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毕业设计(论文)材料之二(2)本科毕业设计(论文)开题报告题目:基于ZigBee的电力开关柜无线测温系统课题类型:设计□√实验研究□论文□学生姓名:朱旗学号:3100203212专业班级:电科102学院:电气工程学院指导教师:汪石农(讲师)开题时间:2014年3月10日2014年3月10日一、毕业设计的研究意义、研究现状和发展趋势1、研究意义电力设备的安全可靠性是大规模输配电和电网安全保障的重要环节。在现代电力传输系统中,高压开关柜是发电厂、变电所中的重要设备,而柜内导电连接处的接触特性直接影响到开关柜工作的可靠性,由此产生的故障时有发生。这些故障一方面来自开关柜本身的质量问题,更重要的原因在于目前缺乏针对开关柜的有效监测手段。而本课题研究的无线测温系统可有效解决此类问题。2、研究现状由于柜内具有裸露高压,且空间狭小,无法进行人工巡查测温,通常的温度测量方法不能使用。目前的监测方法主要有以下三种:(1)定期用热像仪或点温仪对设备进行检测。由于热像仪和点温仪只能检测当时的温度,不能实现实时监测和及时告警,在巡检过程中巡检人员责任心、巡检时间间隔、测量角度、测量部位都极难掌握,这样造成很多设备测温不准,出现误测、漏测以及误差较大,问题不能被及时发现和处理;(2)光纤有线测温。通过使用光纤传导的方式进行温度监测,由于光纤要和感温一起紧贴在被测物体表面,而被测物体的表面都是高压部分,这样对光纤的本身和使用的环境要求很严格,光纤本身的绝缘是要老化,还不能受到环境的污染,其弯曲度是有限制的,安装也不方便;(3)红外线测温。该方法通过红外线信号接收设备接收来自一次设备上的红外线信号来测量温度,这种方法测量的温度值误差较大,而且受到外界的环境的干扰影响较大,如阳光及其他的热源的影响,且造价特别昂贵。为解决现有系统存在的问题,本课题提出使用无线温度传感器,基于ZigBee技术组网,构建电力开关柜温度监测系统。该测温系统可以进行全天候的监测,对可能发生的热故障提前进行预警,有效防止过热引起的各种恶性事故的发生。3、发展趋势自从马可尼发明无线电以来,无线通信技术一直向着不断提高数据速率和传输距离的方向发展。例如:广域网范围内的第三代移动通信网络(3G)目的在于提供多媒体无线服务,局域网范围内的标准从IEEE802.11的1Mbit/s到IEEE802.11g的54Mbit/s的数据速率。而当前得到广泛研究的ZigBee技术则致力于提供一种廉价的固定、便携或者移动设备使用的极低复杂度、成本和功耗的低速率无线通信技术。这种无线通信技术具有如下特点:功耗低。数据传输可靠。网络容量大。○4兼容性。○5安全性。○6安全性。如今,基于zigbee技术的产品越来越多的进入到我们的日常生活中。随着ZigBee规范的进一步完善,许多公司均在着手开发基于ZigBee的产品。采用ZigBee技术的无线网络应用领域有家庭自动化、家庭安全、工业与环境控制与医疗护理、检测环境、监测、监察保鲜食品的运输过程及保质情况等等。为了推动ZigBee技术的发展,Chipcon(已被TI收购)与Ember、Freescale、Honeywell、Mistubishi、Motorola、Philips和Samsung等公司共同成立了ZigBee联盟(ZigBeeAlliance),目前该联盟已经包含130多家会员。该联盟主席RobertF.Haile曾于2004年11月亲自造访中国,以免专利费的方式吸引中国本地企业加入。据市场研究机构预测,低功耗、低成本的ZigBee技术将在未来两年内得到快速增长,2005年全球ZigBee器件的出货量将达到100万个,2006年底将超过8000万个,2008年将超过1.5亿个。这一预言正在从ZigBee联盟及其成员近期的一系列活动和进展中得到验证。在标准林立的短距离无线通信领域,ZigBee的快速发展可以说是有些令人始料不及的,从2004年底标准确立,到2005年底相关芯片及终端设备总共卖出1500亿美元,应该说比被业界“炒”了多年的蓝牙、Wi-Fi进展都要快。ZigBee技术在ZigBee联盟和IEEE802.15.4的推动下,结合其他无线技术,可以实现无所不在的网络。它不仅在工业、农业、军事、环境、医疗等传统领域有具有巨大的运用价值,在未来其应用可以涉及到人类日常生活和社会生产活动的所有领域。由于各方面的制约,ZigBee技术的大规模商业应用还有待时日,但已经展示出了非凡的应用价值,相信随着相关技术的发展和推进,一定会得到更大的应用。但是,我们还应该清楚的认识到,基于ZigBee技术的无线网络才刚刚开始发展,它的技术、应用都还远谈不上成熟,国内企业应该抓住商机,加大投入力度,推动整个行业的发展。.基于zigbee技术的应用○1数字家庭领域可以应用于家庭的照明、温度、安全、控制等。ZigBee模块可安装在电视、灯泡、遥控器、儿童玩具、游戏机、门禁系统、空调系统和其它家电产品等,例如在灯泡中装置ZigBee模块,则人们要开灯,就不需要走到墙壁开关处,直接通过遥控便可开灯。当你打开电视机时,灯光会自动减弱;当电话铃响起时或你拿起话机准备打电话时,电视机会自动静音。通过ZigBee终端设备可以收集家庭各种信息,传送到中央控制设备,或是通过遥控达到远程控制的目的,提供家居生活自动化、网络化与智能化。韩国第三大移动手持设备制造商CuritelCommunications公司已经开始研制世界上第一款Zigbee手机,该手机将可通过无线的方式将家中或是办公室内的个人电脑、家用设备和电动开关连接起来。这种手机融入了“Zigbee”技术,能够使手机用户在短距离内操纵电动开关和控制其他电子设备。○2工业领域通过ZigBee网络自动收集各种信息,并将信息回馈到系统进行数据处理与分析,以利工厂整体信息之掌握,例如火警的感测和通知,照明系统之感测,生产机台之流程控制等,都可由ZigBee网络提供相关信息,以达到工业与环境控制的目的。韩国的NURITelecom在基于Atmel和Ember的平台上成功研发出基于ZigBee技术的自动抄表系统。该系统无需手动读取电表、天然气表及水表,从而为公用事业企业节省数百万美元,此项技术正在进行前期测试,很快将在美国市场上推出。○3智能交通如果沿着街道、高速公路及其他地方分布式地装有大量ZigBee终端设备,你就不再担心会迷路。安装在汽车里的器件将告诉你,你当前所处位置,正向何处去。全球定位系统(GPS)也能提供类似服务,但是这种新的分布式系统能够向你提供更精确更具体的信息。即使在GPS覆盖不到的楼内或隧道内,你仍能继续使用此系统。从ZigBee无线网络系统能够得到比GPS多很多的信息,如限速、街道是单行线还是双行线、前面每条街的交通情况或事故信息等。使用这种系统,也可以跟踪公共交通情况,你可以适时地赶上下一班车,而不至于在寒风中或烈日下在车站等上数十分钟。基于ZigBee技术的系统还可以开发出许多其他功能,例如在不同街道根据交通流量动态调节红绿灯,追踪超速的汽车或被盗的汽车等。二、主要设计内容经济的快速发展导致电力需求不断增加,电力故障将扰乱人们的正常工作和生活。因此,安全供电具有相当的重要性,电力一次设备的安全运行显得尤为重要,而温度是考察一次设备安全运行的一个重要参数,因此对电力设备进行温度监测具有迫切性。发电厂、变电站的高压开关柜是重要的电器设备。设备在长期运行过程中,开关柜中的触点和母线排连接处等部位因老化或接触电阻过大而发热,而这些发热部位的温度无法实时监测,因此极易导致设备烧毁或突然停电等事故发生。通过监测开关柜内触点温度的运行情况,可有效防止开关柜的火灾发生。三、本课题研究方案及工作计划研究方案:本研究采用传统的接触式温度传感器测温。安装在高压开关柜内的无线测温传感器测量温度,测量所得温度信号通过ZigBee无线通信模块发射,由安装于柜体上的测温仪中的无线接收模块接收信号,再通过测温仪处理信号得到温度数据,并可通过RS485工业总线上传数据到监测站,实现多柜的实时监测与超限报警。直接测量温度的测量精度较高,无线测量部分和传输部分体积很小,测量点布局灵活,并能实现多点测温使得数据更可靠。采用无线传输方式也同时解决了高压隔离的问题。通过无线接收将数据传送到数据接收装置,再通过内部网络传送到监控主站进行处理、分析。高压开关柜无线温度监测系统采用一台中心监测计算机,通过RS485工业总线,连接测温仪,每台测温仪都具有一个RS485接口,用于与上位机通信,可以在远程上位机系统进行集中显示各高压开关柜所有测温点的数据,并可预先设定开关柜报警温度。该接口可以支持64个测温仪联网运行,当系统需要超过64个测温仪时,可以采用多串口转接设备来增加联网的测温仪的数量,整个网络最多可连接254台测温仪。每台测温仪相当于一个无线传感器网络的协调器,它可接入6~12只无线温度传感器。其结构如下图:工作重点和工作难点(拟采用的途径):1、温度的采集:每台高压开关柜内安装6个温度传感器节点,这6个节点定时启动采集温度信息,将自己采集到的温度数据,通过无线方式发送给同一台温度监测仪,温度监测仪相当于ZigBee网络中的协调器,安装在高压开关柜的柜门上。2、无线传输模块:安装在高压开关柜内测温点处的温度传感器采用DS18B20数字温度传感器,用来采集温度数据。采集来的数据输入到无线发射模块中,并且通过ZigBee无线网络,发送到无线接收模块中,进而通过串口传输到MCU中进行数据处理,实现数据采集的过程。3、RS485通信模块设计:RS485工业现场总线最高传输速率为10Mbps,其接口采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗共模干扰能力强,抗噪性能优越,并且传输距离长,无中继可达1000m以上。高压开关柜各采集点采集的温度数据,通过测温仪的RS485通信模块接入RS485总线,上位机通过RS232/RS485转换接入RS485总线。4、键盘设置及超限报警:每台测温仪负责监测一台高压开关柜内的多个测温点的温度,本测温仪选用DS18B20液晶显示模块,温度正常时显示当前每个温度采集点的温度,并可显示通过键盘设定的每个温度采集点的报警温度值。测温仪设置4个按键通过4.7K上拉电阻和单片机的I/O口相连。通过可循环左移的按键选择需要设置的测温点,用上键可以调节当前设置的数值,确定键保存设置并退出设置状态,退出键则不保存退出设置状态。通过这4个按键的配合使用,便可设置各无线测温点的报警值了。测温仪的报警功能由一个I/O口控制,当为低电平时,报警二极管亮起。各模块图如下:工作计划:第1-2周:熟悉课题,查找相关参考文献和资料;第3周:学习相关参考文献和资料,奠定理论基础;第4-5周:整理资料,初步确定设计思路,撰写开题报告,准备开题答辩;第6-10周:确定设计方法,并进行初步验证;第11-13周:系统调试和完善,基本完成毕业设计;第14-16周:整理相关资料,开始撰写论文,根据要求确定论文的初稿;第17周:检查、修改论文,完成论文终稿;第18周:准备参加毕业答辩和论文装订。四、主要参考文献[1]CIARDIELLOT.WwirelessCommunicationsforIndustrialControlandMCU电源无线接收RS485通信超限报警键盘显示Monitoring[J].Computing&ControlEngineeringjournalAprilMay,2005,.16(2):12-13.[2]ZigBeeAllianceZigBeeSpecification[EB/OL].[3]钱祥忠.高压开关柜内接头温度在线监测系统的设计[J].仪表技术与传感器,2007(2):73-75.[4]刘奇,尤一鸣.组建SMAC协议构架的ZigBee星形网络[J].单片机与嵌入式系统应用,2008(11):8-10.[5]韩华峰,杜克明,孙忠富,等.基于ZigBee网络的温室环境远程监控系统设计与应用[J].农业工程学报,2009(7):158-163.[6
本文标题:开题报告(参考)
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