气电设备远距离无线监测及集中-式检测预警系统的设计与实现-学位论文.doc
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1、信息科学与技术学院毕业论文 摘 要石河子大学信息科学与技术学院毕业论文课题名称:电气设备远距离无线监测及集中式检测预警系统的设计与实现学生姓名:刘新建2008082373崔洪刚2008082318学 院:信息科学与技术学院专业年级:信息管理与信息系统指导教师:郭丙君教授田敏 副教授完成日期:二一二年六月六日II摘 要随着现代技术的发展,社会各行各业电气设备应用愈来愈多,对这些设备的管理带来新的问题,其工作量也大大增加,这必然增加设备管理监测员的工作量和劳动强度,并给电气设备的监测、维护和更新带来了很多困难。如何实时掌握设备运行状态、及时对设备使用中出现的故障进行判断并及时维护,一直是一个棘手的
2、难题。本文论述了电气设备远距离无线监测及集中式检测预警系统的设计与实现,系统通过采集器、无线传输器和数据库服务器,实现对电气设备各项参数(电流、电压、功率等)的采集和处理、以实时检测电气设备的运行情况。同时集中式检测预警系统该系统的建立,可以同时管理与监测大量的电气设备,可以应用在一些电气化设备较多的企业,以及一些与监控中心相距较远或处在危险位置的电气设备,例如:高速公路上繁多的指示灯及一些大中型企业等。【关键词】电气设备;实时检测;集中式信息系统信息科学与技术学院毕业论文 AbstractDesign and Implementation of long-distance wireless
3、detection of electrical equipment and centralized detection warning systemAbstract: With the development of modern technology, every walk of life electrical equipment applications more and more, brought new problems to the management of these devices, their workload also increased significantly, thi
4、s will inevitably increase in the Device Manager monitors workload and labor intensityand to the monitoring of electrical equipment, maintenance and updating a lot of difficulties. How real-time device status, in a timely manner to judge the failure of equipment use and maintenance in a timely manne
5、r, has been a thorny problem. This paper discusses the design and realization of long-distance wireless monitoring of electrical equipment and centralized testing of early warning systems through acquisition, wireless transmission, and database servers, the acquisition of the electrical equipment of
6、 various parameters (current, voltage, power, etc.) and processing, real-time detection of the operation of electrical equipment. The establishment of the system of centralized detection of early warning systems at the same time management, and monitoring a large number of electrical equipment can b
7、e used in some of the electrification equipment more enterprises, as well as with the monitoring center far away or in a hazardous location electrical equipment, such as : on the highway range of light and some medium-sized enterprises.Keywords: Electrical equipment; real-time detection; a centraliz
8、ed information system32信息科学与技术学院毕业论文 目录目 录第一章 引 言11.1 概述11.2 国内外的研究现状和发展11.3课题的来源及研究背景31.4课题的研究意义31.5设计要求41.6小 结4第二章 功能概述和方案论证52.1数据采集模块论证52.2 GPRS传输模块的选择和论证72.3 小 结9第三章 硬件设计103.1电气设备数据采集模块103.1.1 V9401芯片硬件结构103.1.2时钟电路123.1.3复位电路133.1.4 电源系统133.2 GPRS传输模块的设计143.3数据控制模块203.4小 结20第四章 软件部分214.1数据库设计21
9、4.2数据库详细设计224.3 小 结23第五章 系统调试与测试245.1硬件调试245.2数据中心系统调试265.3 小 结29第六章 总 结30参考文献31致 谢31信息科学与技术学院毕业论文 第一章 引言第一章 引 言1.1 概述随着,电子高新技术是迅速发展,电气设备在我们的生产生活中应用的越来越多。电气设备管理与监测是每个企业都必须面对的问题。但一直以来人们使用的传统的人工方式管理与监测设备。这种管理方式存在这许多缺点,如效率低、及时性差且较为繁琐。另为,随着设备数量的增加,分布广泛,维护工作量大。其工作量也大大增加,这必然增加设备管理监测员的工作量和劳动强度,这将给电气设备的监测、维
10、护和更新带来了很多困难。如何实时掌握设备运行状态、及时对设备使用中出现的故障进行判断并及时维护,一直是一个棘手的难题。目前我国各类企业中有相当一部分单位电气设备管理与监测还停留在人工管理的基础上,尤其是中小型企业的管理更是如此,这样的管理与监测机制已经不能适应时代的发展,其管理与监测方法将浪费许多人力和物力.随着科学技术的不断提高,这种传统的手工管理方法必然被以计算机为基础的信息管理方法所取代。远程电气设备管理与监测系统成功地解决了这一问题,并且有着手工管理所无法比拟的优点,如监测迅速,管理方便,可靠性高,成本低等.这些优点能够极大地提高设备管理与监测的效率.因此,开发一套电气设备的数据远距离
11、无线传输及集中式检测预警系统,将是非常必要的,也是十分及时的。本课题通过采集器、无线传输器和数据库服务器,实现对电气设备各项参数(电流、电压、功率等)的采集和处理、以实时监测电气设备的运行情况。该系统可以应用在一些电气化设备较多的企业,以及一些与监控中心相距较远或处在危险位置的电气设备。例如:高速公路上繁多的指示灯、室外的广告灯等 。1.2 国内外的研究现状和发展目前,随着科技不断的进步,人们在无线监测方面取得了相当大的成就, 设备监测作为电气自动化的关键技术,是许多高新技术综合集成的载体。在世界科学界和工业设计界中,众多的研究机构正在研发电气自动化。为了高效的进行电气自动化管理,世界各国都在
12、不断地研究,利用各种先进技术手段进行电气自动化监控。目前对于电气自动化监控系统的研究,其现状及发展趋势主要体现在以下几个方面且多采用如下几种方案:1.电气设备参数的采集技术当前,电气设备状态监测技术在企业中已得到广泛重视。随着社会的发展,用户对设备安全稳定性的要求越来越高。设备状态监测技术的进一步发展和应用。尽管因种种原因,电气设备参数采集技术在发展上有不同的技术。随着现代科学技术的进步和先进制造技术的发展,它会像其他自动化技术一样,终将成为提高电气设备安全运行和促进企业行业技术管理水平提高的一项关键技术,成为大幅度提高电气设备安全运行水平的高度智能化的关键技术。2.数据传输方案(1)无线电通
13、信方案无线电通信系统利用公共频段进行数据传输,通信通道和通信设备具有投资小、维护简单的特点。但由于城市内部高大建筑的遮挡,使其传输距离受到了一定的限制,因此它适合用于分布半径不大、数量不多的电气设备数据传输。(2)有线通信方案有线通信主要有利用电话线通信和架设专线通信两种方式。电话线:就是利用现有的公用电话网为依托,采用调制解调器和公用电话网的交换机系统,在两个通信实体之间建立起通信通道。通信的网络适合于传输数据量不大、实时性要求不高的场合。(3)光纤通信方案光纤通信从光通信中脱颖而出,已成为现代通信的主要支柱之一,在现代电信网中起着举足轻重的作用。光纤通信作为新兴技术,其近年来发展速度之快、
14、应用面之广是通信史上罕见的,也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。近来有人对光纤通信的发展情景,有些困惑。其一,在2000年IT行业的泡沫,使光纤通信的生产规模投入过大,生产过剩。其二,有人认为:光纤通信的传输能力已经达到l0Tbps,几乎用不完,而且现在大干线已经建设得差不多,埋地的剩余光纤还很多,光纤通信技术不需要更多的发展。(4)蜂窝移动通信方式蜂窝移动通信是采用蜂窝无线组网方式,在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来,进而实现用户在活动中可相互通信。其主要特征是终端的移动性,并具有越区切换和跨本地网自动漫游功能。蜂窝移动通信业务是指经过由基站子系统和移动
15、交换子系统等设备组成蜂窝移动通信网提供的话音、数据、视频图像等业务。GPRS是蜂窝移动通信的一种方式,GPRS(General Packet Radio Semite)通用分组无线业务,是在现有GSM系统上发展出来的一种新无线数据传输业务。它将数据以数据包的形式在PLMN(公众陆地移动电话网)内或其他连接到PLMN的外部网络间传输。主要针对突发性数据分组传送的一种新业务,与短消息业务类似,提供两类业务:点到点业务和点到多点业务。多个GPRS用户可以共享一个无线信道,而一个移动用户也可以同时利用多个信道,因而GPRS用户的实际通信速率非常灵活,可以低于100kbps,也可以高于100kbps。G
16、PRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据,而不需要利用电路交换模式的网络资源。GPRS永远在线,按流量计费,从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。作为数据通信网络媒介,GPRS可以实现跨省市区全国性的数据双向实时通信。此外,GPRS通信还具有保密性高、可靠性高、抗干扰能力强等特点,保证了数据传输的准确性和稳定性,并提供双方完备的通信协测。因此,本文研究基于GPRS技术的数据传输。1.3课题的来源及研究背景课题根据实际生产存在的问题提出。课题完成系统可以满足企业对大量电气设备的监测和预警等需求。在技
17、术方面使用比较成熟的GPRS网络作为传输介质。传感器采用V9401作为采集芯片。所以,课题理论上是可以实现的。系统通过采集器、无线传输器和数据库服务器,实现对电气设备各项参数(电流、电压、功率等)的采集和处理、以实时检测电气设备的运行情况。同时集中式检测预警系统该系统的建立,可以同时管理与监测大量的电气设备,可以应用在一些电气化设备较多的企业,以及一些与监控中心相距较远或处在危险位置的电气设备。例如:高速公路上繁多的指示灯、及一些大中型企业等。1.4课题的研究意义随着,电子高新技术是迅速发展,电气设备在我们的生产生活中应用的越来越多。电气设备管理与监测是每个企业都必须面对的问题。但一直以来人们
18、使用的传统的人工方式管理与监测设备。这种管理方式存在这许多缺点,如效率低、及时性差且较为繁琐。另为,随着设备数量的增加,分布广泛,维护工作量大。其工作量也大大增加,这必然增加设备管理监测员的工作量和劳动强度,这将给电气设备的监测、维护和更新带来了很多困难。如何实时掌握设备运行状态、及时对设备使用中出现的故障进行判断并及时维护,一直是一个棘手的难题。目前我国各类企业中有相当一部分单位电气设备管理与监测还停留在人工管理的基础上,尤其是中小型企业的管理更是如此,这样的管理与监测机制已经不能适应时代的发展,其管理与监测方法将浪费许多人力和物力.随着科学技术的不断提高,这种传统的手工管理方法必然被以计算
19、机为基础的信息管理方法所取代。远程电气设备管理与监测系统成功地解决了这一问题,并且有着手工管理所无法比拟的优点,如监测迅速,管理方便,可靠性高,成本低等.这些优点能够极大地提高设备管理与监测的效率.因此,开发一套电气设备的数据远距离无线传输及集中式检测预警系统,将是非常必要的,也是十分及时的。1.5设计要求设计要求完成:硬件方面完成设备数据的采集和传输。软件方面完成,设备数据的分析处理以及呈现给用户的功能。1.6小 结本题是结合实际生产而确定的设计类课题。设计的系统可以自动监控电气设备。根据题目的要求,我们的系统主要分为电气数据采集模块、GPRS传输模块、信息系统。信息科学与技术学院毕业论文
20、第二章 功能概述和方案论证第二章 功能概述和方案论证根据设计要求,我们将整个系统分成以下4个部分如2-1所示:图2-1 系统总体方案第一部分完成电气相关数据的采集、AD转换、编码等工作;第二部分完成电气相关数据的稳定、可靠、及时得传输工作;第三部分完成数据库对相关数据的分析工作;第四部分根据相关数据报告做出响应。2.1数据采集模块论证方案一: 系统采用PL3106控制芯片,该芯片采用耦合电路设计比较麻烦且应用不广。一般来说,要把扩频载波信号耦合到电力线上去,在电力线扩频收发器和电力线之间需要一个耦合器。耦合器在电路中主要有三个作用:内部的高频耦合线圈实现强电侧和弱电侧的物理分离;内部的高通滤波
21、器保证导通高频信号而阻断电网工频;实现阻抗匹配。本系统采用的带有高通效果的耦合电路如图2-2所示,主要由电容C1和耦合线圈TR1(N1:N2=19:32,220V侧19圈,弱电侧32圈)构成。由于低压电网的工频(50Hz)和本系统扩频信号的信号频率(120KHz)相差将近2500倍,所以电容C1和耦合线圈原边电感对这两种频率信号的阻抗各不相同。对于工频信号,电容C1的阻抗远大于线圈原边电感的阻抗,所以电容C1承担了电力线上的交流电压;对于120KHz的系统信号,线圈原边电感的阻抗远大于电容C1的阻抗,所以系统扩频信号几乎都加在了耦合线圈上。这个电路能把工频与扩频信号叠加和分离开来。设计框图如图
22、2-2所示:图2-2 设计框图方案二:本系统采集模块采用Vango V9401芯片,V9401芯片是一款低能高性能的单项计量SoC芯片,集成模拟前端、电能计量模块、增强型8052 MUC、RTC、Flash和LCD驱动等功能模块。计量电路特点:1)支持对电压信号 U、电流信号 I 以及用于测量温度/ 电池电压的 M 通道信号采样;2)支持正反向有功/ 无功能量计量;3)支持同一路电流进行有功与无功能量计量;4)支持电流有效值电能计量模式 ;计量电路与原理如图2-3所示: 图2-3计量电路与原理图模拟信号输出方式:V9401支持2 种电流信号输入。其中,电流传感器(CT,Current Tran
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