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时间:2018-11-17
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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
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