基于ZigBee无线技术的电气火灾监控系统应用设计

论文摘要

电气火灾监控系统是指：当被保护线路中的被探测参数超过报警设定值时,能发出报警信号、控制信号并能指示报警部位的系统。随着经济的快速发展和人们生活水平的大幅度提高,用电设备不断增多以及用电负荷的不断加大,随之因电气原因导致的火灾事故也在逐年攀升。由于电气火灾监控系统能够准确实时监控电气线路的故障和异常状态,及时发现电气火灾的隐患,及时报警、提醒有关人员去消除这些隐患,避免电气火灾的发生,因此它的出现引起了社会的广泛关注。但是在一些特殊情况下,对于传统的电气火灾监控系统,线路的铺设和维护成本较高,且有线线路本身存在腐蚀现象,这将会影响通信质量。在这些情况下,采用无线通信技术能够解决这方面的技术难题。随着电子通讯业的迅速发展,无线通信技术也得到了长足的进步。本课题的内容是从无线通信技术在电气火灾监控系统中的应用出发,经过对主要无线通信协议特点的分析,选取了ZigBee协议作为底层通信协议。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术,用于近距离无线连接,主要应用领域包括工业控制、消费性电子设备、汽车自动化、农业自动化和医用设备控制等。论文首先介绍了电气火灾监控系统和ZigBee技术的相关基础知识,对ZigBee无线技术的协议栈结构进行了分析,研究了各个通信协议层的具体功能和作用,并设计了符合ZigBee协议的软硬件平台。在电气火灾监控系统的数据传输方面,将ZigBee无线网络加入到RS-485有线传输网络中,使其成为有线传输的一部分。最终把有线、无线传输的各自优点进行有力结合。在布线受限的地方采用ZigBee无线通信方式；在无线信号屏蔽区域采用有线通信方式,二者相互弥补缺陷。在ZigBee网络的数据传输中,采用点对点式通信。通过建立相应的监控器地址路由表,并对传输数据进行分层判断来保证数据传输的实时性、完整性和准确性。其次进行了剩余电流等数据信息的采集,以及其它显示、控制电路的设计。将电气线路的三相线及中线通过零式电流互感器后,零式电流互感器会把剩余电流信号转换为电压信号。本设计中,剩余电流的测量就是将零式电流互感器输出的交流电压信号通过精密整流电路后,进入单片机的模数转换模块,并由单片机对最终数据进行判断处理。温度的采集通过不平衡电桥测量铂电阻随温度变化的电压信号来实现。将不同的电压对应的实际温度做成相应的数据表,由单片机对电压信号进行处理,并根据数据表得出最终的温度值。最后,采用Qt开发了上位机服务器程序。上位机程序通过RS-485线与监控器设备和ZigBee模块相连,以完成整个系统的通信。经过试验证明,这套基于ZigBee无线技术的电气火灾监控系统能够实时准确监控电气线路的故障和异常状态,且能够及时通知监控人员当前电气线路的故障和异常情况,及时排除隐患。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 背景及意义
• 1.2 电气火灾监控系统简介
• 1.2.1 电气火灾监控系统概念
• 1.2.2 电气火灾监控系统的参数要求
• 1.3 ZigBee技术发展概况
• 1.4 本文的主要内容和结构
• 第2章 ZigBee无线技术及ZigBee协议栈介绍
• 2.1 ZigBee技术特点及应用
• 2.2 ZigBee技术与其它几种短距离无线技术比较
• 2.3 ZigBee协议的构架
• 2.3.1 物理层规范
• 2.3.2 MAC层规范
• 2.3.3 网络层规范
• 2.3.4 应用层规范
• 2.4 ZigBee的网络组成
• 2.4.1 设备功能类型
• 2.4.2 网络拓扑结构
• 2.4.3 路由流程
• 2.4.4 工作模式
• 第3章 ZigBee无线通信系统的设计与实现
• 3.1 总体方案设计
• 3.2 硬件电路的搭建
• 3.2.1 ZigBee芯片选择
• 3.2.2 串口通信电路设计
• 3.3 ZigBee网络的组建
• 3.3.1 Coordinator协调器（主站）工作流程
• 3.3.2 Router路由器（从站）工作流程
• 3.4 路由表的建立
• 3.5 网络数据接收与发送
• 3.6 实践中存在问题及解决方法
• 第4章 电气火灾监控系统监控器的设计与实现
• 4.1 MSP430系列单片机简介
• 4.2 剩余电流的采集
• 4.3 温度的测量
• 4.4 显示电路设计
• 4.5 信息存储电路的设计
• 4.6 声光故障报警电路设计
• 4.7 通信电路设计
• 4.8 实践中存在问题及解决方法
• 第5章 上位机软件的编写与实现
• 5.1 Qt简介
• 5.2 Qt应用程序设计
• 5.2.1 Qt界面的设计
• 5.2.2 数据库的管理
• 5.2.3 通信管理
• 5.3 实践中存在问题及解决方法
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 下一步工作设想
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表