CN102340173A - 一种无线多点均衡的低功耗电力监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线传感器网络技术、数据采集领域，公开了一种无线多点均衡的低功耗电力监测系统及方法。该系统包括：无线监测终端、集中控制设备和上层管理软件。创新点在于：1)每个无线监测终端连接两个以上传感器单元。无线监测终端将多个传感器单元采集的数据进行均衡对比后，将均衡值上传至集中控制设备。避免了由于传感器单元损坏所带来的更换终端设备的不便。2)无线监测终端采用特殊调用机制，大部分时间处于低功耗待机状态，仅在收到监测命令后自动转换成工作状态。3)集中控制设备会将接收到的数据按预设条件进行选择性的发送。本发明减少了系统中的冗余数据，提高了安全监测效率，且解决了无线监测的低功耗问题。

Description

一种无线多点均衡的低功耗电力监测系统及方法
技术领域
本发明涉及无线传感器网络技术、数据采集领域，尤其涉及一种基于无线传感器网络技术的无线多点均衡的低功耗电力监测系统。
背景技术
我国高压电网设备的安全问题随着经济的快速增长而日渐突出，电力设备安全运行监测成为了解决问题的关键。目前为保障电力设备安全运行而采取的监测方法主要有三种方式：光纤监测、红外监测、无线监测。光纤监测成本高，特别是在设备量众多的35KV以下场合，不能普及应用。红外监测无法在线连续监测，且不能测量非可视点的参数。因此目前电力设备安全监测多采用电力无线监测系统，这种监测方法具有实施方便，实时监测，简单操作等优点。
已知的电力无线监测系统由多个监测终端和至少一个集中器组成。在每一个监测终端上仅连接一个传感器，因此每个监测终端每次只能采集到一个数据。监测终端将采集数据即时地上传至集中器，集中器将接收的大量数据直接上传至管理机进行统计分析。在现有方式的实施过程中，若传感器单元损坏失效会导致整个监测终端无法监测，进而出现采集区域的“盲点”，尤其在高处危险或人不容易接触到的位置，人为更换监测终端麻烦且不易实施。此外，大量数据未经“筛选”就直接经集中器传送给管理机，会容易造成数据冗余。同时终端设备处于实时在线监测状态会带来不必要的能源浪费。
发明内容
本发明针对上述现有技术的问题和不足之处，提出了一种无线多点均衡的低功耗电力监测系统。该系统包括：无线监测终端、集中控制设备和配套的上层管理系统。本发明的创新点在于：1)每个无线监测终端连接至少两个以上的传感器单元。无线监测终端将多个传感器单元采集的数据进行均衡对比，并将均衡值上传至集中控制器。这样当其中一个传感器单元失灵时其他传感器单元仍可进行正常工作，避免了由于传感器单元损坏所带来的更换终端设备的不便。2)无线监测终端采用特殊调用机制，大部分时间处于低功耗待机状态，仅在收到远程命令时自动转换成工作状态。3)在无线监测终端将均衡数据无线发送给集中控制设备后，集中控制设备会将接收到的数据按预设条件进行选择性的发送。减少了系统中的冗余数据，提高了安全监测效率，且解决了无线监测的低功耗问题。
本发明采取的技术方案如下：
一种无线多点均衡的低功耗电力监测系统，该系统包括：无线监测终端、集中控制设备和上层管理软件。
所述无线测温终端至少连接两个传感器单元，可以监测电力设备上任意位置的温湿度数据。无线监测终端在安装后自动注册入网，并按照一定规则与集中控制设备组成如图1所示的无线星状网络，保持一个收敛的状态。无线监测终端采用特殊调用机制，仅在接收到远程命令后，自动从低功耗待机状态转换成工作状态，且按照指定任务进行数据采集。
所述集中控制设备是一种具有数据显示功能、数据处理功能、通信功能于一体的无线传感器网络通信设备。该设备能够智能地将多个监测终端上传的数据进行选择性发送，将超出阈值(预先设定)的数据及发送该数据的终端地址在本地显示，并发送至上层管理系统进行统一分析与管理。
所述无线监测终端结构原理如图2所示，该设备包括微处理器单元，无线数据收发单元、多个传感器单元、电源。
传感器单元，用于采集电力设备任意位置的温湿度数据；
微处理器单元，用于完成终端设备上的数据处理和逻辑运算；
无线数据收发单元，用于接收和发送射频信号；
电源，为各单元供电。
所述微处理器单元采用MSP430F2132。所述无线数据收发单元采用CC2520芯片。所述传感器单元采用湿度传感器和集成温度传感器TM112或热电阻温度传感器PT1000。
所述集中控制设备结构原理如图3所示，该设备主要包括微处理器单元、无线数据收发单元、电源、外部接口单元、LCD显示屏。
微处理器单元，用于完成监测终端上的数据处理和逻辑运算；
无线数据收发单元，用于接收和发送射频信号；
存储单元，用于存储采集数据及相应监测终端设备的信息和状态参数；
外部接口单元，提供RS485、IC等外部设备接口，为数据输入输出提供条件；
LCD显示屏，显示监测终端温湿度和对应终端的地址，显示电池用量、显示网络通信信号强弱、显示时间；
电源，为各单元提供电量。
所述微处理器单元采用MSP430F5418。所述无线数据收发单元采用CC2520+CC2590芯片。所述存储单元采用EERPOM，是可擦写的存储器。
本发明的软件设计流程为：无线监测终端收到远程命令后，主动向集中控制设备发送广播入网协议，协议中有无线监测终端唯一的3字节MAC标识符，请求注册入网。接收到集中控制设备的入网应答后，根据应答内容配置相关参数。启动定时器，根据配置参数定时采集温湿度，上传数据，定时入网等操作。(若无线监测终端发送N次入网请求无应答，则进入最低功耗关机状态。)无线监测终端进入工作状态后，终端设备上的多个传感器单元开始采集数据，无线监测终端的微处理器单元将收集到的数据进行均衡对比，并将对比后的均衡值发送给集中控制设备。集中控制设备再将接收的数据与阈值比对，超出阈值范围的数据与对应设备的地址一并上传至管理系统。
本发明的有益效果是：1)本发明中的每个无线监测终端上连接多个传感器单元，且采用多点均衡监测方式；2)本发明中的无线监测终端采用特殊调用机制，仅在收到远程命令后自动转换为工作状态，其他情况下为低功耗待机状态；3)本发明中的集中控制设备能够智能地进行选择性数据发送，在将超出阈值(预先设定)范围的数据及相应设备地址在本地显示的同时，发送至上层管理系统进行统一分析与管理。本发明避免了由于单个传感器的损坏造成采集“盲点”的现象，减少了系统中的数据冗余，提高了监测精度与监测效率，解决了无线监测过程中的低功耗问题。
附图说明
下面结合附图对本发明做出详细说明。
图1为本发明提供的无线组网图
图2为本发明提供的监测终端结构原理示意图
图3为本发明提供的集中控制设备结构原理示意图
图4为本发明提供的系统流程图
图5本发明提供的无线监测终端工作启动过程示意图
图6为本发明提供的无线监测终端运行状态流程图
图7为本发明提供的接收数据帧处理示意图
图8为本发明提供的发送数据帧处理示意图
具体实施方式
为进一步明确本发明的目的、技术方案和优点，以下结合具体的实施例对本发明提供的一种基于无线传感器网络的无线多点均衡的低功耗电力监测系统做进一步详细说明。
实施例
图1为本发明提供的无线组网星状图。如图1所示，无线监测终端以自动组网的方式组成收敛的星状网络。其中无线监测终端主动发送注册入网信息，若经过N次后仍没有接收到来自集中控制设备的应答，即进入最低功耗关机状态。无线监测终端与集中控制设备之间进行2.4GHz短距离无线传输。
图2为本发明提供的无线监测终端结构原理示意图。如图2所示，无线监测终端主要由微处理器单元(1)、无线收发单元(2)和传感器单元(3)几部分组成。其中微处理器单元(1)与无线收发单元(2)之间进行双向通讯。图中传感器单元(1)包括温度传感器和湿度传感器。温度传感器采用TMP112或PT1000两种温度传感器任选其一。能够随意安装在电力设备的任意连接位置，直接测量表面温度，或深入到链接点处测温。
图3为本发明提供的集中控制设备结构原理示意图。如图3所示，集中控制设备由微处理器单元(5)、无线收发单元(6)、存储单元(7)、外部接口单元(8)、LCD显示屏(9)、电源(10)几部分组成。其中微处理器单元(5)与无线收发单元(6)之间进行双向通讯。外部接口单元(8)包括RS485接口和IC接口，集中控制设备采用2种方式进行组网，一种为485连接方式组网，一种通过IC接口进行无线组网。
图4为本发明提供的系统流程图。如图所示，管理系统向外发出远程监测命令，无线监测终端接到命令后进行初始化，成功初始化后开始发送注册入网信息。若注册入网多次失败则自动进入最低功耗待机状态。若收到集中控制设备的应答协议，注册成功则开始配置参数且进入工作状态。进入工作状态后，无线监测终端按所接收的任务启动温湿度监测入网任务，连接在无线监测终端的多个传感器单元开始采集数据。无线监测终端对收集到的数据做出均衡判断，并将得出的均衡数值上传至集中控制设备。上传数据由集中控制设备判断是否超过预先设定的阈值范围，如果超过则发送至管理系统进行统一的数据分析和处理。
图5为本发明提供的无线监测终端工作启动过程示意图。如图5所示，无线监测终端接收到远程监测命令后，进入自检状态，若自检出问题，则进入最低功耗状态。若自检没有问题，则配置参数，按所接收的命令启动固定心跳和温度变化监测入网任务。
图6为本发明提供的无线监测终端运行状态流程图。如图6所示，无线监测终端绝大部分时间都处于休眠状态，当设有定时任务时，监测终端将按照预设周期进行监测，采集周期到，监测终端会唤醒，各传感器单元采集一次数据，这些数据之间进行对比，均衡值发送至集中控制设备。心跳周期到，监测终端唤醒并采集数据，并将均衡数据发送给集中控制设备，用于网络确认连接。无应答则按照一定预设值进行发送，在超过应答次数阈值仍无应答的情况下，无线监测终端进入最低功耗状态。
图7、图8为本发明提供的接收和发送数据帧处理示意图。如图所示，数据接收将统一在无线收发单元中进行，若程序被唤醒，则会检查任务栈，若任务空闲，则会关闭无线收发单元，进入待机状态，是否有任务成为是否待机的条件。在执行时，一旦发生错误，累积超过打开次数阈值，就会进入最低功耗状态，直至掉电复位。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种低功耗电力无线多点均衡监控系统，该系统包括无线监测终端、显示控制设备和上层管理软件。其特征在于，该系统基于无线传感器网络技术，能够实现多点均衡监控，同时通过休眠唤醒机制实现低功耗。可以对无线监测终端进行远程控制，无线监测终端采用休眠唤醒机制，无线监测终端大部分时间处于最低功耗状态，收到远程命令后，进行多点采集数据，将数据进行均衡对比后，按预设条件进行选择性的数据发送，这样解决无线传感器网络监测领域中的低功耗问题，最大限度的节省能源，从而提高监控效率。无线监测终端绝大部分时间都是在休眠状态，当设有定时任务时，监测终端将按照预设周期进行监测，采集周期到，监测终端会唤醒并采集一次数据，此数据将和上次历史值进行对比，绝对值大于预设比较值，则发送一次数据。心跳周期到，监测终端唤醒并采集数据，并将数据发送给显示控制设备，用于网络确认连接。无应答则按照一定阈值进行发送，超过阈值无应答则进入最低功耗关机状态。
2.根据权利要求1所述的无线监测终端，其特征在于，该设备大部分时间处于最低功耗状态，在接收到来自显示控制设备的应答时，采集并上传数据至显示控制设备。
3.根据权利要求1所述的无线监测终端，其特征在于，该设备能够同时采集温度、湿度等参数。
4.根据权利要求1所述的无线监测终端，其特征在于，温度传感器采用TMP112或PT1000两种温度传感器任选其一。能够随意安装在电力设备的任意连接位置，直接测量表面温度，或深入到链接点处测温。
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