基于MSP430的光纤光栅测温终端设计

发布时间：2017-03-27 02:05

  本文关键词：基于MSP430的光纤光栅测温终端设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电力系统中,温度始终是众多电力设备实现正常运行的重要参数。传统的温度测量方法如热电偶、热敏电阻等技术虽然比较成熟,但是他们都无法克服与生俱来的抗电磁干扰差、绝缘性能差等缺陷,而具有本质绝缘、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点的光纤光栅传感器近年来在电力系统中得到了广泛运用。 在配电系统中,变压器是整个电网运行的基础和重要组成部分。研究表明,变压器的故障主要是过热性故障,其寿命与绕组温度有很大关系。绕组的升温会导致变压器内部局部过热,从而加速绝缘材料的分解和绝缘油的老化,降低变压器的绝缘性能,进而引发故障和事故,因此监测变压器绕组温度实现故障的早期预警就很有实用价值。 本课题从光纤光栅的测温原理,以及变压器测温的相关应用背景出发,分析了光纤光栅测温的优势及前景,并在此基础上介绍了整个变压器温度监测系统总的结构、工作原理。而后,文章着重介绍了系统中最重要的部分：光纤光栅测温终端的研制情况。 测温终端是整个测温系统的核心,控制芯片采用的是德州仪器公司的MSP430F149,它具有低功耗、功能强大、价格低廉、外围模块丰富等优势。围绕控制芯片,设计了电源、时钟、串口通讯、调试接口、按键、FLASH存储等相关电路。显示界面采用的是3.5寸的“TFT”液晶显示模块,显示清晰、美观、可靠。选取来自美国公司生产的光纤光栅解调模块以及1*2的光开关等器件设计了光路部分,完成了光信号的采集及波长解调。此外,设计了RS485接口电路与控制室的上位机进行通讯。在测温终端的外壳设计上,采用铝合金材料、外形尺寸尽量做到结构紧凑、散热良好、易于安装。软件设计采用模块化设计思想,主程序中运用了定时器中断及串口中断,通过查询方式监视按键输入情况,编写了液晶显示驱动、上位机通讯等子程序的代码,实现了温度点的实时测量、显示、报警,以及与上位机的数据传输等功能。 在完成测温终端设计装配的基础上搭建了实验平台,标定了一组传感器,对测温终端的性能、软件功能进行了测试,对其测温精度进行了校准,并对实验误差进行了简要分析,为下一步完善系统设计打下了良好的基础。通过测试表明该测温终端的各项性能完全达到了用户定下的设计要求。目前该设备已投入现场使用,并且运行良好
【关键词】：MSP430 测温终端 光纤光栅 FBGA
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TN253;TH811
【目录】：

• 目录4-7
• CONTENTS7-10
• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第1章 绪论14-18
• 1.1 光纤光栅传感技术的发展及应用14-15
• 1.1.1 光纤光栅传感技术的发展14-15
• 1.1.2 光纤光栅传感技术在电力系统中的应用15
• 1.2 电力变压器温度监测的方法及现状15-16
• 1.3 论文的主要内容及结构16-18
• 1.3.1 论文研究的内容16-17
• 1.3.2 论文结构安排17-18
• 第2章 光纤光栅测温原理及系统总体架构18-26
• 2.1 光纤光栅温度传感原理18-22
• 2.1.1 光纤光栅波长调制原理18-19
• 2.1.2 光纤光栅温度传感器及其解调技术19-22
• 2.2 光纤光栅温度监测系统的总体架构22-24
• 2.2.1 监测系统的设计要求22-23
• 2.2.2 监测系统的总体架构23-24
• 2.3 光纤光栅温度监测系统的工作流程24
• 2.4 本章小结24-26
• 第3章 测温终端的硬件设计26-42
• 3.1 芯片选型及其硬件总体设计26-28
• 3.2 电源模块的设计28-29
• 3.3 主控板相关电路的设计29-33
• 3.3.1 时钟电路的设计29-30
• 3.3.2 JTAG接口电路30-31
• 3.3.3 RS232通讯电路31
• 3.3.4 RS485通讯电路31-32
• 3.3.5 Flash存储电路32-33
• 3.4 光路构成部分的设计33-39
• 3.4.1 光开关介绍33-35
• 3.4.2 光纤耦合器介绍35-36
• 3.4.3 光纤光栅解调模块(FBGA)介绍36-39
• 3.5 液晶与按键电路设计39-41
• 3.5.1 液晶显示电路的设计39-40
• 3.5.2 输入按键电路的设计40-41
• 3.5.3 扬声器电路设计41
• 3.6 本章小结41-42
• 第4章 测温终端的软件设计42-62
• 4.1 系统的开发环境及工具43-46
• 4.1.1 系统的开发工具及语言43-44
• 4.1.2 仿真与调试44-45
• 4.1.3 系统的开发周期和流程45-46
• 4.2 软件功能总体设计46-48
• 4.3 系统各功能模块子程序的设计48-61
• 4.3.1 初始化程序48-49
• 4.3.2 光开关切换程序49-50
• 4.3.3 数据采集处理程序50-52
• 4.3.4 液晶显示驱动程序52-55
• 4.3.5 菜单管理与按键处理程序55-56
• 4.3.6 上位机通讯程序56-59
• 4.3.7 SPI通讯程序59-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 测温终端的调试及数据处理62-70
• 5.1 测温终端的装配62-63
• 5.2 测试用传感器的标定63-64
• 5.3 液晶显示界面功能测试64-68
• 5.4 测温精度测试及误差校准68-69
• 5.4.1 测温终端精度测试实验68-69
• 5.4.2 测温终端误差校准实验69
• 5.5 本章小结69-70
• 第6章 总结与展望70-72
• 6.1 工作总结70
• 6.2 研究展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 学位论文评阅及答辩情况表77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 谭江平;郭金学;秦苓;;光纤温度监测系统的技术分析及其在发电厂中的应用[J];企业技术开发;2010年09期

2 付青;丁金华;王辉;王朋亮;王炜富;;Modbus协议在智能信号变送器中的应用[J];仪表技术与传感器;2011年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 张世明;基于DSP的比色光纤高温测量仪的研制[D];合肥工业大学;2005年

2 邓元生;基于单片机的MODBUS总线协议实现技术研究[D];中南大学;2009年

3 张纯玺;光纤光栅温度监测系统设计及其在高低压开关柜中的应用[D];山东大学;2010年

4 虢红霞;基于光纤光栅的电力电缆温度在线监测系统研究[D];武汉理工大学;2010年

5 王新彤;基于光纤光栅的开关柜温度在线监测系统的开发及应用[D];华北电力大学（河北）;2010年

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本文编号：269709