【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 流傳感器依據(jù)測(cè)量原理不同，主要可分為：分流器、電磁式電流互感器、電子式電流互感器等。 電子式電流互感器包括霍爾電流傳感器、羅柯夫斯基電流傳感器及專用于變頻電量測(cè)量的AnyWay變頻功率傳感器（可用于電壓、電流和功率測(cè)量）等。本設(shè)計(jì)選擇符合國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)GB12082006的LBZ10型電流傳感器。:(l)對(duì)應(yīng)每個(gè)開(kāi)關(guān)柜的測(cè)點(diǎn)，選擇相應(yīng)的傳感器，并填寫傳感器位置列表；(2)將傳感器的底面與安裝位置的表面分別進(jìn)行打磨、擦拭，確保其接觸面粗糙但無(wú)浮灰；(3)調(diào)配環(huán)氧樹(shù)脂，待到環(huán)氧樹(shù)脂稍微有些硬化時(shí)，均勻涂抹到安裝位置的表面和傳感器的底面；(4)將傳感器的底面在涂好樹(shù)脂的位置粘接，并用絕緣膠帶固定，保證傳感器的探頭和尾纖之間沒(méi)有較大應(yīng)力；(5)根據(jù)不同開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行布線，在保證絕緣的同時(shí)力求美觀大方。 開(kāi)關(guān)柜數(shù)據(jù)采集器處理來(lái)自柜內(nèi)所有傳感器的信號(hào)，將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)，并接收監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的指令。數(shù)據(jù)采集器有兩個(gè)作用：第一，采集開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器的信號(hào)，再轉(zhuǎn)換為電壓值、電流值、溫度值；第二，通過(guò)RS485總線與上位機(jī)通信，接收上位機(jī)的指令，并向上位機(jī)發(fā)送開(kāi)關(guān)柜電壓、電流、溫度數(shù)據(jù)。單片機(jī)作為開(kāi)關(guān)柜數(shù)據(jù)采集器的核心，通過(guò)置于開(kāi)關(guān)觸頭上的電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，后經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行信號(hào)的放大，然后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器將信號(hào)變?yōu)閱纹瑱C(jī)可識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，最后通過(guò)單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理，可對(duì)電流、電壓、溫度信號(hào)進(jìn)行顯示，并且當(dāng)電流、電壓、溫度超過(guò)上限時(shí)進(jìn)行報(bào)警。本設(shè)計(jì)單片機(jī)選用AT89C52，AT89C52是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該單片機(jī)具備使用簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)AT89C52單片機(jī)芯片中集成了AD轉(zhuǎn)換、串行口、電源管理等模塊，并提供了豐富的通用IO口，便于用戶硬件設(shè)計(jì)并提高了可靠性?；贏T89C52單片機(jī)芯片的開(kāi)關(guān)柜數(shù)據(jù)采集器硬件框圖如圖3—1 圖33 數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)框圖Fig33 Block diagram of data acquisition system開(kāi)關(guān)柜數(shù)據(jù)采集器固件系統(tǒng)流程如圖32：圖34開(kāi)關(guān)柜數(shù)據(jù)采集器固件系統(tǒng)流程 Switch cabinet data acquisition firmware system process 開(kāi)關(guān)柜數(shù)據(jù)采集器固件主要由以下幾個(gè)模塊組成：1. 系統(tǒng)初始化模塊系統(tǒng)初始化模塊的作用是在數(shù)據(jù)采集器上電時(shí)完成對(duì)系統(tǒng)各硬件模塊的初始化設(shè)置。2. 數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊完成對(duì)所有電流傳感、電壓傳感器、溫度傳感器的信號(hào)采集。3. 報(bào)警模塊設(shè)置各個(gè)測(cè)量點(diǎn)報(bào)警的條件，報(bào)警的類型以及報(bào)警的優(yōu)先級(jí)，在出現(xiàn)報(bào)警時(shí)采用的聲音、彈出提示等方式向值班人員發(fā)出報(bào)警信息。4. 通信模塊通信模塊完成與監(jiān)控總機(jī)的通信。監(jiān)控總機(jī)按照一定的時(shí)間間隙對(duì)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行巡檢，被巡檢到的數(shù)據(jù)采集器必須按照指令發(fā)送所采集到的數(shù)據(jù)。通信模塊的固件流程如圖33圖35通信模塊固件流程 Communication module firmware process單片機(jī)必須在具備以下條件才能保證其正常工作，分別是時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。時(shí)鐘電路是給單片機(jī)提供時(shí)鐘源，復(fù)位電路的功能是重置單片機(jī)回到起始地址，重新開(kāi)始執(zhí)行程序代碼。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖36所示，包括時(shí)鐘電路和復(fù)位電路，下面對(duì)時(shí)鐘電路和復(fù)位電路做詳細(xì)介紹。圖36最小系統(tǒng)電路 Pin figure AT89C52單片機(jī)應(yīng)用時(shí)，我們常用石英晶體接電容組成系統(tǒng)時(shí)鐘電路，如果系統(tǒng)需要使用串口通訊，為了滿足波特率沒(méi)有誤差。如果系統(tǒng)需要使用定時(shí)器，為了滿足定時(shí)器定時(shí)沒(méi)有誤差，我們通常會(huì)選擇12MHZ的石英晶體。，還是12MHZ，我們通常使用的匹配電容都是30pf的陶瓷電容，這可以很好的抑制外界的干擾，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。時(shí)鐘電路如圖37所示，選用12M的石英晶體，其兩引腳分別與單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳相連，還分別與30pf陶瓷電容C1，C2的兩端相連，電容的另一端分別接地。圖37時(shí)鐘電路 circuit 復(fù)位電路為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分。當(dāng)AT89C52系列單片機(jī)的RST引腳上有一個(gè)高電平并持續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)，則單片機(jī)就會(huì)響應(yīng)并執(zhí)行復(fù)位操作。單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，復(fù)位方式通常有手動(dòng)按鈕復(fù)位、上電復(fù)位兩種方式。圖34即為復(fù)位電路。 圖34復(fù)位電路Figure 34 reset circuit如圖34所示，該電路既能實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位又可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)上電一瞬間，電容相當(dāng)于短路，即RST復(fù)位端口，直接加到高電平上，所以可以實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位。當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行后，在需要復(fù)位的時(shí)候，按下微動(dòng)開(kāi)關(guān)S3，即將電容短路，同樣可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位。數(shù)據(jù)通訊有兩種不同的方式，即并行通訊方式和串行通訊方式。并行數(shù)據(jù)通訊是指數(shù)據(jù)的各位同時(shí)進(jìn)行傳送(發(fā)送或接收)的通訊方式，其優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度快，通訊方法簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)有多少位，就需要多少根傳輸線。此外還需要若干控制線和一條地線。這種通訊方式只適用于短距離的數(shù)據(jù)傳輸，如計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間。串行數(shù)據(jù)通訊是指通訊的發(fā)送方和接收方之間數(shù)據(jù)信息的傳輸是在一對(duì)數(shù)據(jù)線上分時(shí)進(jìn)行的，以每次一個(gè)二進(jìn)制位一位一位的順序傳送，它的突出優(yōu)點(diǎn)是只需一對(duì)傳輸線進(jìn)行傳送信息，所需傳輸線的條數(shù)少，這樣就大大降低了成本，特別適用于分級(jí)、分層和分布式控制系統(tǒng)以及遠(yuǎn)距離通訊之中，其缺點(diǎn)是傳輸速度較低。通常可根據(jù)信息需要傳輸?shù)木嚯x來(lái)決定采用哪種通訊方式，并行通訊在位數(shù)多、傳輸距離又遠(yuǎn)時(shí)不適宜使用，并且其造價(jià)比較高，故在本設(shè)計(jì)中采用串行通訊。按照串行數(shù)據(jù)的傳輸方式，串行通訊又分為異步通訊和同步通訊兩種基本的通訊方式。同步串行通訊是一種連續(xù)串行傳輸數(shù)據(jù)的通訊方式，一次通訊只傳送一幀信息。它是按照軟件識(shí)別同步字符來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收的，傳輸過(guò)程中，字符和字符之間沒(méi)有間隙，也不用起始位和停止位，僅在數(shù)據(jù)塊開(kāi)始時(shí)用同步字符來(lái)指示。異步通信是一種利用字符的再同步技術(shù)的通訊方式，在異步通訊中，數(shù)據(jù)通常是以字符(或字節(jié))為單位組成字符幀傳送的，字符幀由發(fā)送端～幀一幀的發(fā)送，通過(guò)傳輸線被接收端一幀一幀的接收，發(fā)送端和接收端可以由各自的時(shí)鐘來(lái)控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘源彼此獨(dú)立，不必同步，發(fā)送端和接收端是靠規(guī)定端字符幀格式和波特率高低來(lái)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收的，兩者是異步通信中的兩個(gè)重要指標(biāo)。在實(shí)際應(yīng)用中，同步通信是應(yīng)用于傳輸速度高的情況，這也正是它的優(yōu)點(diǎn)所在，但由于它要求發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘保持嚴(yán)格同步，在硬件的實(shí)現(xiàn)上比較復(fù)雜，系統(tǒng)成本較高。因此，在本設(shè)計(jì)中，選擇串行異步通信方式，以降低硬件的復(fù)雜性以及設(shè)計(jì)成本。單片機(jī)AT89C52的UART0口是一個(gè)具有幀錯(cuò)誤檢測(cè)和地址識(shí)別硬件的增強(qiáng)型串行口。UART0可以工作在全雙工異步方式或半雙工同步方式,并且支持多處理器通信。接收數(shù)據(jù)被暫存于一個(gè)保持寄存器中,這就允許UART0在軟件尚未讀取前一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)的情況下開(kāi)始接收第2個(gè)輸入數(shù)據(jù)字節(jié)。一個(gè)接收覆蓋位用于指示新的接收數(shù)據(jù)已被鎖存到接收緩沖器,而前一個(gè)接收數(shù)據(jù)尚未被讀取。對(duì)UART0的控制和訪問(wèn)是通過(guò)相關(guān)的特殊功能寄存器即串行控制寄存器(SCON0)和串行數(shù)據(jù)緩沖器(SBUF0)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)SBUF0地址可以訪問(wèn)發(fā)送寄存器和接收寄存器。讀操作將自動(dòng)訪問(wèn)接收寄存器,而寫操作自動(dòng)訪問(wèn)發(fā)送寄存器。UART0可以工作在查詢或中斷方式。UART0有2個(gè)中斷源:一個(gè)發(fā)送中斷標(biāo)志TI0(SCON011)(數(shù)據(jù)字節(jié)發(fā)送結(jié)束時(shí)置位)和一個(gè)接收中斷標(biāo)志RI0(SCON010)(接收完一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后置位)。當(dāng)CPU轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)硬件不清除UART0中斷標(biāo)志,中斷標(biāo)志必須用軟件清除。這就是允許軟件查詢UART0中斷的原因(發(fā)送完成或接收完成)。UART0提供4種工作方式(一種同步方式和3種異步方式)。通過(guò)設(shè)置SCON0寄存器中的配置位選擇。這4種方式提供不同的波特率和通信協(xié)議。由于單片機(jī)輸入、輸出電平是TTL電平,而PC機(jī)配置的是RS232標(biāo)準(zhǔn)串行接口,二者的電氣規(guī)范不一致,因此要完成單片機(jī)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)通訊,必須對(duì)單片機(jī)輸出的TTL電平進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。以前常用的TTL與RS232電平轉(zhuǎn)換芯片為MC1488和MC1489。MC1488將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平,其供電電壓為12V,MC1489則把RS232標(biāo)準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)換為TTL,供電電壓為+5V,而該系統(tǒng)由于單片機(jī)采用+3V供電的將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平的MAX3232芯片,其電路如圖1所示。圖36通信電路圖 Communication circuit diagram串行通信有異步通信和同步通信2種基本通信方式。同步通信適用于傳送速度高的情況,其硬件復(fù)雜。而異步通信應(yīng)用于傳送速度在50~19200bps之間,是比較常用的傳送方式。串行通信前,發(fā)送方和接收方要約定具體的數(shù)據(jù)格式和波率(通信協(xié)議)。單片機(jī)與PC串行通信程序包括2方面:一方面是AT89C52單片機(jī)的通信程序,另一方面為PC機(jī)的通信程序。在編寫程序之前,制定其雙方通信協(xié)議是十分重要的,否則將無(wú)法保證通信數(shù)據(jù)的可靠性,從而失去通信的意義。現(xiàn)約定其通信協(xié)議如下:(1)串行通信波特率為9600bps；(2)幀格式為:1位起始位,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位；(3)設(shè)定由PC機(jī)主動(dòng)聯(lián)絡(luò)單片機(jī)。在傳送數(shù)據(jù)前PC機(jī)先發(fā)送聯(lián)絡(luò)信號(hào)/0xfa0,單片機(jī)收到后回答一個(gè)/0xfb0,表示可以發(fā)送。否則繼續(xù)聯(lián)絡(luò)；(4)無(wú)奇偶校驗(yàn)位；(5)通信可以有中斷傳送方式和查詢方式。在這里采用中斷方式通信；(6)PC機(jī)采用COM2通信。本課題選用T82C79M2作為鍵盤輸入的芯片。T82C79M2是一種通用可編程的鍵盤、顯示接口器件,單個(gè)芯片就能完成鍵盤輸入和LED自動(dòng)顯示控制兩種功能。內(nèi)含8個(gè)字符的鍵盤輸入FIFO,16個(gè)字節(jié)的顯示RAM。鍵盤部分提供的掃描方式,可以和具有64個(gè)按鍵或傳感器的陣列相連。能自動(dòng)清除開(kāi)關(guān)抖動(dòng)以及N鍵同時(shí)按下的保護(hù)。顯示部分按掃描方式工作,可以顯示16x8位LED數(shù)碼管。鍵盤輸入接線圖 CLK(時(shí)鐘輸入線),用于芯片的時(shí)鐘輸入,以產(chǎn)生內(nèi)部定時(shí)的時(shí)鐘脈沖,一般由CPU的ALE信號(hào)分頻得到,與MPUI的ALE引腳相連。 RST(復(fù)位輸入線),高電平有效,沒(méi)有與MPUI的引腳直接相連,而是與74HC574的SQ引腳連接,通過(guò)74Hc574來(lái)控制芯片的復(fù)位。 CS(片選輸入線),低電平有效。通過(guò)74HC138來(lái)選擇芯片,與它的Y4引腳相連。 INT(中斷請(qǐng)求輸出線),高電平有效。在鍵盤工作方式下,當(dāng)FIFO/傳感器RAM中有數(shù)據(jù)時(shí),輸出高電平,在FIFO/傳感器RAM每次讀出時(shí),下降為低電平,若在RAM中還有信息,則又變?yōu)楦唠娖?。在傳感器工作方式?每當(dāng)探測(cè)到傳感器信號(hào)變化時(shí),中斷線就變?yōu)楦唠娖?。該引腳與MPUI的則TO引腳相連,用于按鍵輸入的中斷。 AO引腳,AO=0為數(shù)據(jù)口地址,AO=l為命令/狀態(tài)口地址。與地址總線AO相連,用于確定芯片數(shù)據(jù)總線上的信號(hào)是命令還是狀態(tài)。 RLO~RL7(回送輸入線),按鍵或傳感器掃描時(shí),用于回送掃描狀態(tài),與按鍵相連。 SLO~SL3(掃描輸出線),用來(lái)掃描按鍵開(kāi)關(guān)、傳感器陣列和顯示。由于本課題只使用了芯片的鍵盤輸入功能，而且只使用了6個(gè)鍵(↓、→、↑、←、取消鍵、確定鍵),所以引腳CNTL、。4監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)低壓開(kāi)關(guān)柜在線監(jiān)控軟件可以分為三個(gè)層次：操作系統(tǒng)、支撐軟件、應(yīng)用軟件。如圖41所示： 圖41 監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)圖 Monitor software structure diagram操作系統(tǒng)采用微軟公司的windows XP操作系統(tǒng)：支撐軟件指數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用微軟公司的ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件；ACCESS是Office辦公套件中一個(gè)極為重要的組成部分?，F(xiàn)在它已經(jīng)成為世界上最流行的桌面數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。后來(lái)微軟公司通過(guò)改進(jìn)，將Access的新版本功能變得更加強(qiáng)大。不管是處理公司的客戶訂單數(shù)據(jù)、管理自己的個(gè)人通訊錄，還是大量科研數(shù)據(jù)的記錄和處理，人們都可以利用它來(lái)解決大量數(shù)據(jù)的管理工作。ACCESS的功能主要表現(xiàn)如下:，每個(gè)表可以分別表示和存儲(chǔ)不同類型的信息；，從而將存儲(chǔ)在不同表中的相關(guān)數(shù)據(jù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)；、更新和刪除記錄，并且可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種計(jì)算；，可以直接對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的記錄執(zhí)行查看和編輯工作；，可以將數(shù)據(jù)以特定的方式加以組織，從而達(dá)到分析可打印的目的。經(jīng)過(guò)以上分析，ACCESS數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)功能強(qiáng)大，構(gòu)造相對(duì)容易，所支持的數(shù)據(jù)容量也符合項(xiàng)目要求，開(kāi)發(fā)工具容易上手，安全性能良好，因此決定選擇ACCESS 2000數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)來(lái)存儲(chǔ)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的大量數(shù)據(jù)。 應(yīng)用軟件指完成電壓、電流、溫度監(jiān)控功能的應(yīng)用軟件。它是在操作系統(tǒng)和支撐軟件之上根據(jù)需要自行開(kāi)發(fā)的軟件。包括數(shù)據(jù)處理的服務(wù)器、接受和發(fā)送數(shù)據(jù)的通信模塊。進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)配置的數(shù)據(jù)庫(kù)配置模塊、歷史數(shù)據(jù)查看的歷史應(yīng)用模塊和報(bào)警模塊。電壓、電流、溫度監(jiān)控軟件是一個(gè)具有實(shí)時(shí)多任務(wù)、接口開(kāi)放、使用靈活的軟件系統(tǒng)。多任務(wù)是指監(jiān)控軟件可以在數(shù)據(jù)采集與輸出的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)等。本文設(shè)計(jì)的軟件由多個(gè)模塊組成，各個(gè)模塊之間的通信通過(guò)共享內(nèi)存來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)機(jī)器內(nèi)各應(yīng)用程序的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。程序模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)的通信通過(guò)ODBC技術(shù)完成。下面介紹監(jiān)控系統(tǒng)軟件的各部分功能：1. 服務(wù)器。它是整個(gè)軟件系統(tǒng)的核心模塊。負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的管理、報(bào)警的產(chǎn)生，歷史