CN106338346A - 一种电气设备温度监测无线传感器网络节点 - Google Patents

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许大星
张露
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Abstract

本发明公开了一种电气设备温度监测无线传感器网络节点，包括数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块和电源模块组成，数据采集模块仅为温度采集电路构成，数据处理模块为PSoC集成器件，无线通信模块由网络、MAC和收发器组成，数据采集模块与数据处理模块相连，数据处理模块与无线通信模块相连，电源模块与整个网络节点相连，为网络节点供电，本发明采用PSoC(可编程片上系统)作为处理器模块的处理器，运用于无线传感器网络节点中，通过对节点系统的硬件和软件进行设计实现对封闭式开关柜内的电气设备进行测温，使无线传感器网络节点降低功耗，缩小体积，提高可靠性，降低成本，增加生存周期，缩短开发周期。

Description

一种电气设备温度监测无线传感器网络节点
技术领域
本发明属于无线传感器网络节点设计技术领域，尤其涉及一种电气设备温度监测无线传感器网络节点。
背景技术
电气设备的可靠性是电网安全运行的保证，因此及时对设备实施状态监测，尤其是对关键的大型电力设备，是非常重要的。电气设备事故的起因，往往是因为其连接部分如隔离开关、动静触头、电缆头等在电流长时间通过时，温度升高，引起设备老化、磨损、过载、过电压等，造成接触电阻过大，运行中过热，乃致绝缘逐渐烧损，形成线间或相间短路，瞬间引发火灾[1]。
目前，电气设备在线监测以有线通信为主，该方式接线多、方式复杂、增加了系统隐患，也给故障的排查与维修带来不便。近些年来，随着国外的一些学校的研究以及国内的一些研究单位的开发，无线传感器网络也逐渐进入了电气设备在线检测的领域。无线传感器网络是近年来随着无线通信、集成电路、传感器等技术的飞速发展而出现的一种新型网络。它由大量的传感器节点组成，是一种全新的信息获取和处理技术，能够实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，其多跳功能和拓扑灵活性可有效避免各种建筑和设备对无线信号的衰减作用，其网络的自组织、自适应性可大大提高在线监测系统的可靠性。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种电气设备温度监测无线传感器网络节点，采用PSoC(可编程片上系统)作为处理器模块的处理器，运用于无线传感器网络节点中，通过对节点系统的硬件和软件进行设计实现对封闭式开关柜内的电气设备进行测温。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种电气设备温度监测无线传感器网络节点，包括数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块和电源模块组成，所述数据采集模块仅为温度采集电路构成，所述数据处理模块为PSoC集成器件，所述无线通信模块由网络、MAC和收发器组成，所述数据采集模块与数据处理模块相连，所述数据处理模块与无线通信模块相连，所述电源模块与整个网络节点相连，为网络节点供电。
本发明提供的技术方案中，所述数据处理模块的PSoC集成器件为8位可配置的嵌入式单片机，选用CY8C29466，共有28个引脚，有24个引脚可配置为数字I/O端口，其中8个引脚可配置为模拟输入端口，4个引脚可配置为模拟输入/输出端口，工作温度范围：-40～+85℃，工作电压范围：3.0～5.25V。内部资源主要包括：5种D/A转换器、12种A/D转换器、4种可编程放大器、BPF/LPF可编程滤波器、采样和保持功能、差分比较器和片内温度传感器等功能；多用途时钟、事件定时器、脉宽调制PWM和DEADBAND、CRC模块、全双工UARTS、SPI、I2C以及为模拟PSoC模块提供复杂的时钟源，用于储存节点本身采集的数据以及与无线通信模块之间的通讯。
本发明提供的技术方案中，所述温度采集电路由模拟式温度传感器Pt100和数字式温度传感器DS18B20构成，PSoC集成器件向温度采集电路发出询问信号时，温度传感器将所采集的参量直接送入PSoC集成器件内部的放大器PGA放大，低通滤波器LPF滤波和A/D转换等信号处理，内部的串口通讯模块，按照RS232通讯协议以9600bit/s的波特率与无线通信模块进行串口通信。
本发明提供的技术方案中，所述无线通信模块选用了CC2430，该芯片能够满足低功耗ZigBee/IEEE802.15.4标准的无线传感器网络的应用需要，其工作电压范围2.0～3.6V，发射和接收时电流都为27mA、掉电和准备模式电流分别为0.9A和0.6A，所需的外围元件较少，具有较好的节能效果。
本发明提供的技术方案中，所述电源模块采用4.5V纽扣电池组供电。
本发明提供的技术方案中，所述无线传感器网络测温节点软件系统采用休眠、唤醒、工作等不同的模式下循坏组合方式。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种电气设备温度监测无线传感器网络节点，采用PSoC(可编程片上系统)作为处理器模块的处理器，运用于无线传感器网络节点中，通过对节点系统的硬件和软件进行设计实现对封闭式开关柜内的电气设备进行测温，使无线传感器网络节点降低功耗，缩小体积，提高可靠性，降低成本，增加生存周期，缩短开发周期。
附图说明
图1是无线传感器网络测温节点结构框图。
图2是电源模块原理图。
图3是无线传感器网络测温节点软件流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明附图和具体技术方案，对本发明实施例中的技术方法进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利保护的范围。
实施例1
一种电气设备温度监测无线传感器网络节点，包括数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块和电源模块组成，所述数据采集模块仅为温度采集电路构成，所述数据处理模块为PSoC集成器件，所述无线通信模块由网络、MAC和收发器组成，所述数据采集模块与数据处理模块相连，所述数据处理模块与无线通信模块相连，所述电源模块与整个网络节点相连，为网络节点供电，图1为无线传感器网络测温节点结构框图。
所述数据处理模块的PSoC集成器件为8位可配置的嵌入式单片机，选用CY8C29466，共有28个引脚，有24个引脚可配置为数字I/O端口，其中8个引脚可配置为模拟输入端口，4个引脚可配置为模拟输入/输出端口，工作温度范围：-40～+85℃，工作电压范围：3.0～5.25V。内部资源主要包括：5种D/A转换器、12种A/D转换器、4种可编程放大器、BPF/LPF可编程滤波器、采样和保持功能、差分比较器和片内温度传感器等功能；多用途时钟、事件定时器、脉宽调制PWM和DEADBAND、CRC模块、全双工UARTS、SPI、I2C以及为模拟PSoC模块提供复杂的时钟源，用于储存节点本身采集的数据以及与无线通信模块之间的通讯。
所述温度采集电路由模拟式温度传感器Pt100和数字式温度传感器DS18B20构成，PSoC集成器件向温度采集电路发出询问信号时，温度传感器将所采集的参量直接送入PSoC集成器件内部的放大器PGA放大，低通滤波器LPF滤波和A/D转换等信号处理，内部的串口通讯模块，按照RS232通讯协议以9600bit/s的波特率与无线通信模块进行串口通信。
所述无线通信模块选用了CC2430，该芯片能够满足低功耗ZigBee/IEEE802.15.4标准的无线传感器网络的应用需要，其工作电压范围2.0～3.6V，发射和接收时电流都为27mA、掉电和准备模式电流分别为0.9A和0.6A，所需的外围元件较少，具有较好的节能效果。
所述电源模块采用4.5V纽扣电池组供电，图2电源模块原理图。
所述无线传感器网络测温节点软件系统采用休眠、唤醒、工作等不同的模式下循坏组合方式，图3为无线传感器网络测温节点软件流程图。
将按上述方案设计的温度监测系统与红外测温仪对比实验，在0～100℃选取5个测温点，同时读取DS18B20和Pt100的测温值。实验结果如表1所示，DS测量值表示DS18B20的测量值，Pt测量值表示Pt100的测量值。
表1温度传感器实验结果
表1的实验结果表明，本发明所设计的节点的测量误差较小，能够比较准确地对开关柜内的动静触头温度进行在线监测，误差仅为±0.5℃，符合工程实际需求。
各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护范围内。

Claims (6)

1.一种电气设备温度监测无线传感器网络节点，其特征在于，包括数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块和电源模块组成，所述数据采集模块仅为温度采集电路构成，所述数据处理模块为PSoC集成器件，所述无线通信模块由网络、MAC和收发器组成，所述数据采集模块与数据处理模块相连，所述数据处理模块与无线通信模块相连，所述电源模块与整个网络节点相连，为网络节点供电。
2.根据权利要求1所述的一种电气设备温度监测无线传感器网络节点，其特征在于，所述数据处理模块的PSoC集成器件为8位可配置的嵌入式单片机，选用CY8C29466，共有28个引脚，有24个引脚可配置为数字I/O端口，其中8个引脚可配置为模拟输入端口，4个引脚可配置为模拟输入/输出端口，工作温度范围：-40～+85℃，工作电压范围：3.0～5.25V。内部资源主要包括：5种D/A转换器、12种A/D转换器、4种可编程放大器、BPF/LPF可编程滤波器、采样和保持功能、差分比较器和片内温度传感器等功能；多用途时钟、事件定时器、脉宽调制PWM和DEADBAND、CRC模块、全双工UARTS、SPI、I2C以及为模拟PSoC模块提供复杂的时钟源，用于储存节点本身采集的数据以及与无线通信模块之间的通讯。
3.根据权利要求1所述的一种电气设备温度监测无线传感器网络节点，其特征在于，所述温度采集电路由模拟式温度传感器Pt100和数字式温度传感器DS18B20构成，PSoC集成器件向温度采集电路发出询问信号时，温度传感器将所采集的参量直接送入PSoC集成器件内部的放大器PGA放大，低通滤波器LPF滤波和A/D转换等信号处理，内部的串口通讯模块，按照RS232通讯协议以9600bit/s的波特率与无线通信模块进行串口通信。
4.根据权利要求1所述的一种电气设备温度监测无线传感器网络节点，其特征在于，所述无线通信模块选用了CC2430，该芯片能够满足低功耗ZigBee/IEEE802.15.4标准的无线传感器网络的应用需要，其工作电压范围2.0～3.6V，发射和接收时电流都为27mA、掉电和准备模式电流分别为0.9A和0.6A，所需的外围元件较少，具有较好的节能效果。
5.根据权利要求1所述的一种电气设备温度监测无线传感器网络节点，其特征在于，所述电源模块采用4.5V纽扣电池组供电。
6.根据权利要求1所述的一种电气设备温度监测无线传感器网络节点，其特征在于，所述无线传感器网络测温节点软件系统采用休眠、唤醒、工作等不同的模式下循坏组合方式。
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