本文關鍵詞：基于ZigBee的中壓開關柜觸頭測溫系統(tǒng)研究

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【摘要】：中壓開關柜作為電力系統(tǒng)中一種重要的電氣控制與保護設備,承擔著關合及開斷電力系統(tǒng)、保護系統(tǒng)安全的雙重功效,其安全可靠的運行關乎著電網(wǎng)運行的安全性與可靠性�，F(xiàn)階段,隨著電力系統(tǒng)用電負荷的迅速增加,開關設備出現(xiàn)故障的情況時有發(fā)生。對于中壓開關柜而言,其長期運行在高電壓、強磁場、大電流的環(huán)境中,開關觸頭因長時間運行引起的松動、老化使觸頭間接觸電阻變大,致使觸頭溫升而導致的事故時有發(fā)生,這對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行構成了極大的威脅。因開關柜多采用封閉式結構,加之柜體內情況復雜,所以對觸頭溫升的監(jiān)測一直未能得到很好的解決。為解決中壓開關柜觸頭溫升不易監(jiān)測的難題,論文在綜合比較了國內外現(xiàn)存的幾種開關柜觸頭測溫方式的基礎上,分析了現(xiàn)有觸頭測溫技術所存在的缺陷,設計了一種以ZigBee無線傳感網(wǎng)絡技術為基礎的中壓開關柜觸頭溫度在線監(jiān)測系統(tǒng),并解決了高壓側溫度采集器取電的難題。整個系統(tǒng)在硬件方面,分別完成了ZigBee核心板、溫度采集器以及協(xié)調器的設計。其中ZigBee核心板是以片上系統(tǒng)芯片CC2530為主控芯片進行的設計,重點介紹了核心板的外圍電路和天線設計；溫度采集器的設計主要包括DS1 8B20接口電路、USB轉串口電路以及高壓自具電源電路的設計；協(xié)調器的設計主要包括JTAG調試接口電路、RS485接口電路、協(xié)調器電源轉換電路、液晶顯示電路以及蜂鳴報警等外圍接口電路。除此之外,還針對硬件的設計給出了具體的抗電磁干擾措施。軟件設計是在IAR Embedded Workbench集成開發(fā)環(huán)境下,以TI開發(fā)的Z-Stack協(xié)議棧為基礎,通過移植添加相應的程序代碼,完成了系統(tǒng)各個節(jié)點的軟件編寫。此外,還深入討論了Z-Stack協(xié)議棧的運行機理和系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構的實現(xiàn)過程,并重點對ZigBee網(wǎng)絡的建立和節(jié)點加入過程進行了解析。最后運用LabVIEW實現(xiàn)了上位機軟件的開發(fā)。論文最后對所設計系統(tǒng)進行了實驗測試,包括高壓自具電源取電測試、系統(tǒng)節(jié)點間通信距離測試、組網(wǎng)測試和上位機與溫度監(jiān)測裝置的整體運行測試,并在測試過程中利用Packet Sniffer工具對組網(wǎng)過程進行了數(shù)據(jù)抓包和分析論證。實驗結果表明,所設計的系統(tǒng)能夠穩(wěn)定有效的實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的的采集、傳輸和處理,誤差范圍在±1℃以內,達到了預期的結果,具有一定的實際應用價值。
【關鍵詞】：ZigBee 觸頭測溫 DS18B20 CC2530 自具電源 LabVIEW
【學位授予單位】：西安工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM591;TH811
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 課題背景及意義9-10
• 1.2 國內外開關柜觸頭測溫主要方法10-13
• 1.3 論文主要內容與組織結構13-15
• 2 ZigBee技術的選擇與介紹15-25
• 2.1 幾種短距離無線通信技術比較15-16
• 2.2 ZigBee技術的特點16-17
• 2.3 ZigBee網(wǎng)絡設備類型及拓撲結構17-18
• 2.3.1 ZigBee網(wǎng)絡設備類型17
• 2.3.2 ZigBee網(wǎng)絡拓撲結構17-18
• 2.4 ZigBee技術協(xié)議規(guī)范18-25
• 2.4.1 ZigBee協(xié)議結構體系18-19
• 2.4.2 ZigBee服務原語19-20
• 2.4.3 ZigBee協(xié)議層解析20-25
• 3 系統(tǒng)硬件設計25-43
• 3.1 系統(tǒng)總體設計25-26
• 3.2 ZigBee主控芯片選型及介紹26-28
• 3.2.1 主控芯片選型26
• 3.2.2 CC2530芯片介紹26-28
• 3.3 ZigBee核心板設計28-31
• 3.3.1 CC2530外圍電路設計28-29
• 3.3.2 天線設計29-31
• 3.4 溫度采集器設計31-37
• 3.4.1 USB轉串口電路設計31-32
• 3.4.2 溫度采集模塊設計32-34
• 3.4.3 溫度采集器電源設計34-37
• 3.5 協(xié)調器設計37-40
• 3.5.1 JTAG調試接口電路設計37-38
• 3.5.2 協(xié)調器電源轉換電路設計38-39
• 3.5.3 RS485接口電路設計39
• 3.5.4 LCD液晶顯示電路設計39-40
• 3.5.5 蜂鳴報警與復位電路設計40
• 3.6 監(jiān)測系統(tǒng)電磁兼容40-43
• 3.6.1 開關柜內部電磁干擾源41
• 3.6.2 抗干擾措施41-43
• 4 系統(tǒng)軟件設計43-61
• 4.1 軟件開發(fā)環(huán)境43-44
• 4.2 Z-Stack協(xié)議棧44-47
• 4.2.1 Z-Stack工作原理分析45-47
• 4.2.2 Z-Stack協(xié)議棧應用開發(fā)47
• 4.3 網(wǎng)絡拓撲結構的實現(xiàn)47-50
• 4.3.1 協(xié)調器新建網(wǎng)絡47-49
• 4.3.2 子節(jié)點設備加入網(wǎng)絡49-50
• 4.4 溫度采集器軟件設計50-54
• 4.4.1 DS18B20溫度采集過程51-52
• 4.4.2 采集器數(shù)據(jù)發(fā)送52-53
• 4.4.3 溫度采集器低功耗設計53-54
• 4.5 協(xié)調器軟件設計54-58
• 4.5.1 設備網(wǎng)絡地址分配55-57
• 4.5.2 協(xié)調器數(shù)據(jù)接收57
• 4.5.3 串口數(shù)據(jù)發(fā)送57-58
• 4.6 上位機軟件設計58-61
• 5 系統(tǒng)實驗測試61-71
• 5.1 高壓自具電源實驗61-63
• 5.2 無線溫度傳感網(wǎng)絡組網(wǎng)測試63-65
• 5.3 組網(wǎng)過程解析65-66
• 5.4 節(jié)點間通信距離測試66-67
• 5.5 系統(tǒng)整體運行67-71
• 6 總結與展望71-73
• 6.1 總結71
• 6.2 展望71-73
• 參考文獻73-77
• 附錄77-81
• 作者攻讀學位期間發(fā)表論文清單81-83
• 致謝83

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本文編號：530148