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1、陕西理工学院毕业论文 电力设备无线巡检系统的设计【摘要】本设计阐述了一种新型电力设备巡检系统的结构和设计。该系统基于一体化手持巡检器和计算机网络技术，前端采用手持机，后台采用基于浏览器，服务器结构的管理系统，可实现线路巡检的信息化和智能化管理。其中一体化手持巡检器基于单片机模块，并采用复杂可编程逻辑芯片进行硬件逻辑控制，与基于掌上电脑的手持机相比，专用性更强，性价比更高。我以微机原理与接口技术课程中所学知识为基础，设计了电力设备巡检系统。本系统以8031单片机最小系统为核心，能够实现8路设备检测。该系统通过手持机检测电力设备，经AD转换器将采集到的数据转换为数字量，在单片机的控制下存入外部的数
2、据存储器中。【关键词】 8031单片机；外围电路；电力设备巡检。 第 49页 共 49页陕西理工学院毕业论文 目录引言31.概述41.1电力设备无线巡检系统设计要求41.2国内外发展概况41.3设计目标52.系统总体设计62.1总体设计框图62.2总体设计流程图92.3总体设计说明113系统硬件设计133.1电力设备巡检系统组成结构133.2硬件功能描述163.3存储器扩展电路设计203.4数据采集电路设计213.5其它器件设计224系统软件设计284.1软件总体设计284.2各设计模块334.2.1键盘扫描模块.334.2.2显示模块.364.2.3 BCD码转换模块 .435系统调试455
3、.1硬件电路调试455.2程序调试45致谢47参考文献48英文文献49 引言单片机由于其微小的体积和极低的成本，广泛的应用于家用电器、工业控制等领域中。在电力生产过程中，各种电力设备都可以成为被控参数。单片机电力设备巡检系统，是利用单片机作为系统的主控制器，测量电力设备数据反馈信号经A/D变换后，送入单片机中进行处理，再由单片机对其数据进行存储或显示。本设计采用8031单片机,该单片机具有集成度高，运算快速快，体积小、运行可靠，价值低廉的特点，适宜于各种等过程控制。鉴于这样的重要性,我打算设计一种基于单片机电力设备巡检系统,实现对不同设备数据变化的控制与监测。 1.概述1.1电力设备无线巡检系
4、统设计要求本次设计的巡检系统可以对多达8路的通道进行实时检测，采用8031单片机进行数据的采集和控制，并在巡回检测的过程中将采集到的数据存入外部的数据存储器中。系统测得数据的本质其实是测量传感器的电阻，通常是将电阻的变化转换成电压或电流等模拟信号，再将模拟信号转换成数字信号，再由处理器换算出相应数据。本文采用恒流源做为信号获取电路的方案，恒流源通过电阻值的变化，从引起电压的变化，放大后经AD采用后，送由单片机处理，换算出相应数据。1.2国内外发展概况电力设备主要包括以发电设备和供电设备两大类，发电设备主要是电站锅炉、蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机、发电机、变压器等等，供电设备主要是各种电压等级的输
5、电线路、互感器、接触器等等。电力设备巡检管理是有效保证电力设备安全稳定运行的一项基础工作。传统的巡检监督管理方法难以有效监督巡检人员，导致经常出现由于巡检不到位、处理不及时而引发的设备事故。因此，现场迫切需要一种实用、方便、有效的巡检管理系统 。近年来出现一些比较先进和智能化的电力设备巡检系统。它们通过在设备上安装信息钮、信息螺栓或条形码等自动识别器件，后台采用计算机进行集中管理，以有效杜绝人为因素影响，有利于及时、客观地考核巡检人员的工作。但仍存在以下局限性： 安装较为复杂，而且长期暴露在野外，容易遭到损坏。 填写缺陷票仍由巡检人员现场手工完成，费时、费力且缺陷票填写内容不规范。单片机的一体
6、化手持巡检器（简称手持机）和基于网络技术的后台管理系统组成的智能电力设备巡检管理系统的原理、结构和设计方案。本系统可有效克服上述系统的局限性，实现巡线管理的信息化、网络化和智能化，提高巡检工作效率，保障设备安全运行。进入21世纪后，智能电力设备巡检系统正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟巡检控制器和网络巡检控制器、研制单片巡检系统等高科技的方向迅速发展。最早的智能巡检系统，采用的是8位A/D转换器，其精度较低。目前，国外已相继推出多种高精度、高分辨力的智能巡检传感器，所用的是912位A/D转换器，分辨力相当高。为了提高多通道智能巡检控制器的转换速率，也有的芯片采用高速逐
7、次逼近式A/D转换器。新型智能巡检控制器的测试功能也在不断增强。例如，采用DS1629型单线智能传感器增加了实时日历时钟（RTC），使其功能更加完善。DS1624还增加了存储功能，利用芯片内部256字节的E2PROM存储器，可存储用户的短信息。另外，智能控制器正从单通道向多通道的方向发展，这就为研制和开发多路巡检测控系统创造了良好条件。目前，智能控制器的传感器的总线技术也实现了标准化、规范化，所采用的总线主要有单线(1-Wire)总线、I2C总线、SMBus总线和spI总线。采用的传感器作为从机可通过专用总线接口与主机进行通信。传统的A/D转换器大多采用积分式或逐次比较式转换技术，其噪声容限低
8、，抑制混叠噪声及量化噪声的能力比较差。新型智能控制器普遍采用了高性能的式A转换器，它能以很高的采样速率和很低的采样分辨力将模拟信号转换成数字信号，再利用过采样、噪声整形和数字滤波技术，来提高有效分辨力。式AD转换器不仅能滤除量化噪声，而且对外围元件的精度要求低；由于采用了数字反馈方式，因此比较器的失调电压及零点漂移都不会影响数据的转换精度。这种智能电力设备巡检控制器兼有抑制串模块抗干扰能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。1.3设计目标在本次毕业设计中，主要完成以下几方面的设计目标：1）简要综述单片机技术发展的国内外现状及在电力设备巡检或其它巡检系统的应用情况；2）掌握MCS-51系列某种
9、产品（例如8031）的最小电路及外围扩展电路的设计方法；3）了解单片机电力设备巡检系统的功能及工作过程；4）完成主要功能模块的硬件电路设计及必要的参数确定；5）用一种计算机绘图软件完成原理电路的绘制；6）完成系统设计说明书 陕西理工学院毕业论文 2.系统总体设计2.1 总体设计框图该电力设备巡检系统主要有三部分组成：1）8031单片机基本电路部分； 2）8031单片机外部程序与数据存储器扩展部分；3）数据检测及数据采集部分；相应框图如图2.1所示。 图2.1总体设计方案功能结构框图在该系统中，8031单片机基本电路包括复位电路、晶振电路和锁存电路等部分；存储器扩展电路主要包括程序存储器（276
10、4）和数据存储器（6116）扩展；数据检测电路主要由AD转换器（0809）和数据检测元件构成。单片机的工作过程：单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件存储器
11、中。存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。 程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器PC（包含在CPU中），在开始执行程序时，给PC赋以程序中第一条指令所在的地址，然后
12、取得每一条要执行的命令，PC在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。现代计算机技术的产业革命，将世界经济从资本经济带入到知识经济时代。在电子世界领域，从20世纪中的无线电时代也进入到21世纪以计算机技术为中心的智能化现代电子系统时代。现代电子系统的基本核心是嵌入式计算机系统(简称嵌入式系统)，而单片机是最典型、最广泛、最普及的嵌入式系统。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，大致可分如下几个范畴： 在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展
13、灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的传感器，可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备（功率计，示波器，各种分析仪）。 在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视
14、频器材、再到电子秤量设备，五花八门，无所不在。 在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，对讲机等。 单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 在各种大型电器中的模块化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。 在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。 单片机在汽车设备领域中的应用 单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器
