CN101762333A - 高压电力线无线温度采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高压电力线无线温度采集系统，包括温度节点、路由器、终端设备和上位机，温度节点的数据发送到就近的终端设备或路由器，路由器接收到的数据再转发到终端设备，终端设备与上位机连接；终端设备接收上位机的设置、命令，并将温度数据通过串行接口传到上位机显示。本发明采用锂电池供电的低功耗温度节点，并通过无线方式传输数据，系统易于安装，运行安全稳定、抗干扰能力好，保证测温数据的准确可靠，温度节点的功耗较现有产品可降低3倍以上，大大地延长了电池的使用寿命，且实时在线，响应速度快，体积小，可节省大量的人力、物力。

Description

高压电力线无线温度采集系统
技术领域
本发明涉及高压电力设备温度在线采集技术，尤其适宜高压开关刀闸或高压母线以及高压电缆接头处的温度在线采集报警系统。
背景技术
在发电厂、变电站里，高压开关柜中的触头、高压电缆的接头因接触不良或过电流运行时，因接触电阻过大，会引起开关触头或电缆接头发热；若不及时排除，可能导致开关柜或电缆的绝缘破坏，形成重大故障甚至火灾发生，从而造成重大经济损失。因此实时在线监测高压开关、高压电缆接头的温度，可以有效预防故障，保证系统可靠运行。
目前，市面上的测温方法有：电池供电无线传输温度数据系统，如专利号为200820085411.5的“一种开关柜触头温升在线监测系统”，这类无线传输温度数据系统，只是从测温探头到接收器采用无线方式，其它连接均采用有线方式，在高压强电环境下布线施工复杂、维护困难、成本高；无线发射最少需十几毫安的电流，对电池供电而言，耗电量偏大，必须降低无线发射的功耗，才能保证电池供电的长久稳定。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种安装方便，运行稳定、抗干扰能力好，低功耗，数据准确可靠，可在线监测高压开关柜中的触头、高压电缆的接头的高压电力线无线温度采集系统。
本发明提供的高压电力线无线温度采集系统，包括温度节点、路由器、终端设备和上位机，温度节点的数据发送到就近的终端设备或路由器，路由器接收到的数据再转发到终端设备，终端设备与上位机连接；终端设备接收上位机的设置、命令，并将温度数据通过串行接口传到上位机显示。该系统温度节点、路由器、终端设备之间的数据传输全部采用无线方式。温度节点按设定每隔一定时间将温度数据发送给路由器或终端设备。路由器将温度数据直接发送到终端设备，或通过其他路由器发送到终端设备。
所述的温度节点包含第一无线模块、数字温度传感器和锂电池。锂电池和第一无线模块的电源线连接，为其供电；第一无线模块的两个I/O引脚分别与数字温度传感器的电源线和数据线连接，控制数字温度传感器的供电和读取温度数据；第一无线模块将测得的温度数据暂存，然后将温度数据打包发射。一旦发现温度数据异常，会立即发射一次温度数据。
所述的路由器包含第二无线模块、滤波电容和显示二极管。滤波电容用于过滤电源部分的干扰，确保无线系统的稳定性和可靠性；显示二极管用于指示路由器的工作状态，方便调试和故障检测；第二无线模块用来接收周围温度节点和其它路由器的数据，然后将其转发。
所述的终端设备包含第三无线模块、滤波电容和显示二极管和报警装置。滤波电容用于过滤电源部分的干扰，确保无线系统的稳定性和可靠性；显示二极管用于指示终端设备的工作状态，方便调试和故障检测；第三无线模块接收温度节点和路由器发回的数据；第三无线模块带有串行接口，与上位机连接，可以将数据传到上位机显示；第三无线模块的一个I/O引脚与报警装置连接，超过预警温度启动报警。
所述的上位机采用工控机或微机，负责温度节点的分布和显示各个温度节点的信息，而且还可以对整个系统来设置一些运行条件，比如温度上限和温度下限，当某个节点的温度高于或者低于系统所设置的条件时，该系统就会发出相应的报警信息，并且能定时保存数据和报警记录，为日后查询提供直接依据。
所述的第一无线模块、第二无线模块和第三无线模块为低功耗无线数传模块，如工作于2.4GHz频段或ISM频段的无线数传模块。该无线数传模块为一种集无线数据接收和发送于一体，以及对数据进行处理的片上系统，使得系统设计更为简化，大大增强了该无线系统的稳定性和可靠性；同时，也使得开发成本进一步降低。
与现有温度监测系统相比本发明的优点：本发明采用锂电池供电的低功耗温度节点，并通过无线方式传输数据，系统易于安装，运行安全稳定、抗干扰能力好，保证测温数据的准确可靠，温度节点的功耗较现有产品可降低3倍以上，大大地延长了电池的使用寿命，且实时在线，响应速度快，体积小，可节省大量的人力、物力。
附图说明
图1为高压电力线无线温度采集系统结构示意图
图2为温度节点电路原理图
图3为路由器电路原理图
图4为终端设备电路原理图
具体实施方式
以下对照附图对本发明做出进一步详细说明。
如图1所示本发明由12只温度节点、2台路由器、终端设备和上位机各一台组成。其中1号、2号温度节点的数据发送到就近的终端设备；3号至7号的温度节点的数据发送到1号路由器，1号路由器将接收到的数据发送到终端设备；8号至12号的温度节点的数据发送到2号路由器，2号路由器将接收到的数据发送到1号路由器，再由1号路由器转发到终端设备；终端设备与报警装置连接，超过预警温度启动报警；终端设备与上位机连接，完成数据的传输。上位机采用工控机，负责温度节点的分布和显示各个温度节点的信息，并且能定时保存数据和报警记录，为日后查询提供直接依据。
所述的温度节点电路如图2所示，包含第一无线模块、数字温度传感器和锂电池。第一无线模块采用内置高性能增强型51单片机的低功耗无线数传模块nRF24E1，nRF24E1为一种集无线数据接收和发送于一体，以及对数据进行处理的片上系统，使得nRF24E1的应用系统更为简化，大大增强了无线系统的稳定性和可靠性；同时，也使得开发成本进一步降低。数字温度传感器选用Dallas公司的DS1822。锂电池给第一无线模块供电；第一无线模块的5脚给数字温度传感器的电源线供电，第一无线模块的6脚和数字温度传感器的数据线直接连接；第一无线模块将读取的温度数据打包通过自带的天线发射。
温度节点的工作方式如下：第一无线模块初始化后工作在休眠模式，第一无线模块靠内部集成的看门狗唤醒，唤醒后第一无线模块启动数字温度传感器，测得温度数据后暂存于数据存储空间，再次进入休眠模式；第一无线模块的数据存储空间写满后打包启动一次射频发送；一旦发现温度数据异常，也会立即启动一次射频发送。由于数字温度传感器DS1822采用CMOS技术，耗电量很小，初始化完成后工作在断电模式，测温时先供电，测得温度后再次断电，将能耗降到最低；第一无线模块初始化完成后工作在休眠模式，发送温度数据后再次进入休眠模式，温度数据打包发送60分钟一次，将第一无线模块初始化能耗和发送数据包头的能耗开销降到最低，使得采用无线方式发送数据，功耗降至较低水平。整个数字温度传感器平均耗电电流小于8微安，无线方式发送平均耗电电流15微安，用2.4安时的锂电池供电可用6-8年；实验表明，本温度节点的功耗较现有产品可降低3倍以上，大大地延长了电池的使用寿命，使得本温度节点能长期可靠的工作。
所述的路由器电路如图3所示，由稳压电源供电，包含第二无线模块、滤波电容和显示二极管。滤波电容用于过滤电源部分的干扰，确保无线系统的稳定性和可靠性；第二无线模块的第15脚和显示二极管连接，显示二极管用于指示路由器的工作状态，方便调试和故障检测；第二无线模块负责接收周围温度节点的数据和转接远距离的路由器数据，然后将其转发。第二无线模块采用内置高性能增强型51单片机的低功耗无线数传模块nRF24E1。
路由器的工作方式为：路由器平常工作在接收状态，如果接收到终端设备的指令数据或其他路由器的温度数据，会临时切换到发送状态，发送数据后再次工作在接收状态。初始化完后工作在接收状态，等待接收终端设备的指令数据和温度节点发送的温度数据，将接收的温度数据打包发送到终端设备；路由器根据终端设备的指令数据和其它路由器通信，将远距离的路由器数据转接到终端设备。远距离的路由器在收到附近的路由器转发的指令数据后，会将接收的温度数据发送到附近的路由器，再由附近的路由器转发温度数据到终端设备。
所述的终端设备电路如图4所示，由稳压电源供电，包含第三无线模块、滤波电容和显示二极管和报警装置。滤波电容用于过滤电源部分的干扰，确保无线系统的稳定性和可靠性；第三无线模块采用内置高性能增强型51单片机的低功耗无线数传模块nRF24E1。第三无线模块的第5脚和显示二极管连接，用于指示终端设备的工作状态，方便调试和故障检测；第三无线模块的第19脚和报警装置连接，温度超过预警温度启动报警装置；第三无线模块带有串行接口J1，接收上位机的设置、命令，并可将温度数据通过串行接口传到上位机显示，所述的上位机采用工控机。
终端设备的工作方式为：第三无线模块的串行接口工作在中断方式接收上位机的命令数据，然后将命令数据发送到附近的路由器；第三无线模块初始化结束后工作于接收状态，依据上位机的温度节点设置接收温度节点和路由器发回的数据，第三无线模块将未发送数据的温度节点通知各台路由器，各台路由器协调自己周边的路由器，将远距离的路由器数据转接到终端设备。

Claims (4)

1.一种高压电力线无线温度采集系统，其特征在于，包括温度节点、路由器、终端设备和上位机，温度节点的数据发送到就近的终端设备或路由器，路由器接收到的数据再转发到终端设备，终端设备与上位机连接；终端设备接收上位机的设置、命令，并将温度数据通过串行接口传到上位机显示；
所述的温度节点包含第一无线模块、数字温度传感器和锂电池；锂电池和第一无线模块的电源线连接；第一无线模块的两个I/O引脚分别与数字温度传感器的电源线和数据线连接，控制数字温度传感器的供电和读取温度数据；
所述的路由器包含第二无线模块，第二无线模块连接滤波电容和显示二极管；
所述的终端设备包含第三无线模块，第三无线模块连接滤波电容和显示二极管；第三无线模块带有串行接口，与上位机连接；第三无线模块的一个I/O引脚与报警装置连接，超过预警温度启动报警。
2.如权利要求1所述的高压电力线无线温度采集系统，其特征在于，所述的第一无线模块、第二无线模块和第三无线模块为低功耗无线数传模块。
3.如权利要求2所述的高压电力线无线温度采集系统，其特征在于，所述的低功耗无线数传模块是工作于2.4GHz频段或ISM频段的无线数传模块。
4.如权利要求1所述的高压电力线无线温度采集系统，其特征在于，所述的上位机采用工控机或微机。
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