【正文】 in＝＋ ～＋ 15V， Vout＝（典型值），為了配 8P 插座，還專門設(shè)置了 5 個空腳。 基于無線通信的輸電桿塔振動識別單元設(shè)計 7 Vin1GND2+Vo70V10V09IA0512S2WU14 圖 IAS2W 引腳圖 AS1117 低壓差線性穩(wěn)壓器，能提供多種固定電壓版本，輸出電壓有 ， ， ， 5V。 5V，直流 5V 轉(zhuǎn) ，直流5V 轉(zhuǎn) 。 ZigBee 模塊以其工業(yè)級應(yīng)用設(shè)計、穩(wěn)定可靠、標(biāo)準(zhǔn)易用、功能強(qiáng)大等突出特點，在通信市場發(fā)展迅猛， 已廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的 M2M 行業(yè)，如智能電網(wǎng)、智能交通、移動 POS 終端、工業(yè)自動化、供應(yīng)鏈自動化、智能建筑、公共安全、環(huán)境保護(hù)、遙感勘測、農(nóng)業(yè)、煤礦、石化等領(lǐng)域。UART0 有兩個中斷源，一個發(fā)送中斷標(biāo)志和一個接收中斷標(biāo)志。下面列出了一些主要特性： ? 高速、流水線結(jié)構(gòu)的 8051 兼容的 CIP51 內(nèi)核（可達(dá) 25MIPS）； ? 兩個 16 位、 1Msps 的 ADC，帶 DMA 控制器； ? 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口（片內(nèi)）； ? 兩個 12 位 DAC，具有可編程數(shù)據(jù)更新方式； ? 64KB 可在系統(tǒng)編程的 FLASH 存儲器； ? 4352（ 4K+256）字節(jié)的片內(nèi) RAM； ? 硬件實現(xiàn)的 SPI、 SMBus/I2C 和兩個 UART 串行接口； ? 5 個通用的 16 位定時器； ? 片內(nèi) 看門狗定時器、 VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器。單片機(jī)連續(xù)采樣得到信號的數(shù)據(jù)信息，經(jīng)傅里葉變換（ FFT）處理數(shù)據(jù)后，得到振動信號的頻 率及振幅，據(jù)此判斷輸電桿塔的振動情況。單片機(jī)連續(xù)采樣得到信號的數(shù)據(jù)信息，經(jīng) 快速 傅里葉變換（ FFT）處理數(shù)據(jù)后，得到振動信號的頻率及振幅，據(jù)此判斷輸電桿塔的振動情況。 本課題的研究意義為通過研制一套針對輸電桿塔振動的在線識別監(jiān)測系統(tǒng)為輸電桿塔的安全穩(wěn)定運行“保駕護(hù)航”。桿塔振動識別單元具有重要的研究意義和現(xiàn)實價值。一旦輸電桿塔遭到破壞，將導(dǎo)致電力供應(yīng)中斷，影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民群眾的正常生活，嚴(yán)重時會導(dǎo)致火災(zāi)等次生災(zāi)害，造成無法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。具體方法：在輸電 桿塔上安裝振動傳感器，采集輸電桿塔受外部異物撞擊時的振動信號。 微處理器芯片外圍電路設(shè)計 ...................................................................................... 15 JTAG 調(diào)試接口 .................................................................................................... 16 晶體振蕩電路 ....................................................................................................... 16 通訊模塊的實現(xiàn) .......................................................................................................... 16 本章總結(jié) ...................................................................................................................... 17 4 輸電桿塔振動識別單元的軟件實現(xiàn) ................................................................................ 18 總體程序設(shè)計 .............................................................................................................. 18 基于無線通信的輸電桿塔振動識別單元設(shè)計 IV 單片機(jī)相關(guān)配置 .......................................................................................................... 20 端口配置 ............................................................................................................... 20 ADC0 和 DMA0 ................................................................................................... 21 MODBUS通信協(xié)議 ...................................................................................................... 22 快速傅里葉變換 .......................................................................................................... 22 本章總結(jié) ...................................................................................................................... 25 5 測試與分析 ........................................................................................................................ 26 系統(tǒng)功耗測試 .............................................................................................................. 26 調(diào)理電路測試與分析 .................................................................................................. 26 無線通信測試與分析 .................................................................................................. 28 6 結(jié)束語 ................................................................................................................................ 30 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 31 致 謝 ........................................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 隨著近年來輸電事故的頻發(fā)，特別是 20xx 年的南方電網(wǎng)特大冰雪災(zāi)害增強(qiáng)了 對輸電線路桿塔監(jiān)測的緊迫性和必要性，國內(nèi)科研院所也陸續(xù)展開了針對輸電設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)工作，武漢超高壓研究所、國網(wǎng)電力科學(xué)研究院對雷擊定位系統(tǒng)的研究；清華大學(xué)和武漢超高壓研究所研制了以微處理器為主的泄漏電流監(jiān)測系統(tǒng)；上海交通大學(xué)研究了通過對輸電設(shè)備現(xiàn)場實際氣象條件和輸電線路自身屬性參數(shù)等數(shù)據(jù)的綜合分析來實時動態(tài)確定輸電容量的監(jiān)測系統(tǒng)；視頻遠(yuǎn)程監(jiān)控方面，隨著三大電信運營商 3G無線通信網(wǎng)絡(luò)的社會化和商用化，使得輸電設(shè)備遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)展迅速，在20xx 年南方電網(wǎng)冰雪災(zāi)害事故中，通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程 查看桿塔、導(dǎo)線的現(xiàn)場覆冰情基于無線通信的輸電桿塔振動識別單元設(shè)計 2 況，有針對性地指導(dǎo)除冰融冰工作，總體上取得了比較理想的效果，武漢星創(chuàng)源科技有限公司，北京得多電力技術(shù)有限公司，杭州東信電力科技有限公司研制了系統(tǒng)化的諸如輸電線路視頻監(jiān)測系統(tǒng)，輸電線路覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)，輸電線路微氣象在線監(jiān)測系統(tǒng)，輸電桿塔傾斜在線監(jiān)測系統(tǒng)，輸電線路風(fēng)偏在線監(jiān)測系統(tǒng)，輸電線路導(dǎo)線溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)等專業(yè)性的輸電設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)一個屏幕控制整個電網(wǎng)的目標(biāo)。 基于無線通信的輸電桿塔振動識別單元設(shè)計 3 2 輸電桿塔振動識別單元的整體設(shè)計方案 輸電桿塔振動識別單元是針對輸電桿塔特殊的高聳入云結(jié)構(gòu)及所處的特殊外部環(huán)境，設(shè)計的一套針對高壓線路桿塔的振動識別實時系統(tǒng)。 基于無線通信的輸電桿塔振動識別單元設(shè)計 4 放 大 電 路濾 波 電 路 跟 蹤 限 幅 減 法 反 相S i g n a lS i g n a l電源轉(zhuǎn)換模塊輸入電源2 .5 V? 3 .3 V? 5 V? 12 V?24 V?傳 感 器 12 V? 12 V? 5 V? 5V? ?微 處 理 器C 8 0 5 1 F 0 6 0A D C 0UART0電源Z i g B e e模 塊U A R T發(fā)送至遠(yuǎn)端 圖 系統(tǒng)硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)框架 傳感器 系統(tǒng)采用秦皇島朗斯公司 LC01 系列的內(nèi)裝微型 IC 放大器的振動傳感器 LC0104，在傳感器內(nèi)部，它將傳統(tǒng)的壓電式 加速度傳感器與電荷放大器集成在一起，同時它兼容性良好，能直接與具有記錄、顯示功能的采集儀器相連接，從而很大程度上降低了測試系統(tǒng)的復(fù)雜性，同時在確保系統(tǒng)可靠性的情況下，提高系統(tǒng)的測試精度，該類傳感器廣泛用于航空航天、電力、機(jī)械、鐵路、橋梁、建筑、車船、地質(zhì)等領(lǐng)域。兩個 ADC 及相應(yīng)的跟蹤保持電路都可以被獨立使能和禁止。其中定時器 0 和定時器 1 有四種工作方式；定時器 定時器 3 和定時器 4 是 16 位自動重裝載并具有捕捉功能的定時器，這三個定時器用法完全相同。 本文中配置振動識別端 ZigBee 模塊為 Router，用來為下位機(jī)收發(fā)數(shù)據(jù)；上位機(jī)端ZigBee 模塊為 Coordinator，作為組網(wǎng)的主機(jī)；當(dāng)全部上電， Coordinator 自動將所在范圍內(nèi)所有 Router 組網(wǎng)并分配 地址。 5V；用 AS1117 低壓差的線性穩(wěn)壓器實現(xiàn)直流 5V轉(zhuǎn) ，用 MC1403 實現(xiàn)直流 5V轉(zhuǎn) 。本文選擇 輸出版本供微處理器芯片使用。 C8051F060具有兩個 16 位、 1Msps 的 ADC，帶 DMA 控制器， 4k 片內(nèi) RAM，兩個 UART 串行接口，以及定時器可供使用，能滿足軟件設(shè)計的配置要求。 在硬件電路設(shè)計方案中，我們可以看出，在調(diào)理電路中，我們需要能提供直流 24V，177。其引腳圖如圖 所示。 MC1403 電路連接圖 +5VC13Vin1Vout2Gnd3U7MC1403 V 圖 芯片引腳連接圖 電路功能：這部分的電源轉(zhuǎn)換模塊作用是輸出固定 電壓，作為減法電路中的減數(shù)。 電路功能：放大信號；傳感器采集的信號是很微弱的，因此首先將信號做放大處理，本文采用簡單的同相放大電路，利用 R3 和 RV1 的 阻值比例關(guān)系，達(dá)到放大信號的目的。同相比例放大電路的電壓增益就是低通濾波器的通帶電壓增益，本設(shè)計中同相比例放大電路的電壓增益設(shè)置為 1，即 0 1VFAA??。 基于無線通信的輸電桿塔振動識別單元設(shè)計 15 RV2 為變阻器，通過變阻器的阻值變化，改變輸出信號大小。 C8051F060 芯片中， AV3 是模擬電源端， DV3 是數(shù)字電源端， AGND 是模擬地端，GND 是數(shù)字地端。 圖 所示為 C8051F060 芯片的 晶體 振蕩電路 。 并在設(shè)計的過程中，均用 Multisim 對電路進(jìn)行仿真，從仿真 結(jié)果 圖 中可以看出，設(shè)計電路滿足需求。 程序流程具體說明：系統(tǒng)上電后，首先關(guān)閉看門狗，然后進(jìn)行各個模塊的初始化，使能 UART0 的接收中斷，當(dāng)接收到上位機(jī)數(shù)據(jù)，存入數(shù)組 data_receive[]中。 本設(shè)計中用到 UART，需在對應(yīng)的端口 I/O 交叉開關(guān)寄存器中進(jìn)行設(shè)置方能使用。相關(guān)寄存器設(shè)置說明請參見 C8051F060 數(shù)據(jù)手冊。當(dāng)執(zhí)行存數(shù)指令次數(shù)達(dá)到循環(huán)計數(shù)極限值， DMA 指令不在存儲數(shù)據(jù)，而是執(zhí)行結(jié)束指令。本文 Modbus 協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式：設(shè)備地址（地址域）、功能代碼（功能域）、要發(fā)送的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)域）、校驗（校驗域）和結(jié)束字符（結(jié)束域）。在不同的研究領(lǐng)域