CN102542761A - 一种负荷监测仪数据的射频传输方法 - Google Patents

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张一彦
陈金木
秦青峰
殷展
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Abstract

一种负荷监测仪数据的射频传输方法，属测量领域。包括中央控制模块的单片机，单片机利用其I/O端口对外进行负荷监测数据的传输，其特征是设置一个受单片机控制的近程射频无线信号传输单元；单片机的I/O端口，与近程射频无线信号传输单元的控制/数据传输端口对应连接；所述中央控制模块通过控制近程射频无线信号传输单元，采用射频数据传输方式，将所监测到的电力负荷运行测量数据，近距离/非接触式地传输到巡检抄表人员携带的便携式数据收集终端中。其即方便了监测数据的读取、存储，又可减轻巡检/抄表人员现场工作量，避免了人工产生的误差，能大幅度提高监测数据的采集合格率和电能监管水平，可广泛用于供电网络的电能计量、监管领域。

Description

一种负荷监测仪数据的射频传输方法
技术领域
本发明属于测量领域，尤其涉及一种用于电力负荷监测装置的数据传输方法。
背景技术
随着技术的发展和产品性能的提高，在电能质量/供电管理的监测过程中，负荷监测仪的使用日益普及。
现有的负荷监测仪，通常用于电压、电流、有功功率、功率因素、视在功率、无功功率、电能、频率等参数的测量、计算和显示。
现有的负荷监测仪，一般均配有强大的测量和数据处理软件，来完成各种测量参数的测量、计算和显示，尤其适用于现场电力设备以及供电线路的测量和检修。
现有负荷监测仪对测量数据的显示，多采用现场就地显示的方式进行，巡检/抄表人员需要在现场进行人工读数、手动记录测量数据，导致了工作量大，容易产生误差，需要配备较多的专职抄表人员等诸多不便。
一些较高档的集中式/大规模负荷监测仪，在硬件设计上具有通过光电隔离的RS232/R485通讯接口，可将测量数据实时地上传至上一级管理PC机。
但是，采用RS232/R485通讯接口的负荷监测仪与上级管理PC机之间，通常需要有专门的远距离有线或无线数据传输线路，来传递现场的检测/监测数据，现场和远端集中数据收集端的改建成本较高，不太适用于对现有供电网络监测的改建工程，且一次性投入较大，难以满足实际电能管理工作的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种负荷监测仪数据的射频传输方法，其采用射频数据传输方式，将测量数据近距离地传输到巡检/抄表人员携带的便携式数据收集终端中，即方便了监测数据的读取、存储，又可减轻巡检/抄表人员的现场工作量，避免了数据人工读取、记录过程中产生的误差和偏差，特别适用于对杆上变压器的数据监测，对提高监测数据的采集合格率和电能监管水平，极具帮助作用。
本发明的技术方案是：提供一种负荷监测仪数据的射频传输方法，包括具有串行或并行通讯端口的中央控制模块，其所述的中央控制模块包括单片机，所述的单片机利用其I/O端口对外进行负荷监测数据的传输，其特征是：设置一个受单片机控制的近程射频无线信号传输单元；所述中央控制模块中单片机的I/O端口，与近程射频无线信号传输单元的控制/数据传输端口对应连接；所述的中央控制模块通过控制近程射频无线信号传输单元，采用射频数据传输方式，将所监测到的电力负荷的运行测量数据，近距离/非接触式地传输到巡检/抄表人员携带的便携式数据收集终端中。
具体的，所述中央控制模块的单片机经过串行或并行数据接口与近程射频无线信号传输单元连接。
其所述的近程射频无线信号传输单元为基于IEEE 802.15.4标准通讯协议的近程无线数据发射/接收电路。
进一步的，所述的近程射频无线信号传输单元为ZigBee无线数据传输电路或无线单片机电路。
其所述中央控制模块的单片机为ARM微处理器电路。
与现有技术比较，本发明的优点是：
1.采用近程射频无线数据传输方法进行非接触式数据传输，既可避免现场数据采集过程中的人为失误和误差，又可大大减轻巡检/抄表人员的现场工作量，特别适用于对杆上变压器的数据监测；
2.采用近程射频无线信号传输单元进行数据传输，数据传输技术成熟，信号通道容量大，工作可靠性高，稳定性好，产品制造易于配套，可降低生产成本和一次性资金投入；
3.整个技术方案最大限度的利用了现有负荷监测装置的检测、数据存储和传送功能，便于改装，易于实现，对提高监测数据的采集合格率和电能监管水平，极具帮助作用；
4.采用ZigBee无线数据传输电路构建近程无线信号传输单元，大大简化了系统电路结构，减少了外围电路元件的数量，使用方便，工作可靠，价格低廉，为整个系统的长时间稳定工作提供了可靠的保证。
附图说明
图1是本发明功能模块的结构示意图；
图2是近程射频无线信号传输单元/ZigBee模块实施例的线路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1中，本技术方案，包括具有串行或并行通讯端口的中央控制模块，其所述的中央控制模块包括单片机，所述的单片机利用其I/O端口对外进行负荷监测数据的传输，其特征是：
设置一个受单片机控制的近程射频无线信号传输单元；所述中央控制模块中单片机的I/O端口，与近程射频无线信号传输单元的控制/数据传输端口对应连接。
所述的中央控制模块通过控制近程射频无线信号传输单元，采用射频数据传输方式，将所监测到的电力负荷的运行测量数据，近距离/非接触式地传输到巡检/抄表人员携带的便携式数据收集终端中。
由图可知，现有负荷监测仪的中央控制模块中单片机的I/O端口，与受单片机控制的近程射频无线信号传输单元的控制/数据传输端口对应连接(图中分别以数据通信和控制通道表示)。
其中，中央控制模块的单片机经过串行或并行数据接口与受单片机控制的近程射频无线信号传输单元连接。
其受单片机控制的近程射频无线信号传输单元为基于IEEE 802.15.4标准通讯协议的近程无线数据发射/接收电路。
其中央控制模块的单片机为ARM微处理器电路。
图中，给出了与计量模块的通信、遥信、数据存储、看门狗电路等功能模块，由于上述功能模块均可采用现有技术来实现，本领域的技术人员，在掌握和领会了本技术方案的思路和解决问题的方法后，无需经过创造性的劳动，即可实现其功能，故在此不再详述。
实际应用时，其受单片机控制的近程射频无线信号传输单元优选为ZigBee无线数据传输电路或无线单片机电路。
作为一种中央控制模块单片机的数据传送应用示范，可以按照下表所示来定义ARM微处理器电路的各个功能端口：
  序号   功能   定义   方向   端口
  ...   ...   ...   ...   ...
  6   Flash数据输出   SPI_MISO   输入   P0.5
  7   Flash数据输入   SPI_MOSI   输出   P0.6
  8   Flash片选信号   SPI_SSEL   输出   P0.7
  ...   ...   ...   ...   ...
  15   ARM与模块通讯的TXD   TXD   输出   P0.15
  16   ARM与模块通讯的RXD   RXD   输入   P0.16
  17   ARM与模块通讯的RTS   RTS   输出   P0.17
  18   ARM与模块通讯的CTS   CTS   输入   P0.18
  19   ARM与模块通讯的DSR   DSR   输入   P0.19
  20   ARM与模块通讯的DTR   DTR   输出   P0.20
  ...   ...   ...   ...   ...
  26   近程射频无线信号传输单元接收信号   RF_RXD   输入   P1.26
  27   近程射频无线信号传输单元发送信号   RF_TXD   输出   P1.27
  ...   ...   ...   ...   ...
由于上表是按照业内通用格式和标注习惯进行的，本领域的技术人员完全可以领会和了解其含义，故具体细节和定义实现方法在此不再叙述。
ZigbBee是一种新兴的短距离、低速率、低功耗无线网络技术，它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术提案。它此前被称作“HomeRF Lite”或“FireFly”无线技术，主要用于近距离无线连接。
Zigbee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术。其物理层和介质访问控制层协议为IEEE802.15.4协议标准，网络层和安全层由Zigbee联盟制定，应用层的开发应根据用户自己的需要，对其进行开发利用。
在无线通信技术上，其采用免冲突多载波信道接入(CSMA-CA)方式，有效地避免了无线电载波之间的冲突。此外，为保证传输数据的可靠性，建立了完整的应答通信协议。
Zigbee设备为低功耗设备，其发射输出功率为0～3.6dBm，通信距离通常为30～70m，具有能量检测和链路质量指示能力，根据这些检测结果，设备可以自动调整发射功率，在保证通信链路质量的条件下，最低限度地消耗设备能量。
在图2中，作为一种实施例，给出了ZigBee模块CC2430的一个应用线路图，可见其具有非常少的外围元件和连接线路。
其中芯片CC2430只给出了所用到的管脚。
其使用一个非平衡天线A，连接非平衡变压器使接收性能更好，电路中的非平衡变压器由电容C4和电感L3、L1、L2以及一个PCB微波传输线组成，整个结构满足RF输入/输出匹配电阻(50Ω)的要求。
其内部T/R交换电路完成LNA与PA之间的交换。
R1和R2为偏置电阻，电阻R2主要用来为晶振XTAL提供一个合适的工作电流。用1个石英谐振器XTAL1和2个电容C5和C6构成一个频率(例如，32MHz)的晶振电路；用1个石英谐振器XTAL2和2个电容C2和C3构成另一个频率(例如，32.768kHz)的晶振电路。
C1和C7是去耦合电容，用来电源滤波，以提高芯片工作的稳定性。
ZigBee模块是针对块速、高效、稳定应用的产品开发而准备的模块，它将ZigBee芯片必须要外接的器件，以及高频走线等复杂过程隐藏起来，用户不需要了解射频知识，直接按照普通芯片的形式使用即可，大大的降低了ZigBee网络的硬件设计难度。
关于ZigbBee模块，现在已经有很多成熟的市售产品，常见的Zigbee无线信号传输平台都是由一个8位或16位的单片机和Zigbee射频芯片组成。随着芯片设计的发展，目前出现了无线单片机，即将处理器模块和射频模块集成在同一个芯片中。Ti-Chipcon公司的CC2430就是如此，CC2430集成了Zigbee射频前端、ROM和8051微控制器在一个芯片内，而且大小仅为7mm×7mm，这样就使得设备集成度高、外围器件很少、外形很小；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA，并且支持四种休眠机制，可以大大地降低功耗；CC2430工作在2.4GHz的免费频段，而且芯片价格比较低廉，使用成本很低，所以CC2430很符合Zigbee无线数据信号传输网络平台的设计要求。
此外，美国MaxStream公司的ZigBee/802.15.4RF模块XBee(室内发射/接收距离为30米)或XBee-PRO(室内发射/接收距离为100米)，则具有更加高的集成化程度，建立RF通信无需任何配置，其只需插上天线，接通电源，简单的把数据输入到一个模块，数据就能自动的被发送到无线连接的另一端，也可使用简单AT命令进行高级配置，大大简化了硬件的构建工作量。
在发射/接收通讯距离较近时，还可选用Chipncon AS公司的诸如CC1100之类的低成本低能耗RF收/发芯片。
关于各种ZigBee模块的具体工作原理和应用电路，可以参考各芯片/模块的生产厂商的产品资料，其还会提供各自芯片的标准应用电路和相应元件的优选参数，故其进一步的信息在此不再叙述。
由于本发明采用近程射频无线数据传输方法进行近距离的非接触式数据传输，最大限度的利用了现有负荷监测装置的检测、数据存储和传送功能，数据传输技术成熟，信号通道容量大，工作可靠性高，稳定性好，既可避免现场数据采集过程中的人为失误和误差，又可大大减轻巡检/抄表人员的现场工作量，为整个装置的长时间稳定工作提供了可靠的保证，特别适用于对杆上变压器的电能数据监测和现场无线抄表以及装置维护等工作。
本发明可广泛用于供电网络的电能计量、监管领域。

Claims (5)

1.一种负荷监测仪数据的射频传输方法，包括具有串行或并行通讯端口的中央控制模块，其所述的中央控制模块包括单片机，所述的单片机利用其I/O端口对外进行负荷监测数据的传输，其特征是：
设置一个受单片机控制的近程射频无线信号传输单元；
所述中央控制模块中单片机的I/O端口，与近程射频无线信号传输单元的控制/数据传输端口对应连接；
所述的中央控制模块通过控制近程射频无线信号传输单元，采用射频数据传输方式，将所监测到的电力负荷的运行测量数据，近距离/非接触式地传输到巡检/抄表人员携带的便携式数据收集终端中。
2.按照权利要求1所述的负荷监测仪数据的射频传输方法，其特征是所述中央控制模块的单片机经过串行或并行数据接口与近程射频无线信号传输单元连接。
3.按照权利要求1所述的负荷监测仪数据的射频传输方法，其特征是所述的近程射频无线信号传输单元为基于IEEE 802.15.4标准通讯协议的近程无线数据发射/接收电路。
4.按照权利要求1所述的负荷监测仪数据的射频传输方法，其特征是所述的近程射频无线信号传输单元为ZigBee无线数据传输电路或无线单片机电路。
5.按照权利要求1所述的负荷监测仪数据的射频传输方法，其特征是所述中央控制模块的单片机为ARM微处理器电路。
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