面向工业测控网络的无线通信设备的开发与实现

发布时间：2017-03-30 10:25

  本文关键词：面向工业测控网络的无线通信设备的开发与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水电厂智能化建设在国家电网公司关于智能电网的统一部署下发展迅猛。智能水电厂作为工业测控网络的应用实例,按照全站信息智能化、通信平台网络化和信息共享标准化的基本要求,实现了对全站信息的统一管理。本课题以四川双合教学科研电厂为应用对象,提出一套适用于该水电站的智能化监控系统,并通过设计无线通信设备实现了与网关的无缝连接,解决了目前水利自动化有线式监控系统存在的建设周期长、成本高、维护性和可扩展性差等弊端。本课题设计的工业无线通信设备以功能转接底板和射频模块为载体,结合水电站现场采集仪表和传感器,通过实验室开发的低成本、私有化的无线传感网通信协议栈将各种离散式工业信号传至网关,而网关与上位机则用有线以太网方式通信,操作人员最终通过上位机组态界面完成对水电站运行状况的监控。在硬件平台的开发和实现上,采用射频电路和信号处理、电源电路分模块的设计思想,首先对射频模块进行电路设计、PCB制作和射频性能测试验证。其次,为解决水电站采集仪表和传感器种类多、信号接口各异的问题,设计出了四种功能转接底板来提高硬件设备对信号接口的兼容性。在软件平台的开发和实现上,本课题的研究重点在于射频驱动、微控制器驱动和四种工业信号的采集程序的设计。上述硬件平台的性能在设计完成后依据相关标准进行了测试验证。测试结果显示470MHz频段射频模块最大发射功率为+20d Bm,各项射频性能指标均满足项目需求。470MHz射频模块停机模式功耗低至0.065mW,适用于要求设备低功耗运行场合。而经高低温和电磁辐射抗干扰测试,结果显示无线通信设备能够在-20~60℃温度范围内或者电磁干扰为80MHz~1000MHz范围内正常工作,证明本课题设计的无线通信设备具有良好的高低温以及干扰抑制性能。最终将无线通信设备安装到水电站进行工业现场应用,且时至定稿日该设备已在水电站运行12960个小时。综上所述,本无线通信设备结合理论研究,在设计开发的基础上进行了工业现场的测试和应用,实现了双合水电厂高压开关室等区域“无人值守”的项目目标,并为水电站智能化监控系统硬件平台的研发提供了一定的参考价值。
【关键词】：工业测控网络 无线通信设备 PCB设计 干扰抑制
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV736;TN915.05
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 论文研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究和发展现状10-12
• 1.3 论文的主要工作及成果12-13
• 1.4 论文结构13-15
• 第2章 无线通信设备的总体设计方案15-22
• 2.1 需求分析15-17
• 2.2 设计方案17-21
• 2.3 本章小结21-22
• 第3章 工业无线通信设备的硬件设计22-51
• 3.1 工业无线通信设备的硬件架构22-23
• 3.2 射频模块的硬件设计23-35
• 3.2.1 STM32嵌入式最小系统设计24-27
• 3.2.2 470MHz射频电路设计27-33
• 3.2.3 470MHz射频模块接口电路设计33-35
• 3.3 功能转接底板的硬件设计35-50
• 3.3.1 电源电路的设计35-39
• 3.3.2 模拟量输入型转接板硬件设计39-44
• 3.3.3 RS485输入型转接板硬件设计44-47
• 3.3.4 数字量输入型转接板硬件设计47-48
• 3.3.5 开关量输入型转接板硬件设计48-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第4章 工业无线通信设备软件设计51-64
• 4.1 工业无线通信设备的软件结构51
• 4.2 微控制器驱动设计51-56
• 4.2.1 系统时钟驱动设计52-53
• 4.2.2 外部中断驱动设计53-54
• 4.2.3 SPI驱动设计54-56
• 4.3 射频驱动设计56-58
• 4.4 模拟量信号采集程序设计58-60
• 4.5 RS485信号采集程序设计60-61
• 4.6 数字量信号采集程序设计61-62
• 4.7 开关量信号采集程序设计62-63
• 4.8 本章小结63-64
• 第5章 测试与验证64-88
• 5.1 射频模块性能测试64-70
• 5.1.1 射频频谱测试64-67
• 5.1.2 射频模块通信距离测试67-68
• 5.1.3 射频模块穿透能力测试68-70
• 5.2 工业无线通信设备可靠性测试70-74
• 5.2.1 电磁辐射抗干扰度测试70-72
• 5.2.2 高低温测试72-74
• 5.3 工业无线通信设备功耗测试74-78
• 5.4 水电站现场运行测试验证78-87
• 5.5 本章小结87-88
• 第6章 总结与展望88-90
• 6.1 工作总结88-89
• 6.2 未来工作89-90
• 参考文献90-94
• 致谢94-95
• 攻读硕士学位期间从事的科研工作及取得的成果95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：276913