基于ZegBee的电子镇流器高温老化监测系统的研究

摘要：为了能及时了解电子整流器高温老化的数据，设计并实现了以MC13213微控制器为核心的高温老化监测系统，提出了ZigBee技术设计的方案，具体阐述了系统的硬件设计框架，提出了无线监测终端软件设计及平台，在实际应用中具有很好的实用价值。

关键词： MC13213；ZegBee

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）27-6138-02

1 概述

随着电子整流器在电子产品中的广泛应用，国内厂家在生产过程中不能及时监测出电子整流器的质量问题，尤其是高温老化问题带给厂家的困扰，因而高温老化的监测系统势在必行。

本文设计了基于ZigBee的电子镇流器高温老化监测系统。在该系统中，无线终端采集节点对电子镇流器工作时的电压、电流、有功功率等状态数据进行实时采集，通过中继节点将数据转发给主控节点，主控节点将状态数据发送到上位机程序显示，从而实现对电子镇流器高温老化操作时各项状态数据的实时监测。

2 硬件电路设计

该系统主要基于MC13213单片机开发，节点包括主控节点及无线监测终端节点。无线监测终端节点是网络的基本单元，在该系统中作为ZigBee网络中的路由节点及终端节点，可以通过SCI接收CS5460A采集到的数据并将其通过ZigBee网络传输到主控节点，其结构框图如图1所示。

1） ZigBee无线通信模块

主控芯片模块即MCU最小系统，主要包括系统电源与滤波电路、复位电路、晶振电路和调试写入接口等。由于使用交流供电模式，在设计主控芯片模块时没有特别考虑功耗的问题，MC13213工作电压为3.3V，所以采用5V供电方式，使用LDO转换为3.3V；由于MC13213内部集成了MCU和RF射频模块，所以其晶振电路设计相对特殊。RF射频模块必需使用外部晶振，而MCU可以使用外部晶振、内部晶振或外部振荡器输入；MC13213复位电路简单，采用的是典型的复位电路，通过上拉电阻至VCC即可，同时对地使用0.1uF容量的电容，即可复位芯片复位的要求[2]；MC13213微控制器内部集成的收发器属于偶极天线方式，需要与不平衡的天线连接，本系统用的是Maruta的LDB212G4005C-001型平衡不平衡转换器；由于本设计距离要求较高，信号稳定性要求也较高，因此选用Whip天线可以很好地达到要求。

2） 电源及浪涌保护单元

无线监测终端采用无线监测终端采用交流电供电，采用AC/DC电源模块产生+5V直流电源，用来供给逻辑电路的工作，该AC/DC电源模块额定功率为2.5W，输出+5V的额定电流为500mA。电路中使用压敏电阻的作用是为了抑制浪涌，型号471KD10表明该压敏电阻耐压为470VAC，压敏电阻直径为10。

3 无线监测终端软件设计

本项目中应用软件主要功能使采集电子镇流器带负载工作时整个系统的电压、电流、有功功率及功率因数，并通告网络节点传送到协调器节点，同时也通过串口与PC机进行通信，输出网络节点的有关信息，接受PC发送的命令。其中网络通信功能由ZigBee协议软件完成，此处主要进行了电能参数采集模块的设计。

MC13213对CS5460A的操作即包括CS5460A的校准、I/O口模拟的SPI接口初始化、CS5460A初始化、电压有效值寄存器、电流有效值寄存器及有功功率寄存器的数据读取。

上位机软件是本软件的设计关键，上位机主要 PC 通过 RS232 与协调器节点连接，接收从 MC13213 的串口发送来的数据，并将这些数据写入到数据库中，并以图形化的界面直观的显示采集到的电子镇流器上的电压值、电流值，以达到高温老化无线监测的目的。上位机软件主要实现功能为：驱动串口接收协调器节点发送的数据，之后将这些数据进行处理，对应记录各个终端监测节点的电流、电压及功率采样值，并将其通过上位机界面直观地显现显示出来。

首先，CS5460A采集状态AD值的回归。CS5460A采集到的电子镇流器的电压AD，电流AD及有功功率AD均为两个字节，范围则为：0x0000-0xFFFF。上位机 PC 端通过串口接收到的数据包中，有3个值需要进行物理量回归，分别为 1个电压值，1 个电流值和 1 个有功功率值。显示中需要将得到的三个AD值转化为实际值，通过这些状态值可以直观地判断该电子镇流器是否已经高温老化。三个状态量AD值到实际值转化公式分别为：I（A）=I（AD）/0xFFFF/0.6*5；U（V）=V（AD）/0xFFFF/0.6*300； P（W）=P（AD）*2.7*1500/0xFFFF。

其次，数据显示使用VB软件工具箱中的文本显示控件，将得到数据直接在文本窗口中按照“ 电压：电流：有功功率功率：功率因数”的形式显示出来。每当软件出发一次串口通讯时，就会自动进行显示。

最后，数据存储使用 VB软件工具箱中的数据控件，将数据控件与具体的数据库建立好连接后，就可以在窗体中增加绑定控件用来存储数据库的记录的数据。每当软件触发一次串口通讯，就会进行一次数据储存。

4 总结与展望

本课题在ZigBee技术研究的基础上，对电子镇流器高温老化监测系统进行了全新设计，该系统可实现电子镇流器的信息化监控，降低了人力、物力等维护成本。

本设计产品还在调试阶段，并非大规模应用，如何保证该系统产品化后工作的稳定性以及涉及到GPRS技术的应用也是一个值得考虑的问题。

参考文献：

[1] 荐红梅.基于硬件构件的嵌入式底层软件开发方法研究及其应用[D].苏州：苏州大学计算机科学与技术学院，2008：15-16.

[2] 孟忠伟.飞思卡尔HCS08/HCS12系列MCU编程调试器的设计与实现[D].苏州：苏州大学硕士论文，2009：10-15.

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