CN103150882A - 基于无线传输技术的电力监测系统 - Google Patents
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Abstract
基于无线传输技术的电力监测系统，本发明涉及基于无线传输技术的电力监测系统。本发明为了解决传统电力监测系统存在布线复杂、成本高、节能效率低的问题。基于无线传输技术的电力监测系统的终端/路由节点与终端/路由节点之间的数据通信为短距离无线通信，终端/路由节点与接入节点之间的数据通信为短距离无线通信，接入节点根据UART串行通信协议与本地计算机数据中心进行的数据通信，接入节点与远端互联网数据中心之间的数据通信为远距离无线通信，所述的终端/路由节点包括插排电路、电力监测部分和无线传输部分。本发明应用于电力监测等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测系统，具体涉及基于无线传输技术的电力监测系统。
背景技术
随之经济的发展，人们对电力的需求越来越大，对电力质量的要求越来越高。电力监测系统的建立为电力质量评估工作提供可靠的数据支持。在电力监测体系中，各类电力数据的传输是关键问题之一，有线传输方式具有线缆施工复杂、性价比低等固有缺陷，相比物联网技术更适合于电力信息传输的应用。本课题基于物联网技术开发实现电力监测系统，采用物联网技术进行信息的采集和传输，设计电力监测模块，通过无线自组网方式自动采集分散在各处电力实时数据，使用户随时监测现场电力数据，开展基于物联网技术的电力监测模块设计及实现具有十分重要的实用价值和经济价值。传统电力监测系统存在布线复杂、成本高、节能效率低的问题。
发明内容
本发明为了解决传统电力监测系统存在布线复杂、成本高、节能效率低的问题，从而提出了基于无线传输技术的电力监测系统。
基于无线传输技术的电力监测系统包括多个终端/路由节点、接入节点、本地计算机数据中心和远端互联网数据中心，
终端/路由节点与终端/路由节点之间的数据通信为短距离无线通信，
终端/路由节点与接入节点之间的数据通信为短距离无线通信，
接入节点根据UART串行通信协议与本地计算机数据中心进行的数据通信，
接入节点与远端互联网数据中心之间的数据通信为远距离无线通信，
所述的终端/路由节点包括插排电路、电力监测部分和无线传输部分，
所述的电力监测部分包括电力参数转换模块和电力参数测量模块，
无线传输部分包括第一主控模块和第一射频电路，
接入节点包括第二射频电路、第二主控模块和GPRS电路，
插排电路的电压输出端与电力参数转换模块的电压输入端连接，
插排电路的电流输出端与电力参数转换模块的电流输入端连接，
电力参数转换模块的电压输出端与电力参数测量模块的电压输入端连接，
电力参数转换模块的电流输出端与电力参数测量模块的电流输入端连接，
电力参数测量模块的数据输出端与无线传输部分的第一主控模块的数据输入端连接，
第一主控模块根据SPI串行通信协议与第一射频电路进行的数据通信;
第二射频电路的数据输出端与第二主控模块数据输入端连接，
第二主控模块的数据输出端与GPRS电路的数据输入端连接，
第二主控模块根据UART串行通信协议与本地计算机数据中心进行的数据通信，
GPRS电路与远端互联网数据中心之间的数据通信为远距离无线通信。
本发明应用于公共用电设备以及私人用电设备工作时、对电力参数的测量，所述的电力参数有:电流有效值、电压有效值、有功功率;被测量的结果满足一定的精度要求;实现基于WSN技术的自组织短距离低速无线通讯网络;被测量参数结果能够准确地上传到本地计算机，进行综合显示;与GPRS通信主干网络以及互联网(Internet)融合，将被测量结果通过物联网网络层准确地传输到远端数据中心，进行显示与存储。本发明达到了电力监测系统存在布线简单、成本低、节能效率高的目的。
附图说明
图1为本发明的所述的基于无线传输技术的电力监测系统的电路结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于无线传输技术的电力监测系统，包括多个终端/路由节点、接入节点3、本地计算机数据中心4和远端互联网数据中心5，
终端/路由节点与终端/路由节点之间的数据通信为短距离无线通信，
终端/路由节点与接入节点3之间的数据通信为短距离无线通信，
接入节点3根据UART串行通信协议与本地计算机数据中心4进行的数据通信，
接入节点3与远端互联网数据中心5之间的数据通信为远距离无线通信，
所述的终端/路由节点包括插排电路、电力监测部分1和无线传输部分2，
所述的电力监测部分1包括电力参数转换模块1-1和电力参数测量模块1-2，
无线传输部分2包括第一主控模块2-1和第一射频电路2-2，
接入节点3包括第二射频电路3-1、第二主控模块3-2和GPRS电路3-3，
插排电路的电压输出端与电力参数转换模块1-1的电压输入端连接，
插排电路的电流输出端与电力参数转换模块1-1的电流输入端连接，
电力参数转换模块1-1的电压输出端与电力参数测量模块1-2的电压输入端连接，
电力参数转换模块1-1的电流输出端与电力参数测量模块1-2的电流输入端连接，
电力参数测量模块1-2的数据输出端与无线传输部分2的第一主控模块2-1的数据输入端连接，
第一主控模块2-1根据SPI串行通信协议与第一射频电路2-2进行的数据通信;
第二射频电路3-1的数据输出端与第二主控模块3-2数据输入端连接，
第二主控模块3-2的数据输出端与GPRS电路3-3的数据输入端连接，
第二主控模块3-2根据UART串行通信协议与本地计算机数据中心4进行的数据通信，
GPRS电路3-3与远端互联网数据中心5之间的数据通信为远距离无线通信。
本实施方式中的终端/路由节点根据实际需要即可以作为终端节点也可以是路由节点使用。
本实施方式中的第一主控模块2-1和第二主控模块3-2用于控制整个基于无线传输技术的电力监测系统数据通信。数据传输方面，实现了系统低成本、低自耗功率、能够对多点进行测量，能够进行全面的互联互通的目的。
本实施方式中终端/路由节点与终端/路由节点和接入节点3之间的数据通信均为短距离无线通信，所述的短距离无线通信实现大量的、分散的终端节点被测量信息的短距离传输，短距离传输是基于WSN(wifeless sensor network)技术的无线传输，可以为电力监测系统提供可靠的短距离、低速、能够实现大范围自组织网络的协议有多种，如Zigbee、6LOWPAN(Collect Tree Protocol)、Bluetooth、UWB(Ultra WideBand)、Wi-Fi[等，它们为实现无线局域网提供了有力保证。
接入节点3与远端互联网数据中心5之间的数据通信为远距离无线通信，用于将数据统一传送至远端的数据中心或者本地计算机，进行数据的有效管理。
本实施方式中的电力监测部分1采用I2C串行通信协议与无线传输实现通信，第二主控模块3-2通过UART串行通信协议与GPRS电路3-3、第二射频电路3-1以及本地计算机数据中心4进行通信。
基于GPRS的远距离无线通信协议可以为系统远程良好通信，实现具有远程数据管理的无线城域网或者无线广域网提供了有力保证。
本实施方式的数据先通过无线通信自组织网络传送到接入节点3，接入节点3一方面可以通过串行通信协议与本地计算机进行连接，另一方面，可以通过移动通信网络、互联网与远端数据中心建立联系。
在本实施方式中当存在本地计算机数据中心4时，接入节点3直接将被测量数据通过UART串行通信协议将传送到本地计算机数据中心4进行综合显示，为测量结果的观察提供了方便。上位机显示界面的编写将使用LabVIEW/CVI等软件进行;
当不存在本地计算机数据中心4时，接入节点3首先通过串行通信协议将数据传送到GPRS电路3-3，GPRS电路3-3通过移动通信网络与互联网建立联系，在远端通过访问固定IP的数据库从而查询到相关的测量数据。
本实施方式的优点为:
(1)易于控制:主控模块能够通过传输接口访问电力参数测量模块内部寄存器，进而对电力参数测量模块进行控制;
(2)测量结果易于传输:测量结果能够从电力参数测量模块传输接口传送到主控模块，为进一步处理这些测量结果做准备;
(3)低功耗:系统设计时应该考虑到其自耗功率的问题，尽量减少系统本身对电能的消耗。
具体实施方式二、本实施方式与具体实施方式一所述的基于无线传输技术的电力监测系统的区别在于，电力参数转换模块1-1包括电压转换模块1-1-1和电流转换模块1-1-2，电力参数测量模块1-2包括电力测量模块1-2-1和隔离芯片1-2-2，
所述的插排电路的电压输出端与电压转换模块1-1-1的电压输入端连接，
插排电路的电流输出端与电流转换模块1-1-2的电流输入端连接，
电压转换模块1-1-1的电压输出端与电力测量模块1-2-1的电压输入端连接，
电流转换模块1-1-2的电流输出端与电力测量模块1-2-1的电流输入端连接，
电力测量模块1-2-1的数据输出端与隔离芯片1-2-2的数据输入端连接，
隔离芯片1-2-2的数据输出端与无线传输部分2的第一主控模块2-1的数据输入端连接。
由于本发明所述的基于无线传输技术的电力监测系统涉及到强电的测量，带有一定的危险性，在本实施方式中被测量信号进入系统时，为保证系统的安全性以及可测量性，将被测量信号进行处理，也就是通过电压转换模块1-1-1将大电压信号转换成为小电压信号，通过电流转换模块1-1-2将大电流转换成为小电流信号，以及隔离芯片1-2-2从而提高了系统安个性。
具体实施方式三、本实施方式与具体实施方式二所述的基于无线传输技术的电力监测系统的区别在于，隔离芯片1-2-2通过I2C协议的串行通信端口与第一主控模块2-1进行数据传输。
具体实施方式四、本实施方式与具体实施方式二所述的基于无线传输技术的电力监测系统的区别在于，电压转换模块1-1-1采用TV3154实现电压转换，电流转换模块1-1-2采用TA5212实现电流转换。
本实施方式所述的电流转换模块1-1-2采用接入式电流互感器TA5212来完成电流转换。TA5212为圆柱形，直径为32.0mm，高26mm，精度等级为0.2级，能够实现将高达20A的大电流转换成为mV级的电压信号。
本实施方式中的电压转换模块1-1-1采用电压互感器TV3154来完成电流转换。TV3154为长方体，尺寸为31.5mm×28.5mm×30.0mm，精度等级为0.5级，能够实现将高达220V的大电压转换成为mV级的电压信号。
具体实施方式五、本实施方式与具体实施方式二所述的基于无线传输技术的电力监测系统的区别在于，电力测量模块1-2-1采用ADE7953，隔离芯片1-2-2采用ADuM1250。
本实施方式所述的电力测量模块1-2-1采用ADE7953。ADE7953是一款高精度电能计量IC，主要用于应用在单相电力系统的测量中。它能够测量线电压和电流，并计算有功、无功、视在功率以及瞬问电压和电流有效值。该器件内置三个E-A型ADC和一个高精度电能计量内核。它可以通过多种通信接口访问片内寄存器，包括I2C，SPI和UART。ADE7953电能计量IC采用3.3V电源供电。ADE7953的优点有:的工作电流很小，满足低功耗的性能要求;测量精度高，在完成基本测量功能后，保证测量精度不低于2级;实现单相电测量，日常家居常用的电源为220V单相交流电，因此本系统应该能够对使用该单相电用电器的电流、电压、功率等电力信号进行合理的测量。
本实施方式中的隔离芯片1-2-2采用ADuM1250的数字隔离具有很好的优势，ADI公司的隔离芯片ADuM1250可以实现对高达1250V信号的隔离，保证了电路的安全性。同时，ADuM1250还支持I2C串口通信协议。可以使用I2C协议连接测量芯片ADE7953以及系统的主控模块。
具体实施方式六、本实施方式与具体实施方式一所述的基于无线传输技术的电力监测系统的区别在于，第一主控模块2-1和第二主控模块3-2均采用单片机实现，第一射频电路2-2和第二射频电路3-1均采用采用射频芯片CC2420实现。
本实施方式中的第一主控模块2-1和第二主控模块3-2对第一射频电路2-2和第二射频电路3-1进行控制和信息交互，以实现无线通信，并和其它节点构成整个无线传感器网络，实现对电力参数的测量，以及对测得电力参数的短距离传输。最后汇聚到接入节点3。
第一主控模块2-1和第二主控模块3-2均采用单片机作为节点的处理器。而目前单片机处理器正不断向低成本、低功耗方向发展，例如美国TI公司的MSP430系列超低功耗微处理器的休眠电流仅365μA(2.2V)，具有丰富外设的同时还具有很快的处理速度。
本实施方式中的第一射频电路2-2和第二射频电路3-1均采用TI公司的CC2420作为无线射频芯片，其发射/接收电流最小，睡眠电流最小，这位系统节能起到了十分有益的作用。
Claims (6)
1.基于无线传输技术的电力监测系统，其特征在于：它包括多个终端／路由节点、接入节点(3)、本地计算机数据中心(4)和远端互联网数据中心(5)，
终端／路由节点与终端／路由节点之间的数据通信为短距离无线通信，
终端／路由节点与接入节点(3)之间的数据通信为短距离无线通信，
接入节点(3)根据UART串行通信协议与本地计算机数据中心(4)进行的数据通信，
接入节点(3)与远端互联网数据中心(5)之间的数据通信为远距离无线通信，
所述的终端／路由节点包括插排电路、电力监测部分(1)和无线传输部分(2)，
所述的电力监测部分(1)包括电力参数转换模块(1-1)和电力参数测量模块(1-2)，
无线传输部分(2)包括第一主控模块(2—1)和第一射频电路(2-2)，
接入节点(3)包括第二射频电路(3—1)、第二主控模块(3—2)和GPRS电路(3—3)，
插排电路的电压输出端与电力参数转换模块(1—1)的电压输入端连接，
插排电路的电流输出端与电力参数转换模块(1—1)的电流输入端连接，
电力参数转换模块(1—1)的电压输出端与电力参数测量模块(1—2)的电压输入端连接，
电力参数转换模块(1—1)的电流输出端与电力参数测量模块(1—2)的电流输入端连接，
电力参数测量模块(1—2)的数据输出端与无线传输部分(2)的第一主控模块(2—1)的数据输入端连接，
第一主控模块(2—1)根据SPI串行通信协议与第一射频电路(2-2)进行的数据通信；
第二射频电路(3—1)的数据输出端与第二主控模块(3—2)数据输入端连接，
第二主控模块(3-2)的数据输出端与GPRS电路(3—3)的数据输入端连接，
第二主控模块(3-2)根据UART串行通信协议与本地计算机数据中心(4)进行的数据通信，
GPRS电路(3—3)与远端互联网数据中心(5)之间的数据通信为远距离无线通信。
2.根据权利要求1所述的基于无线传输技术的电力监测系统，其特征在于：电力参数转换模块(1—1)包括电压转换模块(1—1—1)和电流转换模块(1—1—2)，电力参数测量模块(1—2)包括电力测量模块(1—2—1)和隔离芯片(1—2-2)，
所述的插排电路的电压输出端与电压转换模块(1—1—1)的电压输入端连接，
插排电路的电流输出端与电流转换模块(1—1—2)的电流输入端连接，
电压转换模块(1—1—1)的电压输出端与电力测量模块(1—2—1)的电压输入端连接，
电流转换模块(1—1—2)的电流输出端与电力测量模块(1—2—1)的电流输入端连接，
电力测量模块(1—2—1)的数据输出端与隔离芯片(1—2-2)的数据输入端连接，
隔离芯片(1-2-2)的数据输出端与无线传输部分(2)的第一主控模块(2-1)的数据输入端连接。
3.根据权利要求2所述的基于无线传输技术的电力监测系统，其特征在于:隔离芯片(1-2-2)通过I2C协议的串行通信端口与第一主控模块(2-1)进行数据传输。
4.根据权利要求2所述的基于无线传输技术的电力监测系统，其特征在于:电压转换模块(1-1-1)采用TV3154实现电压转换，电流转换模块(1-1-2)采用TA5212实现电流转换。
5.根据权利要求2所述的基于无线传输技术的电力监测系统，其特征在于:电力测量模块(1-2-1)采用ADE7953。隔离芯片(1-2-2)采用SZP3-S3.3。
6.根据权利要求1所述的基于无线传输技术的电力监测系统，其特征在于:第一主控模块(2-1)和第二主控模块(3-2)均采用单片机实现，第一射频电路(2-2)和第二射频电路(3-1)均采用采用射频芯片CC2420实现。
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Application publication date: 20130612 |