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矿用电力设备温度在线监测系统(硬件)毕业论文论文题目：矿用电力设备温度在线监测系统设计（硬件）专 业：自动化本 科 生：白阳 （签名） 指导老师：郭秀才 （签名） 摘 要 现代电力领域正向高电压，大容量，大机组的快速发展，对于电力系统各个设备的可靠性稳定性的要求越来越高。当电力设备有缺陷或是发生故障时，有缺陷的部位或者是关键的相关部位的温度会因为发热而快速上升，若不及时找到并解决故障，将会对电力设备的使用寿命产生巨大的影响。最后会造成各类事故或电力设备的损坏。根据目前所存在的问题，我们进行了分析和研究，做出了一下设计。由于矿用电力设备对供电安全要求较高，我们根据温度与电力设备之间的关系，设计了矿用电力设备温度在线监测系统。为实现此功能，在硬件上，我们使用DS18B20温度传感器进行电力设备的温度采集，使用蜂鸣器进行高温报警，使用CC2530进行温度数据的接受与传送。在软件上，我们使用IAR软件进行编程，并且设计好上位机界面，使工作人员可以更好的了解到实时监测情况。我们的核心技术是ZIGBEE无线数据传输，和DS18B20的温度采集功能。通过动手，我们解决了温度采集和无线传输难的问题，实现了远距离传输温度。通过我们设计的测温，无线，报警等模块，达到了我们预期的成果。 根据实现功能的矿用电力设备温度监测系统，从我们的实验成果可以看出，我们所设计的矿用电力设备温度在线监测系统是拥有理论意义和应用价值的，它可以更好的保护矿用电力设备，保障工作人员的生命安全。在未来可以更多的用于煤矿电力设备的测温工作中。关键词：矿用电力设备，温度监测，ZIGBEE，DS18B2Subject:Mine electrical equipment temperature online monitoring system design (hardware)Specialty: AutomationUndergraduate:Bai Yang (Signature) Instructor: Guo Xiucai (Signature) ABSTRACTModern 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 the related parts of the critical temperature is rapidly rising because of fever, if not find and solve the fault in time, will be an enormous impact on the service life of electrical equipment. The final will cause the damage of all kinds of accident or power equipment.According to the problems at present, we analyzed and research, make the design. Because mine electrical equipment for power supply safety requirements is higher, we according to the relationship between the temperature and the electric power equipment, mining temperature on-line monitoring system for power equipment is designed. To achieve this function, the hardware, we use the temperature sensor DS18B20 the temperature of the electric power equipment acquisition, using high temperature alarm buzzer, using CC2530 temperature data of acceptance and delivery. On the software, we use the IAR software programming, and design good PC interface, make the staff can better understand the real-time monitoring. Our core technology is the ZIGBEE wireless data transmission, and DS18B20 temperature acquisition function. Through the hands-on, we solve the problem of difficult temperature acquisition and wireless transmission, long-distance transmission temperature was realized. Through our design of temperature measurement, wireless, alarm module, has reached the expected results.Mine electrical equipment temperature monitoring system based on the functions, can be seen from our experiment results, we can design of mine power equipment on-line monitoring system for temperature is has theoretical significance and application value, it can better protect mine explosion-proof electrical equipment, to ensure the safety of the staff of life. In the future can be more used to measuring temperature of coal mine electric power equipment.KEY WORDS: mine electrical equipment，ZIGBEE，DS18B20，emperature monitoring目录第一章 绪论11.1课题研究背景目的及意义11.2矿用电力设备温度在线监测系统设计的研究现状21.3本论文的选题和研究内容21.4本章小结3第二章 矿用电力设备温度监测系统总体设计42.1矿用电力设备温度监测系统设计任务42.1.2 技术指标52.2 矿用电力设备温度监测系统整体设计52.3 现场层设计72.4 控制层设计72.5 管理层设计82.6通信技术92.6.1传感器节点到协调器的通信92.7 本章小结10第三章 矿用电力设备温度监测系统的硬件设计113.1矿用电力设备温度监测系统整体硬件架构113.2 现场节点硬件设计113.3控制节点硬件设计153.4硬件详细介绍163.4.1测温模块 DS18B20温度传感器163.4.2报警模块173.4.3无线通信模块 CC2530183.4.4液晶显示模块193.5 本章小结20第四章 矿用电力设备温度监测系统软件的设计214.1矿用电力设备温度监测系统总软件架构设计214.2 现场层节点软件设计214.2.1 温度采集模块软件设计224.2.2 液晶显示模块软件设计234.3 控制层节点的软件设计234.4上位机界面244.5本章小结26第五章 矿用电力设备温度监测系统调试275.1 硬件调试275.2硬件调试遇到的问题275.3 软件调试275.4 软件调试遇到的问题275.5 本章小结28第六章 结论和展望296.1 结论296.2 展望296.3 本章小结30致 谢32附 录33附录一 系统实物图33附录二 系统实物图34第一章 绪论1.1课题研究背景目的及意义电力设备在我们生活中处处可见，工厂里家庭中都有电力设备。电力设备的安全和正常工作关系到我们的生命的安全和财产的安全以及不必要的损失。可是如何才能知道电力设备是否在正常的工作，由于电力设备供电后会发热，所以对温度进行实时监测是对电力设备是否正常工作的一种很好的监测方法。根据资料了解，电路的损耗，会将电能转化为热能，当电力设备存在故障或者是缺陷时，有缺陷的部位或者是关键的相关部位的温度会因为发热而快速上升，当系统在高温下运行时会导致系统力学性能，物化性能，电气性能发生变化，若不及时处理故障并找到问题所在，将会对设备的绝缘产生严重影响，会导致电力设备使用寿命减小，并且恶性循环从而导致严重的事故，最后会造成各类事故或电力设备的损坏，以至于电力设备不能正常使用，对生产造成了巨大的影响。如果拥有电力设备温度在线监测系统，就可以实时对用电设备的温度进行检测，通过温度的指标，监控人员可以清晰明了的了解到设备的使用情况，可以更及时更准确的解决存在的问题，有效地防止安全隐患，避免不该有的损失。所以对于电力设备的温度监控，对于避免电力事故的发生有着举足轻重的意义。在中国，由历年记录所示，由于电力设备带来的事故时常发生，以至于带来的人力财力损失很严重。1975年至1985年十年来，我国因为电力设备故障导致的事故就存在上百起，直接和间接的经济损失高达几千万元，自1986至今，由于电力设备使用的广泛度提高，在改善人民生活水平的同时，问题也随之而来越来越多。仅仅是2010年，因电缆的质量问题所导致的问题就频频发生，11 月 2 日，湖南的立胜煤矿由于电力设备自身相连处发热导致严重大火，共计 25 人因此丧生；2 月中旬，陕西韩城某煤矿的电力设备安全事故，是因为电力设备内部导线短路引发火灾，导致 28 名工人丧失；8月 16 日，相同的事情也是由于电力设备事故，山东招远金矿，造成了 16 人丧失； 不仅在煤矿区，8 月 10 日，沈阳市万达广场的售楼中心，引发大火的因素是由于模型电力设备起火，造成 18人伤亡。在国外，自1965年至1975年十年来，美国因电气火灾发生事故3285次，在这些事故中有百分之三十点五，是因为电力设备起火所造成的，直接造成了各项经济损失数亿元。随着生活质量的提高和工业水平的上升，在我们的生活中有越来越多的电力设备出现，因为电力设备所导致的事故逐年增多，为了保障电力设备的正常运行，对于电力系统实时状态的检测是一项必须的工作。由于检测环境的不同，需要大量的人力物力，并且在检查过程中还会出现一些人为的操作失误所导致的检查错误。一般情况下，电力设备距离监控地点，有着很远的距离。要取得实时电力设备关键部位的温度信息，并且把相关信息快速有效的传送至监控地点，与正常温度进行对比，当温度出现过高或过低时进行报警。当进行报警时，对异常部位进行快速的处理，可以在最大程度上减少因电力设备故障所导致的损失。由上可知，对于电力设备实时温度的监测，是避免发生电力设备事故的一条有效的途径，不但可以保证电力设备的安全运行，同样用来降低人数的需求，简洁，快速的用来对设备人工监测。本论文的宗旨就是通过“一线总线”数字温度传感器DS18B20 收集电力设备的温度，使用在ZigBee 科技基础上的无线网络将DS18B20 获取的热能数据输送到检测枢纽进行即时监控解析，当电力设备温度超过规划的温度最高值，就会触发警使工作人员得知，从而预示某个固定地点及有可能发生安全隐患，安全工人才能到现场进行相应的维护。1.2矿用电力设备温度在线监测系统设计的研究现状对于各种各样的电力设备而言，人员巡检几乎不可能，并且巡检存在着时间上的误差，不能满足电力设备系统的安全要求。进行电力设备的温度检测，常用的检测方法有以下几种：(1) 分布式温度传感技术分布式温度传感技术是指在所测环境下存放多个温度传感器，通过各个位置所存放的温度传感器得到所测环境中某位置的温度从而上传至监测中心进行数据处理的技术。这个技术通常使用在一个或几个温度精确值需求并不高的领域，然而并不适用于在点的温度准确度规定特别高的地点，它的优势，造价低，简单，实施性较强。这项技术适用于矿用电力设备温度在线监测系统。(2) 线式温度传感技术温度传感平行于电力设备就是所谓的线式温度传感技术，它可以对整个电力系统的温度进行评估，一旦温度越过规划的最高范围时，由此进行及时的报警手段。它的劣势是安装与维修比较麻烦，不能采集电力设备某一点的温度，比较容易损坏，价格高于普通传感器。(3) 光纤传感器技术如今基于光导纤维的基础，研制出来非常先进的光纤传感器。所谓光纤传感器，就是把信息转化为光信号，通过光纤进行传输。这种传感器有类似于光学测量的特点，具有非常好的绝缘性，灵敏度高，传输距离远，无视电磁干扰的一些优点。等效热路是中国及世界对电力设备温升采集的最普遍的一种途径。 根据上述分析得出，矿用电力设备温度在线监测系统对于温度的检测方法各式各样，拥有的科技和测量的准确度也并不一致，进行测量的传感器与科技，对于电力设备的实时温度检测有决定性影响。根据课题的需求，和成本及复杂程度。使用点式温度传感器采集温度最切合实际，可以完成对矿用电力设备温度检测的基本需求。本文在结合实际的电力设备所处环境下，向电力设备实施分布式温度数据收集，使用在ZigBee科技领域的无线网络将收到的温度参数传输到监测人员面前，监测中心会将收到的温度参数彻底的分析，绘制温度曲线图，规划所能承受的最大温度并且对特定地点的单点监测。1.3本论文的选题和研究内容 通过对比了许多中国和外国的电力设备温度监测系统之后，思考了中国和外国的科研水平，基于矿用电力设备的安全运行和与矿用电力设备温度之间存在直接关系，可以通过对于矿用电力设备温度的实时监测来反映出电力设备的使用情况，并且可以及时消除安全隐患，以保障矿用电力设备的安全运行。在数据传输上，我们准备采用无线传输技术，使用无线传输，在基于ZIGBEE技术的无线传感器网络可以准确的定位到电力设备所处的地理位置，可以更好的让监控人员了解到问题设备的所在，大大增强了排除隐患的可能。所以本文不仅要对温度检测进行了分析，还着重于研究了ZIGEEE技术的无线传感器网络对于数据无线传输的功能。通过对矿用电力设备温度监测的比较，本论文主要着重于以下几点： 1.分析矿用电力设备正常运行与其内在温度之间的关系，通过对矿用电力设备的温度的监测，来确定其是否正常工作，是否需要进行维护，以消除各项安全隐患，使其安全有效的运行工作。 2对温度采集的传感器和数据传输节点自行设计，保证它的所传输数据的精确性，稳定性，可靠性。 3.钻研在ZigBee 科技领域的无线网络对数据存在无线传输功，使用ZIGBEE无线网络，对采集到的温度数据进行透明的无线传输，并且基于其特性，也解决了所测设备的定位问题。4.开发上位机，将无线传感器网络输送的温度数据进行规划解析，以画温度曲线、预设最高上限温度、查询历史记录。1.4本章小结本章描述了，选题的意义背景及目的，并且介绍了无线测温领域在国内外发展现状，最后对于本文所研究设计的内容进行了简易的描述。第二章 矿用电力设备温度监测系统总体设计2.1矿用电力设备温度监测系统设计任务对于矿用电力设备温度的监测最重要的环节是利用DS18B20温度传感器测得的矿用电力设备内部温度来判断电力设备的运行状况，通过计算得出矿用电力设备温度所允许通过的最大的传输电流，实际运行中电力设备载荷与温度之间的关系也是矿用电力设备温度监测系统的重要研究内容之一。2.1.1系统功能根据实际情况，矿用电力设备一般存在于环境相对恶劣的矿井下，考虑到实际的要求，我们所设计的系统功能如下：（1） 对各个电力设备进行温度采集；（2） 对各个电力设备终端具有液晶温度显示；（3） 各路由器有联网指示灯，协调器有组网成功指示灯；（4） 将温度数据进行无线传输到协调器；（5） 使协调器对温度数据进行处理；（6） 协调器将处理过后的温度数据传输至上位机，使矿用电力设备温度在线监测；（7） 将所收集到的各个电力设备温度的数据进行储存，以便查找。具有上述功能的矿用电力设备温度在线监测系统，可以用于实际生产之中。在电力设备运行后，其内部绝缘层与导体线芯等组成部分会因为流过的电流而产生热量，因此会导致电力设备各个部位的温度上升，电力设备本身所能承受的最高温度，由其本身绝缘层的性能所决定，其性能越好，所能承受的温度越高，电力设备的载荷量受其正常情况下所承受最高的温度限制，所以电力设备绝缘层以及电力设备内部导线连接处是电力设备性能的最大制约点。电力设备的载流量与电力设备温度之间有重要联系，电力设备内部关键部位的最高温度在正常情况下是不会超过电力设备内部导线连接处的温度的，因此电力设备内部导线连接处的温度决定了电力设备所能够承受的最高温度，经过对电力设备连接处的温度数据的手机，通过温度与载流量之间的联系，能够最大程度的增大电力设施的载荷量，增加电力设备的使用效率。对矿用电力设备温度的监测基于使用DS18B20温度传感器测得的电力设备内部导线连接处的温度数据来判断电力设备的运行状况，使用监测中心测量出电力设备温度能承受的最大传输电流，因此实际使用中电力设备载荷与温度的联系同样是电力设备温度在线监测所需要了解的重要因素。在解决了温度采集问题后还要解决数据传输问题，根据矿用电力设备的分布实际情况，使用传统的有线传输方式并不能完成温度监测的目的，因此需采用无线传输，结合各自无线传输方式的特点，例如，成本，功耗，性能，效率等，决定使用ZIGBEE无线传感器网络可以实现对矿用电力设备温度的在线监测。ZIGBEE无线传感器网络符合矿用电力设备温度在线监测的基本条件，功耗低，成本低，开发速度快，传输效率高，是一种实用可靠的无线传输方式，符合本课题的使用需求。2.1.2 技术指标根据实际的应用，对矿用电力设备温度在线监测系统提出了一系列的技术指标，根据这些指标，来设计系统，主要针对我们设计的矿用电力设备温度在线监测系统，提出了如下的技术指标。（1） 温度传感器的测温范围在0到80摄氏度之间；（2） 上位机监测矿用电力设备温度信息，当温度过高时，会进行报警措施；（3） 对矿用电力设备的温度，每一秒采集一次；（4） 上位机信息需与电力设备实际信息准确对应；（5） 将采集的实时数据，时间等保存在相应的Excel表格中；（6） 液晶屏需每秒刷新一次，并且显示无误。2.2 矿用电力设备温度监测系统整体设计系统总体架构如图2-1所示，主要包括电力设备内部导线连接处温度采集、电力设备路由器接收到的温度无线传给协调器、协调器通过有线的方式传到上位机各个部分构成。矿用电力设备内部温度的检测，是通过DS18B20温度传感器来实现，通过总线可将温度数据发送给无线传感器模块CC2530芯片。电力设备内部接线处的温度数据通过CC2530 无线传输给温度收集节点（路由节点），温度收集节点一般安装在电力设备的外面，将射频天线置于电力设备的外面，电力设备外面的收集节点通过GPRS/GSM 方式将数据发送给前置机（网关节点），网关节点再通过RS232 串口通信将收集到的数据发送给监测中心的PC机上显示并储存，以备监测中心工作人员实时监控和调用数据。图2-1 系统总体架构网关节点是ZigBee 网络的控制中心，负责ZigBee 网络的形成，网络ID 的选择与防冲突，信道的选择等功能，网关节点还可以通过发送指令对网络中所有传感器数据的数据进行收集。网关节点是一个普通的传感器节点模块和USB转串口的扩展板构成，当网关节点收集到传感器节点发送的数据信息后，通过UART口将信息输送出来，然后通过电平转换，最后将数据传送给PC机进行处理监控。2.3 现场层设计在矿用电力设备内部接线处装DS18B20温度传感器，温度传感器通过总线与数据传输终端进行连接，构成传感器节点，数据传输终端定时采集温度传感器采集的温度数据然后通过无线传输方式，传输到协调器，协调器通过RS232串口送监控PC上显示并存储，以备调用。传感器节点检测的是矿用电力设备内部接线处的温度，一般放在电力设备箱里，给更新和维护带来了极大的不便，所以，稳定性与低功耗，对于传感器节点非常的重要。本文对于传感器节点设计，使用的是基于ZIGBEE技术的CC2530芯片，可以将采集的间隔调大，这么做不仅可以满足数据采集的连续性，还可以降低温度采集时所耗费的电量。基于ZIGBEE技术的无线传感器网络工作频段在2.4GHz上，这个频段和电力设备产生的干扰的频率相差甚远，所以传感器节点在数据传输过程中的误码率很低，而且采取了直接序列扩频技术，这种方式应用在电力设备连接处温度监控工程项目中是最理想不过了。现场层设计架构如图2-2 所示。图2-2 监测终端架构2.4 控制层设计网关节点是ZigBee网络的控制中心，负责ZigBee网络的形成，网络ID的选择与防冲突，信道的选择等功能，网关节点还可以通过发送指令对网络中所有传感器数据的数据进行收集。网关节点是一个普通的传感器节点模块和USB转串口的扩展板构成，当网关节点收集到传感器节点发送的数据信息后，通过UART口将信息输送出来，然后通过电平转换，最后将数据传送给PC机进行处理监控。控制层设计架构如图2-3所示。 图2-3控制层设计架构2.5 管理层设计通过RS232协议把协调器处理好的温度数据通过串口发送到上位机，通过上位机对各电力设备的温度信息进行监管，串口显示各电力设备的温度信息，然后设置函数图像来显示各电力设备的温度信息得到直观温度变化信息。同时当温度超过设置的温度上限时进行报警来提示工作人员。管理层设计如图2-4所示。图2-4 管理层设计架构2.6通信技术2.6.1传感器节点到协调器的通信传感器节点采集的温度数据传到协调器，采用的是基于ZigBee技术的CC2530低功耗芯片，并将采集时间间隔适当调大，这样不但满足数据采集的连续性要求，而且还节省由于温度数据采集所带来的电能损耗。基于ZigBee技术的无线传感器网络工作频段在2.4GHz上，这个频段和电力设备产生的干扰的频率相差甚远，所以传感器节点在数据传输过程中的误码率很低，而且采取了直接序列扩频技术，这种方式应用在电力设备内部温度监控工程项目中是最理想不过了。ZigBee无线通信技术是数据率低、成本低、功耗低的无线网络技术。在我们所接触的环境里。ZigBee技术是低速率无线局域网（LR-WPAN）的代表，ZigBee。2.6.2 协调器到上位机的通信协调器经过RS232串口传输数据资料到PC机上显示并存储，随时可以使用。RS-232-C 是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制作的一种串行物理接口标准。RS 的含义是“推荐标准”，232是标识号，C代表修改次数。RS-232-C总线规范情况下共有25 条信号线，其中含有一条主通道和一条辅助通道。在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200、38400 波特。2.7 本章小结 本章主要描述了矿用电力设备内部接线处温度监测，使用并详解了基于ZIGBEE无线网络的基本通信概括。分析详解了系统设计的三个层次，依次介绍了现场层，控制层，管理层。最后讲解了三个层次之间的通信技术。第三章 矿用电力设备温度监测系统的硬件设计3.1矿用电力设备温度监测系统整体硬件架构因为CC2530内部拥有许多必要电路，所以它的外围所需很少的电路便能够实现其基本功能。基于CC2530 无线数据传输模块电路包含了CC2530 主芯片、电源转变模块电路、滤波模块电路、外接模块电路、天线模块电路、仿真跳线模块电路、晶振模块电路、LED模块电路、复位电路、PC 串口模块电路以及P1、P2 接口。系统整体硬件图如图3-1 所示。图3-1 系统总硬件设计图3.2 现场节点硬件设计现场节点主要包括液晶显示屏12864,温度传感器，指示灯模块，复位模块及下载调试接口，以及电源模块。实物图如图3-2 所示。图3-2 终端节点实物图经过对CC2530的了解和对DS18B20的研究之后，在自己对开发的硬件的理解基础之上，开发出监测终端硬件原理图如下图3-3和3-4 所示。图3-3 系统总原理图图3-4 监测终端硬件原理图复位电路使用的是低电平复位，复位电路的作用是为了保障在传感器节点遭遇特殊情况时，如果软件无法进行复位加入网络，可以使用复位按键进行手动复位。复位电路原理图如图3-5所示。图3-5 复位模块电路在模块设计中cc2530芯片及外围电路需要3.3v 以及5v电源供电。为了得到稳定的压，使用7805以及ams1117稳压器。用78/系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件很少，电路内部存在过流、过热及调整管的保护电路，在使用时更加的方便，安全，而且价格便宜。另外在使用稳压器是要注意散热问题。电源管理模块原理图如图3-6 所示。图3-6 电源电路原理图3.3控制节点硬件设计协调器节点主要包括无线模块，电源模块，MAX232 串口模块，指示灯模块，复位模块，与终端节点的不同是协调器节点增加了一个串口模块，少了一个温度传感器。其实物图如图3-7 所示，其中底板的作用只是给协调器供电，相当于电源模块，这样做的目的是为了将协调器与终端节点分开体现无线的功能。图3-7 协调器模块MAX232 模块MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，由+5V电源供电。如图3-8所示。图3-8 串口模块注意，因为RS232电平较高，接通后产生的瞬时电涌很高，极有可能击毁MAX232，所以使用过程中应避免热插拔。3.4硬件详细介绍3.4.1测温模块 DS18B20温度传感器DS18B20是一种常用的温度传感器，它的特点是体积小，成本低，抗干扰能力强，测量准确。DS18B20测量温度时，只能获取的温度值的位数由分辨率的不同而变化，转换温度时，其延时时间仅为750ms。 DS18B20温度传感器连接简便，可以使用在很多不同环境，适用于电缆沟测温，高炉水循环测温等各种非极限温度场合。不易损坏，不占空间，使用简易，有多种封装形式，可用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。它的测温范围在55+125，误差为1，可以由+3-+5.5V电源供电。只需要一条口线，便可以与处理器进行双向的通讯，由于它适用于多点组网，所以适合于我们所设计的矿用电力设备温度在线监测系统。DS18B20实物图如图3-9所示。图3-9 DS18B203.4.2报警模块报警措施，我们使用的是蜂鸣器报警，因为单片机的IO口的的电流过小不能使蜂鸣器运行发声，所以通过三极管放大驱动电流，使蜂鸣器工作发出声音。当输出高电平，三极管导通，集电极电流通过蜂鸣器让蜂鸣器发出声音，当输出低电平时，三极管截止，没有电流流过蜂鸣器，所以就不会发出声音。蜂鸣器电路图与实物图如图3-10和3-11所示。图3-10蜂鸣器原理图 图3-11蜂鸣器实物图3.4.3无线通信模块 CC2530CC2530 只需要很少的外部链接元件就可以实现其功能，同时它还有很多典型的电路，他的模块大致可分为三大类：1.CPU与内存模块。 2.外设，时钟，电源等模块。 3.无线信号发收模块。 CC2530具备了一个IEEE 802.15.4 兼容无线收发器。其中的RF内核控制无线模块，另外它还提供了一个外部设备端口，从而可以发出命令，读取状态，操纵各执行电路的时间顺序。同时它的无线设备还包括数据包过滤模块和地址识别模块。它拥有两个串口，UART和SPI，它们的波特率设置范围从2400到230400，可以发生中断，可以出发DMA，以用于传输成批量的数据，端口的位置也是可以选择的。考虑到内外部信号对其系统的干扰，将电路的模拟部分与数字部分的电路进行严格的分开，对它核心的电路进行严格的保护，将系统底线进行环绕，并且布线尽量要粗，电源增加滤波电路，采用DC-DC隔离，信号采用光电隔离，设计隔离电源，分析较易发生干扰的部分，如时钟电路，通信电路。以及容易被干扰的部分，如模拟采样电路。模块实物图如图3-12所示。图3-12 无线模块3.4.4液晶显示模块液晶显示模块使用的是LCD12864，中文字库的128X64 是一种具有4位/8 位并行、2 线或3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体 中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点 阵的汉字。 也可完成图形显示。低电压低功耗是其又一显著特 点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶 显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。 实物图如图3-13所示。 图3-13 液晶屏3.5 本章小结本章主要介绍了矿用电力设备温度在线监测系统的硬件组成部分，介绍了无线通信模块CC2530，温度采集模块 DS18B20，液晶显示，蜂鸣器报警模块，电源模块，复位电路等。第四章 矿用电力设备温度监测系统软件的设计4.1矿用电力设备温度监测系统总软件架构设计软件设计主要包括数据处理、系统管理、任务管理几部分，这几部分都是由ZigBee 操作系统统一管理分配，数据处理功能主要是对数据包进行接收、发送和串口通信，系统管理主要是对节点的功耗进行管理、中断优先级管理以及网络的形成、信道分配、地址管理、路由管理、绑定管理等等功能，任务管理主要是管理用户应用层的各种不同的事件等。软件总统架构设计如下图4-1 所示。 图4-1 软件总统架构设计4.2 现场层节点软件设计 现场终端节点负责温度采集，以及无线发送。其发送模块的软件设计如图4-2 所示。图4-2 现场终端发送模块软件设计4.2.1 温度采集模块软件设计程序启动，初始化几个全局变量后就直接进行循环温度数据采集。在对温度进行采集的时候，DS18B20 温度传感器要严格按照规定时序执行命令，首先要对所有中断进行关操作，在温度读取结束后再将所有中断打开。为了保证CC2530 能接收到所有的中断，控制器将不断对总线进行命令的发送，直至完成一次温度采集。程序流程图如4-3 所示。NY图4-3 DS18B20 温度传感器温度采集流程图DS18B20分别包括主文件和头文件，主文件里主要包含了一些函数的原型，包括初始化函数，读/写函数，温度转换函数等，头文件主要包含了一些函数的接口和全局变量等。协议栈通过调用函数uint8ds18b20_main()来得到温度信息，函数uint8 ds18b20_main()将温度回调发给协调器接收。4.2.2 液晶显示模块软件设计由于电力设备一般在现场，为了让工人可以对电力设备的运行安全性有一个大概的了解。我们在设计时在电力设备的正面安装了液晶显示，可以让工人直接实时的知道电力设备的运行状况，以便对自己的工作空间的安全性有一个大概的了解。4.3 控制层节点的软件设计网络协调器软件设计主要把握的是对整个网络的数据汇总与处理，通过发送不同的命令来获得不同的数据，以达到实时监控的目的，本课题研究的是电力设备在线温度实时监测，由于采用的是ZigBee 无线传感器节点，该节点需要实行低功耗运行模式，所以本文还对每个节点的电压值进行实时监测，鉴于此，本文软件部分的命令有两种命令数据包和数据包，命令数据包通常用来发送命令，以达到不同的命令获取不同的数据，数据数据包用来发送传感器数据和用户数据等。协调器节点处理网络数据流程图如图4-4 所示。图4-4 协调器节点处理网络数据流程图4.4上位机界面管理层的软件设计主要是设计出实用的上位机对电力设备的温度进行在线监测。在对电力设备实时温度采集实践过程中，分别对两个电力设备内部接线处的温度进行测试，记两处分别为“aa”开头和“bb”结尾节点（事先标定设计好的）。建立无线传感器网络后，通过DS18B20 温度传感器采集到的温度传给协调器，协调器通过RS232 串口显示在PC 机界面上，如图4-6所示。 图4-6 函数图像另外，为了方便查询电力设备的运行状况，在上位机上设计了可供查看历史数据的Excel表，如图4-7所示。图4-7 历史数据4.5本章小结本章重点介绍了电力设备温度在线监测的软件实现，分别论述了系统的总体软件设计流程，以及分别介绍了现场节点、控制节点、管理层的软件设计。在此基础上通过对TI公司的Z-Stack 协议栈进行开发，得到电力设备温度实时监控的项目程序。 第五章 矿用电力设备温度监测系统调试5.1 硬件调试软件的正常运行是建立在硬件的基础之上的，它是理论电路图能否实现功能的关键，也是后期能否顺利调试的关键，也是后期能否顺利调试的关键，所以，硬