【正文】 27 第五章 礦用電力設(shè)備溫度監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試 軟件的正常運(yùn)行是建立在硬件的基礎(chǔ)之上的，它是理論電路圖能否實(shí)現(xiàn)功能的關(guān)鍵，也是后期能否順利調(diào)試的關(guān)鍵，也是后期能否順利調(diào)試的關(guān)鍵，所以，硬件的調(diào)試是設(shè)計(jì)中的一個(gè)不可忽視的環(huán)節(jié)。建立無線傳感器網(wǎng) 25 絡(luò)后，通過 DS18B20 溫度傳感器采集到的溫度傳給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過 RS232 串口顯示在 PC 機(jī)界面上， 如圖 46所示 。 控制層節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì) Y N 24 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)主要把握的是對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)匯總與處理，通過發(fā)送不同的命令來獲得不同的數(shù)據(jù)，以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，本課題研究的是電力設(shè)備在 線溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測，由于采用的是 ZigBee 無線傳感器節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)需要實(shí)行低功耗運(yùn)行模式，所以本文還對每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，鑒于此，本文軟件部分的命令有兩種 —— 命令數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)包，命令數(shù)據(jù)包通常用來發(fā)送命令，以達(dá)到不同的命令獲取不同的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包用來發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)等。 23 數(shù) 據(jù) 采 集 中 斷 程 序復(fù) 位 D S 1 8 B 2 0發(fā) 出 跳 出 R O M 命 令發(fā) 溫 度 轉(zhuǎn) 換 命 令轉(zhuǎn) 換 完 畢復(fù) 位 D S 1 8 B 2 0發(fā) 匹 配 R O M 指 令發(fā) 一 個(gè) 地 址 序 號讀 R A M 中 溫 度N 個(gè) D S 1 8 B 2 0 是 否 讀 取 完 畢發(fā) 送 中 斷 程序發(fā) 送 完 畢返 回 中 斷NYNY 圖 43 DS18B20 溫度傳感器溫度采集流程圖 DS18B20分別包括主文件和頭文件，主文件里主要包含了一些函數(shù)的原型，包括初始化函數(shù)，讀 /寫函數(shù)，溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)等，頭文件主要包含了一些函數(shù)的接口和全局變量等。 22 開 始加 入 網(wǎng) 絡(luò)入 網(wǎng) 成 功收 據(jù) 請 求接 受 命 令發(fā) 送 數(shù) 據(jù)接 收 確 認(rèn)NoYes 圖 42 現(xiàn)場終端發(fā)送模塊軟件設(shè)計(jì) 溫度采集模塊軟件設(shè)計(jì) 程序啟動，初始化幾個(gè)全局變量后就直接進(jìn)行循環(huán)溫度數(shù)據(jù)采集。 21 第四章 礦用 電力設(shè)備溫度監(jiān)測 系統(tǒng)軟件的 設(shè)計(jì) 電力設(shè)備溫度監(jiān)測 系統(tǒng)總軟件架構(gòu)設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)管理、任務(wù)管理幾部分，這幾部分都是由 ZigBee 操作系統(tǒng)統(tǒng)一管理分配，數(shù)據(jù)處理功能主要是對數(shù)據(jù)包進(jìn)行接收、發(fā)送和串口通信，系統(tǒng)管理主要是對節(jié)點(diǎn)的功耗進(jìn)行管理、中斷優(yōu)先級管理以及網(wǎng)絡(luò)的形成、信道分配、地址管理、路由管理、綁定管理等等功能，任務(wù)管理主要是管理用戶應(yīng)用層的各種不同的事件等。 低電壓低功耗是其又一顯著特 點(diǎn)。 模塊實(shí)物圖如圖 312 所示。同時(shí)它的無線設(shè)備還包括數(shù) 據(jù)包過濾模塊和地址識別模塊。 ，時(shí)鐘，電源等模塊。 17 圖 39 DS18B20 報(bào)警措施，我們使用的是蜂鳴器報(bào)警，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的 IO 口的的電流過小不能使蜂鳴器運(yùn)行發(fā)聲，所以通過三極管放大驅(qū)動電流，使蜂鳴器工作發(fā)出聲音。 不易損壞 ， 不占空間 ，使用 簡易 ， 有多種封裝形式 ， 可 用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 16 圖 38 串口模塊 注意，因?yàn)?RS232電平較高，接通后產(chǎn)生的瞬時(shí)電涌很高，極有可能擊毀 MAX232，所以使用過程中應(yīng)避免熱插拔。 15 圖 36 電源電路原理圖 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)主要包括無線模塊，電源模塊， MAX232 串口模塊，指示燈模塊，復(fù)位模塊，與終端節(jié)點(diǎn)的不同是協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)增加了一個(gè)串口模塊，少了一個(gè)溫度傳感器。為了得到穩(wěn)定的壓，使用 7805以及 ams1117穩(wěn)壓器。 12 圖 32 終端節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖 經(jīng)過對 CC2530的了解和對 DS18B20的研究之后，在自己對開發(fā)的硬件的理解基礎(chǔ)之上，開發(fā)出監(jiān)測終端硬件原理圖如下圖 33和 34 所示 ?；?CC2530 無線數(shù)據(jù)傳輸模塊電路包含了 CC2530 主芯片、電源轉(zhuǎn)變模塊電路、濾波模塊電路、外接模塊電路、天線模塊電路、仿真跳線模塊電路、晶振模塊電路、 LED模塊電路、復(fù)位電路、 PC 串口模塊電路以及 P P2 接口。 本章小結(jié) 本章主要描述了礦用電力設(shè)備內(nèi)部接線處溫度監(jiān)測，使用并詳解了基于 ZIGBEE無線網(wǎng)絡(luò)的基本通信概括。RS 的含義是“推薦標(biāo)準(zhǔn)”， 232是標(biāo)識號， C代表修改次數(shù)。 在我們所接觸的環(huán)境里。 管理層設(shè)計(jì)如圖 24所示 。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是一個(gè)普通的傳感器節(jié)點(diǎn)模塊和 USB轉(zhuǎn)串口的擴(kuò)展板構(gòu)成，當(dāng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)收集到傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息后，通過 UART口將信息輸送出來，然后通過電平轉(zhuǎn)換，最后將數(shù)據(jù)傳送給 PC機(jī)進(jìn)行處理監(jiān)控。本文對于傳感器節(jié)點(diǎn) 設(shè)計(jì)，使用的是基于 ZIGBEE技術(shù)的 CC2530芯片，可以將采集的間隔調(diào)大，這么做不僅可以滿足數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性，還可以降低溫度采集時(shí)所耗費(fèi)的電量。 6 P C 機(jī) C C 2 5 3 0 微 控 制 器編 程 與 調(diào)試 接 口電 源 管 理 （ 由P C 提 供 ）復(fù) 位 電 路無 線 通 信 模 塊 C C 2 5 3 0 發(fā) 射 模 塊C C 2 5 3 0 微 控 制 器溫 度 傳感 器電 源 管 理 復(fù) 位 電 路無 線 通 信模 塊編 程 與 調(diào) 試 接 口 C C 2 5 3 0 發(fā) 射 模 塊C C 2 5 3 0 微 控 制 器溫 度 傳感 器電 源 管 理 復(fù) 位 電 路無 線 通 信模 塊編 程 與 調(diào) 試 接 口 無 線 傳 輸C C 2 5 3 0 接 收 模 塊C C 2 5 3 0 發(fā) 射 模 塊監(jiān) 控 中 心圖 21 系統(tǒng)總體架構(gòu) 7 網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)是 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的控制中心，負(fù)責(zé) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)的形成，網(wǎng)絡(luò) ID 的選擇與防沖突，信道的選擇等功能，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)還可以通過發(fā)送指令對網(wǎng)絡(luò)中所有傳感器數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。 （ 1） 溫度傳感器的測溫范圍在 0到 80攝氏度之間； （ 2） 上位機(jī)監(jiān)測礦用電力設(shè)備溫度信息，當(dāng)溫度過高時(shí)，會進(jìn)行報(bào)警措施； （ 3） 對礦用電力設(shè)備的溫度，每一秒采集一次； （ 4） 上位機(jī)信息需與電力設(shè)備實(shí)際信息準(zhǔn)確對應(yīng)； （ 5） 將采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，時(shí)間等保存在相應(yīng)的 Excel表格中； （ 6） 液晶屏需每秒刷新一次，并且顯示無誤。對礦用電力設(shè)備溫度的監(jiān)測基于使用 DS18B20溫度傳感器測得的電力設(shè)備內(nèi)部導(dǎo)線連接處的溫度數(shù)據(jù)來判斷電力設(shè)備的運(yùn)行狀況，使用監(jiān)測中心測量出電力設(shè)備溫度能承受的最大傳輸電流 ，因此實(shí)際使用中電力設(shè)備載荷與溫度的聯(lián)系同樣是電力設(shè)備溫度在線監(jiān)測所需要了解的重要因素。 根據(jù)實(shí)際情況，礦用電力設(shè)備一般存在于環(huán)境相對惡劣的礦井下，考慮到實(shí)際的要求，我們所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能如下： （ 1） 對各個(gè)電力設(shè)備進(jìn)行溫度采集； （ 2） 對各個(gè)電力設(shè)備終端具有液晶溫度顯示； （ 3） 各路由器有聯(lián)網(wǎng)指示燈，協(xié)調(diào)器有組網(wǎng)成功指示燈； （ 4） 將溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行無線傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器； （ 5） 使協(xié)調(diào)器對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 ； （ 6） 協(xié)調(diào)器將處理過后的溫度數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)，使礦用電力設(shè)備溫度在線監(jiān)測； （ 7） 將所收集到的各個(gè)電力設(shè)備溫度的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存，以便查找。 ZigBee 科技領(lǐng)域的無線網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)存在無線傳 輸功，使用 ZIGBEE無線網(wǎng)絡(luò)，對采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行透明的無線傳輸，并且基于其特性，也解決了所測設(shè)備的定位問題。在數(shù)據(jù)傳輸上，我們準(zhǔn)備采用無線傳輸技術(shù)，使用無線傳輸，在基于 ZIGBEE技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以準(zhǔn)確的定位到電力設(shè)備所處的地理位置，可以更好的讓監(jiān)控人員了解到問題設(shè)備的所在，大大增強(qiáng)了排除隱患的可 能。根據(jù)課題的需求，和成本及復(fù)雜程度。所謂光纖傳感器，就是把信息轉(zhuǎn)化為光信號，通過光纖進(jìn)行傳輸。這項(xiàng)技術(shù)適用于礦用電力設(shè)備溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)。 本論文的宗旨就是通過“一線總線”數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 收集電力設(shè)備的溫度，使用在 ZigBee 科技基礎(chǔ)上的無線網(wǎng)絡(luò)將 DS18B20 獲取的熱能數(shù)據(jù)輸送到檢測樞紐進(jìn)行即時(shí)監(jiān)控解析，當(dāng)電力設(shè)備溫度超過規(guī)劃的溫度最高值，就會觸發(fā)警使工作人員得知，從而預(yù)示某個(gè)固定地點(diǎn)及有可能發(fā)生安全隱患，安全工人才能到現(xiàn)場進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)。 一般情況下，電力設(shè)備距離監(jiān)控地點(diǎn)，有著很遠(yuǎn)的距離。僅僅是 20xx年，因電纜的質(zhì)量問題所導(dǎo)致的問題就頻頻發(fā)生， 11 月 2 日，湖南的立勝煤礦由于電力設(shè)備自身相連處發(fā)熱導(dǎo)致嚴(yán)重大火，共計(jì) 25 人因此喪生； 2 月中旬，陜西韓城某煤礦的電力設(shè)備安全事故，是因?yàn)殡娏υO(shè)備內(nèi)部導(dǎo)線短路引發(fā)火 災(zāi)，導(dǎo)致 28 名工人喪失； 8月 16 日，相同的事情也是由于電力設(shè)備事故，山東招遠(yuǎn)金礦，造成了 16 人喪失； 不僅在煤礦區(qū)，8 月 10 日，沈陽市萬達(dá)廣場的售樓中心，引發(fā)大火的因素是由于模型電力設(shè)備起火，造成 18人傷亡 。如果擁有電力設(shè)備溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，就可以實(shí)時(shí)對用電設(shè)備的溫度進(jìn)行檢測，通過溫度的指標(biāo)，監(jiān)控人員可以清晰明了的了解到設(shè)備的使用情況，可以更及時(shí)更準(zhǔn)確的解決存在的問題，有效地防止安全隱患，避免不該有的損失。 關(guān)鍵詞 ： 礦用電力設(shè)備，溫度監(jiān)測， ZIGBEE， DS18B2 Subject:Mine electrical equipment temperature online monitoring system design (hardware) Specialty: Automation Undergraduate:Bai Yang (Signature) Instructor: Guo Xiucai (Signature) ABSTRACT Modern electric field is high voltage, large capacity, the rapid development of large units, to the requirement of power system stability reliability of all equipments more and more high. When electric power equipment has a defect or failure occurs, the defective parts or