【正文】 ( 3 )B ( 0 )B ( 1 )B ( 2 )B ( 3 )X ( 0 )X ( 1 )X ( 2 )X ( 3 )X ( 4 )X ( 5 )X ( 6 )X ( 7 ) 圖 x(k)與 A(k)、 B(k)的關(guān)系 可以按照這種分解方法繼續(xù)給以分解。在不同的研究領(lǐng)域，傅里葉變換具基于無(wú)線通信的輸電桿塔振動(dòng)識(shí)別單元設(shè)計(jì) 23 有多種不同的變體形式，如連續(xù)傅里葉變換和離散傅里葉變換。當(dāng)執(zhí)行存數(shù)指令次數(shù)達(dá)到循環(huán)計(jì)數(shù)極限值， DMA 指令不在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而是執(zhí)行結(jié)束指令。 本設(shè)計(jì)中用到 UART，需在對(duì)應(yīng)的端口 I/O 交叉開(kāi)關(guān)寄存器中進(jìn)行設(shè)置方能使用。 并在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，均用 Multisim 對(duì)電路進(jìn)行仿真，從仿真 結(jié)果 圖 中可以看出，設(shè)計(jì)電路滿足需求。 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。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(jì)中同相比例放大電路的電壓增益設(shè)置為 1，即 0 1VFAA??。 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)。 在硬件電路設(shè)計(jì)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。本文選擇 輸出版本供微處理器芯片使用。 本文中配置振動(dòng)識(shí)別端 ZigBee 模塊為 Router，用來(lái)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(dòng)將所在范圍內(nèi)所有 Router 組網(wǎng)并分配 地址。兩個(gè) ADC 及相應(yīng)的跟蹤保持電路都可以被獨(dú)立使能和禁止。 基于無(wú)線通信的輸電桿塔振動(dòng)識(shí)別單元設(shè)計(jì) 3 2 輸電桿塔振動(dòng)識(shí)別單元的整體設(shè)計(jì)方案 輸電桿塔振動(dòng)識(shí)別單元是針對(duì)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(jì)的一套針對(duì)高壓線路桿塔的振動(dòng)識(shí)別實(shí)時(shí)系統(tǒng)。 微處理器芯片外圍電路設(shè)計(jì) ...................................................................................... 15 JTAG 調(diào)試接口 .................................................................................................... 16 晶體振蕩電路 ....................................................................................................... 16 通訊模塊的實(shí)現(xiàn) .......................................................................................................... 16 本章總結(jié) ...................................................................................................................... 17 4 輸電桿塔振動(dòng)識(shí)別單元的軟件實(shí)現(xiàn) ................................................................................ 18 總體程序設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 18 基于無(wú)線通信的輸電桿塔振動(dòng)識(shí)別單元設(shè)計(jì) 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(cè)試與分析 ........................................................................................................................ 26 系統(tǒng)功耗測(cè)試 .............................................................................................................. 26 調(diào)理電路測(cè)試與分析 .................................................................................................. 26 無(wú)線通信測(cè)試與分析 .................................................................................................. 28 6 結(jié)束語(yǔ) ................................................................................................................................ 30 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 31 致 謝 ........................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。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(shí)會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)等次生災(zāi)害，造成無(wú)法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。 本課題的研究意義為通過(guò)研制一套針對(duì)輸電桿塔振動(dòng)的在線識(shí)別監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為輸電桿塔的安全穩(wěn)定運(yùn)行“保駕護(hù)航”。單片機(jī)連續(xù)采樣得到信號(hào)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(dòng)信號(hào)的頻 率及振幅，據(jù)此判斷輸電桿塔的振動(dòng)情況。UART0 有兩個(gè)中斷源，一個(gè)發(fā)送中斷標(biāo)志和一個(gè)接收中斷標(biāo)志。 5V，直流 5V 轉(zhuǎn) ，直流5V 轉(zhuǎn) 。 Vin＝＋ ～＋ 15V， Vout＝（典型值），為了配 8P 插座，還專門設(shè)置了 5 個(gè)空腳。考慮到輸電桿塔所處的地理位置及特殊的外部環(huán)境，我們需要保證本設(shè)計(jì)能適用于更多的特殊、偏遠(yuǎn)、條件落后的環(huán)境下，我們采用可調(diào)節(jié)的寬電壓輸入的電源模塊。 振動(dòng)信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì) 各種傳感器輸出的信號(hào)很微弱，所 處的環(huán)境噪聲很大，后續(xù)模塊很難檢測(cè)到，信號(hào)頻率成分也十分復(fù)雜，因此需要對(duì)各種傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)理，來(lái)達(dá)到后續(xù)模塊的采集要求。 圖 中濾波電路仿真結(jié)果 限幅電路設(shè)計(jì) 如圖 所示，為信號(hào)限幅電路。 13579246810U11TDOTMSTDIR20DV3DV3TCK 圖 JTAG 調(diào)試接口 晶體振蕩電路 C8051F060 芯片振蕩頻率最大不能超過(guò) 25MHz， C8051F060 包含一個(gè)可編程內(nèi)部振蕩器和一個(gè)外部振蕩器驅(qū)動(dòng)電路。 ? shake_yes：振動(dòng)標(biāo)志變量， shake_yes=1 表示有振動(dòng)；否則相反。在漏極開(kāi)路方式，向端口數(shù)據(jù)寄存器中的相應(yīng)位寫邏輯‘ 0’將使端口引腳輸出低電平，寫邏輯‘ 1’將使端口引腳處于高阻狀態(tài)。 Modbus 通信協(xié)議中控制器通常使用主 — 從技術(shù)，即只有主設(shè)備能初始化、傳輸及查詢。 FFT 算法的基本思想是把原始的 N 點(diǎn)序列，一次地分解成一系列的短序列，然后求出這些短序列相對(duì)應(yīng)的 DFT 并進(jìn)行 適當(dāng)?shù)慕M合，借以減少乘法計(jì)算的目的。 ( 1) sn ffnN?? （ ） 基于無(wú)線通信的輸電桿塔振動(dòng)識(shí)別單元設(shè)計(jì) 25 其中 nf 為信號(hào)頻率， n 表示數(shù)據(jù)重新排列后的次序， sf 表示采樣頻率， N 表示采樣個(gè)數(shù)。 以下為調(diào)理電路整體測(cè)試波形，當(dāng)用木棍敲擊傳感器時(shí)，得到的調(diào)理后波形如圖 所示。 圖 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果 圖中包括傳感器， 處理板，電源。 N=8 時(shí)， x(k)與 A(k)、 B(k)的關(guān)系如圖 所示。它能將滿足一定條件的某個(gè)函數(shù)表示成正弦基函數(shù)的線性組合或者積分。當(dāng) ADC0 完成下一個(gè)采樣周期，同理以此類推存入指定區(qū)域 。為數(shù)字外設(shè)分配端口引腳的優(yōu)先權(quán)順序可參見(jiàn) C8051F060 的數(shù)據(jù)手冊(cè)。這部分 主要介紹了系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)，調(diào)理電路設(shè)計(jì)，微處理器的外圍電路設(shè)計(jì)，以及通信模塊的實(shí)現(xiàn)。 A D C 0T i m e 3D M A 0 X R A MS i g n a l 圖 C8051F060 數(shù)據(jù)采集流程圖 數(shù)據(jù)采集板電路設(shè)計(jì)如附圖 1 所示。 電 路說(shuō)明： 如圖 所示，這是一個(gè)典型的二階有源低通濾波電路，它是由兩節(jié) RC濾波電路和同相比例放大電路組成，這樣輸入阻抗高，輸出阻抗低。 電路元器件說(shuō)明：電路中電容起到濾波的作用，電感 L1 和 C4 C43 組成的 型電路，電感的作用是起濾波作用，另外當(dāng)數(shù)字電路工作在高頻時(shí)電源的脈動(dòng)比較大，如果和模擬電源一起使用 時(shí)就會(huì)給模擬電源造成干擾，電感在這里使數(shù)字電源和模擬電源基于無(wú)線通信的輸電桿塔振動(dòng)識(shí)別單元設(shè)計(jì) 12 互不影響，都保持比較穩(wěn)定的狀態(tài)。 基于無(wú)線通信的輸電桿塔振動(dòng)識(shí)別單元設(shè)計(jì) 10 3 輸電桿塔振動(dòng)識(shí)別單元的硬件實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì) 電源設(shè)計(jì)是決定本設(shè)計(jì)優(yōu)劣的一個(gè)重要因素，在此前介紹 的硬件電路設(shè)計(jì)中，都需要提供電源支持，因此電源電路的穩(wěn)定性決定 其他器件的穩(wěn)定性，最終決定實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。芯片內(nèi)部包括啟動(dòng)電路，偏置電路，電壓基準(zhǔn)源電路，過(guò)熱保護(hù)，過(guò)流保護(hù)，功率管極其驅(qū)動(dòng)電路等。 Zigbee網(wǎng)絡(luò)通常由三種節(jié)點(diǎn)構(gòu)成： Coordinator：用來(lái)創(chuàng)建一個(gè) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)，并為初次加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)分配地址，每個(gè) Zigbee 網(wǎng)絡(luò)需要且只需要一個(gè) Coordinator； Router：可以收發(fā)數(shù)據(jù)，起到路由的作用； End Device：終端節(jié)點(diǎn)，通常定義為電池供電的低功耗設(shè)備。 C8051F060 的 ADC 系統(tǒng)包括兩個(gè) 1Msps、 16 位分辨率的逐次逼近寄存器型 ADC，其中集成了跟蹤保持電路、可編程窗口檢測(cè)器和 DMA 接口。 本文在如下的內(nèi)容中詳細(xì)介紹整個(gè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)測(cè)試與分析。s normal life, even will lead to serious secondary disasters such as fire, resulting in irreparable economic losses. Therefore, the tower vibration analysis and monitoring has important research value and use value. The main content of this paper: in view of the special structure of the transmiss