當前位置:首頁 > 模擬 > 模擬
[導讀]摘要:設(shè)計了一種基于MSP430的實驗室配電箱無線安全監(jiān)測系統(tǒng),詳細介紹了該系統(tǒng)的硬件模塊和軟件模塊。該系統(tǒng)以MSP430為處理器芯片,由無線數(shù)傳模塊APC230和其他控制電路構(gòu)成的設(shè)計方案,無線模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至主機,

摘要:設(shè)計了一種基于MSP430的實驗室配電無線安全監(jiān)測系統(tǒng),詳細介紹了該系統(tǒng)的硬件模塊和軟件模塊。該系統(tǒng)以MSP430為處理器芯片,由無線數(shù)傳模塊APC230和其他控制電路構(gòu)成的設(shè)計方案,無線模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至主機,系統(tǒng)對電流電壓溫度信號大小設(shè)定了報警范圍,能有效監(jiān)測實驗室配電箱的安全,給出了各部分硬件電路設(shè)計和軟件流程。

關(guān)鍵詞:安全監(jiān)測;APC230;MSP430

實驗室是教學科研的重要基地,實驗室的安全管理是實驗工作正常進行的基本保證,實驗室是培養(yǎng)學生實踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。實驗室供電線路的安裝必須符合實驗教學的需要和安全用電的有關(guān)規(guī)定。實驗室中線路組裝在配電箱,因此,對實驗室配電箱安全的監(jiān)測研究,是實驗室人員設(shè)備安全的保證。

本設(shè)計采用單片機控制對實驗室配電箱的電流電壓溫度等信息進行數(shù)據(jù)采集、調(diào)理、分析,通過數(shù)碼管顯示所收集到的數(shù)據(jù),用發(fā)光二極管顯示控制器的狀態(tài),傳統(tǒng)的實驗室監(jiān)控方式采用模擬信號傳輸?shù)囊曨l監(jiān)控,而本文使用無線發(fā)射模塊發(fā)送至上位機。若所采集數(shù)據(jù)有異常,則系統(tǒng)自動報警。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

MSP430單片機是一款新型高速、超低功耗、抗超強干擾的單片機。內(nèi)部集成高速10位或12位A/D轉(zhuǎn)換器,最大轉(zhuǎn)換速度可以達到200 k/s,在強電磁干擾的場合依然不會降低精度,能夠滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應用。最高工作頻率可達25 M,實現(xiàn)40 ns的指令周期,可以高效有序地完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集分析。內(nèi)部自帶2個不同的時鐘系統(tǒng),還有豐富的片內(nèi)外設(shè),為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。另外,MSP430單片機的中斷源較多,并且可以任意嵌套,使用時靈活方便。當系統(tǒng)處于省電的低功耗狀態(tài)時,中斷喚醒只需5μs。它的方便高效的開發(fā)環(huán)境,可以滿足系統(tǒng)的要求。系統(tǒng)硬件的總體框圖如圖1所示。

系統(tǒng)主要由信號采集調(diào)理模塊、單片機控制模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和無線發(fā)射模塊組成。系統(tǒng)中的信號采集調(diào)理模塊通過電流電壓互感器將接收到的電流、電壓信號進行處理發(fā)送至單片機,顯示模塊將顯示采集到的數(shù)據(jù),同時無線發(fā)射APC230將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至主機,若有異常,給出報警信號,系統(tǒng)響應報警。

1.1 無線發(fā)射

APC230是高度集成半雙工微功率無線數(shù)據(jù)傳輸模塊,其嵌入高速單片機和高性能射頻芯片,傳輸距離長,可達1 800 m(9 600 bps),且體積小,功耗低,成本低,使用便捷,傳輸效率高。實驗室距離辦公室電腦有一定距離,需要設(shè)備抗干擾強以及靈敏度高,APC230可符合,它最大可以糾24 bits連續(xù)突發(fā)錯誤,達到業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先水平。APC230模塊提供了多個頻道的選擇,可在線修改串口頻率,發(fā)射功率,射頻速率等各種參數(shù)。還能夠透明傳輸任何大小的數(shù)據(jù),無須編寫復雜的設(shè)置與傳輸程序,工作頻率范圍為418~455 MHz(1 kHz步進),大于100個頻道,GFSK的調(diào)制方式,UART接口,RS232/RS485可定制,超大的256bytes數(shù)據(jù)緩沖區(qū),適合大數(shù)據(jù)量傳輸,內(nèi)置看門狗,保證長期可靠運行。實際使用中,APC230模塊除了正常的地和電源腳以外,只有接收端和發(fā)送端與單片機設(shè)備相連以及SET參數(shù)設(shè)置腳與設(shè)備相接,其他腳可懸空。

1.2 信號采集模塊

信號采集調(diào)理模塊分為信號采集以及信號調(diào)理兩部分。信號采集使用立式穿芯精密交流TA1016-1 M電流互感器和微型精密交流TV1013—1M電壓互感器以及DS18B20溫度傳感器分別采集電流、電壓和溫度信號?;ジ袡z測法一般用于高電壓大電流的地方,并且是交流,因此用互感器,所用電流電壓互感器的體積小,精度高,電壓隔離能力強,安全可靠。TA1016-1M四個引腳端,1、2腳懸空,電線穿芯通過電流互感器的3、4腳,電流檢測的方法實際上就是檢測電壓,再計算出電流。圖2是電流互感器的實際應用圖。

電流互感器的額定輸入電流是額定輸出電流的1 000倍,I1是輸入電流,I2是互感后的電流,通過互感器輸出的電壓是電阻Rf兩端的電壓,最后計算時要I2放大1000倍得到電線輸入電流,額定采樣電壓≤0.5倍IC電源電壓。電流互感器初級串聯(lián)于被測電流回路中,次級應近似工作于短路狀態(tài)。電流互感器次級電路不允許開路,所以不要裝熔斷器。電壓檢測比較簡單,通??梢圆⒔釉诖郎y電壓的線端,這里的TV1013-1M四個引腳中,1、2腳接輸入電壓,互感后3、4腳輸出電壓,通過互感器后得到的電壓就是電阻Rf兩端的電壓。圖3是電壓互感器的實際應用圖。

電壓互感器的額定輸入電流是額定輸出電流的1 000倍,I1是輸入電流,I2是互感后的電流,通過互感器輸出的電壓是電阻Rf兩端電壓,最后計算時要I2縮小一半得到電線輸入電流,額定采樣電壓 ≤0.5倍IC電源電壓。電壓檢測比較簡單,通常可以并接在待測電壓的線端,這里的TV1013-1M四個引腳中,1、2腳接輸入電壓,互感后3、4腳輸出電壓,通過互感器后得到的電壓就是電阻Rf兩端的電壓。

1.3 信號調(diào)理

配電箱中電線輸入交流信號,因而通過互感器輸出的電壓電流是交流信號,所以調(diào)理電路中采用的是雙電源運放uA 741,調(diào)理電路輸出的信號要接到單片機MSP430的A/D口,A/D口是單極性的,信號大小要控制在0~5 V之間,因此需要將互感器輸出的信號抬高使采集到的信號在高速采樣時峰峰值都在0~5 V之間。設(shè)定電流互感器的輸入電流最大不超過8 A,超過8 A判定為異常。則電阻Rf兩端電壓最大為1.92 V,通過調(diào)理電路,使電壓上抬2.5 V,輸出電壓在0.58 V~4.42 V之間。通過高速采樣,將采到的信號取平均值,除以1.414得到直流信號,輸送給單片機的A/D口引腳。

電壓互感器的調(diào)理電路與電流信號的調(diào)理電路一樣,只是調(diào)理電路中上抬后的電壓大小不一樣。得到輸出電壓在0.5 V~4.5 V之間,高速采樣后,將采到的信號取平均值,然后除以1.414得到直流信號,可以輸送給單片機的A/D口引腳。

1.4 顯示及報警模塊

該模塊由數(shù)碼管顯示和按鍵控制部分組成。設(shè)定電流不超過8 A,電壓不超過380 V,溫度不超過-20℃~80℃,若超過,則蜂鳴器報警。按鍵控制包含復位按鍵和消除報警鍵。當參數(shù)超過系統(tǒng)設(shè)定值,復位鍵用于系統(tǒng)初始化,消除報警鍵可取消蜂鳴器報警,及時處理各種問題。四位數(shù)碼管顯示測量數(shù)據(jù),每次只顯示一項測量值,每兩秒更換一次,用LED燈區(qū)分不同顯示數(shù)據(jù),便于工作人員對實驗室實時監(jiān)測。

2 軟件設(shè)計

本文中的軟件設(shè)計部分全部采用C語言編程,可提高程序的運行速度和效率,采用模塊化的程序結(jié)構(gòu),各個功能子模塊獨立,調(diào)試方便,便于控制功能的進一步擴展。首先單片機STC12C5A60S2和溫度傳感器DS18B20分別初始化,60S2接收傳感器和互感器傳輸來的數(shù)據(jù),進行判斷,是否超出預警值,如超過則報警,數(shù)據(jù)正常,則顯示數(shù)據(jù)并APC230無線發(fā)射數(shù)據(jù)。這是整個方案的軟件設(shè)計流程,如圖4所示。

3 系統(tǒng)測試

本文主要測試電壓電流信號,高壓電比較危險,因此用模擬箱測試分析結(jié)果。用模擬電子箱測試電流互感器可得到如表1的數(shù)據(jù)。

在模擬電子箱上電流互感器輸入的電壓太小,致使輸出的電壓很小,進而計算所得的電流太小,實際的配電箱中電壓輸入比模擬時大的多,電壓輸出也會增大,同樣電流也大。這里測得的輸入電流達到系統(tǒng)要求,實驗數(shù)據(jù)在可測范圍內(nèi)。

用模擬電子箱測試電壓互感器可得到如表2的數(shù)據(jù)。

經(jīng)檢測,實際輸出電壓比理論值偏小,可能是電阻比實際小一些,引起的電壓偏小或電路中消耗掉一部分電壓引起的?;ジ衅鳒y試的電流、電壓在傳輸過程中,受外界的干擾,在檢測數(shù)據(jù)時會出現(xiàn)電流電壓偏小的現(xiàn)象,另外電流電壓輸入的值偏小,容易引起較大的誤差。但基本不影響互感器的使用,本設(shè)計的電壓電流互感器都是可以正常使用的。

4 結(jié)束語

本設(shè)計完成了對配電箱電流電壓溫度的采樣分析,實時發(fā)送測量數(shù)據(jù)給工作人員,監(jiān)測系統(tǒng)工作可靠,測量精度高,設(shè)計成本低,不需要大型設(shè)備,互感器耐壓值高,受外界干擾小,具有報警提示功能可及時處理突發(fā)事故,可以達到監(jiān)控要求,在實驗室安全監(jiān)測方面有較大實用價值。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務中斷的風險,如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉