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基于无线传感器网络的电力变压器温度监测系统

作　者: 张洋
导　师: 吴晓蓓；黄成
学　校: 南京理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电力系统监控无线传感器网络 Zigbee 嵌入式Web网关 μClinux移植
分类号: TP212.9;TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

电力变压器作为最重要的电力系统输变电设备之一,对于其运行状态和故障情况应精确监控,并及时采取相应的处理措施,对于提高电力系统运行的安全性、可靠性和经济性具有重要的意义。传统的人工定期巡检费时费力,采用电力变压器实时在线监测技术可以克服传统监测方法的局限性,在实时安全性能方面大幅提升,能够使变压器的维护水准到达新的阶段。在电力设备运行过程中,变压器故障时有发生,潜在故障主要有过热和放电两大类,其中,过热故障占有很大的比重。本课题针对电力变压器的工作环境,设计基于无线传感器网络技术的温度监测系统。该系统采用ZigBee无线通信技术实现高压隔离,并结合无线传感器网络的良好特性,分别基于MSP430F149和OMAP-L138设计了测温子节点和汇聚节点,测温传感器节点负责采集现场温度数据,然后将数据上传至汇聚节点,从而达到提高通信距离和降低单点失效造成网络瘫痪的风险。节点覆盖范围广,而且可以部署于条件苛刻的环境中,其低功耗设计可以保证节点能够长期高效地采集数据,从而免去繁琐的人工维护,降低监控成本。采用μCLinux作为嵌入式操作系统,基于ARM-μCLinux平台移植了SQlite数据库,然后设计开发嵌入式Web网关作为Internet与Zigbee数据的通信平台,数据通过网关与监控中心通信,监控端计算机对数据存储并进行处理分析,用户在远程浏览器即可实现监控和预警等功能。设计完成后,对系统进行了测试仿真,并对实验结果进行分析以及验证系统的可行性和实用价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-12
  1.1 引言  7-8
  1.2 电力系统在线监测技术的国内外研究状况综述  8-9
  1.3 变压器传统在线监测方法简介  9-10
  1.4 无线传感器网络对电力变压器在线监测的目的和意义  10
  1.5 本课题研究的主要内容和章节安排  10-12
2 无线传感器网络体系结构研究与分析  12-20
  2.1 无线传感器网络研究综述  12-15
    2.1.1 无线传感器网络概述  12
    2.1.2 无线传感器网络特点和制约因素  12-13
    2.1.3 无线传感器网络的研究现状与应用  13-15
  2.2 无线传感器网络结构  15
  2.3 无线传感器网络拓扑结构  15-16
  2.4 无线传感器节点结构  16-17
  2.5 无线传感器网络协议IEEE802.15.4/ZigBee  17-19
    2.5.1 IEEE 802.15.4标准  17-18
    2.5.2 IEEE 802.15.4与Zigbee的区别  18
    2.5.3 Zigbee技术简介及特点  18-19
  2.6 小结  19-20
3 无线传感器网络在线监测电力变压器的硬件设计  20-37
  3.1 无线传感器网络在线监测电力系统的总体方案  20-21
    3.1.1 系统设计的需求分析  20-21
    3.1.2 系统的总体结构设计  21
  3.2 测温节点的硬件设计  21-29
    3.2.1 数据采集模块  21-23
    3.2.2 数据处理模块  23-24
    3.2.3 数据通信模块  24-27
    3.2.4 数据处理模块与数据通信模块的连接  27
    3.2.5 能量供应模块  27-28
    3.2.6 复位电路  28-29
  3.3 汇聚节点的硬件设计  29-36
    3.3.1 SEED-DIM138主要特性以及系统功能  30-31
    3.3.2 OMAP-L138处理器模块  31-34
    3.3.3 无线通讯模块  34-35
    3.3.4 电源模块  35
    3.3.5 硬件设计中需要注意的问题  35-36
  3.4 小结  36-37
4 无线传感器网络在线监测电力变压器的软件设计  37-59
  4.1 温度采集节点的软件实现  37-40
  4.2 CC2420的驱动程序设计  40-43
    4.2.1 CC2420初始化  40-41
    4.2.2 CC2420的数据通信  41-43
  4.3 Z-stack协议栈  43-46
    4.3.1 系统的初始化  44-45
    4.3.2 OSAL任务  45-46
  4.4 汇聚节点的软件设计  46-58
    4.4.1 ARM-μClinux软件平台的设计  46-48
    4.4.2 μClinux设备驱动的设计  48-51
    4.4.3 嵌入式WEB服务器在ARM-μClinux上的移植  51-54
    4.4.4 嵌入式数据库SQLite及其在μClinux上的移植  54-57
    4.4.5 基于μClinux的远程数据采集系统的多线程程序设计  57-58
  4.5 小结  58-59
5 监测系统的仿真调试与分析  59-67
  5.1 监测系统功能分析  59
  5.2 远程监测平台的设计  59-61
  5.3 系统整体仿真及分析  61-66
    5.3.1 远程监测系统的界面  61-63
    5.3.2 远程监测系统的整体仿真分析  63-66
  5.4 小结  66-67
6 总结与展望  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-74
附录A  74-75
附录B  75

基于无线传感器网络的电力变压器温度监测系统

内容摘要

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