CN104266771A - 一种基于ZigBee的高压设备温度监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力设备安全监测领域，具体涉及一种基于ZigBee无线传感网技术的高压设备温度监测系统，包括监控中心、RS485总线、不少于一只的RS485网关和与每只RS485网关相对应的若干只ZigBee终端节点，所述的RS485网关包括ZigBee协调器与RS485转发模块；ZigBee终端节点平时处于休眠状态，其包含的温度传感器在监测点温度高于预设值的情况下触发中断，此中断唤醒ZigBee终端节点使其及时上传高温报警信息到监控中心，从而解决了监测系统在ZigBee终端节点处于休眠的情况下，不能及时应对监测点突发性温度升高，获取高温报警信息的问题，本发明的有益效果是低成本、低功耗、高实时性、高可靠性和良好的易用性。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备安全监测领域，具体涉及一种基于ZigBee无线传感网技术的高压设备温度监测系统。
背景技术
高压电力设备中的变压器、断路器、隔离开关、母线、电缆头等的电气连接部位，长期通过电流后，由于气候变化和设备老化，使该部位接触不良，绝缘下降，造成温度升高，严重时将造成相间短路，设备损坏，中断供电等事故发生。高压设备的温度监测关系到整个系统的可靠与安全运行。
传统的检查方式需要靠人工巡查，且不能实时得到温度数据。目前已有的一些无线测温装置，虽然实现了安装简单、低成本、高效率，远程监控的目的，但实时性较差。因为基于测温场景的要求，无线测温模块基本都是靠电池供电，而为了达到节省功耗提高使用寿命的目的，又都采用了定时器休眠唤醒的机制，这样两次温度读取的时间就必须人为的提前预置好，一般为了达到更好的省电效果，定时器的时间间隔都比较长，从而造成测温模块长时间处于休眠状态。这势必降低了温度数据读取的实时性，对于测温模块处于休眠模式下所发生的突发性高温事故不能立即发出报警信息，而错失最佳的处理时机。如：申请号为CN201210227388《高压线无线测温实时报警系统》专利公开的高压线无线测温系统，该系统通过定时模块控制ZigBee终端模块上电工作，然后ZigBee终端模块将采集到的温度数据通过ZigBee网络和GSM网络传输到监控中心，传输成功后，定时模块关闭ZigBee终端模块的供电。直到一定的时间间隔后，定时模块再次开启ZigBee终端模块的供电进行再一次温度采集。处于这种工作模式下，在定时模块关闭ZigBee终端模块供电期间，监控中心无法实时的知道发生于此时间段内的高温报警事件，也就不能及时的作出处理。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足改进设计的一种基于ZigBee无线传感网技术的高压设备温度监测系统，达到在利用ZigBee无线方式监测高压设备温度变化的过程中，既通过定时休眠方式实现了ZigBee终端节点的低功耗，又利用热敏电阻的特性实现了对ZigBee终端节点的休眠唤醒从而提高实时性的目的。另外监控中心提供Web访问方式，方便用户使用手机等移动设备实时查看。
本发明的技术方案是：
一种基于ZigBee的高压设备温度监测系统，包括监控中心、RS485总线、不少于一只的RS485网关和与每只RS485网关相对应的若干只ZigBee终端节点，所述的RS485网关包括ZigBee协调器与RS485转发模块；
所述的若干只ZigBee终端节点采集高压设备监测点温度并将温度数据传送给RS485网关相对应的ZigBee协调器，所述的ZigBee协调器将接收到的温度数据传输给RS485转发模块,所述的RS485转发模块将ZigBee无线网络传输模块中采集到的温度信息通过RS485总线转发至监控中心；
所述的ZigBee终端节点包括ZigBee无线信息发送模块、温度采集模块、热敏电阻中断触发电路和电池供电模块，所述的ZigBee终端节点平时为休眠状态，所述的ZigBee无线信息发送模块可周期性或者根据热敏电阻中断触发电路的触发信号驱动温度采集模块对高压设备监测点温度进行采集，并通过ZigBee协调器和RS485转发模块传递到监控中心。ZigBee终端节点集成有温度传感器，ZigBee终端节点采用电池供电，平时处于休眠状态以节省电能，被唤醒后立即采样监测点温度并发送至ZigBee协调器，发送成功后立即进入休眠状态，直到下次被唤醒，有两种情况ZigBee终端节点会被唤醒，一种是定时器唤醒，即每过一定时间由定时器中断唤醒；另一种是外部中断唤醒，中断信号的产生是当监测点的温度由较低值升高到某预设门限时(例如60℃)，热敏电阻的阻值会相应的发生变化而升高至一定值，由此再通过门电路的转换触发中断信号。
上述基于ZigBee的高压设备温度监测系统中，RS485网关还包括主控模块、数据转换模块、数据存储模块和电源模块，所述的主控模块分别与ZigBee协调器、数据转换模块、数据存储模块相联，所述的ZigBee协调器接收到的温度数据经过主控模块进行判断和分类，对于正常的温度信息先存入数据存储模块，缓存多条数据打包后经数据转换模块转换后，再经RS485转发模块传送给监控中心，对于高温报警信息则直接传送至监控中心。
上述基于ZigBee的高压设备温度监测系统中，RS485网关还包括与主控模块相联的LCD显示模块，用于循环显示与其相连的ZigBee无线网络传输模块所上传的各个监测点温度。
上述基于ZigBee的高压设备温度监测系统中，监控中心提供WEB访问方式，具备上网功能的移动设备登录网页即可实时查询各节点温度数据，查看历史曲线。
上述基于ZigBee的高压设备温度监测系统中监控中心在收到高温报警信息后除了在监控界面显示外，还立即发送短信到监控人员手机。
上述基于ZigBee的高压设备温度监测系统中，ZigBee协调器和对应的若干只ZigBee终端节点采用星型拓扑结构。
上述基于ZigBee的高压设备温度监测系统中，温度采集模块采用的温度传感器为pt1000铂热电阻.
上述基于ZigBee的高压设备温度监测系统中，ZigBee终端节点和以及ZigBee协调器采用TI公司的CC2530芯片。
上述基于ZigBee的高压设备温度监测系统中，ZigBee无线网络传输模块的无线网络采用2.4G频段。
与现有的基于ZigBee无线测温技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明在利用ZigBee终端节点的休眠机制实现其低功耗的同时，利用热敏电阻的特性使其在温度超限时产生中断信号唤醒处于休眠状态的ZigBee终端节点，使系统能够及时响应短时间内测试点温升剧烈的情况，将温度报警信息实时的上传到监控中心。
2、本发明在RS485网关对接收到的数据进行分类，对一般数据进行缓存处理再发送，而对紧急数据如报警信息则不进行缓存，保证紧急数据的实时性。
3、本发明为监控中心增加Web显示功能，方便用户实时的使用移动设备查看当前温度信息，对高温报警信息实时发送短信提醒使监控人员能及时处理险情。
附图说明
图1是一种基于ZigBee无线传感网技术的高压设备温度监测系统的系统结构示意图。
图2是ZigBee终端节点结构示意框图。
图3是ZigBee终端节点程序流程图。
图4是RS485网关结构示意框图。
附图标记为：1—RS485网关；2—ZigBee无线网络传输模块；3—RS485总线，4—监控中心。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明的基于ZigBee的高压设备温度监测系统，包括监控中心4、RS485总线3、不少于一只的RS485网关1和与每只RS485网关1相对应的若干只ZigBee终端节点，多个ZigBee终端节点与对应的一只ZigBee协调器通过无线连接组成星型的ZigBee网络，RS485网关1包括ZigBee协调器与RS485转发模块；其中ZigBee终端节点用于从高压设备监测点采集温度数据，RS485网关1用于将数据通过RS485总线转发至监控中心。
图1中ZigBee协调器和对应的若干只ZigBee终端节点构成ZigBee无线网络传输模块2，若干只ZigBee终端节点采集高压设备监测点温度并将温度数据传送给RS485网关相对应的ZigBee协调器，ZigBee协调器将接收到的温度数据传输给RS485转发模块,RS485转发模块将ZigBee无线网络传输模块中采集到的温度信息通过RS485总线转发至监控中心4。
如图2所示，所述的ZigBee终端节点包括ZigBee无线模块、温度传感器、电池供电模块、热敏电阻中断触发电路。ZigBee终端节点平时为休眠状态，ZigBee无线信息发送模块可周期性或者根据热敏电阻中断触发电路的触发信号驱动温度采集模块对高压设备监测点温度进行采集，并通过ZigBee协调器和RS485转发模块传递到监控中心。
ZigBee无线模块采用TI的CC2530芯片并运行Z-Stack协议栈，CC2530集成8051内核和一个2.4G射频收发器，除功能要求外还能满足低成本与低功耗；ZigBee无线模块的主控芯片CC2530有三种休眠模式PM1、PM2、PM3。其中pm2模式较省功耗可以被定时器或外部中断唤醒，PM3模式最省功耗只能由外部中断唤醒。
本发明ZigBee终端节点的休眠和唤醒方式为：
(1)休眠方式：ZigBee终端节点在每一次温度采集及数据发送完成后，立即进入休眠状态，休眠时只有ZigBee芯片的时钟部分、以及热敏电阻中断触发电路处于工作状态，且此时整个节点的功耗处于uA级别。
(2)唤醒方式：ZigBee芯片的定时器计时时间到，或是测量点温度高于预设门槛值，热敏电阻触发了中断信号。
温度传感器采用热敏电阻pt1000，pt1000属于正温度铂热电阻，随着温度上升它的阻值成匀速增长。温度传感器通过A/D接口连接到ZigBee无线模块，热敏电阻中断触发电路由热敏电阻、滑动变阻器以及门电路组成，通过改变滑动变阻器的阻值预设热敏电阻的门槛温度为60℃，使测试点温度高于60℃时触发一个边沿中断信号。
ZigBee终端节点程序流程如图3所示，当CC2530处于PM2休眠状态而定时器的计时尚未到时，由热敏电阻的温度越界中断唤醒CC2530，控制ZigBee终端节点及时上传高温报警信息。
如图4所示，所述的RS485网关1由ZigBee协调器、RS485转发模块、ZigBee协调器与RS485转发模块之间的数据转换模块、主控模块、数据存储模块、LCD显示模块、电源模块组成。在ZigBee协调器与RS485转发模块之间设置一个数据转换模块，RS485网关内置有LCD显示模块，循环显示与其相连的ZigBee无线网络所上传的各个监测点温度。RS485网关1设置有一个存储模块用于缓存多条ZigBee无线网络所上传的节点号、温度信息、时间信息等数据。RS485网关1具有数据分类的功能，对正常的温度信息先存入存储模块，缓存多条数据打包后再传送给监控中心，而对于高温报警信息则不经过缓存，直接发送。
ZigBee协调器采用CC2530实现其无线功能并搭载Z-Stack协议。RS485模块采用MAX485芯片实现TTL到RS485电平转换。主控模块采用无风扇设计的PC/104 SoC芯片并搭载Linux系统。电源模块将220V电压转换成5V。ZigBee协调器接收到ZigBee终端节点发送的信息后先显示在LCD屏幕上，然后进行数据分类判断所收到的数据是正常的温度数据还是高温报警信息，如果是正常温度数据则先存入数据存储模块，达到一定数量后再完成数据转换并重组，最后将此数据包通过串口传输给RS485转发模块，如果是紧急的高温报警信息则直接经过数据转换后通过串口传送给RS485转发模块，更好的保证紧急信息的实时性传输。PC/104主控模块运行在linux系统下负责协调各模块间的数据流动，电源模块负责给各部件供电。
监控中心4包括通讯服务器、数据服务器、Web服务器，其中通讯服务器运行有串口接收程序接收来自RS485网关1转发的数据，在将通讯服务器中的数据向数据服务器转存之前先对数据类型进行判断，如果是高温报警信息则先通过短信服务程序向用户发送温度警报短信再转存到数据服务器，Web服务器则从数据服务器中读取数据并显示到Web页面上，用户在手机、电脑上使用浏览器即可访问，方便易用。
本发明解决了监测系统在ZigBee终端节点处于休眠的情况下，不能及时应对监测点突发性温度升高，获取高温报警信息的问题，具有低成本、低功耗、高实时性、高可靠性和良好的易用性。
Claims (9)
1.一种基于ZigBee的高压设备温度监测系统，其特征在于：包括监控中心(4)、RS485总线(3)、不少于一只的RS485网关(1)和与每只RS485网关(1)相对应的若干只ZigBee终端节点，所述的RS485网关(1)包括ZigBee协调器与RS485转发模块；
所述的若干只ZigBee终端节点采集高压设备监测点温度并将温度数据传送给RS485网关相对应的ZigBee协调器，所述的ZigBee协调器将接收到的温度数据传输给RS485转发模块,所述的RS485转发模块将ZigBee无线网络传输模块中采集到的温度信息通过RS485总线转发至监控中心；
所述的ZigBee终端节点包括ZigBee无线信息发送模块、温度采集模块、热敏电阻中断触发电路和电池供电模块，所述的ZigBee终端节点平时为休眠状态，所述的ZigBee无线信息发送模块可周期性或者根据热敏电阻中断触发电路的触发信号驱动温度采集模块对高压设备监测点温度进行采集，并通过ZigBee协调器和RS485转发模块传递到监控中心。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee的高压设备温度监测系统，其特征在于：所述的RS485网关(1)还包括主控模块、数据转换模块、数据存储模块和电源模块，所述的主控模块分别与ZigBee协调器、数据转换模块、数据存储模块相联，所述的ZigBee协调器接收到的温度数据经过主控模块进行判断和分类，对于正常的温度信息先存入数据存储模块，缓存多条数据打包后经数据转换模块转换后，再经RS485转发模块传送给监控中心，对于高温报警信息则直接传送至监控中心。
3.根据权利要求2所述的基于ZigBee的高压设备温度监测系统，其特征在于：所述的RS485网关(1)还包括与主控模块相联的LCD显示模块，用于循环显示与其相连的ZigBee无线网络传输模块所上传的各个监测点温 度。
4.根据权利要求1所述的基于ZigBee的高压设备温度监测系统，其特征在于：所述的监控中心(4)提供WEB访问方式，具备上网功能的移动设备登录网页即可实时查询各节点温度数据，查看历史曲线。
5.根据权利要求4所述的基于ZigBee的高压设备温度监测系统，其特征在于：所述的监控中心(4)在收到高温报警信息后除了在监控界面显示外，还立即发送短信到监控人员手机。
6.根据权利要求1所述的基于ZigBee的高压设备温度监测系统，其特征在于：所述的ZigBee协调器和对应的若干只ZigBee终端节点采用星型拓扑结构。
7.根据权利要求1所述的基于ZigBee的高压设备温度监测系统，其特征在于：所述的温度采集模块采用的温度传感器为pt1000铂热电阻。
8.根据权利要求1所述的基于ZigBee的高压设备温度监测系统，其特征在于：所述的ZigBee终端节点和以及ZigBee协调器采用TI公司的CC2530芯片。
9.根据权利要求1所述的基于ZigBee的高压设备温度监测系统，其特征在于：所述ZigBee无线网络传输模块的无线网络采用2.4G频段。
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