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第1篇

系統(tǒng)由分布在育苗架中的多個傳感器節(jié)點、數(shù)據(jù)采集單元、設備控制單元和存放在嵌入式ARM設備中的監(jiān)控軟件4部分組成，如圖1所示。育苗架由鋼制材料構成，共有4層。每一層上面都布有4個溫度傳感器和加熱、加濕裝置，苗架內布有1個濕度傳感器。苗架工作時處于完全密封狀態(tài)，苗體生長所需的溫濕度環(huán)境均由外部智能控制。數(shù)據(jù)采集單元負責向傳感器節(jié)點發(fā)送指令，進行溫濕度數(shù)據(jù)采集，并通過處理、打包過程，將數(shù)據(jù)通過RS－485總線接口發(fā)送到嵌入式設備上的智能監(jiān)控軟件中，數(shù)據(jù)傳輸所使用的協(xié)議為Modbus［3］。智能監(jiān)控軟件收到采集單元發(fā)來的數(shù)據(jù)之后，進行解包、分析、處理等過程，然后顯示到用戶界面上，同時軟件具有記錄歷史數(shù)據(jù)的功能。用戶在監(jiān)控軟件上可以設定期望達到的溫度、濕度值，軟件會發(fā)送包含這些期望值的指令給數(shù)據(jù)采集單元。數(shù)據(jù)采集單元收到這些指令之后，會判斷當前是否符合條件。當條件符合后，數(shù)據(jù)處理單元會自動調用設備控制單元對育苗架進行相應的加熱、加濕操作［4］。

2系統(tǒng)硬件設計

2．1嵌入式平臺

嵌入式平臺CPU型號為博通公司的BCM2835，采用ARM11微架構，主頻為700MHz，同時平臺配有512MBDDRRAM和8GBNandFlash，提供高效、穩(wěn)定的運行和存儲環(huán)境。平臺配有HDMI高清視頻接口，用來外接顯示器，可以直觀地顯示系統(tǒng)操作界面。配有RJ－45網絡接口和多個USB接口，用來連接網絡、鍵盤鼠標和USB轉RS－285數(shù)據(jù)線。平臺搭載開源的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)穩(wěn)定性好并且具有豐富的擴展功能，適合作為嵌入式監(jiān)控平臺［5］。

2．2傳感器節(jié)點和設備控制單元

溫度傳感器采用Pt100。Pt100溫度傳感器是一種將溫度變量轉換為可傳送的標準化輸出信號(4～20mA)的儀表，其本質是鉑熱電阻，阻值會隨著溫度的變化而改變，主要用于溫度參數(shù)的測量和控制，測量量程為－200℃～+200℃，精度為0．1℃。濕度傳感器采用NWSF－1AT，它是一種集傳感、變送為一體的濕度傳感器，適于室內環(huán)境的濕度測量。其測量量程為0～100%RH，精度為±5%RH，響應時間小于15s，是一種兩線制的標準化輸出信號(4～20mA)傳感器。設備控制單元采用繼電器控制。加熱裝置分布在育苗架的每一層，且可以獨立工作，加熱裝置的核心是碳纖維加熱毯，它使用碳纖維作為加熱介質。碳纖維(carbonfiber，簡稱CF)，是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料。它是由片狀石墨微晶等有機纖維沿纖維軸向方向堆砌而成，經碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的導熱性能好，熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性。因此，碳纖維加熱毯的功耗低、加熱速度快，適合在農業(yè)上使用。加濕裝置分布在育苗架的每一層，核心是雙向高壓噴頭，可以均勻覆蓋待加濕區(qū)域。本單元既可以接收由數(shù)據(jù)采集單元發(fā)來的指令，打開或者關閉加熱、加濕裝置;也可以設定一個閾值，自動地打開或者關閉加熱、加濕裝置。

3系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計由通信協(xié)議和上位機程序兩部分組成。其中，通信協(xié)議采用Modbus、上位機程序使用Qt開發(fā)。

3．1通信協(xié)議

Modbus協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經由網絡(例如以太網)和其它設備之間可以通信。它已經成為一通用工業(yè)標準。此協(xié)議定義了一個控制器能認識使用的消息結構，而不管它們是經過何種網絡進行通信的。它描述了一種控制器請求訪問其它設備的過程，制定了消息域格局和內容的公共格式。Modbus協(xié)議規(guī)定，在進行通信時，每個控制器需要設定唯一的設備地址，交換消息時根據(jù)設備地址進行響應，確保一條指令對應的設備是唯一的。Modbus協(xié)議查詢指令數(shù)據(jù)示例如表1所示。其中，數(shù)據(jù)均為16進制，CRC錯誤校驗位高位在前、低位在后。

3．2上位機程序

本系統(tǒng)上位機程序采用Qt開發(fā)，它是一款開源的界面設計庫，使用C++類編寫。其最大特點是跨平臺，支持市面上所有主流平臺，如Windows、桌面Linux、嵌入式Linux、MacOS、Android等。用戶只需要編寫一次代碼，就可以在不同平臺上進行編譯、運行，可移植性較好。在正式編寫Qt代碼之前，需要在目標平臺上搭建相應的開發(fā)環(huán)境，即本系統(tǒng)需要搭建適用于嵌入式Linux的Qt開發(fā)環(huán)境，Qt版本為4．8．5。首先將Qt源代碼解壓，在其根目錄下執(zhí)行．/configure命令，對源碼進行配置;然后執(zhí)行make和makeinstall命令編譯源碼，并安裝編譯好的庫文件到lib文件夾下;最后將這些庫文件拷貝到嵌入式平臺根目錄下的lib文件夾中，并為其增加export變量路徑:exportQTDIR=/usr/local/Trolltech/Qt－4．8．2exportPATH=/usr/local/Trolltech/Qt－4．8．2/bin:$PATHexportMANPATH=$QTDIR/man:$MANPATHexportLD_LIBRARY_PATH=$QTDIR/lib:$LD_LIBRARY_PATH至此，Qt環(huán)境搭建完畢。嵌入式平臺用戶界面如圖2所示。上位機程序由查詢指令發(fā)送模塊、查詢指令接受模塊、控制指令發(fā)送模塊、歷史記錄生成模塊和通信控制模塊組成。對各模塊進行獨立開發(fā)，最后在主界面中采用多線程機制進行結合，將各模塊分別放置在單獨線程中執(zhí)行，既確保了各模塊的獨立性，又提高了程序的安全性和總體的運行效率。系統(tǒng)總體的軟件流程如圖3所示。系統(tǒng)啟動后，會首先初始化硬件(內部寄存器、串口等)和傳感器節(jié)點［6］。采集單元通過RS－485串行通信口與嵌入式設備進行通信。本系統(tǒng)可以選擇手動查詢模式或自動查詢模式。安裝在ARM設備上的上位機程序能夠給數(shù)據(jù)采集單元發(fā)送查詢或控制指令。當發(fā)送查詢指令之后，采集單元會根據(jù)指令中包含的設備地址信息，匹配相應的傳感器節(jié)點，并采集數(shù)據(jù);將采集到的數(shù)據(jù)進行壓縮、打包，然后傳回上位機程序;上位機程序接收到數(shù)據(jù)之后，進行分析、解包、處理，最終顯示到用戶界面上，同時自動存儲歷史數(shù)據(jù)。當上位機發(fā)送控制指令之后，采集單元會把待設定的參數(shù)傳遞給控制單元，使其可以根據(jù)需求對加熱、加濕裝置進行控制［7］。

4實驗及結果

為了驗證系統(tǒng)的性能，將育苗架放置在室內環(huán)境中，分多個時間點記錄育苗架周邊環(huán)境的溫度、濕度數(shù)據(jù)。給育苗架分別設定一個溫度目標值和濕度目標值，每10min記錄一次育苗架內的溫濕度情況。為保證精度，周邊環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)由小型氣象站采集。育苗架內部的傳感器放置如下:每層分成4個區(qū)域，每個區(qū)域的中心放置1個溫度傳感器，傳感器距離每層頂部距離為20cm，用來采集溫度數(shù)據(jù);在育苗架內同時放置1個濕度傳感器，用來采集濕度數(shù)據(jù)。育苗架內部的加熱、加濕裝置放置如下:加熱裝置鋪在每層底部，使該層各部分可以均勻受熱，且加熱裝置下再鋪一層隔熱層，避免每層熱量相互串擾;加濕裝置安裝在每層的頂部，距離頂部5cm，采用360°雙向設計，保證可以對該層各部分進行加濕。數(shù)據(jù)采集單元放置在苗架的外面，并且對苗架內的連線進行密封處理［8］。

4．1溫度控制實驗

將苗架溫度目標值設定為25℃，濕度不設定，連續(xù)采集6h并記錄數(shù)據(jù)，作出變化曲線圖。圖4為育苗架內溫度曲線圖，圖中虛線為苗架外環(huán)境溫度變化曲線。

4．2濕度控制實驗

將苗架濕度目標值設定為40%Rh，溫度不設定，連續(xù)采集6h并記錄數(shù)據(jù)，做出變化曲線圖。圖5為濕度曲線圖，圖中虛線為苗架外濕度變化曲線。由兩次實驗可知，在系統(tǒng)剛開始工作的時候，不論苗架內外的溫度還是濕度情況基本一致，各點的溫度情況處于混沌狀態(tài)，苗架內的溫度和濕度都不等于設定值。隨著時間的推移，苗架內各點的溫度均趨向于設定值(25℃)，濕度能維持在設定值(40%Rh)左右，且可以穩(wěn)定保持。

5結論

第2篇

1.1缺乏日常維護

電網設備就好比日常生活中常用到的家用電器，一樣需要使用者定期地進行維護或者保養(yǎng)。尤其是對于長距離電網線路這種高頻率使用的線路而言，日常的維護以及保養(yǎng)就更顯得有必要了。很多的操作人員往往忽略了這一重要步驟，使得電網送電的工作效率以及質量得不到有效的保障，給工業(yè)生產帶來了影響，甚至是經濟上的損失。

1.2工作環(huán)境不穩(wěn)定

電網設備用于工業(yè)生產部門中，可以切實保證工業(yè)產品的生產質量，有效提高企業(yè)的生產效益。然而，值得注意的是，長距離線路輸電過程中，對于其工作環(huán)境也是有著一定要求。例如外界的溫度、濕度，所含的雜質，甚至是噪音都成為導致電網長距離輸電電流過大的因素。部分工作人員沒能認識到規(guī)范設備的工作環(huán)境的必要性，而導致電網長距離線路長期處于非正常工作環(huán)境，極容易造成安全事故，以及人員的傷亡等。

1.3變電站運行故障

變電站變電運行故障主要是包括PT保險熔斷故障、諧振故障及線路斷線故障等。這些故障都是比較常見的，我們必須找出排除故障的方法，只有這樣才能在故障發(fā)生時，找到合理的解決方法。通常情況下，在不直接和經消弧線圈小電流接地系統(tǒng)中，如果發(fā)生上述幾種故障，中央信號將會發(fā)出“10kV系統(tǒng)接地”光字牌或者是發(fā)出報文。產生這種現(xiàn)象主要是因為小電流的接地系統(tǒng)母線的PT輔助線圈開口三角處連接著電壓繼電器，我們可以通過這個現(xiàn)象，來判斷故障的發(fā)生。

2長距離供電大電流監(jiān)控系統(tǒng)設計的具體措施

2.1實時監(jiān)控主變低壓側向開關跳閘

對于主變低壓側向開關跳閘的排除方法來說，如果變電運行中因主變低壓側向而造成過流保護動作時，就需要對電網設備進行仔細的檢查，然后再對現(xiàn)象進行判斷。我們在進行檢查時，不僅僅要檢查主變保護，同時也要也要檢查線路保護。最后利用對輸入端設備的檢驗工作，對過流保護的故障進行處理。因此為了更好地開展故障維修這一系統(tǒng)工作，應該建立一個有效的信息處理平臺，作為計算機中心，實行對電網設備維修控制以及管理的有效場所。此外，還應該完善相應的環(huán)節(jié)，例如信息的傳遞中心、機電設備的診斷及檢查中心等，通過完善每個信息步驟進行有效的執(zhí)行。現(xiàn)在是一個信息化時代，電網設備常常和計算機技術結合使用，大大方便了工業(yè)生產，提高了對于長距離供電的效率。然而，在電網設備的具體應用中，常會出現(xiàn)種種不良狀況以致于影響了其正常作業(yè)，給企業(yè)生產帶來了不同程度的損失。所以我們必須要找出合理的解決方法，來進一步促進電網的合理發(fā)展。

2.2建立主變三側開關跳閘應急處理方案

主變三側開關跳閘的處理方法為:應利用檢驗保護掉牌及輸入端設備來進行判定。假如出現(xiàn)瓦斯保護的情況，則可判定其故障為變壓器內部或二次回路的故障，可以通過對壓力釋放閥門及呼吸器進行檢查、查找二次回路的接地情況、變壓器自身的形變情況，并進行處理。我們知道，機電設備用于工業(yè)生產部門中，可以切實保證工業(yè)產品的生產質量，有效提高企業(yè)的生產效益。如果出現(xiàn)差動保護的現(xiàn)象，應對輸入端設備的主變壓三側差動區(qū)進行檢查。例如外界的溫度、濕度，所含的雜質，甚至是噪音都成為影響電網設備正常工作的因素。由于差動保護對主變線圈的相間及短路情況進行反應，所以，當發(fā)現(xiàn)這種狀況時，應先認真對主變進行檢查，包含其油色、油位、繼電器等。如果繼電器內有氣體，則要對氣體進行提取，由氣體的顏色及可燃性能對其故障性質進行判定。然而，值得注意的是，機電設備在作業(yè)過程中，對于其工作環(huán)境也是有著一定的要求。

2.3積極引入交流小型電網來分擔電網壓力

交流小型電網是指系統(tǒng)中含有交流母線，通過母線將小型電網系統(tǒng)中的能源存儲設備、DG以及電網負載等裝置通過電子轉換進行傳遞，最終將信號傳遞給電網中樞控制系統(tǒng)，通過對公共聯(lián)結點處開關的控制，實現(xiàn)交流電網孤單運行模式以及并網模式的來回切換。因此，交流小型電網可以實現(xiàn)對不同電壓的交流電與直流電的切換以及對交流負載提供電能補充，DG以及電網負載的電能流失可以通過電能補償器來進行補償。交流小型電網能夠對現(xiàn)有的電器進行直接負載，不需要附加電流轉換器就可以實現(xiàn)電器的正常使用。同時，由于交流小型電網自帶過流保護器，能夠在漏電偵測、過流保護及觸電防護等放方面很容易實現(xiàn)監(jiān)控。此外，交流小型電網能夠實現(xiàn)孤島運行模式和并網運行模式的自由切換，且與外部電網的銜接程度較好，不需要附加轉換器就可以直接并入外部的電網系統(tǒng)。小型交流電網組建與安全運行能夠將現(xiàn)有的各種分布式發(fā)電系統(tǒng)進行供電系統(tǒng)的合理改造以及優(yōu)化，實現(xiàn)各類資源的合理配給，實現(xiàn)提高電網的運營能力以及負荷能力。

3結語

第3篇

監(jiān)控系統(tǒng)的硬件是系統(tǒng)運行的保障。在本設計中，底層數(shù)據(jù)采集層采用了各種溫度、濕度及電壓電流傳感器來采集數(shù)據(jù)，為了將所采集的數(shù)據(jù)及時地傳送至現(xiàn)場數(shù)據(jù)匯總節(jié)點，采用了基于ZigBee技術的無線傳感網技術。傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)傳輸大多采用類似于CAN的總線結構，這種方式可靠性強且速度快，但是不太適用于經常有所變化的場合。而無線傳感網可以很好地解決這一問題。圖2所示是每一個監(jiān)控節(jié)點的結構，主要由傳感器單元、處理器單元、無線通信單元來組成，每個電源模塊的數(shù)據(jù)采集后，首先在這里進行簡單的處理，然后傳至匯節(jié)點。在每一個數(shù)據(jù)采集現(xiàn)場，都會設置一個數(shù)據(jù)處理中心，這個數(shù)據(jù)處理中心由嵌入式系統(tǒng)來擔任。本設計選擇了Atmel公司的AT91SAM9G45處理器，該處理器頻率可達400MHz，結合了通常需要用到的用戶界面功能與高速數(shù)據(jù)傳輸接口，包括一個7寸LCD顯示屏和一個觸摸屏、攝像頭接口、音頻、10/100M以太網以及高速USB以及SDIO，擁有極高的性能以及網絡帶寬，足以滿足系統(tǒng)的應用。操作系統(tǒng)選用嵌入式Linux。該處理器接受來自于底層數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行相應的處理并上傳至控制中心，而同時接受來自于控制中心的命令，對現(xiàn)場電源模塊的運行進行控制。系統(tǒng)通過CGI(commongatewayinterface)接口完成WEB客戶端與WEB服務器的連接，從而使操作人員可以從任何一個瀏覽器上實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的查詢與控制命令的下達。CGI接口原理圖如圖3所示，Web服務器把接收到的有關信息放入環(huán)境變量，然后再去啟動所指定的CGI腳本以完成特定的工作，CGI腳本從環(huán)境變量中獲取相關信息來運行，最后以HTML格式輸出相應的執(zhí)行結果返回給瀏覽器端。由于用戶能傳遞不同的參數(shù)給CGI腳本，所以CGI技術使瀏覽器和服務器之間具有良好的交互性[2]。

2監(jiān)控系統(tǒng)軟件系統(tǒng)設計

監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分采用模塊化開發(fā)方式。整個系統(tǒng)共分為初始化、數(shù)據(jù)采集管理、控制與維護、人機界面、通信、系統(tǒng)維護等六個模塊。在這六個模塊中，數(shù)據(jù)采集管理模塊及控制維護模塊是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心模塊。數(shù)據(jù)采集模塊可以分為模擬量采集與處理模塊、數(shù)字量采集與處理模塊、報警處理模塊三個部分，分別負責系統(tǒng)模擬量和數(shù)字量的采集、匯總、處理、存儲、轉發(fā)等工作，同時在分析數(shù)據(jù)的基礎上對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行分析和判斷，如果系統(tǒng)運行狀態(tài)存在發(fā)生故障的可能性，就相應發(fā)出報警信號。系統(tǒng)的控制和維護模塊的主要功能是接收來自于數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)及初判結果，并根據(jù)結果進行電源運行狀態(tài)的管理，其中包括對系統(tǒng)的自檢、故障自診斷、程序復位、系統(tǒng)安全等方面的功能。除此之處，還要完成對其他模塊的調度。

3總結