黄冈市西门子模块代理商

　　随着社会老龄化的日益加剧，对老年人健康的关心已经成为重要的社会问题。另外，一些突发性疾病和家庭保健，如心血管疾病、孕妇、胎儿、婴儿、幼儿的保健也需要长期的家庭监护。所以，研究基于公用网络的家庭医疗监护，建立小区医疗网络，从而组成一个医院护理系统网络，不仅可以增加病人的安全性和改善人们的生活质量，还能使医院更有效地提高管理人员、医生和护士的工作效率，协调相关部门有序工作。

　　在某些情况下，使用有线方式的监护系统的实施成本将远远超过购买监护设备所花费的费用。例如，在一个多社区医疗监护网络中，把实时监护病人的生理参数传输到远程监控中心及所有数据的远程备份，都是一笔庞大的开支，维护成本更是惊人。虽然引入无线监护网络，可以解决一些问题，但基于蓝牙、GPRS等技术的社区医疗监护系统存在相应的不足之处，如无线辐射的安全性、无线终端的快速移动、无缝漫游和无线网络成本等等。

　　ZigBee 技术的出现为传感器信号的无线传输提供了新的解决方案。ZigBee节点有几十米的覆盖范围，且可以增加路由节点，扩展覆盖范围，另外它还具无线辐射小、传输数据安全和成本低等优点，因此适用于家庭住宅。同时由于生理监护信号的数据传输流量不大，传输速率为250kbit/s的ZigBee能够满足生理数据传输要求。ZigBee传感节点可自由灵活地加入和离开网络，具有低功耗和低成本的特点。此外，电力线具有高速(骨干网速度已经达到了上百Gbit/s)、以电力输电线路作为传输载体(目前我国拥有全世界长度排名第二的电力输电线路)等优点，并且电力线载波通信被国外传媒喻为“未被挖掘的金山”。我们可以看到，如果把ZigBee和PLC技术有机的结合起来，它不仅弥补现有社区医疗监护系统的一些弊端，缓解了居民对医疗监护的需求，还很符合并不富裕的中国。

　　社区监护系统的总体构架

　　该社区监护系统主要分为三部分。第一部分由若干个基于ZigBee无线网络的家庭监护单元组成，其中，无线通讯节点根据功能不同分为：无线传感器节点和PAN协调节点，无线传感器节点具有用户随身携带和可移动性的特征，主要负责采集人体的重要生理参数;而PAN协调节点主要负责收集重要生理参数，并通过第二部分，也就是电力线网络部分将这些参数发送到监护中心(即第三部分)，这样，由专业的医护人员来实现对数据的统计和观察，提供相关医疗咨询和服务，达到远程医疗的目的。

　社区监护系统的硬件结构分为：无线传感器节点、PAN协调节点(包括射频通信模块和电力线传输模块)和监护中心。

　社区监护系统的硬件设计

　　ZigBee传感节点的硬件设计

　　基于ZigBee无线网络的家庭监护单元由于应用环境主要是家庭，网络覆盖范围小，因此可直接采用星型拓扑结构，即网络主要由 3~5 个传感器节点，即 RFD 节点(Reduce Function Device，简称 RFD)和一个主节点，即FFD 节点(Full Function Device)组成。虽然 RFD 节点和 FFD 节点实现具体功能的不同，但为了增加通用性和方便维护，传感器节点的基本电路相同。本文采用Freescale公司推出符合ZigBee 标准的MC13192射频芯片。由于MC13192的射频信号采用差分方式，而倒F型天线为单端天线，所以在芯片和天线之间使用巴伦电路，以达到收发效果。本方案使用了巴伦电路专用芯片LDB212G4020C。UPG2012TK是射频开关，工作频率为0.5~2.5GHz，具有非常低的介入损耗和很高的隔离性能;封装形式为6引脚的短引脚小型贴片封装，可减小电路板占用面积。

　　另外，由于TI MSP430 系列单片机是一种超低功耗的混合信号控制器，其中包括一系列器件，针对不同的应用而由不同的模块组成。这些微控制器可用电池供电，而且使用时间长。具有16 位 RISC 结构，CPU 中的16个寄存器和常数发生器使控制器能达到高的代码效率;灵活的时钟源可以使器件达到低的功耗;数字控制的振荡器(DCO)可使器件从低功耗模式迅速唤醒，在少于6s的时间内激活到活跃的工作方式。是一种低功耗类型的单片机，特别适合于电池应用的场合或手持设备。其中，MSP430F449单片机内部集成了60kB FLASH 存储模块，2kB RAM，6个I/O端口以及12位高精度模数转换模块ADC12等。较小的封装和极低的功耗使其可以理想地与MC13192 结合，作为基于ZigBee 技术的无线传感器网络节点。

　　MSP430F449和MC13192 通过SPI 总线连接。MSP430F449的SPI 接口工作在主机模式，是数据传输的控制方;MSP430F449设为从机模式。MSP430F449通过4 线SPI接口对MC13192 的内部寄存器进行读写操作，从而完成对MC13192 的控制以及数据通信。

　　电力线调制解调器

　　力合微电子具有电力线通信与控制基于多载波快速跳频的专利技术，专门针对国内电网环境而设计，具有较好的抗干扰性能，实现电力线可靠数据传输与控制。其专用芯片LME2200使用灵活、方便，为各种电力线通信与控制应用提供了一款优化的芯片方案。因此本文采用了LME2200芯片，

发送电路由一个低通滤波器和一个功放构成。低通滤波器的作用是滤除高频信号成分并平滑DAC输出信号的波形，功率放大器(PA)的输出通过一个耦合变压器连接到电力线上，滤波器的带宽由使用的载波频率所决定。对功率放大器的要求是经过变压器后在2～100欧姆的阻抗下获得1-2Vrms的信号电平。另外，LME2200C支持半双工工作模式。当发送时(TX_BUSY低电平)用于打开功放，而在接收时(TX_BUSY为高电平)关闭功放以提高接收阻抗。而在接收通路中，经耦合变压器获得的信号送片内放大器放大，然后经片外带通滤波器后送芯片RXIN输入端，由片内接收机完成数据包的接收。过零检测电路输出一个方波信号,它的上升沿在工频信号的过零处，此信号被用作LME2200C的SYNC同步输入，并作为收发同步的基准。

　　软件设计

　　① ZigBee传感节点的软件设计

　　ZigBee传感节点主要负责采集被监护人的生理数据，并将这些数据传送给协调器，同时，接收来自协调器的相关指令，并根据这些指令进行相关操作(包括自动发送生理参数命令以及提示按时服药等命令)。当没有执行相关指令时，转入休眠模式，节点功耗降到低。ZigBee传感节点的软件流程如图5所示。

　　②PAN协调节点的软件设计

　　PAN协调节点作为整个网络中唯一的协调器，按功能可分为两个部分，网络维护功能和数据传输功能。网络维护方面主要是负责组建ZigBee网络、分配网络地址及维护绑定表。

　　数据传输方面主要转发监护中心对ZigBee传感节点的命令，以及定时要求地ZigBee传感节点将生理数据发送数据给它，并转发到监护中心。PAN协调节点基本流程，如图6所示。

　　③监护中心软件设计

　　由于本系统还处于实验阶段，所示只是把监护中心软件作为性能测试的演示系统。只是采用VC++6.0对该系统用户界面和数据库部分进行编程，它采用循环轮询的方式显示各个监护终端设备发来的生理参数，主界面如图7所示。

　　结语

　　社区监护系统在小规模实验中的调试结果表明:该系统能够准确地实现家庭医疗监护功能，通信质量可靠稳定，抗干扰能力强，功耗小，成本低，个人监护终端设备体积小巧。在实验室内，网络协调设备和个人监护终端设备之间的距离可达70m，并且满足数据传输的实时性、高效性的要求。本文社区监护系统的实现，为社区监护系统的研究和发展提供了实验平台，也为其发展奠定了一定的基础。

. 引言

　　发电机是电力系统的重要组成部分，它的可靠运行对于保证电力系统的稳定具有重要意义。发电机故障录波装置所记录的数据为工作人员正确分析发电机故障原因，研究事故对策，及时处理事故提供了可靠的依据，同时，根据故障录波数据还可以分析系统的故障参数、各电气量的变化规律，进行故障定位等，这些对于保证电力系统的安全可靠运行起着十分重要的作用。可编程控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）作为工业控制专用的计算机，由于其结构简单、性能优良，抗干扰性能好，可靠性高，在机械、化工、橡胶、电力等行业工业控制现场已日趋广泛地得到应用，成为工控现场进行实时控制的主要的控制装置。本文介绍一种利用可编程控制器和扩展模拟量模块实现发电机故障录波的方法。

　　2. 系统的组成和工作原理

　　系统的组成框图如图1所示,由上位计算机和1套PLC测控系统组成。PLC通过外部变送器、互感器与发电机组相连，发电机机端电压U、定子电流I为三相交流电，分别经电压互感器（PT）和电流互感器（CT）转换成三相100V、5A的二次信号，发电机转子励磁电流经过分流器RS转换成75mV信号，再经过三相功率（含有功、无功）变送器、三相电压变送器、直流电流变送器转换成与其成比例的0～10V电压信号后输入到PLC的模拟量模块。模拟量经过A/D转换，然后根据互感器、变送器的变换比例计算出机端电压U、转子电流If、有功功率P和无功功率Q的等机组运行量。PLC每隔20毫秒采样一次，每40毫秒将采样的数据保存到故障数据区中。当发生故障后，PLC记录下故障发生以后的13秒数据，故障数据记录过程结束。当PLC接收到上位机发送来的传送命令时，PLC将记录的故障数据通过串口通讯传送给上位机。上位机将数据完整的接收下来，经过数据处理显示出机组运行量U、If、P、Q、Ug（电压给定）在故障前7秒、后13秒的波形曲线，这样就可以对发电机故障进行分析了。在本系统中，PLC选用SIMATIC S7-226;模拟量模块选用与S7-226配套的产品EM235;PLC与计算机之间通过PC/PPI电缆连接以串行方式进行通讯。

3. 下位机程序设计

　　PLC属于下位机，其程序共分为3个模块，它们是初始化子程序、录波子程序和通信子程序。以下将分别说明各模块的设计思想。

　　3.1 初始化子程序

　　初始化子程序包括初始化自由口通信参数，设置接收命令RCV启动和结束条件，数据指针赋初值，连接20ms采样、接收和发送中断。

　　3.2 录波子程序

　　录波子程序在20ms采样中断中调用，负责记录机组运行量U、If、P、Q、Ug在故障前7秒、后13秒的数据。

　　在PLC中定义一个连续的数据区VW4000～VW8998，用来保存故障数据。每个运行量的数据占用1000字节的数据块，地址分配如下，U：VW4000～VW4998 If：VW5000～VW5998 P：VW6000～VW6998 ～VW7998 Ug：VW8000～VW8998。

　　录波子程序每隔40毫秒将采样的数据送到各自的数据块中。为每个数据块定义一个数据指针，其初始值分别指向各数据块的首地址。每传送一次数据，各指针向下移动2字节。故障前7秒数据（350字节）是循环记录的，即如果在故障到来之前数据已存满，各数据指针将重新指向数据块的首地址。定义指针index用来记录20秒故障数据开始的位置。当故障到来时，数据指针指向故障后13秒数据（后650字节），此时指针index将前7秒数据分为前后两部分，正确的顺序是将前后两部分交换过来。当后13秒数据记录完后，录波子程序结束。程序流程图如图2所示。

　　3.3 通信子程序

　　通信子程序负责与上位机通信，将存储在数据区的故障数据通过串口分批传送给上位机。上位机每发送一次传送命令（用整数255表示），PLC在接收中断程序中判断收到的字符是否为传送命令，如果是则将传送命令标志M6.0置位并且在主程序中调用通信子程序。

　　定义指针tran_pointer用来指向待传送数据的首地址，其初值为&VW4000，即指向数据区首地址。定义变量count用来记录传送的次数。在通信子程序中，首先停止自由口的接收，然后将以指针tran_pointer为首地址，大小200字节的数据传送到发送缓冲区中，接着用发送命令通过串口发送出去。每发送一次数据，将指针tran_pointer向下移动200字节，变量count值加1， M6.0复位。当上位机发送完第26次传送命令时，PLC中数据区VW4000～VW8998的5000个字节已发送完毕，再将额定电压、额定电流、额定有功功率、额定无功功率和指针index发送出去， count值清零，指针tran_pointer重新初始化，M6.0复位。至此，一次完整的故障数据传送过程结束。

4. 上位机程序设计

　　上位机程序设计是以Visual Basic 6.0 为平台，利用MS Comm控件，以事件驱动方式实现计算机与PLC之间串行通讯，完成数据间的交换。上位机程序包括用户界面设计、通讯和数据处理程序、显示程序等。

　　4.1 用户界面设计

　　本系统中，设计了两个窗体（bbbb1和bbbb2）。其中bbbb1为主界面，bbbb2为波形显示界面。在bbbb1中设计了一个MSComm控件、一个定时器控件（Timer1）和两个按钮控件（Command1和Command2）。其中Command1是开始按钮，即按下时开始和PLC通讯，读取其中的数据。Command2是显示按钮，即按下时调用窗体bbbb2，显示每个运行量的波形曲线。在bbbb2中设计了一个图片框控件（Picture1），用来显示图形。

　　4.2 通讯和数据处理程序设计

　　设置Timer1 的Interval属性等于500，MSComm的bbbbbMode属性为二进制方式，RThreshold属性等于5010。定时器每隔500毫秒发送一次传送命令，当发送到第26次时，关闭定时器，这时接收缓冲区将收到5010个字节的数据并触发MSComm的OnComm事件。在OnComm事件子程序中，将接收缓冲区中的数据依次分配到全局数组U_data、If_data、P_data、Q_data和Ug_data中，再根据各运行量的额定值计算出百分比值。各个数组的前350字节需要根据指针Index进行调整，具体方法是将数组下标范围Index～349的数据移到前面，下标范围1～Index-1的数据移到后面。

　　4.3 显示程序设计

　　在窗体bbbb2的装载事件bbbb_Load中编写图形显示程序。首先在图片框控件Picture1中设置自定义坐标系。设置ScaleMode属性值等于3，即以象素为度量单位。然后在该坐标系下画出坐标轴。X轴以秒为单位，曲线上两点间的时间间隔是40毫秒，换算成象素等于1.47。Y轴以百分比为单位，每个单位刻度换算成象素等于2.1。后根据数组U_data、If_data、P_data、Q_data和Ug_data分别画出相应运行量的波形图。以机端电压波形为例，给出编写的程序如下：

　　Picture1.DrawWidth = 1 ‘线宽为1

　　Picture1.CurrentX = 0 ‘指定当前坐标的位置

　　Picture1.CurrentY = U_data（0） ＊ 2.1

　　For i= 1 To 499 ‘画出曲线

　　Picture1.Line -（1.47 ＊ i, U_data（i） ＊ 2.1）, vbBlue

　　Next i

　　5. 系统的运行与实验结果

　　在系统运行前，要对PLC的通讯参数进行设置，包括波特率、校验方式、数据位位数和停止位位数等，此设置要和上位机一致。在S7-226中使用自由口模式和上位机进行串口通信时，可以通过特殊寄存器SMB30（端口0）或SMB130（端口1）来设定。下面以发电机空载停机实验为例说明系统的运行过程。

　　当发电机在正常空载下停机时，PLC检测到停机信号，将故障标志置位，然后记录下停机后13秒的数据。运行上位机程序，在主界面上按下“传送”按钮后，上位机开始读取PLC中数据。等到程序提示“数据传送完毕”后，按下“显示”按钮，该曲线较好的反映了发电机停机前后机端电压、励磁电流的变化。

6. 结束语

　　此系统已经成功应用于中、小型同步发电机励磁系统中，通过发电机的动态模拟实验和实际中的应用来看，该系统性能可靠、操作方便、界面友好，能够较好地满足电力系统对于故障记录、故障分析的需要。

　　一般情况下，采用微机控制或以微处理器为内核的工业嵌入式发电机励磁调节器较容易实现发电机运行参量的故障录波，采用PLC作为发电机励磁调节器的硬件平台，具有应用成本低、运行可靠性高但程序设计难度大的特点，其内部成功地嵌入发电机重要运行参量的故障录波具有较大的实用价值，尤其适用于目前大量开发的中小型水力发电站的水轮发电机组，对于保证发电机组的安全、稳定、可靠运行具有重要的意义。