学士学位论文--基于zigbee的电力设备在线监测系统.doc

毕业设计说明书(论文)作 者： 学 号： 学 院： 专 业： 题 目： 基于Zigbee的电力设备在线监测 系统 指导者： (姓 名) (专业技术职务)评阅者： (姓 名) (专业技术职务) 2011 年 6 月 毕业设计说明书（论文）中文摘要现代社会，电力系统不断向高电压、大容量的方向发展，并且社会对电力系统的安全可靠性指标要求不断在提高，同时，在线监测技术能够提供可靠的设备状态信息。因此，开展在线监测技术，成为了电力系统发展的需求。本系统主要监测参数包括温度监测、湿度监测、烟雾监测和风力监测，并将Zigbee无线通信技术应用于电力设备环境在线监测过程，使监测数据及时高效的被接收观察，从而做出相应的处理。系统硬件方面实现了参数的采集、处理及无线传输，软件方面设计了各功能模块的系统流程。本次设计实现了电力设备的四种环境参数的在线监测，通过Zigbee无线通信方式使得参数信号可以进行实时发送、接收，工作人员可以随时获取温度、湿度以及烟雾和风力的大小变化信息，达到电力设备在线监测的目的。关键词 ：Zigbee；电力设备；在线监测-毕业设计说明书（论文）外文摘要 Title The electric power equipment online monitoring system based on Zigbee AbstractThe modern society, the power system to keep the high voltage, large capacity, the direction of development, and the social security of the power system reliability requirements in improving continuously, and at the same time, the monitoring online technology can provide reliable equipment status information. Carry out the online monitoring technology, became the needs of the development of the electric power system. This system mainly monitoring parameters including temperature monitoring, humidity monitoring, smoke monitoring and wind, monitor, and Zigbee wireless communication technology used in the power equipment online monitoring process, causes the environment monitoring data is receiving timely and efficient, and makes the corresponding observation of the processing. System hardware to achieve the parameters of collection, treatment and wireless transmission, and the software design for the function module system process. The design and implementation of the electric power equipment four environmental parameters in on-line monitoring, through the Zigbee wireless communication makes the parameters in real time signal can be sent and received, the staff can always get temperature, humidity and smoke and the size of the wind change information, to the power equipment monitoring online purposes.Keywords：Zigbee ；electrical equipment；monitoring online 目 录毕业设计说明书（论文）中文摘要I毕业设计说明书（论文）外文摘要II第1章 绪论11.1 研究背景与意义11.1.1 电力设备实时监控11.1.2 Zigbee无线通信11.2 国内外现状21.2.1 国内现状21.2.2 国际现状41.3 本文主要研究内容6第2章 相关研究技术72.1 电力设备监测72.1.1 电力设备监测技术72.1.2 电力设备在线监测技术72.2 无线传输技术的介绍82.2.1 基础无线传输技术82.2.2 移动通信与Zigbee9第3章 硬件系统设计113.1 设计方案113.2 节点监测模块设计113.2.1 温度采集电路113.2.2 湿度采集电路133.2.3 烟雾采集电路143.2.4 风力采集电路153.2.5 AT89S52单片机163.2.6 CC2430模块173.3 数据终端设计213.4 本章小结22第4章 软件系统设计234.1 采集节点系统流程图234.1.1 数字化传感器程序流程234.1.2 A/D转换传感电路流程244.2 发送端与接收端程序流图设计244.2.1 发送端244.2.2 接收端26第5章 总结27参考文献29附录31致谢33- -第1章 绪 论第1章 绪 论1.1 研究背景与意义1.1.1 电力设备实时监控“电力设备在线监测”就是利用传感、电子、计算机等技术，通过对运行中高压设备的信号采集和传输、数据处理以及逻辑判断，实现对电力设备运行状态的带电测试或不间断实时监测和诊断。至2002年，我国对电力设备的检修维护执行的是以预防性试验规程为基础的计划检修制度(TBM)。其主要依据是现行试验标准 电力设备预防性试验规程，在我国已有50年的历史。现代社会，电力系统不断向高电压、大容量的方向发展，因此，开展在线监测技术，成为了电力系统发展的需求。随着通信技术、传感技术、电力电子技术、计算机软件技术的快速发展，使得电力设备在线监测技术取得较大的突破，步入实用化阶段1。电力设备在线监测系统，实际上就是实现电力设备的远程实时监控的实用型系统，以便监测人员随时观察系统异常，及时作出反应，减小或避免由于系统非常态运行可能造成的损失，提高系统运行效率，降低人力物力，节省成本，有利于提高国民经济水平。电力监控系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具，为变配电系统的实时数据采集、开关状态检测及远程控制提供了基础平台，它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统，在变配电监控中发挥了核心作用，可以帮助企业消除孤岛、降低运作成本，提高生产效率，加快变配电过程中异常的反应速度。1.1.2 Zigbee无线通信十多年前，蓝牙热潮席卷世界，费用偏高、资金不足、实际应用传输效果不理想，是近年来蓝牙产业发展中遇到的不可避免的问题和阻碍。IEEE 802.15.4技术标准是 Zigbee技术的基础。该协议满足国际标准组织ISO开放系统互连OSI参考模式。它定义了物理层和单一的 MAC层。IEEE 802.15.4定义了两个物理层标准，分别是 2.4GHz物理层和 868/915GHz物理层。Zigbee网络主要用于自动化控制数据传输，是一个由许多个无线模块组成的一个数据传输网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络节点类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信。每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里。Zigbee网络节点本身不仅可以进行数据采集和监控，还具有路由功能，可以自动转发其他网络节点的数据。2.4GHz的物理层通过采用高阶调制技术能够提供250kbps的传输速率，有助于获得更高的吞吐量、更小的通信时延和更短的工作周期。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。尽管Zigbee仅仅是一个局域网，覆盖区域有限，但它却可以与现有的移动网、互联网和其它通信网络相连接，将许多Zigbee局域网连成为一个整体，具有高度的灵活性。因此可以通过使用覆盖距离不同，功能不同的Zigbee网络节点，建立起一个Zigbee局部控制网，再通过互联网或移动网与远端的计算机相连，从而实现低成本，高效率的远程监测控制。1.2 国内外现状1.2.1 国内现状我国从50年代开始，几十年来一直根据电力设备预防性试验规程的规定, 对电力设备进行定期的停电试验、检修和维护。定期试验不能及时发现设备内部的故障隐患，而且停电试验施加低于运行电压的试验电压，对某些缺陷反映也不够灵敏。进入80年代以来，电力设备在线监测技术发展很快，绝大多数变电站设备及发电机、电缆、线路绝缘子等都有在线监测项目。在线监测系统采用高灵敏度的传感器以采集运行中设备绝缘劣化的信息，信息量的处理和识别也依赖于有丰富软件支持的计算机网络，不仅可以把某些预试项目在线化，而且还可以引进一些新的更真实反映设备运行状态的特征量，从而实现对设备运行状态的综合诊断，促进电力设备由定期试验向状态检修过渡。电力设备在线监测，除外部换进监测外，国内的研究方向大致有以下几种：主变压器在线监测，容性设备的在线监测，断路器和气体绝缘组合电器（GIS），避雷器全电流及阻性电流分量监测，高压聚乙烯及交联聚乙烯电缆在线监测，电磁式电压互盛器等研究方向。电力设备在线监测在开发应用的过程中，要根据电力设备的具体运行状况，对设备监测具体数据进行综合分析，提高监测系统数据分析判断的准确性，它的开展对于提高电网运行水平，促进检修模式的转变，以及状态检修的完善具有重要意义1。随着电子技术的进步和传感器技术、光纤技术、计算机技术、信息处理技术等的发展和向各领域的渗透，系统监控技术中广泛应用了这些先进的科研成果, 使在线监测技术逐步走向实用化阶段。与预防性试验相比, 在线监测系统采用更高灵敏度的传感器以采集运行中设备绝缘劣化的信息, 信息量的处理和识别也依赖于有丰富软件支持的计算机网络, 不仅可以把某些预试项目在线化, 而且还可以引进一些新的更真实反映设备运行状态的特征量, 从而实现对设备运行状态的综合诊断, 促进电力设备由定期试验向状态检修过渡的进程2。我国于20世纪90年代末期开始无线传感器网络的研究。无线传感器网络具有极其广大的应用价值，已经引起了世界许多国家的学术界、工业界和军事部门的极大关注。自2000年起，国际上开始出现了一些关于传感器网络研究结果的报道。美国英特尔公司在2002年10月24日发布了“基于微型传感网络的新型计算发展规划”。该计划将致力于微型传感器网络在预防医学、环境监测、森林灭火乃至海底板块调查、行星探测等领域的应用。美国国防部和各军事部门也对无线传感器网络给予了高度重视，把它列为一个重要的研究领域，设立了一系列的军事传感器网络研究项目3。目前比较系统地利用无线传感器网络的实例是2002年Intel实验室和大西洋学院联合进行的大鸭岛环境监测项目4。2004年11月8日，香港腾达数字创意和美国Ember公司日前在深圳联合举办了“建构Zigbee无线网络生活”产品发表。香港腾达数字创意公司总裁Shen Xin表示，该公司可以为中国大陆企业提供相关Zigbee产品从设计、零组件供应到制造的完整服务。据称这家成立于1989年的设计服务公司，已经为中国大陆许多知名企业如海尔、创维、夏新等公司提供过LCD TV、DVD等设计。目前在我国传统农业主要使用孤立的、没有通信能力的机械设备和传感设备，主要依靠人力监测作物的生长状况。采用了传感器和Zigbee网络相结合以后，农业将可以逐渐地转向以信息和软件为中心的生产模式，使用更多的自动化、网络化、智能化和远程控制的设备来耕种5。2006年7月11日，Zigbee 联盟宣布华为技术, 施耐德电气, 意法半导体以 “促进者” 的身份加入理事会。1.2.2 国际现状国际上采用构建电子信息网络，实现无人监控和自动调节机制，利用无线通信技术，比如GPRS等，进行数据的远程传输和终端平台的监测控制。有些电力设备监测系统采用DPS进行信号处理，通常需要满足下列需求：（1）具有实时远程电力监控和发现操作电力运行异常的功能。并且，添加新的设备时不用改变现有的硬件设施；（2）手提电力监控设备需要完备并且开发成可以便捷的查明电力监控点的装置；（3）当发现电力运行异常时，应当具有直接负荷控制能力去卸载指定的电力设施；（4）该系统的监控距离可以进行灵活的网络流通；（5）必须具有一个信息传送装置，可以通过电子邮件或者手机可以迅速地给负责人发送警示危险信息；（6）网络服务可以适用于建立通讯基础设施并且构建电力监控的能力6。在电力设备监测中，现在有基于RFID电子标签技术的电力监测系统，数字电网电力监测系统，智能化电力监测系统，SCADA系统（以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统），调度平台系统(开放式平台和运行在该平台的多个相对独立的应用子系统组成的系统)等，许多种基于各种先进技术的电力监测系统。基于Zigbee的电力设备监测也是其中的一种方式。而Zigbee无线网络的低成本、短时延、免执照频段、高安全、近距离、低复杂度，低功耗等优点，是解决电力设备在线监测的良好途径。随着传感器技术、嵌入式技术以及低功耗的无线通信技术的发展，生产具备感应、无线通信以及信息处理能力的微型无线传感器已成为可能。这些廉价的、低功耗的传感器节点共同组成无线传感器网络，通过节点间的相互协作，将其监测和感应的多种环境信息(如温度、湿度等)收集起来，实现网络数据收集功能7。2004年12月Zigbee 1.0标准(又称为Zigbee2004)敲定，之后于2005年9月公布并提供下载。于2006年12月进行标准修订，推出Zigbee 1.1版(又称为Zigbee2006)8。Zigbee可以被应用在很多场合，诸如工业控制、智能建筑、家庭自动化、智能交通系统、医疗与健康保护、现代农业、环境监测等方面，都有它独特的应用价值。图1-1是近年来的Zigbee芯片组销售与预期9。国际上Zigbee的频带和数据传输率如图1-210所示，Zigbee堆栈是在IEEE 802.15.4标准基础上建立的，从下往上依次是物理层，MAC层，网络/安全层，应用支持子层，应用层，如图1-3。物理层，作用是协议的最底层，承付着和外界直接作用的任务；MAC层，作用是负责设备间无线数据链路的建立、维护和结束确认模式的数据传送和接收；网络/安全层，作图1-1 2005年以来销售收入及未来预期条形图图1-2 Zigbee的频带和数据传输率应用层应用支持子层安全层网络层MAC层物理层用户Zigbee联盟IEEE802.15.4硬件实现平台通信堆栈图1-3 Zigbee的堆栈架构用是建立新网络；支持/应用层，作用是应用支持层根据服务和需求使多个器件之间进行通信，应用层主要根据具体应用由用户开发11。1.3 本文主要研究内容本文介绍了一种采用Zigbee技术实现的电力设备有关部分外部环境参数在线监测功能的系统，该系统主要功能是实现电力设备的部分外部环境参数在线监测。首先，绪论中讲述了电力设备在线监测技术以及Zigbee无线传输技术的的研究背景与意义，接着介绍了电力设备监测与Zigbee无线传输的国内外研究现状。正文布置如下：第2章介绍电力设备监测与无线传输的相关研究技术。第3章讲述了该系统的设计方案和功能实现，主要描述本课题，即“基于Zigbee的电力设备在线监测系统”，其在系统结构构成，以及硬件方面的理论实现。几项电力设备外部环境采集监测功能：温度监测，湿度监测，烟雾监测，风力监测的基本构成，附有电路图并加以说明。采集信号的发送模块与接收模块的系统构成，电路接线总图。第4章则是软件实现，结合框图阐述了各项采集监测单元的程序流程，以及收端、发端的软件流程。第5章为最终总结。- 5 -第2章 相关研究技术第2章 相关研究技术2.1 电力设备监测2.1.1 电力设备监测技术电力设备监测技术，在全面实现现代化的时代背景下，由过去的有线监测方式逐渐转变成如今的无线监测。在电力设备有线监测中，线路铺设复杂，多重施工困难，不易面面俱到，安装和检修成本较高，如此多种低效率、高消耗的监测技术，在辐射范围更广，区域面积更大，供电质量需求越来越高的现代社会中，终将是步入幕后的陈旧技术，在本章暂不讨论。本章主要讲述的是电力设备在线监测，即实时无线监测以及无线传输相关技术的介绍。电力设备在线监测就是利用传感、电子、计算机等技术，通过对运行中高压设备的信号采集和传输、数据处理、逻辑判断，来实现对电力设备运行状态的带电测试或不间断的实时监测和诊断。2.1.2 电力设备在线监测技术电力设备的监测方式大致有：便携式在线监测，集中式在线监测，分层(级)分布多CPU结构等。部分研究方向如下：主变压器在线监测：油中溶解气体分析，监测变压器油中特征气体量油中溶解气体分析(DGOA)已被证明对于发现油浸变压器内部潜伏性故障，特别是过热性、电弧性、绝缘破坏性故障相当有效和可靠。目前，很有特色的是基于模式识别方法的局部放电数字化检测装置及三维图谱。容性设备的在线监测：泄漏电流和电容量的测量，传输线则采用双屏蔽或多屏蔽电缆来减少电磁干扰；容性设备介质损耗的测量，近年来，在介损测量的数据处理上取得突破，主要使用谱波分析法。断路器和气体绝缘组合电器：高压断路器是电力系统中最重要的控制和保护设备，其项目应包括绝缘特性、开断能力(剩余寿命)、机械特性。避雷器全电流及阻性电流分量监测，阻性电流监测则是从电压互感器取得电压信号，经模拟氧化锌阀片电压中的容性分量，并调整大小使其与容性电流相同，与避雷器总电流一起输入差分放大器，将容性分量补偿掉，从而测得阻性电流。高压聚乙烯及交联聚乙烯电缆在线监测，目前主要是通过叠加直流电压法进行监测。电磁式电压互盛器，测量一次励磁电流来判断一次绕组的好坏即是目前的实现方法1。现代电力企业应用中，传感器技术成为不可或缺的数据采集技术，可以通过电子信息的手段来进行精确而直接的电力监控。传感器的分类，但前一般采用两种方法，一种按被测参数分类：如温度、压力、位移、速度等；另一种按传感器的工作原理分类：如应变式、电容式、压电式、磁电式等。对于监测信号的处理，一般采用DSP，A/D转换，单片机芯片等进行。经过有线电缆、光线、无线电波等技术方式来进行信号的传输。2.2 无线传输技术的介绍2.2.1 基础无线传输技术1.无线传输无线传输主要是通过波长在可见光之上的光波，或者电磁波来进行的非物理接触性通信。波长由小到大分别为：红外光，微波和无线电。而下面的是根据传播媒介分类的几种无线传输方式：红外线，蓝牙，Wi-Fi，GSM，GPRS，CDMA等。其他常用的一些方式是建立在这些网络的基础上的，比如WIMAX是Wi-Fi的升级版，WCDMA是GPRS的升级版，ITE和HSDPA是WCDMA的升级版，CDMA2000是CDMA的升级版，移动的TD网络是我国自主开发的。这些无线传输方式各有特点。观众可以通过无线传感器网络直接感知客观世界，从而极大的扩展现有网络的功能和人们认识世界的能力。美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展的报告中，分别将无线传感器网络列为2l世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一12。随着无线传感器网络的深入研究和广泛应用，传感器网络将逐渐深入到人类生活的各个领域，成为人类生活必不可少的一部分13。GPRS和CDMA技术多应用于无线视频传输，GPRS也是手机应用网络之一。移动通信技术工作在081GHz的频段上，这是一个收费频段。移动通信技术的传输速度比较低，只有384Kbps，适合于语音业务。2.红外技术1993年，由二十多个大厂商发起成立了红外数据协会(IrDA)，统一了红外通讯的标准，这就是目前被广泛使用的IrDA红外数据通讯协议及规范。红外技术支持点对点的工作模式，传输信号时，要求设备之间必须是无障碍的直线信道。红外技术通信距离最长为3m，接收角度为30o。IrDA1.0可支持最高1152kbps的通信速率，而IrDA1.1可以支持的通信速率达到4Mbps。该技术工作原理简单、功耗小、成本低，主要用于电脑、手机、打印机等多种可移动的电子设备14。3.蓝牙技术蓝牙(Bluetooth)技术是一种支持点对点或点对多点的话音、数据业务的短距离无线通信技术。蓝牙技术工作在2.4GHz的ISM(Industry Science Medical)频段上，速度可以达到1Mbps。蓝牙通信距离比较短，一般只在10m以内。蓝牙技术是一项即时技术，它不要求固定的基础设施，易于安装和设置。蓝牙技术主要支持短距离的语音业务和高数据量的业务，如移动电话、PDA联网、无线耳机等。4.Wi-Fi技术Wi-Fi(Wireless Fidelity，无线高保真)与蓝牙一样，都是短距离的无线通信技术，它也是工作在2.4GHz的ISM频段上。Wi-Fi技术的速度比较高，最高能达到11Mbps，而且电波的覆盖范围也比蓝牙要大，可达50m左右。Wi-Fi技术适合移动办公用户的应用，具有广阔市场前景。2.2.2 移动通信与Zigbee移动通信的通信距离可达几公里，依靠现有的网络覆盖，其通信距离还可以尽可能地延长14。但是移动通信技术的高成本、低速率限制了它某些场合的应用。与其他几种无线通信技术相比，Zigbee具有近距离、低速率、低功耗、低成本、支持网络节点多等特点，可以广泛地应用于环境监测、农业自动化、工业控制等。一般来说，只要满足以下一点或者多点，就可以考虑Zigbee技术：需要无线通信交换信息的装置；传输距离较短、传输的数据量较小、传输的速率要求不高；设备没有充足的电力支持，只能使用电池供电，且要维持较长的时间；设备要求的成本较低，尽可能地降低成本；需要多个设备组成无线网络，主要是进行监测和控制的场合15。对于微波（数字微波、扩频微波）、无线LAN等技术的其他较高带宽的无线传输方案能做到通视传输、定向传输。无线传感器网络是由大量无处不在的，具有无线通信与计算能力的微小传感器节点密集布设在无人值守的监控区域从而构成能够根据环境自主完成指定任务的“智能”自治测控网络系统，满足无线数据采集和监控的要求16。Zigbee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞。它在中国被译为“紫蜂”,它与蓝牙相类似。是一种新兴的短距离无线技术9。Zigbee是一种应用于短距离范围内、低数据传输速率下的各种电子设备之间的双向无线通信技术。在 Zigbee 技术中，其体系结构通常由层来量化它的各个简化标准。每一层负责完成所规定的任务，并且向上层提供服务。 Zigbee 协议结构主要由物理层、媒体接入控制(MAC)层、网络安全层以及应用框架层组成。它的工作频率及调制方式：24GHz频段为全球统一的免执照的ISM频段，有助于Zigbee 技术的推广和生产成本的降低。915MHz是美国的ISM频段，868MHz是欧洲的ISM频段。这两个频段的引入是为了避免24GHz附近各种无线通讯设备的相互干扰。图2-1为Zigbee的通信可靠性10。图2-1 Zigbee通信可靠性保证其信道的划分如下：Zigbee 的三个频段共分了27个物理信道，信道编号从0到26。其中，868MHz频段只有一个信道，编号为0；915MHz频段有10个信道，编号从1到10；2.4GHz频段有16个信道，编号从11到26。其物理层结构及功能：Zigbee 的物理层通过射频固件和射频硬件提供了一个从MAC层到物理层无线信道的接口。在物理层中，包含一个物理层管理实体(PLME)，该实体通过调用物理层的管理功能函数，为物理层管理服务提供其接口。同时，还负责维护由物理层所管理的目标数据库，该数据库包含有物理层个域网络的基本信息。- 9 -第3章 硬件系统设计第3章 硬件系统设计3.1 设计方案基于Zigbee的电力设备在线监测系统的主系统设计框图如图3-1，通过利用各个节点的采集模块，进行信息采集，经过Zigbee传输，将信息汇集到主控端，经过微机处理，显示最终结果。实现了利用Zigbee这种短距离低速率无线通信技术，完成电力设备在线监测功能，以便负责人随时查阅电力设备的实时信息，及时作出相应的措施。采样节点C1采样节点C2主控端PC机 显示器采样节点Cn采样节点C(n+1)图3-1 主系统设计框图3.2 节点监测模块设计各个节点的探测模块中，设计了采集温度、湿度、风力强弱和烟雾浓度四项功能，将各个采集电路连接到单片机上，进行初步数据处理，再将信息通过无线传输发送出去。此模块是有源模块。模块结构设计如图3-2。3.2.1 温度采集电路温度采集电路，用DS18B20温度传感器原理设计电路图，如图3-3。采用数字温度传感芯片DS18B20，电源下接4.7k电阻，信号输出接单片机AT89S52的P1.0串口。GND为接地端。温度采集电路湿度采集电路风力采集电路烟雾采集电路（控制 模块）AT89S52单片机Zigbee无线传输模块电 源图3-2 节点监测模块设计框图图3-3 温度采集电路信号输出为数字信号，可通过单片机直接读取。从而转变成所需信号由Zigbee无线传输模块发送出去。测温范围-55+125，固有测温分辨率0.5。工作电源: 35V/DC测量结果以912位数字量方式串行传送。DS18B20采用上拉电阻供电方式，根据诸多Internet共享信息中一致提到的相关数据，此上拉电阻大小可为4.7K，即可满足单个芯片的正常供电。DS18B20引脚定义： (1)DQ为数字信号输入/输出端；(2)GND为接地端；(3)VCC为外接供电电源输入端。DS18B20的对应温度的信号输出见表格3-117。表格3-1中含有-55+125之间的，五个正温度和四个负温度以及零度的对应输出信号，对应有二进制输出和十六进制输出的数值。表3-1 DS18B20温度与输出信号温度（TEMPERATURE）二进制输出（Binary）十六进制输出（HEX）[phone] 000007D0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00010191h+10.1250000 0000 1010 001000A2h+0.50000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h-0.51111 1111 1111 1000FFF8h-10.1251111 1111 0101 1110FF5Eh-25.06251111 1110 0110 1111FE6Fh-551111 1100 1001 0000FC90h3.2.2 湿度采集电路湿度采集电路通过传感器原理，设计采集电路，如图3-4。HM1500为OEM客户提供了精确、可靠的测量方式。线性放大的电压输出可使传感器与控制器相连。无需避光，无需防静电，高湿后恢复时间短。图3-4 湿度采集电路HM1500的优点有体积小，温度影响极小，不受水浸影响，适于37V供电，可靠性高，长期稳定性良好，高湿后迅速恢复，5VDC供电时0100%RH对应14VDC输出，响应速度快，55%RH时修正精度在2%RH以内，耐化学腐蚀。技术指标见表3-2,最大额定值见表3-318。表3-2 HM1500相关技术指标（Ta=23 Vs=5VDC RL1M）参数符号最小典型最大单位湿度测量范围RH199%RH精度（1095%RH）RH35%RH供电电压Vs4.7555.25V输出（RH=55%）Vout2.422.482.54V耗电流Ic0.40.8mA温度系数（1050）Tcc0.1%RH/灵敏度（33%RH55%RH）mV/%RH25mV/%RH负载能力（RL）Is0.31mA恢复时间（在100%RH存放150小时后）T10S湿度迟滞1.5%RH长期稳定性0.5%RH/year输出阻抗Z70响应时间（3376%RH，静止空气， 63%）T10S表3-3 最大额定值（Ta=25）参数符号数值单位供电电压（最大值）Vs7Vdc湿度范围RH0100%RH工作温度Ta-3060存储温度Tastg-30703.2.3 烟雾采集电路烟雾采集电路利用气敏元件原理设计的传感器进行设计，如图3-5。QM-N5气敏元件参数如下：标定气体（0.1%丁烷气体，最佳工作条件）中电压2V，响应时间10S，恢复时间30S，最佳工作条件加热电压5V、测量回路电压10V、负载电阻RL为2K，允许工作条件加热电压4.55.5V、测量回路电压515V、负载电阻0.52.2K。图3-5 烟雾采集电路3.2.4 风力采集电路风力采集电路，通过压力传感器进行传感，如图3-6，采用滑动变阻影响电压的方法对风力进行测量。图3-6 风力测量电路压电式传感器利用电桥原理，将组织变化通过电压进行反应，输出的电压模拟量，经过运算放大器的滤波与放大，连接到数模转换（A/D转换）芯片ADC0809上的IN0串口，从而输入信号。ADC0809将模拟信号转化成数字信号，将其输入到AT89S52中，时钟同步提取，采样信号并行输出19。压电式压力传感器中，两个普通电阻R3和R4分别是1K，一个调零变阻器Rg，一个滑动变阻器Rp，Rp变阻范围010K。由风力引起的滑动变阻器Rp的组织变动，从而产生的电压起伏，经过两个放大器A1和A2的并行放大，经由A3将信号最终输入到数模转换芯片ADC0809的IN0串口。从而使得电压模拟信号，转换成可以被AT89S52单片机解读的数字信号。ADC0809的最大供电电压为6.5V，这里采用+5V供电。单片机P0口接收转换的数字量；。由于只有一路模拟信号输出，这里直接接通IN信号输入。EOC与单片机INT0中断连接，则可以以中断的方式来判断何时ADC0809转换完成。正的参考电压输入端VREF(+)接+5V电压，负端VREF(-)接地，故而待转换的模拟量的范围为0V-5V20。3.2.5 AT89S52单片机AT89S52单片机内部编写信号处理程序，经过一系列的数模转换，通过天线进行信号的发送与接受。AT89S52的复位电路与晶振电路如图3-7所示。图3-7 单片机AT89S52AT89S52中有四个8位的并行I/O口：P0端口，是一个8位漏极开路的双向I/O口，当把“1”写入P0时，则它的引脚可用作高阻抗输入。当对外部程序或数据存储器进行存取时，P0可用作多路复用的低字节地址/数据总线，在该模式，P0口必须外接上拉电阻才能有高电平输出，对应的引脚是P0.0 P0.7；P1端口带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P1口的输出缓冲器可驱动4个TTL输入，对应引脚P1.0 P1.7；P2端口同样带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口，P2口的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个TTL输出，对应P2.0 P2.7；P3端口则有引脚P3.0 P3.7，当其作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。在芯片AT89S52中，同样P3口还用于一些复用功能。总计32根I/O口线。每个串口可以单独用于输入或输出21。AT89S52上集成了中央处理单元CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、定时器/计数器和多种输入/输出（I/O），如并行I/O、串行I/O和A/D转换器等。就其组成而言一块单片机就是一台计算机。由于它具有许多适用于控制的指令和硬件支持而广泛应用于工业控制、仪器仪表、外设控制、顺序控制器中，所以又称为微控制单元（MCU）。MCS-51系列单片机，是Intel公司继MCS-48系列单片机之后，在1980年推出的高档8位单片机。当时MCS-51系列产品有8051、8031、8751、80C51、80C31等型号。它们的结构基本相同，其主要差别反映在寄存器的配置上有所不同。引脚与对应复用功能见表格3-4。其他引脚中，RST 复位输入端，在振荡器运行时，在此脚上出现两个机器周期的高电平将使其单片机复位；ALE/PROG 地址锁存允许信号，在存取外部存储器时，这个输出信号用于锁存低字节地址；PSEN 程序存储器允许信号。它用于读外部程序存储器；EA/Vpp 外部存取允许信号，为了确保单片机从地址为0000HFFFFH的外部程序存储器中读取代码，所以要把EA接到GND端，即接地；XTAL1 振荡器的反相放大器输入，内部时钟工作