电力电缆火灾在线监测系统毕业设计

目录

1 绪论 (1)

1.1课题的提出 (1)

1.2目前常用的电缆温度监测方法 (2)

1.2.1 感温电缆式测温系统 (2)

1.2.2 热敏电阻式测温系统 (2)

1.2.3 光纤分布式温度监测系统 (2)

1.3课题的内容 (3)

2 系统的总体设计 (4)

2.1系统的总体设计思想 (4)

2.2方案论证与选择 (5)

3 系统器件选择 (7)

3.1选择单片机 (7)

3.2选择温度传感器 (10)

3.2.1 DS18B20的简单介绍 (10)

3.2.2 单总线技术 (10)

3.2.3 DSISB2O内部结构 (12)

3.2.4 DSISB2O测温原理 (14)

3.2.5 DSISB2O温度的转化 (14)

3.2.6 DSISB2O的工作过程 (16)

3.3报警模块器件选择 (18)

3.4显示模块器件选择 (20)

3.5单片机与主机的接口模块器件选择 (23)

4 系统的硬件设计 (25)

4.1系统的整体结构 (25)

4.2单片机最小系统设计 (25)

4.3DSISB2O的接口电路 (26)

4.4电源电路 (26)

4.5显示电路 (28)

4.6串口通讯电路 (28)

4.7报警电路 (30)

4.8按键电路设计 (30)

5 系统的软件设计 (31)

5.1概述 (31)

5.2主程序模块 (31)

5.2.1 主程序设计 (31)

5.3各模块流程设计 (32)

5.3.1 温度检测流程 (32)

5.3.2 报警模块流程 (33)

5.3.3 按键扫描程序流程图 (34)

5.3.4 串口通信程序流程 (34)

5.3.5 中断服务程序流程 (35)

6 结论 (36)

谢辞 (37)

参考文献 (38)

附录1 程序清单 (39)

附录2 原理图 (47)

附录3 仿真图 (48)

附录4 PCB图 (49)

1 绪论

1.1 课题的提出

电缆在日常生产、生活中随处可见，在电厂、工厂、实验室通常将大量的电缆集中敷设在电缆沟内，以方便布线、维护、美观。随着人们对电的依赖的增长，电缆沟里的电缆越来越多，电缆沟越来越长。其火灾事故的发生几率也相应增加。电缆一旦发生火灾，将造成大面积电缆烧损，短时间内无法恢复生产，经济损失重大。因此，电缆的安全保护已成为不可忽视的问题。

国内，据有关资料统计，在1975-1985年间，因电缆着火造成的重大事故发生60起，造成直接和间接损失达50亿元。在1986-1992 7年间，仅我国火电厂发生电缆火灾75次，其中有24个电厂发生过两次及以上电缆火灾事故，个别电厂达4-6次，70％以上的电缆火灾所造成的损失非常严重，其中2/5的火灾事故造成特大损失。近几年，因电线电缆发生的火灾事故更是屡见不鲜。1999年牡丹江第二发电厂因电缆沟火灾，导致全厂停电，直接、间接损失达千万元。2000年北京高能物理所的正负电子对撞机监视机房因电缆沟起火被迫停机，严重影响了科研工作的进行。2001年上海供电局因电缆接头过热引起电缆隧道火灾，大面积电缆被烧损，导致市区大面积停电事故。

国外，美国在1965-1975年统计的3285次电气火灾事故中，电线电缆火灾事故就占30.5%，直接损失约4000万美元。日本曾对电力、钢铁、石油化学、造纸等工厂企业调查，有78%的单位发生过电缆着火，其中危害程度较大的事故占40%。

通过多次事故分析发现，电缆沟内火灾发生的主要原因是由于动力电缆中间接头制作质量不良所造成的，或压接不紧，或焊接不牢，或连接不好，或接头材料选择不当，或受到损伤，造成运行中接头氧化、脱焊、局部发热或炸裂导致着火。而电缆中间接头质量的好坏，只能在运行中发现，运行时间越长越容易发生过热烧穿事故。从电缆接头过热到事故的发生，其发展速度比较缓慢，时间较长。同时，电力电缆敷设距离长、走向复杂，采取运行人员定期巡视的方法，巡视间隔、巡视的准确性等方面都存在很多问题。

实际经验和理论分析均表明，电缆接头处发生的各类故障不是一个突发过程，通常因为温度不断升高，使绝缘逐步老化、泄漏电流逐步增加，到达一定程序后再发生击穿，是一个由量变到质变的过程。因而，连续监测电缆接头温度的变化，就可以全面地了解其工作状况，根据情况适时进行停电检修。特别当发现某个接头温度过高(超过预先设定值)或变化过快时，说明此处的绝缘已比较薄弱，继续运行可能引发严重故障。此时及时发出报警信号，通知值班人员及时处理，可以有效地避免严重故障的发生，确保系统安全、可靠地工作。

本文根据电缆接头的运行特点和要求，设计出了集测量、显示、报警和远传通信等多项功能于一体的集散式电力电缆接头温度监测系统。本次设计了一个基于分布式温度

传感器的3路循环监测系统。如今，该分布式温度传感器不仅在电力工业上应用，同时还在煤矿、森林火灾、高层建筑、航空、航天飞行器等有着重要的应用前景。本系统使用美国Dallas半导体公司新一代数字式温度传感器DS18B20，它具有独特的单总线接口方式，即允许在一条信号线上挂接数十甚至上百个数字式传感器，从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单，克服了模拟式传感器与微机接口时的A/D转换以及其它复杂的外围电路的缺点。

本设计以AT89S52单片机为控制核心，提出基于DS18B20的分布式温度系统，3个传感器通过单总线与单片机相连形成分布系统。单片机通过实时监控温度变化，通过LCD1602显示各节点的温度数值，当温度超过允许范围时，蜂鸣器报警，从而远程实现整个温度的管理和控制。这种分布式温度测量系统具有成本低廉、传感精度高、系统稳定、易于管理等优点。

1.2 目前常用的电缆温度监测方法

电缆温度检测技术在国内外已经发展了很多年，但是均采用有线连接的方式，现场已有许多产品在使用。目前常用的电缆温度监测方法包括：感温电缆式测温系统、热敏电阻测温系统和光纤分布式温度监测系统等

1.2.1 感温电缆式测温系统

将感温电缆与电缆平行安放，当电缆温度超过固定温度值时，感温电缆被短路。系统仅能一次使用，不能测出电缆的实际温度值；由于电缆数量多，系统安装及维护工作不够方便，设备易损坏：不能进行早期故障预测，不能实时显示测量值，无温度趋势分析。

1.2.2 热敏电阻式测温系统

可以显示温度值，但都是模拟量输出，需要进行信号的放大和A/D转换，方能被单片机接收。每一个热敏电阻的温度值都需要经过上述环节进入系统，都需要独立的接线、布线，一个电缆沟通常需要测试少则几十个点，多则几百个点，需要成百上千条信号线。如果要增加测试路数，那么必定要增加放大器和A/D转换器的个数，接线将十分复杂。它们的准确性易受环境、接线、放大等因素的影响，因而误差大。同时，系统环节多，维护量大，传感器不具备自检功能，需要经常校验，因此不常采用。

1.2.3 光纤分布式温度监测系统

利用1根光纤充当分布式温度传感器，能测量数千个独立的测量点的温度。通过分析在光纤中传输的激光脉冲产生的拉曼(Raman)后向散射光信号来完成对温度的测量。最新的使用多模光纤的分布式温度测量系统，允许光纤长度达到12km。分布式温度监测