基于ZigBee技术的高压开关柜温度测量研究.doc

南京理工大学硕士学位论文基于ZigBee技术的高压开关柜温度测量研究姓名：王奎英申请学位级别：硕士专业：电子与通信工程指导教师：房红兵；马锐201109 工 程 硕 士 学 位 论 文基 于 技 术 高 压 开 关柜温 度 测 量 研究大 多 数 高 压 开 关设 备 采 用封 闭 结构 ， 散 热 条 件较差， 在 设 备 的长期 运 行 过 程 中，开 关柜内 的 触 点、 接 头及 母 线排 连 接 处等 部 位 因 老 化、 接 触 电 阻过 大 或工 差配合不 良而发热 ， 并 长期 处于 高 电 压 ， 大 电 流 和满负 荷 的 条 件下 运 行 ， 其 结果 导致 热 量 集结加剧， 如 果 不 对温 升 采 取 有 效 的 监 测 措 施 ， 将会 危及 电 气 设 备 的 安 全 运 行 。 特 别是 当 电力系 统 发生 短 路 故障 时 ， 强 大 的 电 流 使电 气 设 备 内 部 温 升 加 剧， 电 气 绝缘 遭 到 严 重 破坏 ， 并 使电 气 设 备 寿 命 缩短 ， 甚 至 造成 电 气 设 备 被烧 毁 的严 重 事 故。电 力行 业 经常发生 电 力电 缆 和设 备 因 过 热 而引 起 火 灾， 导致 大 面 积 的 电 缆 烧 损和 无 线单 片 机 作 为 节 点装 置 的硬 件核 心 ， 最终数 据传 给 上位 机 ；监 测 系 统软件主 要 实 现了 实 时 显 示测 点温 度 ， 并 对温 度 数 据做 出 分析 、 报 警 、 保存 ， 并 及 时 提 醒工 作 人 员 对报 警 情 况 做 出 处理 ， 避免 事 故的 发生 。 本设 计采 用无 线数 据传 输 ， 集精 确测 温 、 总 线、 温 度 越 限 报 警 于 一体 ， 能 准 确 、 及 时 的 在 线监 测 高 压 开 关柜接头的 温度 ， 保证 了 电 力系 统的安 全 运 行 。高 压 开 关柜温 度 测 量 工 程 硕 士 学位 论文基 于 技 术 高压 开 关柜温 度 测 量 研究猻 ， 簆 工 程 硕 士 学 位 论 文基 于 技 术 高压 开 关柜温 度 测 量 研究国内 外 高压 开 关柜温 度 检测 的 研究 现 状 及 分析 电力 系 统 中 对 电力 设 备 的 检修 正 在 由 故 障检修 、 预防 性 检修 向状 态检修 过 渡 ， 作为 输 配 电系 统 中 广 泛运用的 高压 开 关柜， 对 其 实施 状 态检修 是 非 常必 要 的 。目 前对 高压 开 关柜的 监测 大 都 基 于 人 工 巡 检， 用手持式 红外 测 温 仪 检测 开 关柜内 的 温 度 数 据；由 于 开 关柜的 结 构 相 对 复 杂， 元 件 遮 挡 的 影 响使 得 红外 测 温 仪 无 法 获得 准确 温 度 采 集数 据， 且巡 检时 间间隔 较 长。 目 前国内 外 有 多 家公 司 正 在 从事与 高压 开 关柜热 点温 度监测 的 开 发， 但 此 项 监测 技 术 及 系 统 还 不 很完善 ， 研发主要 集中 在 数 据采 集、 传 输 等方 面 ， 影 响工 程 实用化 的 因 素 主要 集中 在 承担 数 据采 集及 传 输 任 务 的 传 感 终端的 性 能和传 感 终端与 监测 处 理 器 之 间的 数 据信 方 式 。现 在 的 开 关柜测 温 方 式 主要 有 接 触式 测温和非 接 触式 测 温两 大 类阳】 。非 接 触式 红外 测 温 也叫 辐 射 测 温 ， 非 接 触式 测 温 是 通 过 热 辐 射 原 理 来测 量 温 度 工 程 硕 士 学 位 论 文基 于 技 术 高压 开 关柜温 度 测 量 研究易 安 全 程 度测 温 精 度可 靠性综 合上 述 电 力 系 统 开 关 柜温 度 测 量 方 式 的 比 较发 现 ， 无线 测 温 利 用其 固 有的 绝缘性 和抗 电 磁 场 干 扰 性 能， 仪 表 不 破 坏被测 介质的 温 度 场 ， 敏 感 元 件不必 和被测 介质达到 平衡， 仪 表 滞 后 小， 理 论 上 仪 表 测 温 上 限 不 受限 制， 敏 感 元 件不必 与 被测 介质达到同 样 温 度 值 ， 因 此 测 温 部 件不被高 温 破 坏， 输出 信 号大 ， 灵 敏 度 高 ， 准 确度 高 ， 从 根本 上 解决 了高 压开 关 柜内 触 点运 行 温 度 不易 监 测 的 难 题 。全 文 组 织结 构 如下 ：第 一 章绪论 部 分 ， 描述 高 压开 关 柜温 度 监 测 的 国 内 外研 究 现 状， 对 现 有开 关 柜温 ， 设计 上 位 机 程 序 ， 实 现 人 机 友 好 界 面 的 设计 ， 温 度 超 温 报 基 于 技术 高 压开 关 柜温 度 测 量 研 究工 程 硕 士 学 位 论 文 系 统 整 体 方案 设 计讨 论 该系 统 的总 体 设 计 原 则和 功能 ， 简 单 介绍现代 主流 的几 种 近 距无线 通 信标 工 程 硕 士 学 位 论 文协调 墨图 系 统 总 体 结构 框 图 通 信模 块 以及电源等模 块 组 成 ， 网 络 示意图 如 图 所示。 系 统 整 体 方案 设 计工 程 硕 士 学位 论文罐 。砰 网络 监 控 不 意图 红 外 技 术 是 一 种 利 用 红 外 线进行 点对 点通 信的 技 术 ， 是 第一 个 实现 无 线个 人 局 域 工 程 硕 士 学 位 论 文基 于 技 术 高 压开关 柜 温度测 量 研究 接 入 ， 也 是 目前 的 主 要 技 术 标 准 ；随 绮 母 哺 欠 段 纱 不 强 。 目前 主 要 应 用 于 图 像 处理 设 备 、 身份识别 、 家 用 电 器、 消 费 娱 乐 、 医 疗 健 身和玩 具 等 领 域 。 系 统 整 体 方案 设 计 功 率 低 、 功 耗 小 、 安 全 性 好 ；动 设 备 、 消 费 类 电 子 产 品 、 和 智 能 控 件工 具 间 进 行 近 距 离 无线通信。表 几种短距 离 无线通信的 比 较 工 程 硕 士 学 位 论 文技术 标 准，是一种 短距 离 、低功 率 、低资费 、低传 输 琖 技术 ，它是种 介于 无线标传 输 距 离 将可 以更 远。采 用用芩 惴 荽淇煽 浚 琙 拿 教 褰尤肟 刂 撇 采 用 系 统 整 体 方案 设 计 介 质访 问 控制 协议 栈物 理层 ： 遵 循 协议 ， 是 协议 的最底 层 。 定 义 了 无 线 网 络 的通信 频 工 程 硕 士 学 位 论 文基 于 技 术 高压 开 关柜温 度 测 量 研究， 罢弑协议 数据， 。 根据设 备 所 具 有的 不 同 网 络功 能 ， 网 络强大 ， 负责发 起 建 立新 的 网 络、 设 定 网 络参数、 管 理 网 络中 的 节 点 以 及 存储 网 络中 的 系 统 整 体 方案 设 计星 形网 络拓扑 以 网 络协调 器 为 中 心 ， 所 有设 备 只 能 与 网 络协调 器 进行通 信 ， 网 络 工 程 硕 士 学 位 论 文基 于 技 术 高压 开 关柜温 度 测 量 研究 系 统 整 体 方案 设 计从 上面 的 介绍 可 知三种 网 络拓 扑 其各 自 的 特点， 对 于星 型 网 络拓 扑 结 构 ， 最 大优 工 程 硕 士 学 位 论 文基于 技 术 高压 开关 柜温 度 测量 研究 图 终 端 节 点设 计 框 图 慵 闶 酱娲 鞑 一高 温 度触 发器 和 睡 线接口 期 的计 数 来实 现温 度的测量 ，测温 原 理框 图 如 图 所示 。 跳 过 读 取 编码值 操 作 ；识别 总 线上 各个 器 件 ，为 操 作 各个 器 件 做 好 准 备 ；搜索各器 件 是 否超 限。将数 据写 入存储器 的第 偷字 节中；从 寄 存器 读 取 温 度数 据；从 内 容写 入存储器 中第 偷 字 节： 工 程 硕 士 学 位 论 文图 寄 生电 源供 电 方 式的 电 路 图种设计 方 案：单 线多传 感 器 方 案与 单 线单 传 感 器 方 案。 工 程 硕 士 学 位 论 文基 于 技 术 高压 开 关柜温度测 量研究每次 操 作 都需 要 附 加 两 次 对位 序 列 号 的 匹 配 过程 ；多个 器 件 串接 ， 完 成 全 部的 查询 就需 要与 器 件 个 数成 倍增长 的 耗 时 ；总 线驱 动 能力 将 会 下降。采 用 单 线单 传 感 器 进 行 一 次 温度数 据 的 采 集和 读 取步骤 如 下： 回 数据 状 态也就 是 该 端 口 所对应 的器 件 的输 出 状 态， 所以 系 统 里 面不需要 进行 每 个器电 源 供应 部 分是 系 统 的核 心部 分之 一， 根 据 本 系 统 的设 计 特 点 ， 协调器 节点 和 路流 波 动 较 大 时， 电 源 提 供的能 量会 很不稳 定 ， 甚 至会 有 断电 的危 险 。 工 程 硕 士 学 位 论 文基 于 技 术 高压 开 关柜温 度 测 量 研究至高 压 侧 ， 再 由 光 电转 换器件 将 光 能 转 换为 电能 ， 经过 降压 后输 出 稳 定的直 流 电源 。该 方法 的优 点 是电源 能 量 供 给 稳 定， 电源 纹波小， 不 易受到 外 界杂 散 光 源 和 电路负 载变化 的影 响；缺 点 是国 内 的光 电技 术 还不 成 熟 ， 购买 国 外光 电器件 的造 价 又 比 较 高；另外 ， 一 般 激 光 器功 率 偏低 ， 激 光 二 极 管 易退 化 ， 寿 命 有 限 ， 此 类 电源 也 不 适 合 在野外使 用 。 符 号可 设 定输 出 电压 的反 馈 端 ， 外接电阻分 压 器。 固定电压 输出 的器件 ， 此 端 可 直 接接系 列 主 要 电特 性参数 ：输 入 低 电平、 输 入 高电平。9 毓 芸 9仄德 。 工 程 硕 士 学 位 论 文基 于 技 术 高压 开 关柜温 度 测 量 研究态 电流 典 型值 还 乇 兆 刺焙牡 缧 芯 片 选 择一是 唬 琍 谥 挥 位 。 通 过 设何狪 峁 工 作 电 压 。脚 猄耗 獾 缏 妨 的 电 压 。 工 程 硕 士 学位 论文脚 猄： 为 疨 换 坏 缏 诽 峁 电 压 。脚 猂何= 邮 蘸头 浠 炱 灯 魈 峁 电 压 。脚 狝篈和娜 銎 缏 诽 峁 电 压 。脚 ： 复 位 引 脚 ，低电 平 有效 。 工 程 硕 士 学位 论文基 于 技 术 高压 开 关柜温 度 测 量 研究掉 电 检 测 电 路 以 及 个 可编程 疧引 脚 。拥有低功 耗 和高 性 能的 微控 制 器 核 。 玎 主电 路 设 计 工 程 硕 士 学 位 论 文基 于 技 术 高压 开 关柜温 度测量 研究 测温 节 点 电 路 图 成 本低 ；性 能 较好 ；高频 情况下尺 寸 小 基 于 技 术 高压 开 关柜温 度 测 量 研究比 较 三种 天 线 的优缺 点 ， 再 结 合实际应 用 需 求 ， 最 终选定使 用 煜 摺线 是单端 天 线 ， 也就 是非 平衡天 线 ， 需 要 缏 罚颐 峭 慰 糃 的微本 章 主 要 完成 无线 网 络 节 点 的硬 件 设计， 包括 测 温 模 块 的设计， 主 要 是 温 度在 线 监测程 序 设计向 协 调器 转 发 ， 从 而 延 长 了 发 射 距 离， 降 低对 涔 始 岸 訰 电 源容 量 的 要求 。程 序 部分 包 括 无 线 通 讯 部分 程 序 设计 和 上 位 机 程 序 设计 。 无 线 通 讯 部分 程 序 设计是 设计 的 重点内 容 ， 无 线 通 讯 协 议 采用 基 于 的 虬 开放 源码协 议栈 ，上 位 机 程 序 是采用 编 写，该 程 序 将从 串口接 收来的 温 度数 据实时 在 线显示， 并 可 以将采集 数 据 存 盘 以备历史查 询 。图 协 调器 节点流程 图 ； 工 程 硕 士 学位 论文基 于 技 术 高压 开 关柜温 度 测 量 研究榭 发送 宪图 路由 节点 流程 图 温 度在 线 监测程 序 设计部 分 程 序 如 下 猧 猟 ： ： ： 工 程 硕 士 学 位 论 文基 于 技 术 高压 开 关柜温 度测量 研究数 据 发送时 ， 用 户 通 过 对 其 传入参 数 的 定 义 ， 控 制发送数 据 及 其 规 模 ， 接 收 端地 址等。 清 单如 下 ： ， 莘 偷 牡 刂 返哪 健 蔽 时 ， 以 位 网 络地 址发送数可 以时 位 的 物 理 地 址； ， 的 总线上。 调 用 读 取温 度值 函 数 后， 鯠 器 件 的 测温 数 据 将保 存在 数 组 琂 ： ： ： ： 工 程 硕 士 学 位 论 文果 保 存 在供 的 串 口通 信控 件 ： 选 择串 口；海 篛 温 度在 线 监测程 序 设计 ： 读 缓冲区数 据 显示界 面也 是用 用户输 入 密 码 登 录后显示软 件 运行的监控 主 界 面，如 图 所 示，主 要 功能包 工 程 硕 士 学 位 论 文基 于 技 术 高压 开 关 柜 温 度测量研究图 土 监控 界 面 开 始 日期 诘鉊 机 程 序 ， 实现人 机 友 好 界 面 的 设计 ， 温 度超 温 报警 ， 运行工 况 的 记录以 及 历 史记录的 回放 功能 。程 序 部分包 括 无 线 通讯 部分程 序 设计 和 上 位 机 程 序 设计 ， 无 线 通讯 部分程 序 设计 是设计 的 重点内容 ， 无 线 通讯 协 议采用 基 于 的 虬 开 放 源码 协 议栈 ， 上 位 机 程 序 是采用 编写 ， 该 程 序 将 从 串口 接收来的 温 度数 据实时在 线 显 示 ， 并可以 将 采集 数 据存 盘 以 备历 史查 询 。 基 于 技 术 高压 开 关柜温 度 测 量 研究 系 统 测 试 实 验传 输 效 率 是指 数据 包 的发送 成 功 率 ，即 成 功 发送 到 数据 库 的数据 包 与 终 端 节点 系 统 整 体 测 试 实 验电 压 使其 上 所 附铜 线 排 的温 度 随之 变 化 ，尽可