论文总字数：26557字

摘 要

本文针对输电线路导线侧金具螺栓紧固工作中存在的不足，设计了一款无线遥控智能螺栓紧固器。

设计了一个扭力数据检测电路，实时检测电机的运行扭力值。设计了一个无线双向通信系统，将MSP430工作端扭力值实时发送给手持端并且手持端发送预设扭力和电机开断指令给工作端控制电机工作。设计了一个电机驱动控制电路，将单片机发送的PWM波升压至12V以驱动MOSFET控制电机，用控制PWM占空比的方式控制电机转速。设计了一个电源系统，使用一个移动电源供电即可满足所有不同芯片的电压要求，并且方便更换电源。

所有设计整合起来构成一个无线智能螺栓紧固器，可以满足户外设定扭矩的螺栓紧固的需要。

关键词：MSP430，霍尔电流传感器，无线双向通信，栅极驱动MOSFET

ABSTRACT

In this paper, transmission line conductor side with gold insufficient bolt exist in the work, designed a wireless remote control intelligent bolt Fastener.

We designed a torsion data detection circuit, real-time detection torque value of the motor running. We designed a two-way wireless communication system, the MSP430 working end torque value transmitted in real time to the handheld terminal and handheld sends the preset torque and breaking the motor control instruction to the working end of the motor work. We designed a motor drive control circuit, the microcontroller PWM wave transmitted boost to 12V to drive the MOSFET control the motor control PWM duty cycle controls the motor speed. The design of a power supply system using a mobile power supply chips to meet all the different voltage requirements and easy to replace the power supply.

All designs integrate together to form a wireless smart bolt Fastener to meet outdoor set torque bolt fastening needs.

Keywords: MSP430,Hall Current Sensor, Wireless two-way communication, MOSFET gate drive

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪 论 1

1.1 引言 1

1.2 现有输电线路导线侧金具螺栓紧固作业方法 1

1.2.1 等电位与地电位结合作业方法 1

1.2.2 地电位作业方法 1

1.3 本文主要研究目的和研究内容 2

1.4 国内外研究现状 2

1.4.1 电机驱动控制模块 2

1.4.2 无线通信模块 3

第二章 控制系统设计 4

2.1 功能原理 4

2.2 操作流程 5

2.3 主控芯片的选用 6

2.4 电源系统设计 8

2.4.1 供电系统设计 8

2.4.2 LM2577升压型稳压器 9

2.4.3 HZD05B电源模块 9

2.5 小结 10

第三章 扭矩数据采集系统 11

3.1 霍尔效应 11

3.2 霍尔电流传感器 12

3.3 UA741CP运算放大器 13

3.4 Multisim仿真软件 14

3.5 A/D信号采集电路 15

3.6 小结 15

第四章 无线双向通信系统 16

4.1 SPI通信协议 16

4.2 ZigBee无线通信协议 18

4.3 采用SPI通信协议与采用ZigBee无线通信模块协议模块比较 18

4.4 NRF24L01无线通信模块 19

4.5 NRF24L01无线通信协议编写 20

4.6 小结 21

第五章 电机驱动控制电路 22

5.1 直流电机基本结构及工作原理 22

5.2 直流电机驱动电路设计 23

5.3 IR2103驱动芯片 25

5.4 IRF3205 MOSFET 27

5.5 小结 28

第六章 总结与展望 29

6.1 遇到问题以及解决方案 29

6.2 存在不足与展望 29

致谢 30

参考文献 31

第一章 绪 论

1.1 引言

输电线路在电网中占有重要的地位，电力生产中输电线路由于露天运行，易受到环境影响导致跳线引流板等导线侧金具螺栓松动，若不能及时处理，容易导致螺栓脱落，导线受到摩擦损伤甚至发生断股、断线、掉线等故障，造成线路停运的严重后果。传统输电线路螺栓状态检测与紧固工作中，工作人员需要借助硬梯、吊篮等工具才能进入作业部位工作，操作繁琐，劳动强度大，工作耗时较长，人工作业危险性较大，而且作业过程中无法确定扭力大小，不能确定螺栓扭矩是否符合国家标准，容易因扭力过大造成U型螺栓损坏或者螺栓扭矩不足而不能消除隐患。因此研究一种安全、高效的作业设备非常有必要。

1.2 现有输电线路导线侧金具螺栓紧固作业方法

当前主要应用的紧固导线侧金具螺栓的方法有两种。一、等电位与地电位相互配合的方法，工人利用硬梯、吊篮、软梯等专用设备直接接近要紧固的螺栓进行现场操作；二、采用地电位方式，远距离操作扳手；

1.2.1 等电位与地电位结合作业方法

该种作业方法为当前普遍采用的输电线路导线侧金具螺栓紧固方法，等电位电工使用绝缘硬梯、吊篮、绝缘软梯等专业设备进入电场。国家电网公司对于不同电压等级的线路附近设备不停电时人员工作时应该保持的安全距离有着明确的规定，比如对于110kV电压等级安全距离至少应保持在1.50m。采用绝缘硬梯进入电场时，难以保证足够的安全距离，操作程序繁琐，耗时较长。采用吊篮等方式作业时则受到现场作业环境影响较大，如遇到环境湿度过大的状况吊篮和绳索的绝缘性能会大幅下降，给作业人员造成较高的安全风险。

1.2.2 地电位作业方法

地电位作业方法是指当人体与地电位呈等电位状态时，从远处使用带有绝缘部件的专业设备对带电部位进行检修工作的方法，在输电线路螺栓紧固工作时在满足安全距离的条件下地电位电工将人体固定在杆塔塔身，远距离手动操作扳手进行紧固。这种方式在一定程度上简化了操作步骤，提升了工作效率，然而缺点在于作业过程中难以把握扭力大小，可能因扭力过大造成螺栓损坏或是因扭力过小而未能成功紧固，不能消除隐患。而且作业人员在横担上使用操作杆，套筒和螺栓难以结合紧密，作业时套筒容易脱出，使工作人员失去平衡，造成危险。当前对于输电线路导线侧螺栓紧固的研究主要集中在地电位作业方式的改进上，查阅文献可知已有的改进工具有以下三种：

(1)棘轮扳手^[1]: 棘轮是一种轮齿向一边偏移的齿轮，其一面设计成光滑的表面，棘爪可以从上面顺利的滑动；另一面则是有一定深度的反向凹槽，当棘轮反向转动时方便棘爪卡进凹槽阻止转动，两者互相配合工作组成了棘轮机构。棘轮机构（ratchet and pawl）由棘轮和棘爪构成，两者配合工作，使得棘轮只能朝着一个固定方向进行旋转，当其试图反转时就会被卡住。棘轮扳手利用棘轮机构原理制成，可以进入狭窄的难以接近的位置工作，扳手只需摆动很小的角度，手柄正向转动时,棘轮被棘爪卡住不能旋转，从而能带动螺栓旋转；当手柄反方向往回扳动时,棘爪从棘轮齿的斜面中滑出，并且顺着棘轮的表面滑动而不会影响到棘轮旋转，因此能够将螺栓一直往一个方向扭动，对螺栓进行紧固。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：26557字