基于AVR单片机的风电机组自动消防控制系统设计与研究

【摘要】：我国风能资源丰富,在过去十年里我国的风机产业得到了迅猛发展,但与此同时,风机安全事故也在逐年增加。另外,由于风机大多安装在野外或海上,一旦着火将造成严重的损失,因此急需装备自动消防控制系统。本论文面向大型风电机组机舱的消防安全,研制基于AVR单片机嵌入式技术以及远程监控、用于火灾感应和检测的消防控制系统。采用了温度、烟度以及图像等信息感应火灾情况,通过电启动超细干粉灭火装置进行自动灭火。最后利用RS485总线和光纤网络将单片机检测仪和远程控制器连接起来,构成完善的风力发电场的消防报警和自动灭火控制系统。模拟现场环境试验结果达到了设计目标,可用于风电系统的消防安全控制。 首先,论文阐明了课题研究的背景、意义及来源,接着介绍了国内外风力发电机组的消防技术和消防控制系统研究现状,为本课题所要设计和研究基于AVR单片机的风电机组自动消防控制系统做好理论基础并提出了系统总体设计方案：包括下位机设计和上位机设计两部分。 其次,论文详细设计了系统下位机的硬件电路和软件程序。在硬件方面,主要设计了电源供电电路、时钟及复位电路、仿真接口电路、数字传感器接入电路、模拟温湿度变送器接入电路、RS485通信接口电路、串口摄像头接入电路等。论文根据各个模块电路的关系,设计出原理图和PCB图,完成系统硬件电路板制作；在软件方面,主要对系统初始化、A/D采样、系统灭火控制、系统与PC串行通信等部分进行了程序设计,并在文中给出了程序工作流程图和部分程序代码。 再次,论文以基于C#的Visual Studio2010作为上位机软件开发工具,在上位机PC上开发出风电机组自动消防系统软件,并使用SQL Server2008作为后台数据库以及采用ADO.NET技术实现对数据库的访问操作。 最后,论文以模拟现场环境为实验对象,对上述开发的整个系统进行调试应用。利用所开发的系统软硬件对模拟现场环境进行温湿度的探测和视频监控,同时通过调试来实现各部分功能,以满足真实现场环境条件下的要求。经过调试应用和长时间不间断运行后,结果验证了本文所开发的系统是有效、成功的。 【关键词】：风电机组 消防 嵌入式 AVR 单片机
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM315;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-10
• CONTENTS10-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 课题研究背景、来源及意义13-16
• 1.1.1 课题研究背景13-16
• 1.1.2 课题来源及意义16
• 1.2 国内外研究现状分析16-20
• 1.2.1 国内外风力发电机组的消防技术现状16-18
• 1.2.2 国内外风力发电机组消防控制系统的研究现状18-20
• 1.3 课题研究目标、研究内容、拟解决的关键问题20-22
• 1.3.1 研究目标20-21
• 1.3.2 研究内容21
• 1.3.3 关键问题21-22
• 1.4 论文主要研究内容及章节安排22-24
• 第二章 系统设计方案24-28
• 2.1 总体设计方案24-25
• 2.2 下位机设计方案25-26
• 2.3 上位机设计方案26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 系统下位机硬件设计28-41
• 3.1 引言28
• 3.2 硬件的选型28-31
• 3.2.1 AVR单片机28-29
• 3.2.2 传感器29
• 3.2.3 摄像头29
• 3.2.4 灭火装置29-30
• 3.2.5 UPS电源30
• 3.2.6 RS485多机通信30-31
• 3.3 硬件电路的设计31-37
• 3.3.1 电源供电电路31-32
• 3.3.2 时钟电路32-33
• 3.3.3 复位电路33
• 3.3.4 JTAG仿真接口电路33-34
• 3.3.5 数字型传感器接入电路34-35
• 3.3.6 模拟型变送器接入电路35-36
• 3.3.7 RS485通信接口电路36
• 3.3.8 串口摄像头接入电路36-37
• 3.4 系统下位机电路板方案设计37-39
• 3.5 开发辅助工具简介39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第四章 系统下位机软件设计41-64
• 4.1 集成开发环境介绍41
• 4.2 集成开发环境配置41-46
• 4.2.1 系统工程文件与源程序文件的建立、编译41-45
• 4.2.2 程序软件仿真调试45-46
• 4.3 系统与PC串行通信程序设计46-50
• 4.3.1 通信方式46-48
• 4.3.2 通信协议48-49
• 4.3.3 数据传送方式49-50
• 4.3.4 波特率50
• 4.4 异步通信USART50-58
• 4.4.1 AVR的异步传输接口USART50-53
• 4.4.2 USART通信的波特率53-54
• 4.4.3 USART寄存器54-56
• 4.4.4 USART的工作过程56-58
• 4.5 系统A/D采样58-60
• 4.6 系统灭火控制60-61
• 4.7 下位机程序设计61-63
• 4.7.1 看门狗61-62
• 4.7.2 程序设计62-63
• 4.8 本章小结63-64
• 第五章 系统上位机软件设计64-67
• 5.1 概述64-65
• 5.2 上位机软件功能介绍65-66
• 5.2.1 数据采集和显示65-66
• 5.2.2 数据库管理和查询66
• 5.3 本章小结66-67
• 第六章 系统调试与模拟应用67-70
• 总结与展望70-72
• 1、总结70-71
• 2、展望71-72
• 参考文献72-76
• 攻读学位期间发表的论文76-78
• 致谢78-79
• 附录79-107

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