选用低惯性轻金属风向标响应风向，动态特性好。杯体内置的信号处理单元可根据用户需求输出相应信号。主要性能指标如表4.1：表4.1 主要性能表项目风速传感器风向传感器测量范围070m/s0360精度（0.30.03V）m/s3(线性度)最大回转半径90mm200mm分 辨 率0.1 m/s1起动风速0.5 m/s0.8 m/s重量0.5kg0.5kg工作环境温度-6050湿度100RH温度-6050湿度100RH输入5V、12V、24V可选5V、12V、24V可选输出a:5V方波、420mA可选b:01000HZ测量方法:频率计数 ;c:RS232/RS485网络通讯a: 0-5VDC;b: 420mA; c: RS232/RS485网络通讯 风速传感器的感应元件是三杯风组件，由三个碳纤维风杯和杯架组成。转换器为多齿转杯和狭缝光耦。当风杯受水平风力作用而旋转时，通过活轴转杯在狭缝光耦中的转动，输出频率的信号。风向传感器的变换器采用精密导电塑料电位器，当风向发生变化，尾翼转动通过轴杆带动电位器轴芯转动，从而在电位器的活动端产生变化的电阻信号输出。对风速传感器的安装我们应注意一下几点： (1)风速和风向传感器应垂直的安装在相距1米以上的横臂上。 (2)传感器壳体下部直径为40，120o均匀分有三个M5的螺纹为安装部位。 (3)风向传感器在安装风标时，应先将风标杆穿过风向传感器头部的风向帽，装上平衡锤在风向帽带标志点一侧。放平传感器并窜动风标杆时平衡锤与风标处于平衡位置。直立后调整风标与地面垂直时，拧紧固定风向杆的风向帽上的制动螺钉即可。 (4)风向传感器上壳有一个定北标志点，安装时应将其对准北方。 (5)风向传感器已调好零，不许随意松动风向帽与主轴间的制动螺钉。 (6)测风传感器应每年给轴承注油一次，注油时应拆下风速架或风向帽，将仪表油从传感器的上轴承处注入。 (7)传感器风速、风向帽上各不动的制动螺钉均用软质密封胶密封，不要随便拆卸，拆卸后再装配时最好重新涂上胶密封。 (8)传感器电线插头按下图接线： 在protel中风速传感器的电器模型如图4.5所示： 图4.5 风速传感器4.2.3 湿度传感器 瑞士Sensirion公司推出了SHTxx单片数字温湿度集成传感器。采用CMOS过程微加工专利技术（CMOSenstechnology），确保产品具有极高的可靠性和出色的长期稳定性。该传感器由1个电容式聚合体测湿元件和1个能隙式测温元件组成，并与1个14位A/D转换器以及1个2-wire数字接口在单芯片中无缝结合，使得该产品具有功耗低、反应快、抗干扰能力强等优点6。 1SHT10的特点SHT10的主要特点如下：相对湿度和温度的测量兼有露点输出；全部校准，数字输出；接口简单（2-wire）,响应速度快；超低功耗，自动休眠；出色的长期稳定性；超小体积（表面贴装）；测湿精度45%RH，测温精度0.5（25）。 2引脚说明及接口电路（1）典型应用电路SHT10典型应用电路如图4.6所示。 图4.6 SHT典型应用电路 （2）电源引脚（VDD、GND） SHT10的供电电压为2.4V5.5V。传感器上电后，要等待11ms，从“休眠”状态恢复。在此期间不发送任何指令。电源引脚（VDD和GND）之间可增加1个100nF的电容器，用于去耦滤波。（3）串行接口SHT10的两线串行接口（bidirectional2-wire）在传感器信号读取和电源功耗方面都做了优化处理，其总线类似I2C总线但并不兼容I2C总线。串行时钟输入（SCK）。SCK引脚是MCU与SHTIO之问通信的同步时钟，由于接口包含了全静态逻辑，因此没有最小时钟频率。串行数据（DATA）。DATA引脚是1个三态门，用于MCU与SHT10之间的数据传输。DATA的状态在串行时钟SCK的下降沿之后发生改变，在SCK的上升沿有效。在数据传输期间，当SCK为高电平时，DATA数据线上必须保持稳定状态。为避免数据发生冲突，MCU应该驱动DATA使其处于低电平状态，而外部接1个上拉电阻将信号拉至高电平。 3命令与时序（1）SHT10命令 SHT10命令如表4.2所列。表4.2 SHT命令表命令代码保留0000x测量温度00011测量湿度00101读状态寄存器00111写状态寄存器00110保留0101x-1110x软恢复，复位借口11110 （2）命令时序 发送一组“传输启动”序列进行数据传输初始化，如图2所示。其时序为：当SCK为高电平时DT翻转保持低电平，紧接着SCK产生1个发脉冲，随后在SCK为高电平时DATA翻转保持高电平。如图4.7所示：图4.7 命令时序 紧接着的命令包括3个地址位（仅支持“000”）和5个命令位。SHT10指示正确接收命令的时序为：在第8个SCK时钟的下降沿之后将DATA拉为低电平（ACK位）,在第9个SCK时钟的下降沿之后释放DATA（此时为高电平）。 （3）测量时序（RH和T）“00000101”为相对湿度（RH）量，“00000101”为温度（）测量。发送一组测量命令后控制器要等待测量结束，这个过程大约需要20/80/320ms对应其8/12/14位的测量。测量时间随内部晶振的速度而变化，最多能够缩短30%。SHT10下拉DATA至低电平而使其进入空闲模式。重新启动SCK时钟读出数据之前，控制器必须等待这个“数据准备好”信号。接下来传输2个字节的测量数据和1个字节的CRC校验。MCU必须通过拉低DATA来确认每个字节。所有的数据都从MSB开始，至LSB有效。例如对于12位数据，第5个SCK时钟时的数值作为MSB位；而对于8位数据，第1个字节（高8位）数据无意义。 确认CRC数据位之后，通信结束。如果不使用CRC-8校验，控制器可以在测量数据LSB位之后，通过保持ACK位为高电平来结束本次通信。测量和通信结束后，SHT10自动进入休眠状态模式。（4）复位时序 如果与SHT10的通信发生中断，可以通过随后的信号序列来复位串口，如图3所示。保持DATA为高电平，触发SCK时钟9次或更多，接着在执行下次命令之前必须发送一组“传输启动”序列。这些序列仅仅复位串口，状态寄存器的内容仍然保留。图4.8 复位时序图 SHT10在本次设计中的protel图为图4.9所示：图4.9 湿度传感器 4.2.4 日照强度传感器 日照时数定义为太阳直接辐照度达到或超过120wm-2时间段的总和，以小时为单位，取一位小数。日照时数也称实照时数。 工作原理： 双金属片日照传感器由置于聚丙烯圆罩下，相互均匀隔开的6对双金属黑化元件构成。当照射在仪器上的直接辐射大于某预设阈值（120Wm-2）时（每个仪器的间隙和阈值设置都在仪器下部规格标示牌上注明），被照射的那对双金属片外部黑色元件受热高于内侧背光处元件，导致正向接触,闭合形成电的回路，接触闭合的瞬间和持续时间被采集器自动记录下来，作为日照时数9。 技术指标： 测量范围：0 - 1280W/ 精度： 10W/ 或5% 分辨率：1.5W/ 温漂：2 W/ 稳定性：年变化小于10W/ 工作温度：-20 +50 工作电压： 12V DC 输出电流： 0.1-10mA 校准和维护： 使用时要注意保持聚丙烯圆罩的清洁。检查仪器底部网屏和间隙中是否有堵塞物以及聚丙烯罩和通风道是否损坏。检查元件的黑色涂层是否褪色或剥落。检查线路是否断开或者连接处是否腐蚀。 XPH1-RZ在本次设计中的protel图为图4.10所示：图4.10 日照强度传感器4.3键盘部分本次使用的是按键来控制四个传感器的输出，共用了四个小型的按键，可以认为是一个小型的键盘。键盘是由一组按键组成的开关矩阵，它是一种廉价的输入设备，也是最常用的单片机输入设备，操作人员可以通过键盘输入数据或命令，实现人机对话。键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专门的硬件译码器实现，并产生键编号或键值的称为编码键盘。靠软件识别的称为非编码键盘。在单片机的应用系统中，大多采用非编码键盘。4.4 显示部分在这个试验中，采用了四位一体LED数码管显示，用于按需要来显示各个传感器的读取值。首先来介绍一下七段数码管，它的引脚如图4.11所示：图4.11 七段数码管引脚图 数码管使用条件： a、段及小数点上加限流电阻 b、使用电压：段：根据发光颜色决定；小数点：根据发光颜色决定 c、使用电流：静态：总电流80mA（每段 10mA）；动态：平均电流4-5mA峰值电流100mA数码管可以分为共阳极与共阴极两种，共阳极就是把所有LED的阳极连接到共同接点com，而每个LED的阴极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点）；共阴极则是把所有LED的阴极连接到共同接点com，而每个LED的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点），如下图所示。图中的8个LED分别与上面那个图中的ADP各段相对应，通过控制各个LED的亮灭来显示数字11。图4.12 数码管的接法在protel中，本次试验用到的数码管如图4.13所示。 图4.13 四位数码管4.5 电源监控和电源指示部分 由于输电线路导线温度及动态增容系统中各种传感器还有单片机大都工作在野外，工作人员不可能随时随地的检测单片机等各种传感器的供电电源是否稳压，过高，过低或者是出于掉电状态。所以我们需要设计一个简单的电路用于检测电源的状况，这就是电源监控和电源指示部分。 单片机系统经常用于各种各样工作现场,在工作现场中存在着各种各样的干扰源,给系统的运行带来很多问题,使系统无法正常运行,甚至产生误操作,造成严重的事故.干扰按其来源通常可分为两种:PFI:电源故障监测输入端. 第一、由电压电源引起的干扰:在应用现场,单片机系统通常由市电供电.市电网络的干扰因素很多,如减幅振荡、瞬时断电及停电等都会经电源窜入瞬变干扰,引起误动作.实践经验表明,在单片机系统因外部干扰而引起的故障中,80%以 上是因电源干扰产生的.因此,对电源电压进行监测并采取相应的措施对系统的正常运行非常必要.第二、由电源以外原因引起的干扰:主要是传输信道的干扰,如杂散电磁场通过感应和辐射进入信道的干扰,由于地阻施以外,使跑飞的程序重新进入正常运行也是很重要的.除了上述干扰源问题,单片机系统还有正常情况下的上电、手动复位等要求.MAX813L就是专门用来实现电源电压检测的芯片,它不仅能对+5V电源电压检测,还可以对其他电源电