基于ZigBee技術的電流監測系統設計

(華北科技學院 北京 東燕郊 101601)

一、煤礦井下設備溫度監測系統總體方案

本文是在分析煤礦監測監控系統當前生產狀況的基礎上，研究并設計了一種利用ZigBee技術組建的電流無線監測系統，用于對煤礦各種礦用設備的運行狀況進行實時的遠程監控，主要目的是為了防止礦用設備和電纜節點發生過熱現象，減輕人工監測負擔，保障井下工作人員的安全。

(一)監測系統組成

系統由上位機、協調器、路由節點和終端節點組成?；?Zig Bee 技術的路由節點和終端節點分布于不同的監測區域，執行電流數據的采集、預處理。

(二)霍爾電流傳感器 ACS712

ACS712 是 Allegro 公司為工業、商業和通信系統中的交流或直流電流感測提供的經濟實惠且精確的解決方案[1]。

從圖1中我們可以看出，ACS712的線性度和穩定性都比較高，在±30A內，輸出電壓受溫度影響很小，與被檢測的電流成線性關系輸出。

圖1 ACS712ELCTR-30A-T輸出電壓與檢測電流特性曲線圖

二、電流檢測系統設計

(一)電流檢測模塊的硬件電路設計

圖2是電流信號采集電路圖，利用ACS712ELCTR-30A-T實現電機三相工作電流的測量。芯片由+5V電源供電，引腳1、2和引腳3、4是被測電流的輸入、輸出端；引腳7輸出一個模擬量電壓。因為斬波電路的原因，其輸出將加載于0.5*Vcc上，輸出與輸入的關系為Vout=0.5Vcc+Ip*Sensitivity。輸出端分別并接兩個電阻R111、R211，R112、R212，R113、R213實現分壓，調節輸出電壓大小；二極管D11、D12、D13限壓，電容C111、C112、C113濾波，穩定電壓，使輸出電壓滿足芯片CC2530 P0端口參考電壓的需要；引腳5接地，引腳6外接1nF的電容濾除雜波，提高輸出精度[2]。

圖2 電流檢測電路圖

(二)AD轉換模塊程序設計

本系統中，在終端節點設計電壓、電流、轉速和溫度傳感器，采集電機運行時的電流參數[3]。CC2530最多可支持14位模數轉換，轉換有效數字位可以達到12位，可根據實際設計選擇參考電壓，將采集到的模擬量參數轉化成數字信息，并經自帶無線射頻模塊發送給協調節點[4]。以A相電流參數轉換為例，模塊參數模數轉換程序如下：

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;

}

將傳感器采集到的電流經ADC轉換，設置HalAdcSetReference(HAL_ADC_ REF_AVDD)，選擇CC2530模擬電源電壓為參考電壓；設置AdcValue=HalAdc Read(HAL_ADC_CHANNEL_1,HAL_ADC_RESOLUTION_12)，讀取P0的模擬量，并設置ADC轉換分辨率為12位。vol =(float)(AdcValue/(float)2048)*3.3，根據讀取到的數值，計算得到電氣設備運行參數的實際數值。

三、總結

本文在對煤礦生產狀況實地考察的基礎上，根據煤礦設備的實際情況，綜合各方面因素，設計了一套煤礦井下設備溫度監測系統。在實驗室模擬煤礦井下環境，摸索出了礦用電氣設備運行時候的溫度變化情況，實現了對設備的實時數據采集，有效地防止了設備過熱和電纜節點老化而引發的問題，節約了大量時間和費用[5]，保障了煤礦的安全生產。