基于ZigBee的中压开关柜触头测温系统研究

发布时间：2017-07-07 12:14

  本文关键词：基于ZigBee的中压开关柜触头测温系统研究

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【摘要】：中压开关柜作为电力系统中一种重要的电气控制与保护设备,承担着关合及开断电力系统、保护系统安全的双重功效,其安全可靠的运行关乎着电网运行的安全性与可靠性。现阶段,随着电力系统用电负荷的迅速增加,开关设备出现故障的情况时有发生。对于中压开关柜而言,其长期运行在高电压、强磁场、大电流的环境中,开关触头因长时间运行引起的松动、老化使触头间接触电阻变大,致使触头温升而导致的事故时有发生,这对电力系统的安全稳定运行构成了极大的威胁。因开关柜多采用封闭式结构,加之柜体内情况复杂,所以对触头温升的监测一直未能得到很好的解决。为解决中压开关柜触头温升不易监测的难题,论文在综合比较了国内外现存的几种开关柜触头测温方式的基础上,分析了现有触头测温技术所存在的缺陷,设计了一种以ZigBee无线传感网络技术为基础的中压开关柜触头温度在线监测系统,并解决了高压侧温度采集器取电的难题。整个系统在硬件方面,分别完成了ZigBee核心板、温度采集器以及协调器的设计。其中ZigBee核心板是以片上系统芯片CC2530为主控芯片进行的设计,重点介绍了核心板的外围电路和天线设计；温度采集器的设计主要包括DS1 8B20接口电路、USB转串口电路以及高压自具电源电路的设计；协调器的设计主要包括JTAG调试接口电路、RS485接口电路、协调器电源转换电路、液晶显示电路以及蜂鸣报警等外围接口电路。除此之外,还针对硬件的设计给出了具体的抗电磁干扰措施。软件设计是在IAR Embedded Workbench集成开发环境下,以TI开发的Z-Stack协议栈为基础,通过移植添加相应的程序代码,完成了系统各个节点的软件编写。此外,还深入讨论了Z-Stack协议栈的运行机理和系统网络拓扑结构的实现过程,并重点对ZigBee网络的建立和节点加入过程进行了解析。最后运用LabVIEW实现了上位机软件的开发。论文最后对所设计系统进行了实验测试,包括高压自具电源取电测试、系统节点间通信距离测试、组网测试和上位机与温度监测装置的整体运行测试,并在测试过程中利用Packet Sniffer工具对组网过程进行了数据抓包和分析论证。实验结果表明,所设计的系统能够稳定有效的实现温度数据的的采集、传输和处理,误差范围在±1℃以内,达到了预期的结果,具有一定的实际应用价值。
【关键词】：ZigBee 触头测温 DS18B20 CC2530 自具电源 LabVIEW
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM591;TH811
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 国内外开关柜触头测温主要方法10-13
• 1.3 论文主要内容与组织结构13-15
• 2 ZigBee技术的选择与介绍15-25
• 2.1 几种短距离无线通信技术比较15-16
• 2.2 ZigBee技术的特点16-17
• 2.3 ZigBee网络设备类型及拓扑结构17-18
• 2.3.1 ZigBee网络设备类型17
• 2.3.2 ZigBee网络拓扑结构17-18
• 2.4 ZigBee技术协议规范18-25
• 2.4.1 ZigBee协议结构体系18-19
• 2.4.2 ZigBee服务原语19-20
• 2.4.3 ZigBee协议层解析20-25
• 3 系统硬件设计25-43
• 3.1 系统总体设计25-26
• 3.2 ZigBee主控芯片选型及介绍26-28
• 3.2.1 主控芯片选型26
• 3.2.2 CC2530芯片介绍26-28
• 3.3 ZigBee核心板设计28-31
• 3.3.1 CC2530外围电路设计28-29
• 3.3.2 天线设计29-31
• 3.4 温度采集器设计31-37
• 3.4.1 USB转串口电路设计31-32
• 3.4.2 温度采集模块设计32-34
• 3.4.3 温度采集器电源设计34-37
• 3.5 协调器设计37-40
• 3.5.1 JTAG调试接口电路设计37-38
• 3.5.2 协调器电源转换电路设计38-39
• 3.5.3 RS485接口电路设计39
• 3.5.4 LCD液晶显示电路设计39-40
• 3.5.5 蜂鸣报警与复位电路设计40
• 3.6 监测系统电磁兼容40-43
• 3.6.1 开关柜内部电磁干扰源41
• 3.6.2 抗干扰措施41-43
• 4 系统软件设计43-61
• 4.1 软件开发环境43-44
• 4.2 Z-Stack协议栈44-47
• 4.2.1 Z-Stack工作原理分析45-47
• 4.2.2 Z-Stack协议栈应用开发47
• 4.3 网络拓扑结构的实现47-50
• 4.3.1 协调器新建网络47-49
• 4.3.2 子节点设备加入网络49-50
• 4.4 温度采集器软件设计50-54
• 4.4.1 DS18B20温度采集过程51-52
• 4.4.2 采集器数据发送52-53
• 4.4.3 温度采集器低功耗设计53-54
• 4.5 协调器软件设计54-58
• 4.5.1 设备网络地址分配55-57
• 4.5.2 协调器数据接收57
• 4.5.3 串口数据发送57-58
• 4.6 上位机软件设计58-61
• 5 系统实验测试61-71
• 5.1 高压自具电源实验61-63
• 5.2 无线温度传感网络组网测试63-65
• 5.3 组网过程解析65-66
• 5.4 节点间通信距离测试66-67
• 5.5 系统整体运行67-71
• 6 总结与展望71-73
• 6.1 总结71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-77
• 附录77-81
• 作者攻读学位期间发表论文清单81-83
• 致谢83

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本文编号：530148