基于ARM的无线报警技术在电气试验中的应用

王玉前　于跃

摘 要：对基于ARM处理器的无线报警器进行了研究。该报警器可以在无线传感模式下工作，工作人员可以将报警器携带在身上，以便在处理其他意外情况时可以接收到预警信号。与此同时，该报警器以ARM Cortex-M3为处理器，还可以外扩人机交互模块和液晶显示模块，以便工作人员随时读取数据或进行远程操作。阐述了该报警器的工作原理，设计了控制器电路，无线传感模块，报警模块和电流、电压采集模块的硬件电路图，构建了基于ARM处理器的整套系统工作电路。

关键词：报警技术；电气试验；ARM；无线技术

中图分类号：TP277.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）15-0016-02

电气试验是检测电气设备绝缘水平和电气性能，判定其能否继续投用或继续运行，预防电气设备损坏，保证电力系统安全运行的重要措施。近年来，在试验工作中，由于工作人员疏忽大意造成的人身伤亡事故或电力设备和试验设备损坏的事故屡屡发生。发生人身伤亡事故不仅会影响企业的效益，还会给家庭造成无法弥补的伤痛，同时，也给社会带来了不稳定因素。因为电力设备和试验设备的价格比较高，修复困难，所以，也会给企业带来较大的经济损失。基于ZIGBEE网络的无线报警器具有低功耗、低成本、低速率、近距离、短延时、高容量和高安全的特点，它是一种低速无线通信技术，适用于通信数据量不大、数据传输速率相对较低的场合。所以，在电气试验工作中引入无线报警技术，一方面，可以有效地避免由于工作人员疏忽大意而造成的人身伤亡；另一方面，也可以为企业减少不必要的经济损失。

1 无线报警系统工作原理分析

无线报警系统是由控制器硬件电路，电流、电压采集模块，无线传感模块和报警模块组成。电流、

电压采集模块将试验设备监测对象的

模拟量降压调理之后送入控制器的AD

转换口进行取样转换，转换成数字量后

由控制器进行运算，控制器根据运算结

果将指令发送给无线传感模块，通过无

线传感模块发送的无线信号控制报警器

工作。无线报警系统组成框图如图1所示。

2 系统硬件电路设计

2.1 控制器

该设计采用M3系列的处理器芯片LM3S5P31作为中央处理器，配以适当的外围接口电路完成控制核心的设计。控制器硬件电路就是控制器的最小应用系统，主要包括复位电路、时钟电路和下载调试电路。

电源监控复位电路的主要功能有两点：①要确保供电电源稳定后，处理器才完成复位开始工作，即为处理器的上电复位

提供复位信号。②监控处理器的供电电源。当处理器的供电电源出现异常时，该电路会自动触发复位信号，对处理器进行复位，即为处理器电源异常复位提供复位信号。该设计采用CAT811R监控电路（3.3 V电压时，误差±5%）来监控、处理电路的供电电源，它可以产生1个复位信号。当供电电源电压低于预置的阈值或电源电压上升到该阈值后的140 ms内，该复位信号有效，即其有上电复位和掉电复位的功能，Sm为手动复位按键，电路如图2所示。

LM3S5P31一共有4个时钟源可供使用，包括内部振荡器（IOSC）、主振荡器、内部30 kHz的振荡器和外部实时振荡器。其中，内部振荡器是片内时钟源，它不需要使用任何外部元件，频率为16 MHz 1%. 内部30 kHz的振荡器和外部实时振荡器主要用于深度睡眠或休眠模式的节电模式中。该次设计主要用到的是主振荡器，即外部时钟电路，如图3所示，采用6 M无源晶振，实际使用时还可以作为PLL的时钟参考源，从而获得更高的频率。

摘 要：对基于ARM处理器的无线报警器进行了研究。该报警器可以在无线传感模式下工作，工作人员可以将报警器携带在身上，以便在处理其他意外情况时可以接收到预警信号。与此同时，该报警器以ARM Cortex-M3为处理器，还可以外扩人机交互模块和液晶显示模块，以便工作人员随时读取数据或进行远程操作。阐述了该报警器的工作原理，设计了控制器电路，无线传感模块，报警模块和电流、电压采集模块的硬件电路图，构建了基于ARM处理器的整套系统工作电路。

关键词：报警技术；电气试验；ARM；无线技术

中图分类号：TP277.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）15-0016-02

电气试验是检测电气设备绝缘水平和电气性能，判定其能否继续投用或继续运行，预防电气设备损坏，保证电力系统安全运行的重要措施。近年来，在试验工作中，由于工作人员疏忽大意造成的人身伤亡事故或电力设备和试验设备损坏的事故屡屡发生。发生人身伤亡事故不仅会影响企业的效益，还会给家庭造成无法弥补的伤痛，同时，也给社会带来了不稳定因素。因为电力设备和试验设备的价格比较高，修复困难，所以，也会给企业带来较大的经济损失。基于ZIGBEE网络的无线报警器具有低功耗、低成本、低速率、近距离、短延时、高容量和高安全的特点，它是一种低速无线通信技术，适用于通信数据量不大、数据传输速率相对较低的场合。所以，在电气试验工作中引入无线报警技术，一方面，可以有效地避免由于工作人员疏忽大意而造成的人身伤亡；另一方面，也可以为企业减少不必要的经济损失。

1 无线报警系统工作原理分析

无线报警系统是由控制器硬件电路，电流、电压采集模块，无线传感模块和报警模块组成。电流、

电压采集模块将试验设备监测对象的

模拟量降压调理之后送入控制器的AD

转换口进行取样转换，转换成数字量后

由控制器进行运算，控制器根据运算结

果将指令发送给无线传感模块，通过无

线传感模块发送的无线信号控制报警器

工作。无线报警系统组成框图如图1所示。

2 系统硬件电路设计

2.1 控制器

该设计采用M3系列的处理器芯片LM3S5P31作为中央处理器，配以适当的外围接口电路完成控制核心的设计。控制器硬件电路就是控制器的最小应用系统，主要包括复位电路、时钟电路和下载调试电路。

电源监控复位电路的主要功能有两点：①要确保供电电源稳定后，处理器才完成复位开始工作，即为处理器的上电复位

提供复位信号。②监控处理器的供电电源。当处理器的供电电源出现异常时，该电路会自动触发复位信号，对处理器进行复位，即为处理器电源异常复位提供复位信号。该设计采用CAT811R监控电路（3.3 V电压时，误差±5%）来监控、处理电路的供电电源，它可以产生1个复位信号。当供电电源电压低于预置的阈值或电源电压上升到该阈值后的140 ms内，该复位信号有效，即其有上电复位和掉电复位的功能，Sm为手动复位按键，电路如图2所示。

LM3S5P31一共有4个时钟源可供使用，包括内部振荡器（IOSC）、主振荡器、内部30 kHz的振荡器和外部实时振荡器。其中，内部振荡器是片内时钟源，它不需要使用任何外部元件，频率为16 MHz 1%. 内部30 kHz的振荡器和外部实时振荡器主要用于深度睡眠或休眠模式的节电模式中。该次设计主要用到的是主振荡器，即外部时钟电路，如图3所示，采用6 M无源晶振，实际使用时还可以作为PLL的时钟参考源，从而获得更高的频率。

摘 要：对基于ARM处理器的无线报警器进行了研究。该报警器可以在无线传感模式下工作，工作人员可以将报警器携带在身上，以便在处理其他意外情况时可以接收到预警信号。与此同时，该报警器以ARM Cortex-M3为处理器，还可以外扩人机交互模块和液晶显示模块，以便工作人员随时读取数据或进行远程操作。阐述了该报警器的工作原理，设计了控制器电路，无线传感模块，报警模块和电流、电压采集模块的硬件电路图，构建了基于ARM处理器的整套系统工作电路。

关键词：报警技术；电气试验；ARM；无线技术

中图分类号：TP277.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）15-0016-02

电气试验是检测电气设备绝缘水平和电气性能，判定其能否继续投用或继续运行，预防电气设备损坏，保证电力系统安全运行的重要措施。近年来，在试验工作中，由于工作人员疏忽大意造成的人身伤亡事故或电力设备和试验设备损坏的事故屡屡发生。发生人身伤亡事故不仅会影响企业的效益，还会给家庭造成无法弥补的伤痛，同时，也给社会带来了不稳定因素。因为电力设备和试验设备的价格比较高，修复困难，所以，也会给企业带来较大的经济损失。基于ZIGBEE网络的无线报警器具有低功耗、低成本、低速率、近距离、短延时、高容量和高安全的特点，它是一种低速无线通信技术，适用于通信数据量不大、数据传输速率相对较低的场合。所以，在电气试验工作中引入无线报警技术，一方面，可以有效地避免由于工作人员疏忽大意而造成的人身伤亡；另一方面，也可以为企业减少不必要的经济损失。

1 无线报警系统工作原理分析

无线报警系统是由控制器硬件电路，电流、电压采集模块，无线传感模块和报警模块组成。电流、

电压采集模块将试验设备监测对象的

模拟量降压调理之后送入控制器的AD

转换口进行取样转换，转换成数字量后

由控制器进行运算，控制器根据运算结

果将指令发送给无线传感模块，通过无

线传感模块发送的无线信号控制报警器

工作。无线报警系统组成框图如图1所示。

2 系统硬件电路设计

2.1 控制器

该设计采用M3系列的处理器芯片LM3S5P31作为中央处理器，配以适当的外围接口电路完成控制核心的设计。控制器硬件电路就是控制器的最小应用系统，主要包括复位电路、时钟电路和下载调试电路。

电源监控复位电路的主要功能有两点：①要确保供电电源稳定后，处理器才完成复位开始工作，即为处理器的上电复位

提供复位信号。②监控处理器的供电电源。当处理器的供电电源出现异常时，该电路会自动触发复位信号，对处理器进行复位，即为处理器电源异常复位提供复位信号。该设计采用CAT811R监控电路（3.3 V电压时，误差±5%）来监控、处理电路的供电电源，它可以产生1个复位信号。当供电电源电压低于预置的阈值或电源电压上升到该阈值后的140 ms内，该复位信号有效，即其有上电复位和掉电复位的功能，Sm为手动复位按键，电路如图2所示。

LM3S5P31一共有4个时钟源可供使用，包括内部振荡器（IOSC）、主振荡器、内部30 kHz的振荡器和外部实时振荡器。其中，内部振荡器是片内时钟源，它不需要使用任何外部元件，频率为16 MHz 1%. 内部30 kHz的振荡器和外部实时振荡器主要用于深度睡眠或休眠模式的节电模式中。该次设计主要用到的是主振荡器，即外部时钟电路，如图3所示，采用6 M无源晶振，实际使用时还可以作为PLL的时钟参考源，从而获得更高的频率。