基于物联网技术的多电机监控系统的设计

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1、基于物联网技术的多电机监控系统的设计丁俊1，王茂祥1，2，李多贵3，王斌1，朱金荣1（1.扬州大学，江苏扬州225002；2.中国移动通信集团江苏有限公司，江苏南京210029；3.扬州广播电视总台技术传输中心，江苏扬州225009）摘要：针对目前工业现场对交流电机缺乏有效监控的问题，为实现对交流电机的参数采集和智能监控，设计了基于物联网技术的多电机监控系统。该系统通过传感器测量电机及其所处环境的相关参数，利用无线自组织网络技术将数据传输至以S3C2440为核心的控制中心，采用SimpliciTI协议进行网络通信，并通过GSM模块进行远程数据传输。实验表明，该系统能够准确测量相

2、关参数，及时发现电机的堵转、缺相、三相不平衡等问题，有效保护电机。.jyqkpliciTI协议中图分类号：TN99?34文献标识码：A：1004?373X（2015）15?0136?03收稿日期：2015?02?02基金项目：江苏省教育厅高校科研成果产业化推进工程项目（JHB2012?43）0引言目前，我国电机装机总容量已达4亿k）技术和嵌入式技术，设计了一种多电机监控系统，该系统体积小、价格低、安装简便，并具有远程控制功能。1监控系统组成基于物联网的多电机监控系统采用SimpliciTI网络协议以无线方式进行信息交互，该协议是TI公司推出的针对小型RF网络的专有低功耗协议，能

3、够简化实施工作，降低对微处理器的资源占用[2]。SimpliciTI网络协议由应用层、网络层和射频层组成，支持点对点和星型2种基本网络拓扑结构[3]。本系统采用的星型网络拓扑包括数据中心（AccessPoint，AP）、中继（RangeExtender，RE）节点、终端（EndDevice，ED）节点三部分。中继节点和终端节点负责数据的采集、预处理、发送和对电机的直接控制，中继节点同时还负责数据转发工作。数据中心负责网络的管理和协调，接收所有节点的数据，处理后通过RS232接口发送至监控中心。监控中心以ARM9系列微处理器S3C2440为核心，负责数据的分析、显示等工作，在数据

4、异常时进行声光报警并采取相应措施，同时通过GSM模块提示用户。系统网络拓扑结构如图1所示。2系统硬件电路设计2.1硬件电路总体方案系统硬件电路主要分为监控中心、中继节点和终端节点三部分。由于中继节点和终端节点的硬件电路相同，因此本文只介绍终端节点电路。图2给出了系统硬件电路，其中，监控中心部分包括微处理器S3C2440、射频模块CC1110、显示模块、键盘、GSM模块和报警模块，终端节点部分包括传感器组及信号处理电路、射频模块、电源模块、继电器和交流接触器。2.2终端节点硬件设计终端节点是直接控制传感器的网络子节点，在系统中有着相当重要的地位[4]。CC1110作为终端节点的核

5、心，负责采集各传感器的输出信号，经过预处理后发送至数据中心。本系统中每个终端节点包含四种传感器：电压传感器、电流传感器、温湿度传感器和热敏电阻。如图3所示，电压、电流测量电路分别采用型号为HNV025和HS03?25A?NP的霍尔传感器，它们利用霍尔效应及磁补偿原理，被测回路与测试回路绝缘度高，可测量直流、交流、脉动信号。图3（a）所示的电压测量电路中，交流电压经全桥整流后输入传感器，Uout端输出和该交流电压有效值成比例的直流电压。电压跟随器U14A和稳压管D7可以有效防止冲击电压损坏CC1110芯片，运算放大器U14B用于放大电压信号，便于采样。通过三相电压值可以有效判断是

6、否有过压、欠压、缺相等状况发生。图3（b）所示的电流测量电路中，三个电流传感器分别串联在三相电路中，规定电流由IN端口流向OUT端口为电流正方向。当电流为正时，其输出经滤波和运算放大器U6，U7两级反向放大后，由out1端口输出，out2端口输出为0；当电流为负时，运算放大器U8为同相放大，因此信号由out2端口输出，out1端口输出为0，这样就可以有效的实时测量交流电流大小，并有效区分电流流向，即可判断相序是否正常，三相负载是否平衡。2.3监控中心硬件设计微处理器负责对各个模块的控制和协调工作[5]，考虑到功耗、体积和易用性等因素，本系统选用ARM9系列的S3C2440芯片，

7、该芯片具有丰富的片上资源，体积小、功耗低，为嵌入式应用提供了低功耗、低成本、高性能的微控制器解决方案。为了保证系统工作的可靠性，复位电路选用专用电压监视芯片MAX811，它稳定性高，功耗低，集成了上电、掉电复位等功能，并可以手动复位[6]，微处理器电路如图4所示。GSM模块包含GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块（ASIC）、闪存、ZIF连接器和天线接口的TC35模块。该模块自带RS232通信接口，可以方便的和微处理器配合，可靠地实现短消息服务，模块有AT命令集接口，支持文本和PDU模