崔晨耕
摘 要:針對(duì)目前智能小區(qū)不斷增加,變壓器在安裝和投入使用后需要進(jìn)行必要的維護(hù)的問題。文章從五個(gè)方面對(duì)變壓器的異常運(yùn)行進(jìn)行了分析,給出了保證智能小區(qū)內(nèi)變壓器正常運(yùn)行的方案,對(duì)于變壓器的安全運(yùn)行和小區(qū)正常供電具有重要的意義。
關(guān)鍵詞:智能小區(qū);變壓器;異常運(yùn)行;分析
中圖分類號(hào):TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2095-1302(2014)02-0053-03
0 引 言
在智能小區(qū)中,電力變壓器在運(yùn)行中一旦發(fā)生異常情況,將影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行以及對(duì)用戶的正常供電,甚至造成大面積停電。所以,對(duì)于變壓器的異常運(yùn)行分析有著重要意義。
1 聲音異常
1.1 正常狀態(tài)下變壓器的聲音
變壓器屬靜止設(shè)備,但運(yùn)行中仍然會(huì)發(fā)出輕微的、連續(xù)不斷的“嗡嗡”聲。這種聲音是運(yùn)行中電氣設(shè)備的一種特有現(xiàn)象,一般稱為“噪聲”。產(chǎn)生這種噪聲的原因有:一是勵(lì)磁電流的磁場作用使硅鋼片振動(dòng);二是特性的接縫和疊層之間的電磁力作用引起的振動(dòng);三是繞組的導(dǎo)線之間或繞組之間的電磁力作用引起的振動(dòng);四是變壓器上某些零部件引起的振動(dòng)。
正常運(yùn)行中,變壓器發(fā)出的“嗡嗡”聲是連續(xù)均勻的,如果產(chǎn)生的聲音不均勻或有特殊響聲,應(yīng)視為不正?,F(xiàn)象,判斷變壓器的聲音是否正常,可借助于“聽音棒”等工具進(jìn)行。
1.2 聲音異常
變壓器運(yùn)行中的聲音異常情況一般有以下幾種:
1.2.1 變壓器的聲音比平時(shí)增大
若變壓器的聲音比平時(shí)增大,且聲音均勻,可能的原因:一是電網(wǎng)發(fā)生過電壓。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地或產(chǎn)生諧振過電壓時(shí),都會(huì)使變壓器的聲音增大。出現(xiàn)這種情況時(shí),可結(jié)合電壓、電流表計(jì)的指示進(jìn)行綜合判斷;二是變壓器過負(fù)荷。變壓器過負(fù)荷時(shí)會(huì)使其聲音增大,尤其是在滿負(fù)荷的情況下突然有大的動(dòng)力設(shè)備投入,將會(huì)使變壓器發(fā)出沉重的“嗡嗡”聲。
1.2.2 變壓器有雜音
若變壓器的聲音比正常時(shí)增大且有明顯的雜音,但電流、電壓無明顯異常時(shí),則可能是內(nèi)部夾件或壓緊鐵心的螺栓松動(dòng),使得硅鋼片振動(dòng)增大所造成的。
1.2.3 變壓器有放電聲
若變壓器內(nèi)部或表面發(fā)生局部放電,聲音中就會(huì)夾雜有“噼啪”的放電聲。發(fā)生這種情況時(shí),若在夜間或陰雨天氣下,看到變壓器套管附近有藍(lán)色的電暈或火花,則說明瓷件污穢嚴(yán)重或設(shè)備線夾接觸不良,若變壓器的內(nèi)部放電,則是不接地的部件靜電放電,或是分接開關(guān)接觸不良放電,這時(shí)應(yīng)將變壓器作進(jìn)一步檢測(cè)或停用。
1.2.4 變壓器有水沸騰聲
若變壓器的聲音中夾雜有水沸騰聲且溫度急劇變化,油位升高,則應(yīng)判斷為變壓器繞組發(fā)生短路故障,或分接開關(guān)因接觸不良引起嚴(yán)重過熱,這時(shí)應(yīng)立即停用變壓器進(jìn)行檢查。
1.2.5 變壓器有爆裂聲
若變壓器的聲音中夾雜有不均勻的爆裂聲,則是變壓器內(nèi)部或表面絕緣擊穿,此時(shí)應(yīng)立即將變壓器停用檢查。
1.2.6 變壓器有撞擊聲和摩擦聲
若變壓器的聲音中夾雜有連續(xù)的、有規(guī)律的撞擊聲和摩擦聲,則可能是變壓器外部某些零件如表計(jì)、電纜、油管等,因變壓器振動(dòng)造成撞擊或摩擦,或外來高次諧波源所造成,應(yīng)根據(jù)情況予以處理。
2 油溫異常
運(yùn)行中的變壓器內(nèi)部的鐵損和銅損轉(zhuǎn)化為熱量,熱量向四周介質(zhì)擴(kuò)散。當(dāng)發(fā)熱與散熱達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí),變壓器各部分的溫度趨于穩(wěn)定。鐵損是基本不變的,而銅損隨負(fù)荷變化。頂層油溫表指示的是變壓器頂層的油溫,溫升是指頂層油溫與周圍空氣溫度的差值。運(yùn)行中要以監(jiān)視頂層油溫為準(zhǔn),溫升是參考數(shù)字(目前對(duì)繞組熱點(diǎn)溫度還沒有能直接監(jiān)視的條件)。
變壓器的絕緣耐熱等級(jí)為A級(jí)時(shí),繞組絕緣極限溫度為105 ℃,對(duì)于強(qiáng)油循環(huán)繞組絕緣極限溫度為105 ℃,對(duì)于強(qiáng)油循環(huán)的變壓器,根據(jù)國際電工委員會(huì)推薦的計(jì)算方法:變壓器在額定負(fù)載下運(yùn)行,繞組平均溫升為65 ℃,通常最熱點(diǎn)溫升比油平均溫升約高13 ℃,即65+13=78(℃),如果變壓器在額定負(fù)載和冷卻介質(zhì)溫度為+20 ℃條件下連續(xù)運(yùn)行,則繞組最熱點(diǎn)溫度為98 ℃,其絕緣老化率等于1(即老化壽命為20年)。因此,為了保證絕緣不過早老化,運(yùn)行人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)變壓器頂層油溫的監(jiān)視,按規(guī)定應(yīng)控制在85 ℃以下。
若發(fā)現(xiàn)在同樣正常條件下,油溫比平時(shí)高出10 ℃以上,或負(fù)載不變而溫度不斷上升(冷卻裝置運(yùn)行正常),則可認(rèn)為變壓器內(nèi)部出現(xiàn)異常。
導(dǎo)致溫度異常的原因有以下幾種:
(1)內(nèi)部故障引起溫度異常。變壓器內(nèi)部故障如繞組之間或?qū)娱g短路,繞組對(duì)周圍放電,內(nèi)部引線接頭發(fā)熱;鐵心多點(diǎn)接地使渦流增大過熱;零序不平衡電流等漏磁通形成回路而發(fā)熱等因素都可引起變壓器溫度異常。發(fā)生這些情況,還將伴隨著氣體或差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。故障嚴(yán)重時(shí),還可能使防爆管或壓力釋放閥噴油,這時(shí)變壓器應(yīng)停用檢查。
(2)冷卻器運(yùn)行不正常引起溫度異常。冷卻器運(yùn)行不正?;虬l(fā)生故障,如潛油泵停運(yùn)、風(fēng)扇損壞、散熱器管道積垢冷卻效果不良、散熱器閥門沒有打開或散熱器堵塞等因素引起溫度升高。應(yīng)對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)或沖洗,提高冷卻效果。
3 油位異常
變壓器儲(chǔ)油柜的油位表,一般標(biāo)有-30 ℃,+20 ℃,+40 ℃三條線,他們是指變壓器使用地點(diǎn)在最低溫度和最高溫度時(shí)對(duì)應(yīng)的油面,并注明溫度。根據(jù)這三個(gè)標(biāo)志可以判斷是否需要加油或放油。運(yùn)行中變壓器溫度的變化會(huì)使油的體積發(fā)生變化。從而引起油位的上下位移。常見的油位異常有假油位和油面過低。
如變壓器溫度變化正常,而變壓器油標(biāo)管內(nèi)的油位變化不正?;虿蛔?,則說明是假油位。運(yùn)行中出現(xiàn)假油位的原因有:
(1)油標(biāo)管堵塞;
(2)油枕呼吸器堵塞;
(3)防爆管通氣孔堵塞;
(4)變壓器油枕存有一定數(shù)量的空氣;
一般情況下,油面過低應(yīng)視為異常。因其低到一定限度時(shí),會(huì)造成輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作;嚴(yán)重缺油時(shí),變壓器內(nèi)部繞組暴露會(huì)導(dǎo)致絕緣下降,甚至造成因絕緣散熱不良而引起損壞事故。處于備用的變壓器如嚴(yán)重缺油,也會(huì)吸潮而使其絕緣降低。造成變壓器油面過低或嚴(yán)重缺油的原因有以下幾種:
(1)變壓器嚴(yán)重滲油;
(2)修試人員因工作需要多次放油后未做補(bǔ)充;
(3)氣溫過低且油量不足,或油枕容積偏小,不能滿足運(yùn)行要求。
4 變壓器外觀異常
變壓器運(yùn)行中,外觀異常有下列幾種原因:
4.1 防爆管防爆膜破裂
防爆管防爆膜破裂,會(huì)引起水和潮氣進(jìn)入變壓器內(nèi),導(dǎo)致絕緣油乳化及變壓器的絕緣強(qiáng)度降低。原因如下:
(1)防爆膜材質(zhì)與玻璃選擇處理不當(dāng)。當(dāng)材質(zhì)未經(jīng)壓力試驗(yàn)驗(yàn)證或玻璃未經(jīng)退火處理時(shí),受到自身內(nèi)應(yīng)力的不均勻時(shí)會(huì)導(dǎo)致裂面。
(2)防爆膜及法蘭加工不精密不平整,裝置結(jié)構(gòu)不合理,檢修人員安裝防爆膜時(shí)工藝不符要求,緊固螺絲受力不均,接觸面無彈性等所造成。
(3)呼吸器堵塞或抽真空充氮時(shí)不慎,受壓力而破損。
4.2 壓力釋放閥的異常
目前,大中型變壓器已大多應(yīng)用壓力釋放閥(下稱“釋放器”)代替老式的防爆管裝置,因?yàn)橐话憷鲜降姆辣苡驼碇荒芷鸬桨朊芊庾饔茫荒芷鸬饺芊庾饔?。?dāng)變壓器油超過一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí),釋放器便開始動(dòng)作進(jìn)行溢油或噴油,從而減小油壓,保護(hù)了油箱。如果變壓器油量過多、氣溫又高而造成非內(nèi)部故障的溢油現(xiàn)象,溢出過多的油后釋放器會(huì)自動(dòng)復(fù)位,仍起到密封的作用。釋放器備有信號(hào)報(bào)警以便運(yùn)行人員迅速發(fā)現(xiàn)異常并進(jìn)行查處。
4.3 套管閃絡(luò)放電
套管閃絡(luò)放電會(huì)造成發(fā)熱,導(dǎo)致絕緣老化受損甚至引起爆炸。常見原因如下:
(1)套管表面過臟,如粉塵、污穢等。在陰雨天就會(huì)發(fā)生套管表面絕緣強(qiáng)度降低,容易發(fā)生閃絡(luò)事故,若套管表面不光潔,在運(yùn)行中電場不均勻會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象。
(2)高壓套管制造不良,末屏接地焊接不良形成絕緣損壞,或接地末屏出線的瓷瓶心軸與接地螺套不同心、接觸不良或末屏不接地,也有可能導(dǎo)致電位提高而逐步損壞。
(3)當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部或外部過電壓時(shí),套管內(nèi)由于存在隱患而導(dǎo)致?lián)舸?/p>
4.4 滲油和漏油
滲漏油是變壓器的常見缺陷,常見的具體部位及原因有:
(1)閥門系統(tǒng):蝶閥膠墊材質(zhì)、安裝不良,放油閥精度不高、螺紋處滲漏。
(2)膠墊接線樁頭、高壓套管基座、電流互感器出線樁頭、膠墊不密封、無彈性、滲漏。一般膠墊壓縮應(yīng)保持在2/3,有一定的彈性。隨運(yùn)行時(shí)間的增長,溫度過高、振動(dòng)等原因造成老化龜裂、失去彈性或本身材質(zhì)不符要求,位置不對(duì)稱、偏心。
(3)絕緣子破裂滲漏油。
(4)設(shè)計(jì)制造不良。高壓套管升高座法蘭、油箱外表、油箱底盤大法蘭等焊接處,因制造和加工粗糙形成滲漏油。
5 顏色、氣味異常
變壓器的許多故障常伴有過熱現(xiàn)象,使得某些部件或局部過熱,因而引起一些有關(guān)部件的顏色變化或產(chǎn)生特殊氣味。
一般引線、線卡處過熱都會(huì)引起異常。套管接線端部緊固部分松動(dòng),或引線頭線鼻子等接觸面發(fā)生嚴(yán)重氧化,使接觸處過熱,顏色變暗失去光澤,表面鍍層也遭到破壞。連接接頭部分一般溫度不宜超過70 ℃,可用示溫蠟片檢查,一般黃色熔化為60 ℃,綠色70 ℃,紅色80 ℃,也可用紅外線測(cè)溫儀測(cè)量。溫度很高時(shí)還會(huì)散發(fā)出焦臭味。
套管、絕緣子有污穢或損傷嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生放電、閃絡(luò)并產(chǎn)生一種特殊的臭氧味。
呼吸器硅膠一般正常干燥時(shí)為藍(lán)色,其作用為吸附空氣中進(jìn)入油枕膠袋、隔膜中的潮氣,以免變壓器受潮。當(dāng)硅膠由藍(lán)色變?yōu)榉奂t色,則表明受潮而且硅膠已失效,一般粉紅色部分超過2/3時(shí),應(yīng)予更換。硅膠變色過快的原因主要有:
(1)長期天氣陰雨、空氣濕度較大,吸濕變色過快;
(2)呼吸器容量過小,如采用0.51 kg的呼吸器,變色過快是常見現(xiàn)象,應(yīng)更換較大容量的呼吸器;
(3)硅膠玻璃罩罐有裂紋破損;
(4)呼吸器下部油封罩內(nèi)無油或油位太低起不到良好油封作用,使?jié)窨諝馕唇?jīng)油封過濾而直接進(jìn)入硅膠罐內(nèi);
(5)呼吸器安裝不良,如膠墊龜裂不合格,螺絲松動(dòng)安裝不密封而受潮。
附件電源線或二次線的老化損傷,則會(huì)造成短路,從而產(chǎn)生異常氣味。
另外,冷卻器中電機(jī)短路、分控制箱內(nèi)接觸器、熱繼電器過熱等燒損,也會(huì)產(chǎn)生焦臭味。
6 結(jié) 語
綜上所述,在智能小區(qū)中,物業(yè)管理人員一定要密切關(guān)注變壓器的運(yùn)行情況。一旦出現(xiàn)異常,務(wù)必及時(shí)查明原因,解決故障,確保小區(qū)內(nèi)的正常供電。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 劉洋.變壓器異常運(yùn)行和常見故障現(xiàn)象原因分析[J].華中電力,2004(5):79-80,83.
[2] 吳森.變壓器運(yùn)行中的常見故障及原因分析[J]. 黑龍江科技信息,2010(30):80.
[3] 趙國華,郭紅偉,付杰.變壓器異常運(yùn)行和常見故障的原因與分析[J]. 民營科技, 2009(9):50.
[4] 王喜廷,黃蘭鳳.引起變壓器直流電阻三相不平衡的原因分析及故障判斷[J]. 黑龍江科技信息,2007(23):11.
[5] 張艷玲.變壓器異常運(yùn)行和常見故障分析[J]. 黑龍江科技信息,2009(1):55
[6] 宮戰(zhàn)國,王伯韜.淺談變壓器異常運(yùn)行及常見故障[J].中外企業(yè)家,2010(12):106-107.
[7] 劉增良.電氣設(shè)備及運(yùn)行維護(hù)[M].北京:中國電力出版社,2009.
0 引 言
道路上的井蓋遍及城市各地,由于人為偷盜或者長期磨損導(dǎo)致井蓋丟失、塌陷,對(duì)過往車輛和行人造成危險(xiǎn)。針對(duì)井蓋監(jiān)控手段欠缺,目前以人防、物防為主,急需設(shè)計(jì)一種技術(shù)防范的安全監(jiān)管系統(tǒng)。近幾年隨著無線傳感網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)安防領(lǐng)域已成為熱點(diǎn)[1-2]。由于井蓋之間距離較近,結(jié)合ZigBee短距離通信技術(shù)[3],設(shè)計(jì)一種基于井蓋安全監(jiān)控系統(tǒng)的嵌入式網(wǎng)關(guān),網(wǎng)關(guān)接收來自無線傳感網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù),處理、存儲(chǔ)后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦簿W(wǎng)絡(luò)中。
1 井蓋監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理
本文的井蓋監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理圖如圖1所示,其系統(tǒng)組成為包含井蓋報(bào)警器的ZigBee網(wǎng)絡(luò)、嵌入式網(wǎng)關(guān)、GPRS短信模塊、Web服務(wù)器。井蓋報(bào)警器之間采用ZigBee無線通信技術(shù),每個(gè)報(bào)警器作為ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn),通過固定的組網(wǎng)方式形成無線傳感網(wǎng)絡(luò)。報(bào)警器以接力的方式將數(shù)據(jù)傳到ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn),協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收所有網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)警器節(jié)點(diǎn)信息。嵌入式網(wǎng)關(guān)通過串口1獲得ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)警器數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)并處理,將必須的信號(hào)發(fā)送給GPRS模塊,GPRS電路將其轉(zhuǎn)發(fā)到具有固定IP地址的Web數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中,實(shí)現(xiàn)報(bào)警數(shù)據(jù)的上傳。市政設(shè)施管理處以及自來水廠等政府機(jī)構(gòu)可以通過網(wǎng)絡(luò)查詢自己單位的井蓋狀態(tài),是否需要維護(hù),并記錄,同時(shí)發(fā)送短信給檢修人員,實(shí)現(xiàn)及時(shí)維修和處理。
圖1 井蓋監(jiān)控系統(tǒng)工作原理
2 系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)的硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)硬件組成框圖如圖2所示,該網(wǎng)關(guān)包含三星公司的微處理器S3C6410、存儲(chǔ)模塊、JTAG接口、LCD顯示接口、GPRS模塊等。
圖2 網(wǎng)關(guān)硬件框圖
2.1 處理器
系統(tǒng)采用三星公司的S3C6410微處理器作為網(wǎng)關(guān)硬件電路,S3C6410采用ARM11的內(nèi)核架構(gòu),采用8級(jí)流水線與數(shù)據(jù)地址總線分離的哈佛結(jié)構(gòu)[4-5]。包含多種硬件外設(shè),支持NOR-FLASH,NAND-FLASH,OneNAND,CF,ROM等多種存儲(chǔ)器端口,增加的流水線設(shè)計(jì)提高了時(shí)鐘頻率和并行處理能力。是一種高性能的32位RISC處理器,可以穩(wěn)定運(yùn)行在667 MHz主頻以上。主要應(yīng)用于嵌入式設(shè)備、消費(fèi)類電子、工業(yè)控制、車載導(dǎo)航、行業(yè)PDA等電子產(chǎn)品。
2.2 存儲(chǔ)模塊
網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)都放在存儲(chǔ)模塊中,S3C6410的平臺(tái)包含NAND FLASH,NOR FLASH和SD卡三種。NAND FLASH采用三星公司的K9F1G08U0型號(hào),大小為128 MB,存放bootloader、啟動(dòng)參數(shù)、內(nèi)核、根文件等,網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)采用從NAND FLASH啟動(dòng),選擇德國DENX軟件中心開發(fā)的U-Boot作為bootloader進(jìn)行引導(dǎo)。NOR FLASH采用低電壓供電且具有低功耗模式的S29AL08D芯片,大小為8 MB,3 V供電。S3C6410提供SD卡接口,可以外接SD卡,支持從SD卡啟動(dòng)。
2.3 JTAG接口
S3C6410可使用簡易JTAG電路對(duì)FLASH進(jìn)行在線編程,通過標(biāo)準(zhǔn)20針接口同宿主機(jī)相連接,實(shí)現(xiàn)FLASH的擦除和編程。
2.4 GPRS模塊
GPRS模塊采用SIMCOM公司的SIM900A,工作頻段支持EGSM 900 MHz和DCS 1 800 MHz,可以使用包含CS-4等多種編碼格式,內(nèi)置TCP/IP協(xié)議,采用SPI接口,同微處理器S3C6410的串口0相連。
2.5 LCD顯示接口
LCD選用7寸真彩色寬屏AT070TN92,外帶7寸電阻觸摸屏,分辨率800×480, 支持LVDS接口。
3 網(wǎng)關(guān)平臺(tái)的搭建
S3C6410微處理器采用移植性較強(qiáng)的Linux操作系統(tǒng),能夠固化在容量小的嵌入式設(shè)備,系統(tǒng)內(nèi)核選用2.6.38.8,搭建網(wǎng)關(guān)開發(fā)平臺(tái)主要包含三個(gè)部分:引導(dǎo)程序、內(nèi)核、系統(tǒng)文件[6-7]。編譯環(huán)境選擇交叉編譯,選擇VMware虛擬機(jī),交叉編譯器選用arm-linux-gcc-3.41,實(shí)現(xiàn)在Windows操作系統(tǒng)下編譯嵌入式Linux系統(tǒng)執(zhí)行的文件。
引導(dǎo)程序主要負(fù)責(zé)加載操作系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)硬件的初始化,建立設(shè)備的內(nèi)存映射表。加載方式采用將BootLoader搬移到SDRAM中進(jìn)行執(zhí)行,比直接在FLASH中運(yùn)行速率快。采用開源的U-boot作為BootLoader,針對(duì)S3C6410硬件修改體系結(jié)構(gòu)相應(yīng)代碼實(shí)現(xiàn)移植。
內(nèi)核部分主要針對(duì)需要進(jìn)行內(nèi)核裁剪和添加,獲取標(biāo)準(zhǔn)的Linux內(nèi)核2.6.38.8版本,配置Kconfig文件,產(chǎn)生.config文件,通過編譯內(nèi)核生成內(nèi)核鏡像文件zImage。將GPRS模塊驅(qū)動(dòng)和LCD驅(qū)動(dòng)編譯生成動(dòng)態(tài)文件,采用insmod方式加載到內(nèi)核。
系統(tǒng)文件主要制作Linux系統(tǒng)的根文件系統(tǒng),Linux所有設(shè)備都是以文件形式存在,選擇常用的cramfs文件系統(tǒng),啟動(dòng)內(nèi)核需要根文件系統(tǒng)來掛載。下載Busybox工具進(jìn)行配置,利用mkcramfs制作文件系統(tǒng)的鏡像。
4 網(wǎng)關(guān)的軟件設(shè)計(jì)
井蓋監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)軟件工作流程如圖3所示,包含三個(gè)處理事件:串口、數(shù)據(jù)庫和QT界面設(shè)置。
串口處理需要通過啟動(dòng)進(jìn)程實(shí)現(xiàn),本系統(tǒng)需要接收ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù),網(wǎng)關(guān)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器通過串口1連接,網(wǎng)關(guān)啟動(dòng)一個(gè)進(jìn)程接收ZigBee網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù),包括節(jié)點(diǎn)地址和采集的傳感器參數(shù)。當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸過來時(shí),按照節(jié)點(diǎn)ID將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在SQlite3數(shù)據(jù)庫中。
數(shù)據(jù)庫采用SQlite3的小型嵌入式數(shù)據(jù)庫,占用250 KB空間大小,支持?jǐn)?shù)據(jù)庫達(dá)到2 TB。網(wǎng)關(guān)啟動(dòng)后在相應(yīng)路徑建立數(shù)據(jù)庫,同時(shí)建立數(shù)據(jù)庫表項(xiàng),包含節(jié)點(diǎn)ID和節(jié)點(diǎn)地址以及傳感器采集的井蓋狀態(tài)信息等。
應(yīng)用程序界面采用QT Creater設(shè)計(jì),基于C++進(jìn)行開發(fā)的應(yīng)用程序框架。設(shè)計(jì)良好的UI界面,通過按鍵的觸發(fā)調(diào)用數(shù)據(jù)庫和串口提供的API接口函數(shù),顯示出各個(gè)井蓋模塊的安全狀態(tài)。后臺(tái)運(yùn)行串口服務(wù)程序和數(shù)據(jù)庫,QT通過動(dòng)態(tài)庫的方式調(diào)用相關(guān)數(shù)據(jù)。
圖3 網(wǎng)關(guān)工作流程圖
5 實(shí)驗(yàn)分析
針對(duì)井蓋分布狀況,進(jìn)行無障礙距離測(cè)試,實(shí)驗(yàn)以丟包率進(jìn)行測(cè)試。每隔5 s從無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)到網(wǎng)關(guān),網(wǎng)關(guān)收到數(shù)據(jù)后分析并記錄。測(cè)試范圍在130 m以內(nèi),10 m為間隔,在每個(gè)距離點(diǎn)上發(fā)送300組數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,節(jié)點(diǎn)距離在60 m范圍內(nèi)丟包率為0,數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸,合理安置井蓋節(jié)點(diǎn)報(bào)警器可以滿足系統(tǒng)的應(yīng)用要求。
圖4 網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)丟包率測(cè)試
6 結(jié) 語
系統(tǒng)采用低功耗ARM11的S3C6410的處理器設(shè)計(jì)井蓋安全報(bào)警系統(tǒng),結(jié)合ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)布控井蓋報(bào)警器,通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng),達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的效果。該網(wǎng)關(guān)可擴(kuò)展接口較豐富,將井蓋安全狀態(tài)信息通過串口接收,發(fā)送控制命令給無線傳感網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器?;赒T開發(fā)了友好的應(yīng)用界面,可以實(shí)時(shí)查詢井蓋狀態(tài),并對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。該網(wǎng)關(guān)功能豐富,可擴(kuò)展性較強(qiáng),具有低功耗、高通信效率的特點(diǎn),可廣泛應(yīng)用與井蓋安全監(jiān)控領(lǐng)域。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]于海斌,曾鵬. 智能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[M].北京:科學(xué)出版社,2006.
[2]李長鋒,滕國庫,常闖.基于ZigBee的無線傳感網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2011,39(7):150-153.
[3]鄭靈翔. 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用開發(fā)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.
[4]張曉林,崔迎煒. 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.
[5]歐明,魏臻. S3C2410在ZigBee無線通信中的應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2007(7):4308-4310.
[6]崔光照,陳富強(qiáng),張海霞.基于ARM9 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2008,34(11):115-118.
[7]匡興紅,邵惠鶴.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)研究[J].計(jì)算機(jī)工程,2007,33( 6): 228-230.