基于ZigBee技术的电流监测系统设计
2019-04-04
(华北科技学院 北京 东燕郊 101601)
一、煤矿井下设备温度监测系统总体方案
本文是在分析煤矿监测监控系统当前生产状况的基础上，研究并设计了一种利用ZigBee技术组建的电流无线监测系统，用于对煤矿各种矿用设备的运行状况进行实时的远程监控，主要目的是为了防止矿用设备和电缆节点发生过热现象，减轻人工监测负担，保障井下工作人员的安全。
(一)监测系统组成
系统由上位机、协调器、路由节点和终端节点组成。基于 Zig Bee 技术的路由节点和终端节点分布于不同的监测区域，执行电流数据的采集、预处理。
(二)霍尔电流传感器 ACS712
ACS712 是 Allegro 公司为工业、商业和通信系统中的交流或直流电流感测提供的经济实惠且精确的解决方案[1]。
从图1中我们可以看出，ACS712的线性度和稳定性都比较高，在±30A内，输出电压受温度影响很小，与被检测的电流成线性关系输出。
图1 ACS712ELCTR-30A-T输出电压与检测电流特性曲线图
二、电流检测系统设计
(一)电流检测模块的硬件电路设计
图2是电流信号采集电路图，利用ACS712ELCTR-30A-T实现电机三相工作电流的测量。芯片由+5V电源供电，引脚1、2和引脚3、4是被测电流的输入、输出端；引脚7输出一个模拟量电压。因为斩波电路的原因，其输出将加载于0.5*Vcc上，输出与输入的关系为Vout=0.5Vcc+Ip*Sensitivity。输出端分别并接两个电阻R111、R211，R112、R212，R113、R213实现分压，调节输出电压大小；二极管D11、D12、D13限压，电容C111、C112、C113滤波，稳定电压，使输出电压满足芯片CC2530 P0端口参考电压的需要；引脚5接地，引脚6外接1nF的电容滤除杂波，提高输出精度[2]。
图2 电流检测电路图
(二)AD转换模块程序设计
本系统中，在终端节点设计电压、电流、转速和温度传感器，采集电机运行时的电流参数[3]。CC2530最多可支持14位模数转换，转换有效数字位可以达到12位，可根据实际设计选择参考电压，将采集到的模拟量参数转化成数字信息，并经自带无线射频模块发送给协调节点[4]。以A相电流参数转换为例，模块参数模数转换程序如下：
float getCUR1(void)
{
unsigned char i = 0;
long unsigned int AdcValue = 0;
float vol = 0.0;
HalAdcSetReference(HAL_ADC_REF_AVDD);
for(i=0;i<4;i++)
{
AdcValue=HalAdcRead(HAL_ADC_CHANNEL_1,HAL_ADC_RESOLUTION_12);}
if(AdcValue > 4090) AdcValue = 0;
vol =(float)(AdcValue/(float)2048)*3.3;
return vol;
}
将传感器采集到的电流经ADC转换，设置HalAdcSetReference(HAL_ADC_ REF_AVDD)，选择CC2530模拟电源电压为参考电压；设置AdcValue=HalAdc Read(HAL_ADC_CHANNEL_1,HAL_ADC_RESOLUTION_12)，读取P0的模拟量，并设置ADC转换分辨率为12位。vol =(float)(AdcValue/(float)2048)*3.3，根据读取到的数值，计算得到电气设备运行参数的实际数值。
三、总结
本文在对煤矿生产状况实地考察的基础上，根据煤矿设备的实际情况，综合各方面因素，设计了一套煤矿井下设备温度监测系统。在实验室模拟煤矿井下环境，摸索出了矿用电气设备运行时候的温度变化情况，实现了对设备的实时数据采集，有效地防止了设备过热和电缆节点老化而引发的问题，节约了大量时间和费用[5]，保障了煤矿的安全生产。
