面向海上风电系统状态监测的长距离传感节点设计

【摘要】：海上风电是世界范围内发展速度最快的新能源之一,我国海上风能资源丰富、沿海地区电力市场空间巨大,随着设备制造业的逐步成熟,我国的海上风电正在高速发展中。海上风电机组的人工维护成本目前占电价的25%-30%,所以远程状态监测成为选择。本文设计了一款用于海上风电系统状态监测的长距离传感节点,将为风电机组的数据采集、状态监控提供便捷的方式,大大降低运维成本,对海上风电机组的安全运行具有重要的现实意义。 本文分析了海上的通信环境,设计了通过射频芯片CC2420的前端功率放大模块(包括Balun匹配电路、功率放大模块、射频天线)来增大通信距离的系统方案,并结合微处理器模块、存储器模块、电源模块、接口模块的设计,一起完成了完整长距离传感节点的设计。通过PCB的设计、制板和焊接实现了节点的实物,并对节点进行软件调试后对节点的性能进行了实验测试。测试表明,发射节点和接收节点间的通信距离达到2.2公里,各项指标基本满足设计要求,节点工作稳定可靠。 【关键词】：海上风电 状态监测 传感节点 PCB制板 射频
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 致谢7-8
• 目录8-11
• 1. 绪论11-17
• 1.1. 研究背景和意义11-14
• 1.1.1. 海上风电的热点和趋势11-13
• 1.1.2. 无线传感技术在监测领域的发展和优势13-14
• 1.2. 国内外研究现状14-15
• 1.2.1. 国外研究现状14
• 1.2.2. 国内研究现状14-15
• 1.2.3. 海上风电机组故障诊断系统存在的问题15
• 1.3. 本文的主要工作15-17
• 2. 海上风电机组状态监测和故障诊断17-21
• 2.1. 风电机组状态监测和故障诊断的方法17-19
• 2.2. 在线监测系统的功能与设计19-20
• 2.3. 本章小结20-21
• 3. 总体方案设计和可行性分析21-29
• 3.1. 引言21
• 3.2. 技术指标21-24
• 3.3. 整体技术方案24-25
• 3.4. 长距离无线传输可行性分析25-27
• 3.5. 本章小结27-29
• 4. 长距离传感节点硬件设计29-47
• 4.1. 节点硬件结构29-30
• 4.2. 微处理器及外围电路设计30-34
• 4.2.1. ATmega128微处理器简介30-31
• 4.2.2. ATmega引脚结构31-33
• 4.2.3. ATmega周边电路设计33-34
• 4.3. 射频电路设计34-38
• 4.3.1. CC2420简介34
• 4.3.2. CC2420的外围电路设计34-35
• 4.3.3. CC2420与ATmega128的接口35-37
• 4.3.4. 巴伦及滤波器设计37-38
• 4.4. 存储器系统设计38-39
• 4.5. ATmega128和PC的USART接口39-41
• 4.6. 射频前端设计41-45
• 4.6.1. 功率放大模块41-43
• 4.6.2. 射频天线43-45
• 4.7. 电源模块设计45-46
• 4.8. 本章小结46-47
• 5. PCB制作与节点测试47-71
• 5.1. PCB设计47-56
• 5.1.1. PCB准备工作48
• 5.1.2. PCB布局布线48-54
• 5.1.3. 阻抗设计54-56
• 5.2. 制版与节点实物56-57
• 5.3. 节点调试软件设计57-62
• 5.3.1. 调试环境57-58
• 5.3.2. 设备调试58-60
• 5.3.3. 串口调试60-62
• 5.4. 数据采集流程图62
• 5.5. 振动故障的实验与分析62-66
• 5.6. 节点性能测试与分析66-70
• 5.6.1. 节点发射功率测试66-68
• 5.6.2. 系统的通信距离测试68-70
• 5.7. 本章小结70-71
• 6. 总结与展望71-73
• 参考文献73-77
• 附录一：硕士在读期间研究成果77-79
• 附录二：读取数据的代码79-81

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