CN103281353A - 高压电网导线低功耗环境感知节点系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压电网检测及无线网络传感技术，公开了一种高压电网导线低功耗环境感知节点系统及其方法，包括多个无线传感节点、中继节点、地面计算机接收装置，所述无线传感节点包括微处理器、导线温度检测模块、环境温湿度检测模块、倾斜角度检测模块、射频发射模块、定时器，所述中继节点包括中继接收装置。本发明的优点在于，在实现高压电网环境的实时在线监测的同时，具有低耗能、高稳定、抗恶劣环境能力强等特点，具有较高的应用价值。

Description

高压电网导线低功耗环境感知节点系统及方法

技术领域

本发明涉及高压电网检测及无线网络传感技术，特别涉及一种高压电网导线低功耗环境感知节点系统及其方法。

背景技术

据统计结果表明，复杂气候环境如冻雨、暴风等恶劣天气是造成电网大面积停电事故的原因之一，而且高压电网电力传输设备自身故障造成的电网事故也有逐年增多的趋势，每年约占所有电网事故的一半。因此有必要加强对高压电网输电设备状态的在线监测，通过一定的技术手段提高电网的安全运行。

高压电网电力系统包括数量众多的各类设备，且大多设备工作在高电压环境下，若通过人工对其进行监控步骤繁琐复杂、成本高昂、工作周期较长等缺点。目前只有少数较为重要的设备实现了全天候的实时在线监控，而高压电网大部分设备和线路均处于环境较为恶劣的户外条件下，且这些设备仅处于人工定期巡检的状态。且电力公司对于高压输电线路的检测方式主要以人工监测为主，由于电网覆盖面非常广而且线路分布十分复杂，通过这种监测方式会消耗较大的人力物力成本较高，且存在较大的误差，检测范围有限等。

随着科学技术的发展，特别是近年来，电子技术的发展日新月异，计算机的普及和应用把人类带入信息时代，各种电器设备充满了人们生产和生活的各个领域，相当大部分的家用或者工业使用的电器设备都应用到了传感器件，传感器技术是现代信息技术中主要技术之一，在经济建设中占有着极其重要的地位。传感器的出现从根本上弥补了很多传统测量方法的不足，无论是在定性、定量、以及精确度等方面的感知。因此，将无线传感器网络应用到高压电网的监测中有很大的必要性。此外，由于实时监测不仅会耗费较多的电力能源，同时，长时间处于待机状态，也会缩短各种检测模块的整体使用寿命，因此，有必要对整套监测系统的感知节点的工作模式进行调整以提高整套监测系统的使用寿命。

发明内容

本发明针对现有技术能耗高，稳定性低，需要长时间待机，使用寿命短等缺点，提供了一种具有低能耗，高稳定性，具有自感应调节的低功耗选择和调整模式，使用寿命长的新型高压电网导线低功耗环境感知节点系统及方法。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：

高压电网导线低功耗环境感知节点系统，包括多个无线传感节点、中继节点、地面计算机接收装置，所述无线传感节点包括微处理器、导线温度检测模块、环境温湿度检测模块、倾斜角度检测模块、射频发射模块、定时器，所述中继节点包括中继接收装置，其中，所述导线温度检测模块、环境温湿度检测模块、倾斜角度检测模块、射频发射模块分别与所述微处理器，所述导线温度检测模块、环境温湿度检测模块、倾斜角度检测模块、射频发射模块中分别设置有定时器，所述微处理器、导线温度检测模块、环境温湿度检测模块、倾斜角度检测模块、射频发射模块分别包括低耗能的低功耗模式和高耗能的工作模式。

作为优选，所述微处理器为MSP430系列单片机。

应用上述高压电网导线低功耗环境感知节点系统的方法，包括以下具体步骤：

1）初始化所述导线温度检测模块、环境温湿度检测模块、倾斜角度检测模块，所述导线温度检测模块、环境温湿度检测模块、倾斜角度检测模块进入休眠模式，设置所述定时器的时间，分别设定所述导线温度检测模块、环境温湿度检测模块、倾斜角度检测模块的检测时间间隔，设定所述射频发射模块的发射时间间隔。

2）唤醒并分别读取所述导线温度检测模块、环境温湿度检测模块、倾斜角度检测模块的检测数据，并将检测数据分组打包存入所述无线传感节点的数据缓冲区；

3）将所述微处理器设置为工作模式并读取所述导线温度检测模块、环境温湿度检测模块、倾斜角度检测模块得检测数据；

4）将所述导线温度检测模块、环境温湿度检测模块、倾斜角度检测模块设置为休眠模式；

5）待所述数据缓冲区溢出后，将所述数据缓冲区内的数据发送至所述射频发射模块的FIFO存储器；

6）将所述射频发射模块设置为工作模式，启动所述射频发射模块，顺序发射所述FIFO存储器内的数据；

7）所述射频发射模块等待并接收所属中继节点的ACK应答信号，如果所述射频发射模块未收到所述ACK应答信号，则跳转执行上述步骤6；

8）将所述射频发射模块和微处理器设置为低功耗模式，跳转执行步骤2。

作为优选，所述步骤2具体包括：

2-1）检测所述环境温湿度检测模块和所述导线温度检测模块的检测时间间隔，如果所述检测时间间隔届满则将所述环境温湿度检测模块和所述导线温度检测模块设置为工作模式，分别读取所述环境温湿度检测模块和所述导线温度检测模块的检测数据；

2-2）检测所述倾斜角度检测模块的检测时间间隔，如果所述检测时间间隔届满则将所述倾斜角度检测模块设置为工作模式，读取所述倾斜角度检测模块的检测数据；

2-3）检测所述射频发射模块的发射时间间隔，如果所述发射时间间隔未届满则跳转执行上述步骤2-1。

作为优选，所述步骤7中，所述射频发射模块三次未接收到所述ACK应答信号，则跳转执行上述步骤6。

作为优选，所述低功耗模式包括休眠模式、深度休眠模式、关机模式。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

可以实现对高压电网的实时监测，检测精度高，先期投入低，效果突出。

监测系统的耗能少，相比现有的监测系统，可以节约相当部分的电力能源消耗。

系统可靠性和稳定性高，工作寿命长，采用多模式切换操作，检测模式的实际运行时间很短，延长了检测模块的运行寿命，减少了人工维护的次数。

该系统可以长时间进行监测而无需人工维护。由于高压电网所处环境往往较为恶劣，检修困难，因此本发明所述系统具有较高的应用价值。

附图说明

图1为本发明所述节点系统的结构示意图。

图2为本发明所述节点系统的网络部署示意图。

图3为本发明所述节点系统的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1

高压电网导线低功耗环境感知节点系统，如图1、2所示，包括多个无线传感节点1、中继节点2、地面计算机接收装置3，无线传感节点1包括微处理器11、导线温度检测模块12、环境温湿度检测模块13、倾斜角度检测模块14、射频发射模块15、定时器，中继节点2包括中继接收装置21，其中，导线温度检测模块12、环境温湿度检测模块13、倾斜角度检测模块14、射频发射模块15分别与微处理器11，导线温度检测模块12、环境温湿度检测模块13、倾斜角度检测模块14、射频发射模块15中分别设置有定时器，微处理器11、导线温度检测模块12、环境温湿度检测模块13、倾斜角度检测模块14、射频发射模块15分别包括低耗能的低功耗模式和高耗能的工作模式。其中，低功耗模式包括休眠模式、深度休眠模式、关机模式三种不同的模式，依照系统功耗由高到低进行排序则是：休眠模式、深度休眠模式、关机模式。系统采用自适应能量管理方案，可以任意选择上述三种模式，通过合理调度不同模块在同一周期不同时间段内处于不同的低功耗工作模式实现节点能量低功耗，可以进一步降低能耗。

本实施例中所使用的微处理器11为MSP430系列单片机，具体型号为MSP430F5438。

实施例2

应用实施例1的高压电网导线低功耗环境感知节点系统的方法，其流程如图3所示，包括以下具体步骤：

1）初始化导线温度检测模块12、环境温湿度检测模块13、倾斜角度检测模块14，导线温度检测模块12、环境温湿度检测模块13、倾斜角度检测模块14进入低功耗模式，设置定时器的时间，分别设定导线温度检测模块12、环境温湿度检测模块13、倾斜角度检测模块14的检测时间间隔，设定射频发射模块15的发射时间间隔。

2）唤醒并分别读取导线温度检测模块12、环境温湿度检测模块13、倾斜角度检测模块14的检测数据，并将检测数据分组打包存入无线传感节点1的数据缓冲区。本步骤中，唤醒并读取各个检测模块的步骤具体为：

2-1）检测环境温湿度检测模块13和导线温度检测模块12的检测时间间隔，如果检测时间间隔届满则将环境温湿度检测模块13和导线温度检测模块12设置为工作模式，分别读取环境温湿度检测模块13和导线温度检测模块12的检测数据。

2-2）检测倾斜角度检测模块14的检测时间间隔，如果检测时间间隔届满则将倾斜角度检测模块14设置为工作模式，读取倾斜角度检测模块14的检测数据。

2-3）检测射频发射模块15的发射时间间隔，如果发射时间间隔未届满则跳转执行上述步骤2-1。

3）将微处理器11设置为工作模式并读取导线温度检测模块12、环境温湿度检测模块13、倾斜角度检测模块14得检测数据。

4）将导线温度检测模块12、环境温湿度检测模块13、倾斜角度检测模块14设置为低功耗模式。

5）待数据缓冲区溢出后，将数据缓冲区内的数据发送至射频发射模块15的FIFO存储器。

6）将射频发射模块15设置为工作模式，启动射频发射模块15，顺序发射FIFO存储器内的数据。

7）射频发射模块15等待并接收所属中继节点2的ACK应答信号，射频发射模块15三次未接收到ACK应答信号，则跳转执行上述步骤6。

8）将射频发射模块15和微处理器11设置为低功耗模式，跳转执行步骤2。

对比试验

将实施例1所述的高压电网导线低功耗环境感知节点系统作为实时监测系统，同时采用实施例1所记载的方法，与现有技术进行对比，在一个月的时间内，对该实时监测系统所消耗的电能进行持续地监测。同时，将现有的高压电网实时监测系统作为对比。分别记录本实施例1所述节点系统与现有技术的能耗。监测结果显示，相比现有技术，采用本实施例1所述的高压电网导线低功耗环境感知节点系统及其方法可以减少能耗达30-40%，在现有技术的基础上，能够延长整个系统的无故障监测时间1-2倍。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种高压电网导线低功耗环境感知节点系统，其特征在于，包括多个无线传感节点（1）、中继节点（2）、地面计算机接收装置（3），所述无线传感节点（1）包括微处理器（11）、导线温度检测模块（12）、环境温湿度检测模块（13）、倾斜角度检测模块（14）、射频发射模块（15）、定时器，所述中继节点（2）包括中继接收装置（21），其中，所述导线温度检测模块（12）、环境温湿度检测模块（13）、倾斜角度检测模块（14）、射频发射模块（15）分别与所述微处理器（11），所述导线温度检测模块（12）、环境温湿度检测模块（13）、倾斜角度检测模块（14）、射频发射模块（15）中分别设置有定时器，所述微处理器（11）、导线温度检测模块（12）、环境温湿度检测模块（13）、倾斜角度检测模块（14）、射频发射模块（15）分别包括低耗能的低功耗模式和高耗能的工作模式。

2.根据权利要求1所述的高压电网导线低功耗环境感知节点系统，其特征在于，所述微处理器（11）为MSP430系列单片机。

3.一种应用权利要求1所述高压电网导线低功耗环境感知节点系统的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

1）初始化所述导线温度检测模块（12）、环境温湿度检测模块（13）、倾斜角度检测模块（14），所述导线温度检测模块（12）、环境温湿度检测模块（13）、倾斜角度检测模块（14）进入休眠模式，设置所述定时器的时间，分别设定所述导线温度检测模块（12）、环境温湿度检测模块（13）、倾斜角度检测模块（14）的检测时间间隔，设定所述射频发射模块（15）的发射时间间隔。

4.2）唤醒并分别读取所述导线温度检测模块（12）、环境温湿度检测模块（13）、倾斜角度检测模块（14）的检测数据，并将检测数据分组打包存入所述无线传感节点（1）的数据缓冲区；

3）将所述微处理器（11）设置为工作模式并读取所述导线温度检测模块（12）、环境温湿度检测模块（13）、倾斜角度检测模块（14）得检测数据；

4）将所述导线温度检测模块（12）、环境温湿度检测模块（13）、倾斜角度检测模块（14）设置为休眠模式；

5）待所述数据缓冲区溢出后，将所述数据缓冲区内的数据发送至所述射频发射模块（15）的FIFO存储器；

6）将所述射频发射模块（15）设置为工作模式，启动所述射频发射模块（15），顺序发射所述FIFO存储器内的数据；

7）所述射频发射模块（15）等待并接收所属中继节点（2）的ACK应答信号，如果所述射频发射模块（15）未收到所述ACK应答信号，则跳转执行上述步骤6；

8）将所述射频发射模块（15）和微处理器（11）设置为低功耗模式，跳转执行步骤2。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：

2-1）检测所述环境温湿度检测模块（13）和所述导线温度检测模块（12）的检测时间间隔，如果所述检测时间间隔届满则将所述环境温湿度检测模块（13）和所述导线温度检测模块（12）设置为工作模式，分别读取所述环境温湿度检测模块（13）和所述导线温度检测模块（12）的检测数据；

2-2）检测所述倾斜角度检测模块（14）的检测时间间隔，如果所述检测时间间隔届满则将所述倾斜角度检测模块（14）设置为工作模式，读取所述倾斜角度检测模块（14）的检测数据；

2-3）检测所述射频发射模块（15）的发射时间间隔，如果所述发射时间间隔未届满则跳转执行上述步骤2-1。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤7中，所述射频发射模块（15）三次未接收到所述ACK应答信号，则跳转执行上述步骤6。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述低功耗模式包括休眠模式、深度休眠模式、关机模式。

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