基于物联网的多电机监控系统的设计

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1、基于物联网的多电机监控系统的设计摘要：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，网络通信采用SimpliciTI协议，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。关键词：物联网；自组织网络；S3C2440；Simplici

2、TI协议0引言目前我国电机装机总容量已达4亿k)技术和嵌入式技术相结合，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AP(AccessPoi

3、nt数据中心)、RE(RangeExtender中继)、ED(EndDevice终端)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，它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硬件电路总体方案由于

4、中继节点和终端节点的硬件电路相同，因此本文统称为终端节点。系统硬件电路主要分为监控中心和终端节点两部分，系统硬件电路示意图如图2所示，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其信号处理电路、射频模块、电源模块、继电器和交流接触器。在节点设计中采用了TI公司的低功耗SOC芯片CC1110，该芯片集成了数模转换器ADC、RF射频发射器和工业级增强型8051内核，其RF性能优异，能够满足433M、868/915MHz的I

5、SM波段对低成本低功耗的要求，最大输出功率可达10dBm，最大数据率可达500kbps[4]。射频模块电路如图3所示，电容C1-C7为电源去耦电容，T1为天线，Y1和Y2分别为高速晶振和休眠低速晶振。CC1110芯片的最佳差分阻抗为[5]，模块中利用阻抗匹配电路将其转换为标准天线阻抗50Ω，模块采用JTAG接口进行下载和调试。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[6]。CC1110作为终端节点的核心，负责采集各传感器的输出信号，经过预处理后发送至数据

6、中心。本系统中每个终端节点携带四种传感器：电压传感器、电流传感器、温湿度传感器和热敏电阻。如图4所示，电压、电流测量电路分别采用型号为HNV025和HS03-25A-NP的霍尔电压、电流传感器，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4(a)所示的电压测量电路中，交流电压经全桥整流后由Uin1和Uin2输入，Uout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

7、电压信号，便于采样。通过三相电压值可以有效判断是否有过压、欠压和缺相等故障发生。图4(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，并有效区分电流流向，结合三相电流的大小和变化趋势，即可判断相序是否正常，三相负载

8、是否平衡。工业现场的环境一般比较恶劣，电机所处环境的温湿度过高容易加速电机的锈蚀和老化，因此，环境的温湿度监测也很重要。系统采用Sensirion公司的温湿度传感器SHT75，体积小，功耗低，稳定性和抗干扰能力强，SHT75对温湿度的测量精度分别达到了±0.3℃和±1.8%RH，精度很高，完全能够胜任工业现场的温湿度测量任务。而电机在堵转、过载等情况下自身温度会异常升高，采用玻壳测温型NTC热敏电阻MF58测量，该电阻测温范围宽，阻温特性好。由于电机一般采用市电，而节