农村漏电流无线预警系统的研究

摘要

漏电流是指当电气设备因绝缘外层损坏时发生接地短路故障产生的电流。任何电气设备都可能产生漏电流，而漏电流又会引起电气火灾，因此漏电流故障对人们的生命安全与社会稳定造成了极大的危害。目前，我国采用剩余电流动作保护器对电气设备进行漏电流保护，但剩余电流动作保护器存在自身的机械故障、保险丝人为替换和故障点难定位等问题。针对这些情况，本文研究了一种将传统漏电流检测技术与ZigBee无线通信技术相结合的漏电流预警系统，以解决目前农村地区的漏电流隐患问题。
　　研究的漏电流无线预警系统主要由漏电流检测器、漏电流接收器和监控中心服务器三部分组成。漏电流检测器采用PIC16F1824单片机作为主控芯片，安装在农村用户的房屋内，用于检测室内电气设备的漏电流值，通过ZigBee芯片将检测的数据发送到漏电流接收器。漏电流接收器采用Atmega644p单片机作为主控芯片，安装在农村变压器附近，可收集本地区的漏电流数据，并通过RS485总线将数据传输至监控中心的服务器上。监控中心的服务器位于当地供电所内，用于对农村漏电流的数据监控。
　　检测器与接收器之间的通讯网络采用ZigBee无线传输技术。无线传输网络基于ZigBee2006协议，以TI公司的CC2530芯片为核心，采用MESH网络结构，以轮询模式进行数据的交互传输。通过OPNET软件对建立的无线传输网络进行了仿真研究，仿真结果表明无线传输网络系统传输延迟小、吞吐量稳定，符合配电网检测要求。
　　完成了漏电流预警系统的实地组装、调试和运行，并在监控中心服务器上实现了漏电流在线监测、历史数据查询和预设漏电流阀值等功能。实际运行结果表明，系统可以快速定位漏电流故障点，具有成本低、精度高、组网方便等优点。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景

1．2 农村用电设备漏电流产生原因

1．3 国内外研究概况

1．3．1 漏电保护的研究概况

1．3．2 无线传感技术的研究概况

1．4 本文的研究内容

第2章 系统总体设计方案

2．1 系统漏电流检测方案设计

2．1．1 漏电流产生的原因

2．1．2 漏电流检测原理及设备选型

2．2 系统ZigBee无线通讯网络方案设计

2．2．1 ZigBee通讯协议研究

2．2．2 ZigBee通讯设备

2．2．3 ZigBee网络拓扑结构分析与选择

2．3 系统设计基本要求

2．4 基于ZigBee无线技术的漏电流预警系统总体设计方案

2．5 本章小结

第3章 漏电流检测器的设计与实现

3．1 开发环境简介

3．2 漏电流检测器的硬件电路设计

3．2．1 漏电流检测器的总体设计方案

3．2．2 主控芯片的选型及其控制电路设计

3．2．3 电源模块及超级电容设计

3．2．4 电压检测电路设计

3．2．5 电流检测电路设计

3．2．6 ZigBee芯片选型及其控制电路

3．3 漏电流检测器PCB底板设计

3．4 漏电流检测器的软件设计

3．4．1 漏电流检测器主程序设计

3．4．2 电流电压检测子程序设计

3．4．3 USART串口通讯子程序

3．5 本章小结

第4章 漏电流接收器的设计与实现

4．1 漏电流接收器的硬件电路设计

4．1．1 漏电流接收器的总体设计方案

4．1．2 主控芯片的选型与其控制电路的设计

4．1．3 电源电路设计

4．1．4 ZigBee模块电路设计

4．1．5 时钟模块电路设计

4．1．6 存储模块电路设计

4．1．7 RS485光电耦合电路设计

4．2 漏电流接收器PCB底板设计

4．3 漏电流接收器的软件设计

4．4 本章小结

第5章 漏电流无线预警系统仿真及实地测试

5．1 ZigBee无线传输系统组网仿真测试

5．1．1 仿真测试内容及目的

5．1．2 仿真模型的搭建与参数的配置

5．1．3 数据传输吞吐量分析

5．1．4 数据传输延迟量分析

5．2 简单组网测试

5．2．1 RS485总线通讯协议

5．2．2 测试内容

5．2．3 测试过程及结果分析

5．3 农村漏电流预警系统的实地运行测试

5．3．1 设备的调试与安装

5．3．2 监控中心服务器测试

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢