基于ZigBee無(wú)線傳感技術(shù)的變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試分基于ZigBee無(wú)線傳感技術(shù)的變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與測(cè)試分析 1 21.1無(wú)線傳感及聯(lián)網(wǎng)整體結(jié)構(gòu) 2 2 1.2.4機(jī)智云接入流程 4 4 41.3.2物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)硬件電路設(shè)計(jì) 61.4軟件程序設(shè)計(jì) 8 81.4.2物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)MCU軟件程序設(shè)計(jì) 2.1高壓側(cè)供電電源驗(yàn)證 2.1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備及過(guò)程 2.1.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析 2.2基于光纖傳輸?shù)亩嗦稟D轉(zhuǎn)換器驗(yàn)證 2.2.1FPGA測(cè)量模塊實(shí)驗(yàn) 222采樣傳輸實(shí)驗(yàn) 202.3無(wú)線傳輸及物聯(lián)網(wǎng)驗(yàn)證 222.3.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備及過(guò)程 22232實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析 21ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)承擔(dān)著構(gòu)建和管理網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)，在協(xié)調(diào)器建網(wǎng)之后，其他設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，由此構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。ZigBee終端節(jié)點(diǎn)作為傳輸網(wǎng)絡(luò)最底層的信息采集單元，通過(guò)串口接收來(lái)自多路AD轉(zhuǎn)換器的終端FPGA輸出的數(shù)據(jù)，通過(guò)RF射頻模塊將數(shù)據(jù)以電磁波的形式直接發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)或通過(guò)路由器節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)ZigBee無(wú)線傳感系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)線傳輸后，匯聚到ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，而后協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)通過(guò)串□發(fā)送到STM32控制器進(jìn)行信息處理。由第四章可知，在數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程中一直以40位幀形式進(jìn)行傳輸，STM32控制器根據(jù)幀尾的分隔符以及幀頭的序號(hào)對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)，而后根據(jù)第四章得到的頻率與傳感器輸出電流的關(guān)系，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)電流。STM32控制器對(duì)數(shù)據(jù)處理完畢后，通過(guò)已燒錄GAgent固件的ESP8266模塊入網(wǎng)，按照機(jī)智云通信協(xié)議通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)完成與云端和手機(jī)APP的信息交互。由于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有效克服了傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)的成本高、布線難、體積大在目前常用的短距離無(wú)線通信技術(shù)中，ZigBee相較于其他短距離無(wú)線通信(1)功耗?。涸诘凸哪Ｊ较拢瑑晒?jié)干電池能夠使用6個(gè)月以上(2)成本低：便于廣泛應(yīng)用(3)容量大：網(wǎng)絡(luò)可連接成千上萬(wàn)的設(shè)備(4)可靠、安全：傳輸穩(wěn)定性高，采用加密算法，安全性高(5)自組織、自愈能力強(qiáng)：無(wú)需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能夠感知其他節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)層IEEE802.15.4MAC層868915MHzPHY層2400MHzPHY層1.2.3機(jī)智云簡(jiǎn)介物聯(lián)網(wǎng)是信息科技技術(shù)的又一次革命性浪潮，尤其近幾年來(lái)，包括傳感器、1.2.4機(jī)智云接入流程1)創(chuàng)建產(chǎn)品數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)描述其功能，例如設(shè)定LED燈開(kāi)關(guān)，采用數(shù)據(jù)點(diǎn)格式為布爾值，1和02)下載生成協(xié)議能開(kāi)發(fā)。論文采用獨(dú)立MCU方案，硬件平臺(tái)選擇STM32F103系列，在下載機(jī)3)設(shè)備接入MCU想要接入機(jī)智云智能硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，首先要具備聯(lián)網(wǎng)的功能。如步驟 (1)所述，論文通過(guò)MCU加WIFI模塊的方式實(shí)現(xiàn)入網(wǎng)，選擇經(jīng)濟(jì)高效的WIFISOC模塊ESP8266。ESP8266模塊本身帶有AT固件，可通過(guò)AT指令進(jìn)行控制，但為了更好的統(tǒng)GAgent,通過(guò)GAgent完成與云端、應(yīng)用端的信息交互。1.3.1ZigBee硬件電路設(shè)計(jì)ZigBee節(jié)點(diǎn)硬件上的結(jié)構(gòu)是相同的，這里，對(duì)節(jié)點(diǎn)的幾處重點(diǎn)電路進(jìn)行介1)CC2530芯片CC2530是由TI公司研發(fā)的集增強(qiáng)型8051CPU和射頻收發(fā)模塊于一體、支CC2530通過(guò)內(nèi)部集成的2.4GHz的無(wú)線射頻收發(fā)器來(lái)進(jìn)行無(wú)線傳輸，傳輸速率可達(dá)250kbps。發(fā)送時(shí)通過(guò)調(diào)制器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成I/Q信號(hào)發(fā)送到DAC,而后此外，CC2530還具備AES加密/解密內(nèi)核，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行128位的AES2)電源模塊性穩(wěn)壓芯片AMS1117,將5.5V電壓進(jìn)行降壓得到3.3V電壓。w-SPDT24±33)巴倫電路CC2530的射頻輸入輸出引腳RF_P和專(zhuān)專(zhuān)2RF_N從RF_P和RF_N出來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)電容C10和C12后，通過(guò)L2、C9、C13和L3將差分信號(hào)轉(zhuǎn)化為單端信號(hào)，經(jīng)過(guò)電容C11濾波后，傳輸給天線。1.3.2物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)硬件電路設(shè)計(jì)1)STM32F103ZET6芯片互。考慮到系統(tǒng)的特點(diǎn)及實(shí)用性，MCU芯片采用ST公司的STM32F103ZET6STM32系列芯片性價(jià)比極高，幾乎是以8位機(jī)的價(jià)格實(shí)現(xiàn)32位機(jī)的功能，控制器等豐富的功能。此外，芯片具有84個(gè)中斷、16個(gè)可編程優(yōu)先級(jí)，擁有優(yōu)TFT-LCD即薄膜晶體管液晶顯示器，能有效地克服非選通時(shí)的串?dāng)_，大大提高了圖像質(zhì)量。本文選用2.8英寸屏幕，支持16位真彩顯示，具有320×240 DB5DB7FSMCDI1246813579STM32的FSMC接口來(lái)控制TFTLCD,TFTLCD的片選信號(hào)CS連接FSMC_NE4,其實(shí)就是將TFTLCD當(dāng)成SRAM來(lái)控制。兩者外部連接如讀、寫(xiě)信號(hào)、數(shù)據(jù)線等都一致，唯一不同的是TFTLCD有數(shù)據(jù)和命令的切換信號(hào)(RS信號(hào))。RS信號(hào)決定傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)還是命令，可將其作為地址線將其連接在FSMC_A10上面，若FSMC寫(xiě)地址0,對(duì)TFTLCD就是寫(xiě)命令。3)ESP8266WIFI模塊137R5786ATK-ESP8266工作方式多樣，可方便快捷的實(shí)現(xiàn)單片機(jī)等硬件設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)的信息交互。該模塊與單片機(jī)之間通過(guò)串口進(jìn)行連接，且內(nèi)部含有傳輸控制/1.4軟件程序設(shè)計(jì)ZigBee協(xié)議本質(zhì)是節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行無(wú)線傳輸?shù)囊?guī)范，而協(xié)議棧則可看作協(xié)議與用戶之間的接口，是協(xié)議的實(shí)際應(yīng)用方式，協(xié)議棧將各個(gè)層的協(xié)議以函數(shù)的形式集中到一起，用戶可以在應(yīng)用層直接調(diào)用。本文采用TI公司的Z-stack協(xié)議棧，通過(guò)IAR軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)。1)Z-stack協(xié)議棧工作流程Z-stack協(xié)議棧工作流程大致可分為三個(gè)階段：系統(tǒng)初始化、OSAL初始化和OSAL任務(wù)輪詢。(1)系統(tǒng)初始化系統(tǒng)上電后，首先執(zhí)行Zmain.c中的main主函數(shù)進(jìn)行一系列初始化，例如：Z-stack協(xié)議棧集成了各個(gè)層的協(xié)議，其用戶應(yīng)用層包含了多達(dá)240個(gè)應(yīng)用對(duì)象，OSAL操作系統(tǒng)抽象層是對(duì)不同任務(wù)進(jìn)行管理、分配的一種協(xié)調(diào)機(jī)制。如圖5-9所示，OSAL采用基于事件優(yōu)先級(jí)的輪轉(zhuǎn)查詢機(jī)制進(jìn)行運(yùn)作，而想要參與到這種輪詢機(jī)制中，任務(wù)函數(shù)必須在OSAL初始化函數(shù)osal_init_system()中進(jìn)行任務(wù)初始化，獲取相應(yīng)的TaskID。有事件Y是否結(jié)(3)OSAL任務(wù)輪詢ID與任務(wù)事件建立映射關(guān)系，在輪詢過(guò)程中，系統(tǒng)不斷查詢tasksEvents[]數(shù)組。處理函數(shù)表tasksArr[]中對(duì)應(yīng)的任務(wù)事件處理函數(shù)進(jìn)行處理[43。2)終端節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)在協(xié)調(diào)器建網(wǎng)之后，終端節(jié)點(diǎn)通過(guò)NLME_NETWORK_DISCOVERY.request原語(yǔ)發(fā)起加入網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程，網(wǎng)絡(luò)層接收到這個(gè)原語(yǔ)后請(qǐng)求MAC層執(zhí)行主動(dòng)掃描或被動(dòng)掃描以接收協(xié)調(diào)器發(fā)出的包含了PAN標(biāo)志符的信標(biāo)幀。MAC層掃描完成后，將掃描中接收到的信標(biāo)幀信息發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)層，檢查該幀協(xié)議ID是否為ZigBeeID。若是則將其加入到關(guān)聯(lián)表中，而后應(yīng)用層決定繼續(xù)掃描還是將其作為父節(jié)點(diǎn)，若將其作為父節(jié)點(diǎn)則網(wǎng)絡(luò)層發(fā)送一個(gè)加入網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求到MAC層，請(qǐng)求通過(guò)該節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)。父節(jié)點(diǎn)接收到請(qǐng)求后，判斷其關(guān)聯(lián)表中是否包含該子節(jié)點(diǎn)64位地址，若不包含且有剩余地址空間則為其分配16位網(wǎng)絡(luò)地址并將其加入關(guān)聯(lián)表中。子節(jié)點(diǎn)接收到連接成功消息后，MAC層將16地址通知網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層設(shè)置關(guān)聯(lián)表中相應(yīng)設(shè)備為父節(jié)點(diǎn)。本文所設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)較少，為減少網(wǎng)絡(luò)擁塞，所以節(jié)點(diǎn)之間的通信方式選擇點(diǎn)播方式。子節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)后，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)改變，產(chǎn)生任務(wù)事件標(biāo)志，從而執(zhí)行調(diào)用SelApp_DeviceConnect()向父節(jié)點(diǎn)上傳自己短地址。N開(kāi)始開(kāi)始YY在OSAL任務(wù)輪詢過(guò)程中，在執(zhí)行osal_run_system()函數(shù)循環(huán)時(shí)，循環(huán)執(zhí)行Hal_ProcessPoll()函數(shù)，通過(guò)其中的HalUARTPoll()函數(shù)對(duì)接收緩沖區(qū)rxBuf[]狀態(tài)進(jìn)行判斷，并產(chǎn)生相應(yīng)的任務(wù)事件標(biāo)志，調(diào)用串□回調(diào)函數(shù)SelApp_Call1Back()中的SelApp_Send()函數(shù)將接收到的串□數(shù)據(jù)發(fā)送出去。SelApp_Send()函數(shù)進(jìn)行無(wú)線發(fā)送時(shí)，同時(shí)調(diào)用osal_start_timerEx()函數(shù)開(kāi)啟定時(shí)，在定時(shí)時(shí)間到之前若收到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的回復(fù)成功或數(shù)據(jù)重復(fù)，表明發(fā)送完成，則調(diào)用osal_stop_timerEx()函數(shù)停止計(jì)時(shí)。否則，該函數(shù)自動(dòng)生成任務(wù)事件標(biāo)志SELAPP_SEND_EVT,重新調(diào)用SelApp_Send()函數(shù)進(jìn)行無(wú)線發(fā)送。在SelApp_Send()函數(shù)中，TxLen表示發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，每次讀取串□數(shù)據(jù)前首先判斷TxLen是否為0,若為0,表明上次發(fā)送完成，可讀取，否則，不能讀取。在接收到數(shù)據(jù)第一次進(jìn)行發(fā)送時(shí)TxLen為0,而后通過(guò)TxLen=HalUARTRead()函數(shù)，將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度加1賦給TxLen,數(shù)據(jù)賦給TxBuf[],令TxBuf[0]等于發(fā)送數(shù)據(jù)的序號(hào)，調(diào)用射頻發(fā)射函數(shù)AF_DataRequest()進(jìn)行發(fā)送。當(dāng)本次發(fā)送已完成時(shí)則將TxLen置0,而未完成時(shí)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到再次調(diào)用SelApp_Send(),由于未完成發(fā)送TxLen未清0,發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容和序號(hào)不變。3)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5-12所示。Y串口輸出YNN協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)在組建網(wǎng)絡(luò)之前，判斷是否已經(jīng)存在網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行主動(dòng)掃描，發(fā)送信標(biāo)求命令，若在掃描期限內(nèi)沒(méi)有檢測(cè)到信標(biāo)則可以組建網(wǎng)絡(luò)。組網(wǎng)開(kāi)始后，首先進(jìn)行信道能量掃描，根據(jù)能量值對(duì)信道進(jìn)行排序，選擇可允許能量值得信道并標(biāo)注為可用的信道，而后進(jìn)行主動(dòng)掃描，搜尋通信半徑內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)信息，選擇最安靜的信道作為通信信道。協(xié)調(diào)器確定信道后，網(wǎng)絡(luò)層為新建網(wǎng)絡(luò)選定合適的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符PANID,在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置完畢后，網(wǎng)絡(luò)層通知MAC層啟動(dòng)并運(yùn)行新網(wǎng)絡(luò)，等待其他節(jié)點(diǎn)的接入。具體接入過(guò)程上文已介紹過(guò)，不再贅述。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)收到終端節(jié)點(diǎn)發(fā)送的無(wú)線數(shù)據(jù)后，產(chǎn)生相應(yīng)的任務(wù)事件標(biāo)志，調(diào)用SelApp_ProcessMSGCmd()函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理。首先對(duì)數(shù)據(jù)包的序列號(hào)進(jìn)行判斷，若是大于上次接收的數(shù)據(jù)包序號(hào)，為最新的數(shù)據(jù)包，否則，為重復(fù)數(shù)據(jù)包，標(biāo)志位置為重復(fù)狀態(tài)。若為新數(shù)據(jù)包，通過(guò)串口傳輸?shù)絊TM32處理器中，若串□發(fā)送成功，標(biāo)志位為接收成功，若串1.4.2物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)MCU軟件程序設(shè)計(jì)GAgent是機(jī)智云為硬件接入提供的運(yùn)行于通信模組的嵌入式固件系統(tǒng)，通過(guò)GAgent即可完成硬件設(shè)備與云端、應(yīng)用端的信息交互，而在MCU端還需進(jìn)行協(xié)議解析與外設(shè)控制的開(kāi)發(fā)。論文采用KEIL公司的uVision5IDE集成開(kāi)發(fā)環(huán)1)代碼結(jié)構(gòu)配置入網(wǎng)抓包協(xié)議處理上報(bào)邏輯采集數(shù)據(jù)保存數(shù)據(jù)采集(上行)事件處理接收中斷發(fā)送接口亳秒中斷數(shù)據(jù)寫(xiě)入動(dòng)作執(zhí)行(下行)數(shù)據(jù)上報(bào)緩沖區(qū)解析串口在完成對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘、所用LCD等外部設(shè)備和機(jī)智云通信協(xié)議系統(tǒng)的初始化WIFI模塊將接收到的數(shù)據(jù)以機(jī)智云協(xié)議規(guī)定幀格式通過(guò)串□傳輸?shù)娇刂破?)配置入網(wǎng)一個(gè)基于WIFI的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備配置連接路由器首先要知道路由器的賬號(hào)和密碼，而模塊本身不帶鍵盤(pán)和屏幕，因此需要通過(guò)手機(jī)APP向設(shè)備發(fā)送路由器的SSID和密碼。GAgent提供了AirLink和SoftAP兩種方式配置入網(wǎng)，具體通過(guò)哪論文通過(guò)AirLink模式采用廣播的方式進(jìn)行入網(wǎng)，具體過(guò)程如圖5-14所示。收到SSID、密碼圖5-14AirLink配置入網(wǎng)流程用戶通過(guò)手機(jī)上的機(jī)智云APP連接路由器并不斷廣播所連接路由器的賬號(hào)和密碼，當(dāng)WIFI模塊通過(guò)按鍵確定AirLink入網(wǎng)模式后就可以接收APP生成的在WIFI模塊成功接入網(wǎng)絡(luò)后，它會(huì)返回WIFI狀態(tài)事件，在main.c文件中3)數(shù)據(jù)處理與上傳述格式。由前文可知，一臺(tái)變壓器經(jīng)過(guò)多路AD轉(zhuǎn)換后通過(guò)一個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行頻率采集而后通過(guò)無(wú)線傳輸?shù)絑igBee協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，STM32處理器。因此，每次通過(guò)串□傳輸?shù)臑橐慌_(tái)四路的傳感數(shù)據(jù)，其中，每判斷0xOd接收標(biāo)志位是否為1:若否，判斷本次收到的是否為0xOd,若是，則將0xOd標(biāo)志位置1,若不是，則將數(shù)據(jù)存入數(shù)組USART_RX_BUF[],數(shù)組序號(hào)加1;若為1,已收到0x0d,判斷本次收到是否為0x0a,若不是，說(shuō)明上次接收到的0xOd也不是分隔符，將0x0d和本次數(shù)據(jù)存入數(shù)組USART_RX_BUF[],數(shù)組序號(hào)加2(可能存在本次又接收0xOd,但概率極小，不做考量),若是，則證明一路接收完成，count值加1,當(dāng)count等于4,證明4路接收完成，一臺(tái)接收完成標(biāo)志位置1。NN組，序號(hào)加1NY標(biāo)志置1N0x0d和本次數(shù)據(jù)存入數(shù)組，序號(hào)加2中斷處理函數(shù)YY加1,0x0d標(biāo)志清0Y圖5-15串口接收中斷處理在圖5-13代碼整體結(jié)構(gòu)中可知，在系統(tǒng)初始化和入網(wǎng)完成后進(jìn)入用戶采集開(kāi)始開(kāi)始在用戶采集函數(shù)userHandle(中，首先一臺(tái)接收完成標(biāo)志位進(jìn)行判斷，若為1表明一臺(tái)四路接受完成，開(kāi)始進(jìn)行處理。按照第三章中幀格式可知，去除0x0d、0x0a后，每一路還剩24位數(shù)據(jù)，在八位數(shù)組USART_RX_BUF[]中每三個(gè)數(shù)組元素為一路數(shù)據(jù)。三個(gè)數(shù)組元素第一個(gè)元素前兩位為變壓器臺(tái)數(shù)，而后兩位為傳感器路數(shù)，分類(lèi)完成后，按照第三章中傳感器輸出電流量與頻率量的關(guān)系，將剩余20位頻率數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換為電流量，顯示在LCD屏上，同時(shí)將電流值賦給用戶設(shè)備狀態(tài)結(jié)構(gòu)體。用戶設(shè)備狀態(tài)結(jié)構(gòu)體是根據(jù)所申請(qǐng)數(shù)據(jù)點(diǎn)的信息生成的，用來(lái)保存數(shù)據(jù)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的設(shè)備狀態(tài)。本文申請(qǐng)了八個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)兩臺(tái)各四路傳感器信息，因此生成的結(jié)構(gòu)體有八個(gè)成員對(duì)應(yīng)每一路傳感電流值。同時(shí)，設(shè)置傳感電流電流上限值I_alarm,當(dāng)有傳感電流值超過(guò)上限，LCD屏傳感電流值后對(duì)應(yīng)色彩顯示區(qū)域有綠變紅，對(duì)應(yīng)設(shè)備報(bào)警數(shù)據(jù)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)體第九個(gè)成員置1,此時(shí)，手機(jī)APP上會(huì)出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)。協(xié)議處理函數(shù)gizwitsHandle()會(huì)通過(guò)gizCheckReport()函數(shù)判斷用戶設(shè)備狀則將數(shù)據(jù)通過(guò)gizDataPoints2ReportData()進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，完成用戶區(qū)數(shù)據(jù)到上報(bào)型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，將用戶上傳的數(shù)值如小數(shù)、負(fù)數(shù)等通過(guò)轉(zhuǎn)換函數(shù)轉(zhuǎn)化為設(shè)備能夠識(shí)別的uint類(lèi)型。最后，調(diào)用gizReportData()函數(shù)將轉(zhuǎn)換后的滿足協(xié)議要求的上報(bào)數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送到WIFI模塊進(jìn)行發(fā)送。本章設(shè)計(jì)了對(duì)多路AD轉(zhuǎn)換的輸出進(jìn)行傳輸?shù)腪igBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)及進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。首先，介紹了所搭建ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的主要硬件電路。最后，由Z-stack協(xié)議棧工作原理開(kāi)始，介紹ZigBee終端節(jié)點(diǎn)入網(wǎng)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的軟件程序設(shè)計(jì)，闡述了物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中MCU2監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析所設(shè)計(jì)向高壓側(cè)信號(hào)采集與處理系統(tǒng)供電的供電電源首先在低壓側(cè)逆變產(chǎn)2.1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備及過(guò)程實(shí)驗(yàn)過(guò)程：采用Saber軟件對(duì)供電電源進(jìn)行仿真，而后用CosmosScope對(duì)仿2.1.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析圖6-1、6-2分別為逆變電路開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)S嗨所選電容、電阻值代入公式(3-1)、(3-2)可計(jì)算得開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率為226.7kHz,受電容、電阻精度影響，示波器實(shí)際測(cè)量結(jié)果為227.6kHz,相差不大。驅(qū)動(dòng)信號(hào)電壓幅值大概為15V左右，足以驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管。在開(kāi)關(guān)管剛導(dǎo)通導(dǎo)通時(shí)間t,和關(guān)斷時(shí)間t.分別為16ns和9.4ns,導(dǎo)通時(shí)間較長(zhǎng)；另一方面受推挽導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，受變壓器漏感影響，開(kāi)關(guān)管承受大于2倍輸入電壓的尖峰電壓，由仿真和實(shí)驗(yàn)波形可以看出，逆變后電壓幅值為150V左右，滿足設(shè)計(jì)要求。在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，電壓波形會(huì)出現(xiàn)尖峰電壓和震蕩，同上文所述，主要由于推挽變壓器漏感導(dǎo)致。圖6-5、6-6分別為整流濾波后輸出電壓的仿真和實(shí)驗(yàn)波形。由仿真和實(shí)驗(yàn)波形可以看出，經(jīng)過(guò)整流濾波后能生成大概15V直流輸出電壓。在實(shí)際整流濾波電路中，濾波電容在高頻下串聯(lián)等效電感和串聯(lián)等效電阻的影響，采用具有良好高頻特性低電感的高頻電解電容，同時(shí)采用多電容并聯(lián)的方式減小串聯(lián)等效電阻。輸出紋波電壓在80mV左右，約為輸出電壓的0.5%。5U擬電力變壓器高壓側(cè)傳感器輸出電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)I/F轉(zhuǎn)換后經(jīng)過(guò)電光轉(zhuǎn)換電路后1)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及過(guò)程實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括：PC機(jī)、FPGA電路板、電源適配器、U實(shí)驗(yàn)過(guò)程：將編寫(xiě)好的程序下載到FPGA電路板中。FPGA通生四路分別為166666Hz、416666Hz、625000Hz和892857Hz的輸出待測(cè)信號(hào)，USB輸出到PC機(jī)，觀察結(jié)果驗(yàn)證測(cè)量模塊的準(zhǔn)確性。2)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析圖6-7為PC機(jī)串口調(diào)試助手顯示的FPGA頻率測(cè)量輸出結(jié)果。時(shí)鐘分頻輸入信號(hào)第一路頻率值用十六進(jìn)制表示為028BOA,二進(jìn)制表示第一臺(tái)第一路序號(hào)為0000,十六進(jìn)制表示結(jié)尾分隔符為OD0A,綜上，輸出40位數(shù)據(jù)位028BOA0D0A,同理可得兩外三路輸出為165B9AODOA、2989680D0A、3D9FB90D0A,從圖6-7可知，F(xiàn)PGA串口輸出數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)相符。2.2.2采樣傳輸實(shí)驗(yàn)到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，實(shí)驗(yàn)原理圖如圖6-8所示。光電轉(zhuǎn)換電光轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換電光轉(zhuǎn)換A1)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及過(guò)程實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括：焊接好的采樣傳輸電路板、直流穩(wěn)壓電源、電阻、電流電壓信號(hào)與電阻串聯(lián)產(chǎn)生，光纖傳輸后經(jīng)光電轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的頻率信號(hào)傳輸?shù)絺鬏數(shù)絇C機(jī)。2)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析表6-1為FPGA輸出的頻率測(cè)量結(jié)果。頻率f/kHz電流I/mA擬合并對(duì)其擬合誤差分析，擬合曲線如圖6-9所示；——I/F關(guān)系曲線X可求得頻率與電流的關(guān)系如公式(6-1)所示：越好，所得模型R-square等于1,表明頻率與電流具有良好的線性相關(guān)性，所得模型SSE(和方差)僅為0.067,同樣證明擬合效果較好。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的最大誤m