论文总字数：24479字

摘 要

机械故障作为造成高压断路器故障的最常见的一种原因，成为了表征断路器工作是否正常的重要指标。本次设计的任务是，通过噪声传感器采集声音信号，通过位移传感器采集动触头的位移信号，然后将数据传由蓝牙输到移动端，并且在APP上显示噪声-时间图像、位移-时间图像、速度-时间图像以及加速度-时间图像。再使用多路数据融合的检测方法，对采样后数据进行分析，最终判断断路器的工作状态。

本文首先介绍了高压断路器在线监测技术的研究背景，以及其相关的应用意义。并且对国内外的研究现状进行了调查，通过讨论国内外在线监测技术的发展现状，明确了本项目的研究内容。

然后探讨了多数据融合的断路器故障检测装置的原理与总体设计，分析了断路器的基本结构与工作原理，进行了策略分析与总体设计。

之后具体介绍了多路数据融合的分析方法，给出了详细的设计步骤。而且通过分析多路数据融合方法的思路，并与单数据的判断方法进行对比，验证了本方案的可行性。

最后详细阐述了整体项目的设计方案，包括硬件电路设计和软件部分设计。其中传感器使用直划导电塑料电位器，处理器选择STM32单片机，并且对ADC、蓝牙模块等进行了简单地介绍。APP的开发则选用Android Studio，基于JAVA语言，可移植性好、可读性强且维护方便。并对整体设计进行了数据分析和测试。

关键词：断路器，机械特性，多路数据融合，STM32，APP开发

Abstract

There are many reasons for the breakdown of high voltage circuit breaker, the most common one is mechanical failure. The mechanical characteristic parameters of the high voltage circuit breaker are important indicators. The task of this design is to collect the travel signal of the moving contact with the displacement sensor directly connected with the contact head of the medium voltage circuit breaker, and the noise sensor collects the noise signal. The data is then transmitted to the mobile terminal. And the displacement - time image, velocity - time image, acceleration - time image and noise - time image are displayed on the APP. The working state of the circuit breaker is judged by the processing of the sampled data. To some extent, the mechanical characteristics of the circuit breaker can be monitored online.

Firstly, the research background and significance of on-line monitoring technology of high voltage circuit breaker are introduced. Then the research status at home and abroad is investigated. So the research content of this project is clarified.

Then the principle and overall design of the circuit breaker fault detection device with multi-data fusion are discussed. The basic structure and working principle of the circuit breaker are analyzed, and the strategy analysis and overall design are carried out.

After that, the analysis method of multiplexing data fusion is analyzed and compared with the common judgment method, the feasibility of this scheme is verified.

Finally, the design scheme of the whole project is described in detail. The sensor USES a direct conductive plastic potentiometer, the processor selects STM32 single chip microcomputer, and the ADC, bluetooth and other modules are introduced and displayed for specific applications. Android Studio integrated development environment is adopted in the development of human-computer interactive mobile phone APP. Based on the JAVA language, it is portable, readable and easy to maintain.

KEY WORDS: circuit breaker,mechanical characteristic parameters,multi-data fusion，STM32,the development of mobile phone APP

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 研究现状 1

1.3 论文研究内容 2

1.4 本章小结 2

第二章 多数据融合的断路器故障检测装置的原理与总体设计 3

2.1 引言 3

2.2 断路器基本结构与机械特性 3

2.2.1 断路器的基本结构 3

2.2.2 断路器的机械特性 4

2.3 总体设计 5

2.4 本章小结 6

第三章 多路数据融合的故障检测方法 7

3.1 基于 SVM 信息融合的断路器故障识别 7

3.1.1 多数据融合技术简介 7

3.1.2 支持向量机理论 7

3.2 断路器多路数据信号的采集 9

3.2.1 提取语音特征参数F1的方法 9

3.2.2 提取真空断路器机械特性参数F2的方法 10

3.2.3 状态识别模型训练的方法 11

3.3 分析与验证 12

3.3.1 分析 12

3.3.2 验证 13

3.4 本章小结 13

第四章 多数据融合的断路器故障检测装置数据分析及测试 14

4.1 硬件电路设计 14

4.1.1 微处理器介绍 14

4.1.2 最小系统电路设计 15

4.1.3 电源电路 17

4.1.4 ADC 17

4.1.5 蓝牙模块 18

4.1.6 位移传感器 19

4.1.7 噪声传感器 19

4.1.8 STM32F103引脚分配 20

4.1.9 STM32模块软件设计 20

4.2 软件部分设计 24

4.2.1 功能需求 24

4.2.2 创建活动（Activity） 24

4.2.3 编写菜单 26

4.2.4 连接实现 27

4.2.5 绘制图像 28

4.3 数据分析 29

4.3.1 确定换位点 29

4.3.2 在线监测机械特性参数 30

4.3.3 断路器运行状态判断 31

4.4 本章小结 31

第五章 功能验证 32

5.1 STM32F103的LCD液晶显示 32

5.2 APP显示数据和图像 32

5.3 显示断路器运行状态 35

第六章 总结与展望 36

6.1 总结 36

6.2 展望 36

致 谢 37

参考文献 38

绪论

研究背景及意义

如今，电力设备的检修方式已经产生了变化，主要是以设备的状态为依据，而不再是像传统的故障检测中那样，根据设备的动作次数。这就意味着，对断路器状态的在线监测已经变得十分重要了。此外，由于高压断路器的合闸和分闸等操作过程必须通过其机械部件来完成，所以机械部件是否能够可靠地运行，将会直接影响到断路器的运行状态，从这个意义上来讲，机械特性的监测意义重大。近年来，在对高压断路器的故障情况的统计结果也显示出，机械故障是造成断路器故障的最主要来源。因此，断路器机械特性的在线监测就显得极为重要^[1]。此外，由于机械特性的在线监测还具有长期性和连续性，除了可以判断断路器当前的运行状态，还能够通过分析关键数据变化趋势，做到在故障出现之前产生警报，从而很大程度上提高了断路器运行的可靠性。也就是说，可以做到防患于未然^[2]。

综上所述，利用在线监测技术，深入研究断路器机械特性，进而进行故障诊断和预判，可以有效地降低故障发生的概率，同时也可以增强断路器运行的可靠性，以及推动电力系统的稳定性。这些方面对于整个电力系统都具有极其深远的意义^[3] 。

研究现状

随着检测方式的快速更新，以及许多的新技术、新理论的不断提出与发展，高压断路器的在线监测技术已经取得了极大的进展。下面列出了目前国内外在线监测技术的几种常用检测方式：

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