低壓開(kāi)關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、遼寧工程技術(shù)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）教 務(wù) 處2015年5月中文題目：低壓開(kāi)關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)外文題目：Intelligent monitoring system for low voltage switchgear畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 49 頁(yè)（其中：外文文獻(xiàn)及譯文13頁(yè)） 圖紙共1張 完成日期 2015年06月 答辯日期 2015年06月摘要開(kāi)關(guān)柜作為變電站的重要電氣設(shè)備，擔(dān)負(fù)著關(guān)合及斷開(kāi)電力線路、保護(hù)系統(tǒng)安全的雙重作用,對(duì)變電站的安全、可靠運(yùn)行起著舉足輕重的作用。我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和改革開(kāi)放的蓬勃發(fā)展，電力系統(tǒng)的應(yīng)用及其安全得到廣泛關(guān)注,然而對(duì)用電設(shè)備的監(jiān)測(cè)與監(jiān)控卻種供電配電柜組，這些配電柜組的安

2、全是用電安全的重要保障。對(duì)配電柜的是一個(gè)長(zhǎng)期未能解決的問(wèn)題。我國(guó)的發(fā)電廠、工礦企業(yè)等用電場(chǎng)所大都配備各工作狀態(tài)、工作環(huán)境的監(jiān)測(cè)是保障配控制裝置,采用智能檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)合理的開(kāi)關(guān)柜溫度、濕度電柜安全工作的重要手段。 本課題主要研制電力開(kāi)關(guān)柜內(nèi)各參數(shù)的檢測(cè)與檢測(cè)和狀態(tài)模擬系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)柜工作狀態(tài)模擬和環(huán)境監(jiān)測(cè)。論文首先介紹了當(dāng)前開(kāi)關(guān)柜測(cè)溫的幾種方法及光纖光柵測(cè)溫法的優(yōu)勢(shì),基于光纖光柵溫度傳感技術(shù)提出了一種利用光纖光柵測(cè)量開(kāi)關(guān)柜觸頭溫度的方案。該方案采用光纖光柵作為傳感元件,利用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)柜觸頭溫度的在線監(jiān)測(cè)。關(guān)鍵詞:開(kāi)關(guān)柜；在線監(jiān)測(cè)；溫度傳感器；實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件IAbstract As t

3、he important electrical equipment in substation，switchgear shoulders the dual role of closing and disconnecting the power line and protecting the system security,which plays an important role for the substations,safe and reliable operation.The vigorous development of China's economic constructio

4、n and reform and opening up, the application and their security of the power system are widespread concerned, however, monitoring and control of electrical equipment is a long-term unresolved issue. Our country's power plants, industrial and mining enterprises and other electricity places mostly

5、 equip with a variety of power supply and distribution Libraries group, the safety of the Distribution Libraries group is an important guarantee of the safe use of electricity. The monitoring of the working status and the work environment of the distribution cabinet is an important mean to protect t

6、he security of the distribution cabinet.The topic mainly develops a kind of device which can detect and control various parameters of the power switch cabinet, using intelligent detection technology to design the reasonable switch cabinet temperature and humidity detection and status simulation syst

7、ems,so that it can realize the working status simulation and environmental monitoring of the switch cabinet.The current methods of temperature monitoring of switchger and the advantages of fiber Bragg gratings temperature monitoring is introduced in this paper.Then based on the fiber Bragg gratings

8、sensing technique,we design a system that could measure the temperature of the contact of switchgear.The design uses fiber Bragg gratings as the sensing elements and realizes the on-line temperature monitoring of the contact inside switchgear with WDM technology.Keywords：Metal-clad switchgear；on-lin

9、e monitoring；temperature sensor ；real-time monitoring softwareI目錄前言11緒論21.1設(shè)計(jì)背景和意義21.2開(kāi)關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究31.3系統(tǒng)檢測(cè)軟件的設(shè)計(jì)要求41.4現(xiàn)有開(kāi)關(guān)柜測(cè)溫方案比較41.5課題主要任務(wù)62開(kāi)關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)72.1監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)82.2監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)103監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)123.1溫度傳感器的選擇123.2光纖光柵溫度傳感器原理133.3電壓傳感器的選擇153.4電流傳感器的選擇153.5傳感器的主要安裝步驟如下:163.6開(kāi)關(guān)柜數(shù)據(jù)采集器163.6.1最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)193.6.

10、2時(shí)鐘電路193.6.3 復(fù)位電路203.8串口通信接口電路223.9鍵盤(pán)輸出244監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)264.1軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)264.2軟件框架284.3服務(wù)器的設(shè)計(jì)284.4實(shí)時(shí)庫(kù)的設(shè)計(jì)294.5報(bào)警服務(wù)器的設(shè)計(jì)294.6歷史數(shù)據(jù)保存模塊設(shè)計(jì)305技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析326結(jié)論33致謝34參考文獻(xiàn)35附錄A 譯文36附錄B 外文文獻(xiàn)42 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）前言開(kāi)關(guān)柜（又稱成套開(kāi)關(guān)或成套配電裝置）是以斷路器為主的電氣設(shè)備，是指生產(chǎn)廠家根據(jù)電氣一次主接線圖的要求，將有關(guān)的高低壓電器（包括控制電器、保護(hù)電器、測(cè)量電器）以及母線、載流導(dǎo)體、絕緣子等裝配在封閉的或敞開(kāi)的金屬柜體內(nèi)，作為電力系統(tǒng)中

11、接受和分配電能的裝置。它由柜體和斷路器兩大部分組成，具有架空進(jìn)出線、電纜進(jìn)出線、母線聯(lián)絡(luò)等功能。柜體由殼體、電器元件（包括絕緣件）、各種機(jī)構(gòu)、二次端子及連線組成。開(kāi)關(guān)柜防護(hù)要求“五防”：防止誤分誤合斷路器、防止帶電分合隔離開(kāi)關(guān)、防止帶點(diǎn)合接開(kāi)關(guān)、防止帶接地分合斷路器、防止誤入帶電間隔。開(kāi)關(guān)柜有一定的正常使用條件，如環(huán)境溫度，環(huán)境濕度，海拔高度，地震烈度等。一般情況下，環(huán)境的溫度和濕度是我們必須要考慮的條件。開(kāi)關(guān)柜的環(huán)境溫度要求周圍空氣溫度不超過(guò)40(上限)，一般地區(qū)為-5(下限)，嚴(yán)寒地區(qū)可以為-15，環(huán)境的溫度過(guò)高，金屬的導(dǎo)電率會(huì)減低，電阻增加，表面氧化作用加劇。過(guò)高的溫度也會(huì)使得柜內(nèi)的絕緣

12、件的壽命大大縮短，絕緣強(qiáng)度下降。反之，環(huán)境溫度過(guò)低，在絕緣件中會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力，最終會(huì)導(dǎo)致絕緣件的破壞。環(huán)境濕度日平均值不大于95%，月平均值不大于90%。濕度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)柜在作業(yè)過(guò)程中發(fā)生故障。因此對(duì)其進(jìn)行溫度和濕度的檢測(cè)是至關(guān)重要的。1緒論1.1設(shè)計(jì)背景和意義低壓開(kāi)關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)主要用于發(fā)電廠、石油化工、冶金、紡織、高層建筑等公眾場(chǎng)合和工業(yè)領(lǐng)域，在大型發(fā)電廠、石油化工等自動(dòng)化程度高、需要與計(jì)算機(jī)接口的場(chǎng)所。伴隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷持續(xù)發(fā)展，用電量也隨之大幅度提高，電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行關(guān)系到我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活的穩(wěn)定。開(kāi)關(guān)柜在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中起到開(kāi)合、控制和保護(hù)的作用，它的正常運(yùn)行與否將直接

13、影響到變電站甚至整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài)，因此，如何保障開(kāi)關(guān)柜的正常運(yùn)行，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行將顯得格外重要。可是實(shí)際生產(chǎn)中，開(kāi)關(guān)柜一直處于長(zhǎng)期運(yùn)行中，其上的各個(gè)觸電及連接點(diǎn)等部位由于老化、污染易造成間隙過(guò)大或接觸電阻增大，在電流通過(guò)，特別是用電高峰期，容易產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，將會(huì)任由溫度升高，引發(fā)事故的產(chǎn)生。隨著變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的不斷普及，無(wú)人值守的變電站成為變電站發(fā)展的必然趨勢(shì)，為實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)減員增效、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、促進(jìn)電網(wǎng)安全和穩(wěn)定等方面起了積極作用。開(kāi)關(guān)柜作為變電站的極其重要電氣設(shè)備,擔(dān)負(fù)著關(guān)合及斷開(kāi)電力線路、保護(hù)系統(tǒng)安全的雙重作用，對(duì)變電站的安全、可靠運(yùn)

14、行起到舉足輕重的作用。 現(xiàn)代電力系統(tǒng)對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高，相應(yīng)地對(duì)開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行的可靠性也提出了更高的要求。同時(shí)，隨著傳感器技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)的發(fā)展，使得對(duì)開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患并對(duì)累計(jì)性故障做出預(yù)測(cè)成為了可能。它對(duì)于保證開(kāi)關(guān)柜的正常運(yùn)行，減少維修的次數(shù)，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和自動(dòng)化程度具有極其重要意義。圖1-1 開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)示意圖A-斷路器室；B-母線室；C-電纜室；D-儀表室；1-母線；2-靜觸頭盒；3-斷路器；4-接地開(kāi)關(guān)；5-電流互感器；6-電容分壓器；7-避雷器Fig.1-1 The fabric schematic of the

15、switchgear panelA-Circuit breaker room; B-Bus bar room; C-Cable room; D-Instrument room; 1-bus-bar; 2-Static contact box; 3-Circuit breaker; 4-Earthing switch; 5-Current transformer; 6-Capacitor voltage divider; 7-Arrester1.2開(kāi)關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)的研究由于我國(guó)的開(kāi)關(guān)柜絕大多數(shù)采取封閉式結(jié)構(gòu),散熱條件比較差,并且長(zhǎng)期處在高電壓、大電流、強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境之下，開(kāi)關(guān)柜內(nèi)就會(huì)溫度升高，使

16、觸頭的接觸電阻增大。當(dāng)溫度過(guò)高，使接觸電阻超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的接觸電阻值，就會(huì)加速觸頭表而氧化，而氧化又會(huì)進(jìn)一步使導(dǎo)致接觸電阻上升，并促使觸頭發(fā)熱，溫度上升，形成惡性的循環(huán)。當(dāng)觸頭的溫度超過(guò)一定范圍，就會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部材料的機(jī)械強(qiáng)度下降，接觸電阻增大，同時(shí)過(guò)熱會(huì)引起絕緣材料的老化，其絕緣強(qiáng)度也會(huì)下降，甚至損壞。若不及時(shí)采取措施，就很可能引發(fā)事故。在以前的開(kāi)關(guān)柜過(guò)熱故障檢測(cè)中，采用人工巡檢，不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，而且不容易及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故。開(kāi)關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)不僅克服了開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的高溫、高壓、強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下溫度不易監(jiān)測(cè)的難題，而且通過(guò)監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)顯示開(kāi)關(guān)柜內(nèi)測(cè)點(diǎn)的當(dāng)前電壓、電流、工作溫度并做出報(bào)警處理，節(jié)省了大量人力

17、、物力，提高了事故預(yù)判的準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性。1.3系統(tǒng)檢測(cè)軟件的設(shè)計(jì)要求低壓開(kāi)關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)是基于分布式溫度測(cè)量、電流電壓測(cè)量、數(shù)據(jù)采集與傳輸、顯示及報(bào)警等部分組成的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用分布式、可組網(wǎng)、隔離性能良好的高精度溫度傳感器,對(duì)變電站中低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的母線、斷路器與隔離開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)、互感器(包括電纜接頭)等這些易產(chǎn)生異常溫升的部件實(shí)現(xiàn)在線溫度測(cè)量與監(jiān)控。利用溫度采集單元采集多路溫度信號(hào)并通過(guò)RS232或RS485總線上傳到監(jiān)控主機(jī)，主機(jī)采用巡檢式(查詢式)工作方法,逐一巡檢每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的溫度,并可統(tǒng)計(jì)、打印、報(bào)警，設(shè)定工作溫度范圍，顯示每個(gè)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)測(cè)量點(diǎn)的溫度及歷史數(shù)據(jù)。系統(tǒng)軟件需

18、要實(shí)現(xiàn)多種報(bào)警方式，當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)，主監(jiān)控計(jì)算機(jī)能自動(dòng)彈出報(bào)警窗口，顯示出報(bào)警時(shí)間、報(bào)警測(cè)點(diǎn)名稱和安裝部位，同時(shí)發(fā)出聲、光報(bào)警并可以打印報(bào)警記錄,提醒運(yùn)行人員檢查。所有的報(bào)警信息都被記錄數(shù)據(jù)庫(kù)中,以備查閱。系統(tǒng)能提供完善的分析功能，包括超溫分析、溫升趨勢(shì)分析、相間溫差分析,并能做出報(bào)警、對(duì)比、歷史記錄統(tǒng)計(jì)與分析等處理，保障工作人員在開(kāi)關(guān)柜發(fā)生事故之前做出及時(shí)處理。測(cè)控軟件可以建立開(kāi)關(guān)柜設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)，幫助工作人員監(jiān)測(cè)和分析開(kāi)關(guān)柜內(nèi)各項(xiàng)數(shù)據(jù)。1.4現(xiàn)有開(kāi)關(guān)柜測(cè)溫方案比較 目前常用的溫度監(jiān)測(cè)方法有下列幾種: 1.熱敏電阻式測(cè)溫系統(tǒng):熱敏電阻具有體積小、溫度響應(yīng)快、產(chǎn)品成熟、成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以顯示溫度值，

19、但由于每個(gè)熱敏電阻都需要獨(dú)立的接線、布線復(fù)雜且熱敏電阻易損壞、維護(hù)量大，傳感器不具備自檢功能,需要經(jīng)常校驗(yàn)，因此不常采用。 2.紅外探頭測(cè)溫系統(tǒng)：紅外測(cè)溫有著響應(yīng)時(shí)間快、非接觸、使用安全及使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。紅外測(cè)溫儀器主要有3種類型：紅外熱像儀、紅外熱電視、紅外測(cè)溫儀(點(diǎn)溫儀)。非接觸紅外測(cè)溫儀包括便攜式、在線式和掃描式三大系列,可以在線監(jiān)測(cè)。但由于系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，體積較大，受安裝空間限制，外加受環(huán)境影響嚴(yán)重，誤報(bào)較多，也不常采用。 3.示溫蠟片測(cè)溫：采用“示溫蠟片”存在一些問(wèn)題，一是：在粘貼時(shí)普遍采用清漆將“示溫蠟片”粘貼在電氣設(shè)備需要測(cè)試的部位，這樣粘貼牢固后，待測(cè)點(diǎn)溫度達(dá)到“示溫蠟片”相

20、同溫度時(shí)，不能脫落下來(lái)，只有溫度超過(guò)很大程度才會(huì)脫落下來(lái)，這樣很容易給操作人員造成誤導(dǎo)，判斷不及時(shí)。二是：“示溫蠟片”只能靠熔化現(xiàn)象表示發(fā)生了過(guò)熱，現(xiàn)象不直觀也不易發(fā)現(xiàn)。三是：電氣設(shè)備的負(fù)荷是隨用戶需求量變化的，接點(diǎn)溫度也是隨之變化的，當(dāng)被監(jiān)視的電氣設(shè)備接點(diǎn)發(fā)生了不同程度的過(guò)熱，使用“示溫蠟片”不能隨之不同程度熔化或脫落下來(lái)。 4.使用示溫記錄標(biāo)簽：“示溫記錄標(biāo)簽”是以膠粘貼固定的,只要在測(cè)溫范圍內(nèi)發(fā)生了過(guò)熱，就可以繼續(xù)保留在貼片接點(diǎn)部位?！笆緶赜涗洏?biāo)簽”表面涂一層隨溫度變化而改變顏色的發(fā)光材料，通過(guò)觀察其顏色變化來(lái)大致確定溫度范圍，這種方法準(zhǔn)確度低、可讀性差，不能進(jìn)行定量測(cè)量，因此也不能滿足

21、現(xiàn)在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的需要。 5.光纖光柵測(cè)溫法：光纖傳感技術(shù)興起于20世紀(jì)70年代，在而后的幾十年里日新月異，成為傳感領(lǐng)域最有發(fā)展一前景的一門(mén)技術(shù)。光纖傳感器的核心通常是光纖本身或光路中的光功能元件，其主要功能是與被測(cè)對(duì)象相互作用而產(chǎn)生反映被測(cè)量大小的光信息并通過(guò)一個(gè)或多個(gè)光纖引線和信號(hào)調(diào)節(jié)裝置，以傳輸包含被測(cè)量信息的光信號(hào)并完成測(cè)量。與傳統(tǒng)的機(jī)電傳感器相比，光纖傳感器具有許多優(yōu)點(diǎn)：首先，光纖傳感器具有完全無(wú)源的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的化學(xué)性能，因而免疫電磁干擾和化學(xué)腐蝕，其次，由于在形狀和尺寸設(shè)計(jì)方面具有很好的靈活性，光纖傳感器容易適應(yīng)安裝環(huán)境的需要；再次，光纖傳感器可以方便的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式監(jiān)測(cè);最后,光纖傳感

22、器,具有遠(yuǎn)超其他類型傳感器的測(cè)量靈敏度，容易實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。因此，光纖傳感器自問(wèn)世以來(lái)一直受到人們的關(guān)注。光纖光柵是20世紀(jì)九十年代發(fā)展起來(lái)的一種新型全光纖無(wú)源器件,與光纖完全兼容,它除了具有光纖本質(zhì)安全、抗電磁干擾、抗腐蝕、耐高溫、耐高壓、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：(l)穩(wěn)定性好，靈敏度高。光纖光柵是一種波長(zhǎng)調(diào)制型器件，其性能不受光源光功率的影響。(2)通用性好。光纖光柵傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、應(yīng)變、濃度、折射率、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、電流、電壓、速度、加速度等多種參數(shù)的測(cè)量。(3)復(fù)用性強(qiáng)。光纖光柵傳感器可以采用波分復(fù)用(WDM)、時(shí)分復(fù)用(TDM)、空分復(fù)用(SDM)等多種復(fù)用方式實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分

23、布式測(cè)量。(4)適應(yīng)性強(qiáng)。光纖光柵制作方便，可以大規(guī)模低成本的生產(chǎn)，且結(jié)構(gòu)較小，非常適合用于一些要求傳感探頭尺寸較小的場(chǎng)合。 光纖光柵傳感器可以在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)高電壓、大電流、強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)觸頭的高精度、高穩(wěn)定性的測(cè)量，且易于構(gòu)成分布式測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)所有觸頭進(jìn)行實(shí)時(shí)在線式監(jiān)測(cè)。因此本系統(tǒng)將采用光纖光柵測(cè)溫法。1.5課題主要任務(wù) 本課題主要研究?jī)?nèi)容是設(shè)計(jì)一套低壓開(kāi)關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)，具備以下功能：1、電壓、電流、工作溫度、柜內(nèi)環(huán)境溫度的在線監(jiān)測(cè)功能；2、無(wú)線通信功能；3、遠(yuǎn)程控制功能；4、完備的電壓保護(hù)、電流保護(hù)、溫度保護(hù)功能。第二章是系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，分別從硬件和軟件上大致討論設(shè)計(jì)的總體步驟；第三章詳

24、細(xì)分析了系統(tǒng)的硬件，對(duì)于單片機(jī)、溫度傳感器、電流傳感器、電壓傳感器進(jìn)行了選擇；第四章對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行了分析，將軟件分成3個(gè)層次細(xì)化的做出了分析；第五章是技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析，討論了本設(shè)計(jì)在實(shí)際中的可行性。 2開(kāi)關(guān)柜智能監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 本課題所選的低壓開(kāi)關(guān)柜型號(hào)為GGD系列。GGD型交流低壓開(kāi)關(guān)柜可廣泛的應(yīng)用在發(fā)電廠、變電所、廠礦企業(yè)等電力用戶，在交流50HZ，額定工作電壓380V，額定電流3150A的配電系統(tǒng)，作為動(dòng)力、照明及配電設(shè)備的電能轉(zhuǎn)換、分配和控制中使用。GGD型開(kāi)關(guān)柜的使用條件：1. 周圍空氣溫度不高于+40,不低于-5。24h內(nèi)的平均溫度不得高于+35；2. 戶內(nèi)安裝使用，使用地點(diǎn)的海

25、拔不得超過(guò) 2000M；3. 周圍空氣相對(duì)濕度在最高溫度為+40時(shí)不超過(guò) 50%,在較低溫度時(shí)允許有較大的相對(duì)濕度,(例如 +20時(shí)為90%)應(yīng)考慮到由于溫度的變化可能會(huì)偶然產(chǎn)生凝露的影響；4. 設(shè)備安裝時(shí)與垂直面的傾斜度不超過(guò) 5%；5. 設(shè)備應(yīng)安裝在無(wú)劇烈震動(dòng)的地方,以及不足使電器元件受到腐蝕的場(chǎng)所;用戶有特殊要求時(shí)可與制造廠協(xié)商解決。GGD型開(kāi)關(guān)柜的基本技術(shù)參數(shù)：型號(hào)額定電壓（V）額定電流（KA）額定短路開(kāi)斷電流（KA）額定短時(shí)耐受電流(1S)(KA)額定峰值耐受電流(KA) GGD1 380A 1000B600(630)C 400 15 15 30 GGD2 380A1500(1600

26、)B 1000C 30 30 63 GGD3 380A 3150B 2500C 2000 50 50 105表2-1 GGD型開(kāi)關(guān)柜的基本技術(shù)參數(shù)Tab.2-1 Basic technical parameters of type GGD switchgear本課題將選用的是GGD1型低壓開(kāi)關(guān)柜。本設(shè)計(jì)方案中，低壓開(kāi)關(guān)柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以微型計(jì)算機(jī)作為監(jiān)測(cè)核心，結(jié)合高精度的溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集變換器及可靠的通訊技術(shù)，構(gòu)成功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便、工作安全可靠的在線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，充分考慮系統(tǒng)的可操作性、可靠性、美觀性等，使系統(tǒng)能夠應(yīng)用于實(shí)踐并加以推廣。開(kāi)關(guān)柜智能控制及運(yùn)行模擬裝置符合國(guó)家電力

27、行業(yè)“五防”的要求設(shè)計(jì)研發(fā)，可以根據(jù)要求實(shí)現(xiàn)一次回路的電壓、電流、溫度等顯示功能，配合相關(guān)操作控制回路及各類防誤操作電磁鎖，系統(tǒng)采用智能檢測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)合理的開(kāi)關(guān)柜溫度和狀態(tài)模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)柜工作狀態(tài)模擬和環(huán)境監(jiān)測(cè)，單片機(jī)是開(kāi)關(guān)柜智能控制裝置的核心，由它完成對(duì)監(jiān)控對(duì)象的選擇、狀態(tài)燈控制、模擬信號(hào)的輸入、數(shù)碼顯示、信號(hào)輸出電路設(shè)計(jì)以及與上位機(jī)數(shù)據(jù)通信等任務(wù)，而監(jiān)控中心通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)柜節(jié)點(diǎn)傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，在監(jiān)控中心還原開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)作情況，并對(duì)開(kāi)關(guān)柜的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)與監(jiān)控，對(duì)于出現(xiàn)異常的開(kāi)關(guān)柜進(jìn)行合理的安全處置。系統(tǒng)能夠根據(jù)開(kāi)關(guān)柜的狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)急處置，從而達(dá)到保護(hù)用電系統(tǒng)安全的作用，取得了良

28、好的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。2.1監(jiān)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件由電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、信號(hào)傳輸線纜(光纖或者無(wú)線通信)、數(shù)據(jù)采集變換器、RS-485總線、RS-485/RS-232轉(zhuǎn)換器以及監(jiān)控中心構(gòu)成。低壓開(kāi)關(guān)柜的特點(diǎn)是電纜連接頭和母線連接頭較多，當(dāng)安裝或檢修時(shí)工作人員因疏忽而沒(méi)有安裝或少裝了緊固螺絲,或者是由于觸頭臟污時(shí)，會(huì)導(dǎo)致連接頭的接觸電阻增大,當(dāng)有大電流通過(guò)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生高溫，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將會(huì)造成故障甚至事故。因此，對(duì)于低壓開(kāi)關(guān)柜的電壓、電流、溫度監(jiān)測(cè)，主要是對(duì)其電纜連接頭以及母線連接頭進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在監(jiān)控系統(tǒng)中，傳感器通常緊貼需要監(jiān)測(cè)的母線排、開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)等安裝。

29、要求傳感器測(cè)溫精度不小于1度。在開(kāi)關(guān)柜設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)電流、電壓、溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集，并將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)測(cè)中心。數(shù)據(jù)采集模塊可安裝在開(kāi)關(guān)柜面板，并需要外部提供24V直流電源供電。在溫度采集模塊和監(jiān)測(cè)中心之間采用RS-485電纜進(jìn)行通訊連接，以保證信號(hào)可靠的傳輸，RS-485通信在1200m內(nèi)可以保證可靠的通信質(zhì)量,因此監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)與最遠(yuǎn)的開(kāi)關(guān)柜間距離應(yīng)小于1200m。監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)一般采用工控機(jī)，而工控機(jī)只帶有RS-232接口，故RS-485總線末端需要用RS485/RS232轉(zhuǎn)換器進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)化，方便系統(tǒng)軟件的數(shù)據(jù)采集。監(jiān)控中心是由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)構(gòu)成，保證對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)控中

30、心通過(guò)系統(tǒng)軟件對(duì)接收到的溫度信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，完成顯示、報(bào)警等功能。圖2.1 系統(tǒng)硬件框圖Fig.2-1System hardware block diagram2.2監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能設(shè)計(jì)軟件開(kāi)發(fā)使用MicrsoftVISua1C+6.0的基礎(chǔ)類庫(kù)MFC，MFC作為大型的工程編程語(yǔ)言，已經(jīng)大量的應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中。它提供了大量預(yù)先編寫(xiě)好的類及支持代碼，極大程度減少了工程開(kāi)發(fā)所需的時(shí)間，提高了工作效率。系統(tǒng)軟件由在線監(jiān)控和實(shí)時(shí)分析兩個(gè)主要部分組成。軟件具有在線采集、監(jiān)控、分析現(xiàn)場(chǎng)溫度的功能，這些分析包括超溫分析、溫升趨勢(shì)分析和相間溫差分析，并能做出報(bào)警、預(yù)報(bào)警(包括溫升預(yù)報(bào)警，三相相間溫差預(yù)報(bào)警等

31、)、報(bào)警日志記錄等處理。可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中保留歷史數(shù)據(jù)，作查看與分析使用。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。本系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)處理服務(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。 對(duì)于企業(yè)應(yīng)用于安全性領(lǐng)域的系統(tǒng)軟件，不僅需要應(yīng)對(duì)各種突發(fā)性情況，還要考慮到用戶的可操作性，最重要的是軟件在運(yùn)行中的穩(wěn)定性與可靠性。溫度監(jiān)控系統(tǒng)軟件是個(gè)多任務(wù)操作軟件，例如通過(guò)RS-232串行總線實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備的控制與通信，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，以

32、曲線形式實(shí)時(shí)顯示測(cè)試數(shù)據(jù)，歷史數(shù)據(jù)的查詢、曲線顯示以及操作記錄等。為了在完成這些任務(wù)的同時(shí)，主控制界面能夠?qū)崟r(shí)的處理用戶的輸入，始終保持工作狀態(tài),一種比較好的方法就是采用多線程的編程模式。3監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件由電流傳感器、電壓傳感器、溫度傳感器、信號(hào)傳輸線纜(光纖或者無(wú)線通信)、數(shù)據(jù)采集變換器、RS-485總線、RS-485/RS-232轉(zhuǎn)換器以及監(jiān)控中心構(gòu)成。3.1溫度傳感器的選擇考慮到光纖光柵溫度傳感器在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的應(yīng)用環(huán)境，傳感器的設(shè)計(jì)制作主要從以下五個(gè)方面確定:(l)選擇高性能的光纖光柵傳感器。主要考慮光柵傳感器的測(cè)溫范圍、反射率、有無(wú)次峰等方面，選擇優(yōu)質(zhì)光柵傳感器。(

33、2)選擇耐高壓、耐高溫材料加工制作光柵傳感器外封裝材料。除了考慮耐高壓、耐高溫條件外還需要考慮材料的機(jī)械強(qiáng)度及粘接性能。(3)選擇耐高壓光纖跳線。主要考慮跳線的絕緣耐壓特性，需通過(guò)有關(guān)部門(mén)的性能測(cè)試，以達(dá)到防止“爬電”的目的。(4)傳感器封裝制作。將光纖光柵用外殼封裝,重點(diǎn)考慮導(dǎo)熱膠的性能，光柵不能有預(yù)應(yīng)力，體積越小越好，這樣可保證較快的響應(yīng)速度并便于安裝。(5)封裝過(guò)程中要使光纖光柵始終處于自由狀態(tài)，避免了應(yīng)變與溫度的交叉串?dāng)_。綜合以上幾點(diǎn),設(shè)計(jì)出的成品傳感器如圖(3-1)所示。采用單端出纖設(shè)計(jì)，適用于并聯(lián)的連接方式。傳感器的探頭尺寸比較小，可以方便地安裝在空間狹小、元件密集的開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，避免

34、了對(duì)開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行、檢修等的影響；尾纖的長(zhǎng)度將根據(jù)傳感器的位置來(lái)確定，一般在4m左右。本系統(tǒng)光纖光柵溫度傳感器的型號(hào)為Anko-FBG-T01。圖3-1開(kāi)關(guān)柜內(nèi)光纖光柵溫度傳感器實(shí)物圖Fig.3-1Temperature sensor of fiber grating temperature sensor in switchgear光纖光柵傳感器在低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的安裝如圖(3-2)所示。圖3-2光纖光柵溫度傳感器在低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)的安裝實(shí)物圖Fig.3-2 The installation of fiber Bragg grating temperature sensor in the low-volt

35、age switchgear3.2光纖光柵溫度傳感器原理光纖光柵就是一段光纖。光纖光柵是利用光纖中的光敏性制成的。所謂光纖中的光敏性是指激光通過(guò)摻雜光纖時(shí)，光纖的折射率將隨光強(qiáng)的空間分布發(fā)生相應(yīng)變化的特性。而在纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵，其作用的實(shí)質(zhì)就是在纖芯內(nèi)形成一個(gè)窄帶的(透射或反射)濾波器或反射鏡。利用這一特性可制造出許多性能獨(dú)特的光纖器件。這些器件具有反射帶寬范圍大、附加損耗小、體積小，易與光纖禍合,可與其它光器件兼容成一體,不受環(huán)境塵埃影響等一系列優(yōu)異性能。光纖光柵的種類很多，主要分兩大類:一是Bragg光柵(也稱為反射或短周期光柵)；二是透射光柵(也稱為長(zhǎng)周期光柵)。光纖光柵從結(jié)構(gòu)上

36、可分為周期性結(jié)構(gòu)和非周期性結(jié)構(gòu),從功能上還可分為濾波型光柵和色散補(bǔ)償型光柵，色散補(bǔ)償型光柵是非周期光柵，又稱為惆啾光柵(chirp光柵)。光纖沿徑向從里向外分為纖芯、包層、涂覆層三部分,用特殊的紫外光照射工藝,光纖纖芯折射率受到永久的周期性微擾而形成一種光纖無(wú)源器件。它能將入射光中某一特定波長(zhǎng)的光部分或全部反射。滿足布拉格條件的波長(zhǎng)被光纖光柵反射,相關(guān)公式如下: b=2n其中: b是被反射的波長(zhǎng) n是光纖光柵的有效折射率 為光柵周期通過(guò)拉伸和壓縮光纖光柵,或者改變溫度,可以改變光纖光柵的周期和有效折射率,從而達(dá)到改變光纖光柵的反射波長(zhǎng)的目的。反射波長(zhǎng)和應(yīng)變、溫度、壓力物理量成線性關(guān)系。數(shù)學(xué)計(jì)算

37、公式為: 其中: 光纖光柵中心波長(zhǎng)變化量 e 應(yīng)變量 T 溫度變化量100根據(jù)這些特性，可將光纖光柵制作成應(yīng)變、溫度、壓力、加速度等多種傳感器。光纖光柵傳感系統(tǒng)主要由光纖光柵解調(diào)系統(tǒng)、信號(hào)傳輸系統(tǒng)和傳感器三個(gè)主要部分組成。對(duì)光芯進(jìn)行照射，使得光纖纖芯的一段區(qū)域折射率發(fā)生周期性變化,從而制成光纖光柵。光纖光柵傳感器獲取物理變化量。以光波長(zhǎng)為載體,通過(guò)光纖傳輸系統(tǒng)傳至解調(diào)系統(tǒng)，由解調(diào)系繞對(duì)光信號(hào)進(jìn)行處理分析，獲取物理變化量數(shù)據(jù)。3.3電壓傳感器的選擇霍爾電壓傳感器是一種利用霍爾效應(yīng)，將原邊電壓通過(guò)外置或內(nèi)置電阻，將電流限制在10mA,此電流經(jīng)過(guò)多匝繞組之后，經(jīng)過(guò)聚磁材料將原邊電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)被氣隙中

38、的霍爾元件檢測(cè)到，并感應(yīng)出相應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)經(jīng)過(guò)電路調(diào)整后反饋給補(bǔ)償線圈進(jìn)而補(bǔ)償，該補(bǔ)償線圈產(chǎn)生的磁通與原邊電流（被測(cè)電壓通過(guò)限流電阻產(chǎn)生）產(chǎn)生的磁通大小相等，方向相反，從而在磁芯中保持磁通為零。實(shí)際上霍爾電壓傳感器利用的是和磁平衡閉環(huán)霍爾電流傳感器一樣的技術(shù)，即零磁通霍爾電流傳感器。 直流電壓傳感器是指將被測(cè)直流電壓隔離轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的標(biāo)準(zhǔn)直流電壓或直流電流的裝置。直流電壓傳感器又分為單路直流電壓傳感器和雙路直流電壓傳感器，單路直流電壓傳感器是指將被測(cè)直流電壓隔離轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的單路標(biāo)準(zhǔn)直流電壓或直流電流的裝置。雙路直流電壓傳感器是指將被測(cè)直流電壓隔離轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的雙路

39、標(biāo)準(zhǔn)直流電壓或直流電流的裝置。 交流電壓傳感器又分為單相交流電壓傳感器和三相交流電壓傳感器。單相交流電壓傳感器是指將被測(cè)交流電壓隔離轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的單路標(biāo)準(zhǔn)直流電壓或直流電流，三相交流電壓傳感器是指將被測(cè)三相交流電壓隔離轉(zhuǎn)換成按線性比例輸出的三路標(biāo)準(zhǔn)直流電壓或直流電流。電壓傳感器選擇符合國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)GB1207-1997的JDZW-10型電壓傳感器。3.4電流傳感器的選擇 電流傳感器，是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)電流的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為符合一定標(biāo)準(zhǔn)需要的電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。電流傳感器依據(jù)測(cè)量原

40、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)GB1208-2006的LBZ-10型電流傳感器。3.5傳感器的主要安裝步驟如下:(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(xiě)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

41、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。3.6開(kāi)關(guān)柜數(shù)據(jù)采集器 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

42、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（FPEROMFlash 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。基于AT89C52單片機(jī)芯片的開(kāi)關(guān)柜

43、數(shù)據(jù)采集器硬件框圖如圖31 圖3-3 數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)框圖Fig3-3 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3-2：圖3-4開(kāi)關(guān)柜數(shù)據(jù)采集器固件系統(tǒng)流程Fig.3-4 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)

44、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3-3圖3-5通信模塊固件流程Fig.3-5 Communication module firmware process3.6.1最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)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

45、圖3-6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3-6最小系統(tǒng)電路Fig.3-6 Pin figure 3.6.2時(shí)鐘電路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，我們經(jīng)常使用11.0592MHZ的石英晶體。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。不管石英晶體選擇是11.0592MHZ，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3-7所示，選用12M的石英晶體，其兩引

46、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3-7時(shí)鐘電路Fig.3-7Clock circuit3.6.3 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3-4即為復(fù)位電路。 圖3-4復(fù)位電路Figure 3-4 reset circuit如圖3-4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，

47、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。3.8串口通信接口電路數(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

48、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?？筛鶕?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

49、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UART

50、0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(xiě)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

51、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RS-232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

52、電平轉(zhuǎn)換。以前常用的TTL與RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片為MC1488和MC1489。MC1488將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-232電平,其供電電壓為12V,MC1489則把RS-232標(biāo)準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)換為T(mén)TL,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RS-232電平的MAX3232芯片,其電路如圖1所示。圖3-6通信電路圖Fig.3-6 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5019200bps之間,是比較常用的傳送方式。串行通信前,發(fā)送方

53、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(xiě)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?，F(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

54、機(jī)采用COM2通信。3.9鍵盤(pán)輸出本課題選用T82C79M-2作為鍵盤(pán)輸入的芯片。T82C79M-2是一種通用可編程的鍵盤(pán)、顯示接口器件,單個(gè)芯片就能完成鍵盤(pán)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(pán)輸入FIFO,16個(gè)字節(jié)的顯示RAM。鍵盤(pán)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。T82C79M-2與AT89C52的硬件連接如圖3.9所示。鍵盤(pán)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

55、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(pán)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

56、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)。 RLORL7(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。 SLOSL3(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(pán)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、SHIFT.直接接地。4監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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4-1所示： 圖4-1 監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)圖Fig.4-1 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