CN106840413A - 基于物联网技术的高压电塔测温系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种基于物联网技术的高压电塔测温系统，应用于测温技术领域。系统包括终端测温单元，GSM移动通信基站单元，以及监测单元；所述终端测温单元用于对高压电塔上电力设备进行温度测量，并将温度数据通过GSM移动通信基站单元发送至监测单元中，同时判断高压电塔上电力设备是否出现故障，若出现故障，则发送告警信息。基于物联网技术的高压电塔测温系统在电力设备发生故障时，能够发送告警信息，使维护人员及时的进行维护，减少损失。
Description
技术领域
本发明涉及一种测温技术领域，尤其是涉及一种基于物联网技术的高压电塔测温系统。
背景技术
高压电塔是电网的重要组成部分，且分布极为广泛，这就产生了高压电塔维护的问题。
随着全国范围内用电的需求日益增长，在长期的运行过程中电力设备因夏天过热、冬天过冷极易产生故障，我国国土面积大，人口众多，电力需求日益增大，建有包含西电东输等输电工程。电网的长期维护一直是相关部门的难题。现有的人工巡检是电网巡检的主要方式，通常采用人工测量、记录的模式对高压电塔及其他电力设备进行逐一排查，耗费巨大的人力物力，并且也存在遗漏、检错、排查周期长、偏远地区巡检难等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于物联网技术的高压电塔测温系统，能够对高压电塔上电力设备进行温度测量，并判断电力设备是否出现故障，出现故障时及时告知维护人员进行维护。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种基于物联网技术的高压电塔测温系统，包括终端测温单元，GSM移动通信基站单元，以及监测单元；
所述终端测温单元包括微处理器控制模块，以及与所述微处理器控制模块相连接的红外扫描测温仪，双舵机云台和GPRS通信模块，所述双舵机云台与所述红外扫描测温仪相连接；所述微处理器控制模块驱动双舵机云台旋转，所述双舵机云台控制红外扫描测温仪进行温度测量，微处理器控制模块对测得的温度数据处理后通过GPRS通信模块将温度数据发送至GSM移动通信基站单元中，并根据温度数据判断高压电塔上电力设备是否发生故障，发生故障时通过GPRS通信模块将告警信息发送至GSM移动通信基站单元中；
所述GSM移动通信基站单元用于接收终端测温单元测量发送的温度数据和告警信息，通过无线网络的方式将温度数据和告警信息发送至监测单元中；
所述监测单元对接收到的温度数据和告警信息进行处理，实时监测高压电塔的运行状态。
优选地，所述高压电塔上电力设备是否发生故障的判断包括如下步骤：双舵机云台控制红外扫描测温仪旋转预设定角度对电力设备进行温度测量；所述微处理器控制模块接收红外扫描测温仪测量的多个温度数据，并筛选出异常温度数据；通过角度定位算法获得温度异常时舵机的水平旋转角度与垂直旋转角度，对出现温度异常的位置定位；微处理器控制模块控制双舵机云台和红外扫描测温仪对出现温度异常的位置进行至少一次测量，获得动态温度曲线；对所述动态曲线进行线性化，并与预设直线进行比较，根据动态温度曲线高于预设直线的百分比来判断是否出现故障。
优选地，所述GPRS通信模块与GSM移动通信基站单元双向通信连接。
优选地，所述红外扫描测温仪与高压电塔上电力设备非接触，通过水平扫描和垂直扫描方式对高压电塔进行多点温度测量。
优选地，所述红外扫描测温仪包括红外镜头、扫描镜，探测器模块，放大器模块，以及AD转换模块，所述红外镜头与扫描镜将红外光传递至探测器模块，所述探测器模块将红外光进行光电信号转换后输入至放大器模块中进行信号放大，放大后的信号通过AD转换模块进行模数转换，并输入至微处理器控制模块。
优选地，所述终端测温单元还包括警示模块，微处理器控制模块判定高压电塔上电力设备发生故障时启动警示模块进行报警提示。
优选地，所述终端测温单元还包括电源模块，所述电源模块为终端测温单元提供工作电压。
优选地，所述电源模块包括电源保护电路模块，以及与所述电源保护电路模块相连接的直流电压转换电路模块，电池组模块和控制电路模块，所述控制电路模块与数个太阳能光电转换板相连接，所述太阳光电转换板进行光电转换。
优选地，所述控制电路模块包括光电板控制电路模块和电池组充放电电路模块，所述光电板控制电路模块对太阳能光电转换板进行控制，进行太阳光能与电能的转换，所述电池组充放电模块能够控制电池组模块进行充电和放电。
优选地，所述监测单元包括数据库服务器，Web服务器，以及物联网监控管理平台，所述数据库服务器用于存储温度测量模块采集到的温度数据，所述物联网监控管理平台通过HTTP协议访问Web服务器访问数据库服务器，并集中显示每台高压电塔上电力设备的实时温度数值。
本发明的有益效果是：
本发明所述的基于物联网技术的高压电塔测温系统，使用双舵机云台带动红外扫描测量仪旋转的无接触方式进行温度测量，适用于高压、高温、强干扰情况下的温度数据采集；并能够判断电力设备是否发生故障，在高压电塔上电力设备出现故障时，能够发送告警信息，及时的进行维护，减少损失；另外所述系统采用平时休眠，定时唤醒的工作模式，有效的降低系统的整体功率，延长寿命。
附图说明
图1是本发明的基于物联网技术的高压电塔测温系统结构框图示意图；
图2是本发明的终端测温单元结构框图示意图；
图3是本发明的红外扫描测温仪结构框图示意图；
图4是本发明的GPRS通信模块电路图示意图；
图5是本发明的电源模块结构框图示意图；
图6是本发明的基于物联网技术的高压电塔测温系统的工作流程图一；
图7是本发明的基于物联网技术的高压电塔测温系统的工作流程图二。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
如图1所示，本发明所揭示的一种基于物联网技术的高压电塔测温系统，能够对高压电塔上电力设备的温度进行实时监测，及时发现电力设备出现故障的高压电塔，并发出告警信息，使维护人员能够及时的对出现故障的电力设备进行维护，减少因故障带来的损失。
所述基于物联网技术的高压电塔测温系统包括至少一个终端测温单元，GSM移动通信基站单元，以及监测单元；
所述终端测温单元用于对高压电塔上电力设备进行实时温度测量，发送温度数据至GSM移动通信基站单元中，同时根据温度数据判断高压电塔上电力设备是否出现故障，若发生故障，则发送告警信息至GSM移动通信基站单元中；
所述GSM移动通信基站单元用于接收终端测温单元发送的温度数据和告警信息，并将接收到的温度数据和告警信息通过无线网络的方式发送至监测单元中；
所述监测单元对接收到的温度数据和告警信息进行处理，实时监测高压电塔上电力设备的运行状态。
进一步地，所述监测单元包括复数数据库服务器，Web服务器，以及物联网监控管理平台，所述数据库服务器用于存储终端测温单元采集到的温度数据，所述物联网监控管理平台通过HTTP协议访问Web服务器，进一步访问数据库服务器，集中显示每台高压电塔上电力设备的实时温度数值。当电力设备出现故障时，物联网监测平台可以根据告警信息，判定出现故障的电塔的位置，及时地告知电塔维护人员对电力设备进行维护，当然，还可以通过GSM移动通信基站单元将告警信息直接发送至电塔维护人员的手机客户端中，所述告警信息包括出现故障的电塔的位置，以及当前的温度数据。
进一步的，如图2、图3所示，所述终端测温单元包括微处理器控制模块，以及与所述微处理器控制模块相连接的GPRS通信模块和温度测量模块；
所述温度测量模块将采集到的温度数据发送至微处理器控制模块中，微处理器控制模块对所述温度数据进一步处理并通过GPRS通信模块将温度数据发送至GSM移动通信基站单元中，同时微处理器控制模块根据所述温度数据判断高压电塔上电力设备是否出现故障，若发生故障，则通过GPRS通信模块发送告警信息至GSM移动通信基站单元中；
所述温度测量模块包括红外扫描测温仪，以及与所述红外扫描测温仪相连接的双舵机云台，所述红外扫描测温仪和双舵机云台与微处理器控制模块相连接。通常，为了保证了测量数据的全面性与准确性，需要对高压电塔进行全面性的温度测量，所述微处理器控制模块根据设定的时间驱动双舵机云台旋转，通过控制双舵机云台水平方向的舵机和垂直方向的舵机匀速旋转，进而控制红外扫描测温仪在水平方向和垂直方向旋转一定的角度，从而实现对高压铁塔的温度测量。本实施例中，所述红外扫描测温仪通过水平扫描和垂直扫描的方式对高压电塔进行多点温度测量，并且采用非接触式的测量方式，能够有效的避免高温、高压下的干扰。
具体的，红外扫描测温仪按预设定采样间隔进行温度测量时，水平方向舵机从初始位置转动到结束位置，垂直方向舵机转动至设定的角度位置，水平方向舵机重复之前动作，微处理器控制模块接收到多个温度数据。微处理器控制模块进一步对温度数据进行判断处理，筛选出异常温度数据，再通过基于数值比例反馈的角度定位算法得出异常温度数值时舵机的水平旋转角度与垂直旋转角度，进一步对高压电塔温度出现温度异常的位置进行定位，即根据异常温度数据在一个周期内的数值的顺序和在该周期内的时间来判断出水平旋转角度与垂直旋转角度。微处理器控制模块通过旋转角度快速定位算法得出温度异常节点在扫描平面区域的横坐标和纵坐标，即利用基于数值比例反馈的角度定位算法得出的旋转角度来计算温度异常节点在扫描平面区域的横坐标和纵坐标，进一步控制双舵机云台与红外扫描测温仪准确定位到出现温度异常的位置进行至少一次测量，并将该节点的多个温度数值形成动态温度曲线，通过线性化之后与预设直线进行比较，根据动态温度曲线高于预定直线的百分比来判断是高压电塔是否出现故障。
如图3所示，所述红外扫描测温仪的结构框图，包括红外镜头、扫描镜，探测器模块，放大器模块，以及AD转换模块，所述探测器与放大器相连接，所述放大器与AD转换模块相连接，所述AD转换模块与微处理器控制模块相连接，所述红外镜头与扫描镜将红外光传递至探测器模块，所述探测器模块将红外光进行光电信号转换后输入至放大器模块中进行信号放大，放大后的信号通过AD转换模块进行模数转换，并输入至微处理器控制模块。其中，所述探测器采用热敏电阻，并且采用直流的工作方式，具体的，当高压电塔发射出的红外线通过红外镜头汇聚到扫描镜，所述扫描镜进行水平方向扫描，依次逐点的把被测目标红外线聚焦到探测器上，所述探测器探测到红外热辐射时产生微弱的电压信号，微弱的电压信号经过放大器后输出直流电平信号，优选地，所述放大器包括相连接的低噪声、高输入阻抗的前置放大器和增益可调的主放大器，所述微弱的电平信号经过放大器后输出峰值电压为2.5V的直流电平信号。所述直流电平信号经过AD转换模块进行模数转换输出至微处理器控制模块进一步处理，优选地，所述AD转换模块为型号为PCF8591模数转换模块，转换后的温度数据通过PCF8591模数转换模块的SDA输出引脚输出至微处理器控制模块中。
如图4所示，所述GPRS通信模块与微处理器控制模块连接的电路图，所述微处理器控制模块通过AT指令控制GPRS通信模块与GSM移动通信基站单元实现通信，所述GPRS通信模块与GSM移动通信基站单元双向通信连接。优选地，所述微处理器控制模块选自型号为STM32F103的微处理器，所述STM32F103微处理器集成定时器/ADC/SPI/USB/UART功能，其包括GPIO引脚，RX引脚，TX引脚，GPIO1引脚，GPIO3引脚，所述GPRS通信模块选自型号为SIM900的通信模块，所述SIM900采用工业标准接口，工作频率为GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz，可以低功耗实现语音、SMS和数据传输，其包括PWRKEY引脚，TXD引脚，RXD引脚，STATUS引脚，SIM_VDD引脚，SIM_DATA引脚，SIM_CLK引脚、SIM_RST引脚，所述GPIO引脚与PWRKEY引脚相连接，RX引脚与TXD引脚相连接，TX引脚与RXD引脚相连接，GPIO1引脚与STATUS引脚相连接。
本实施例中，GPRS通信模块能够向监测单元中的维护人员发送短信息，因此，GPRS通信模块中设有SIM卡槽，所述SIM卡槽包括六个引脚，第一引脚与GPIO3引脚相连接，用于测试；第三引脚与SIM_DATA引脚相连接，用于输入需要发送的数据；第四引脚与SIM_CLK引脚相连接，用于同步；第五引脚与SIM_RST引脚相连接，用于重置。
更进一步的，红外扫描测温仪将转换后的温度数据通过UART接口送至微处理器控制模块中，所述微处理器控制模块对所述温度数据处理得到绝对温度值，并根据HTTP协议和TCP/IP协议进行数据打包，将打包好的数据通过UART接口送入GPRS通信模块中，所述SIM900通信模块支持TCP/IP协议和HTTP协议，微处理器控制模块通过AT指令控制SIM900通信模块与监测单元中的数据库服务器建立TCP连接，所述GPRS通信模块通过无线网络将数据包送入监测单元中的数据库服务器中存储，所述物联网监控管理平台通过Web服务器访问数据库服务器，实时显示每台高压电塔的温度。当高压电塔上电力设备出现故障时，微处理器控制模块生成告警信息并通过AT指令控制SIM900通信模块，向监测单元中发送告警信息。所述告警信息可以直接发送至监测单元中的维修人员，维修人员根据告警信息中的电塔编号信息，及时的进行维修，避免造成大的损失。
结合图2和图5所示，所述终端测温单元还包括警示模块和电源模块，所述电源模块与微处理器控制模块相连接，为其提供工作电压，所述警示模块与微处理器控制模块相连接，所述温度测量模块将测量到的温度数据发送至微处理器控制模块后，微处理器控制模块根据所述温度数据判断电力设备是否出现故障，若出现故障，则驱动警示模块发出告警提示，方便维护人员进行维护。本实施例中，优选地，所述警示模块选自型号为LTE-1101J的声光报警器。
如图5所示，所述电源模块包括电源保护电路模块，以及与所述电源保护电路模块相连接的直流电压转换电路模块，电池组模块和控制电路模块，所述控制电路模块与数个太阳能光电转换板相连接，所述太阳光电转换板能够进行光电转换，所述控制电路模块包括光电板控制电路模块和电池组充放电电路模块，所述光电板控制电路模块能够对太阳能光电转换板进行控制，进行太阳光能与电能的转换，所述电池组充放电模块能够控制电池组模块进行充电和放电，电源保护电路模块能够对电池组模块提供过过冲、过流、过放，以及过压提供保护，所述电池组模块通过直流电压转换电路模块为终端测温单元等提供工作电压，优选地，所述工作电压为3.3V～5V。通过利用光电转换为终端测温单元提供工作电压，使得终端测温单元能够持续工作，并且能够有效地节省电力资源。
为了充分提高系统的工作效率以及降低系统的整体功耗，所述终端测温装置采用平时休眠，定时唤醒的工作模式。具体的，结合图6和图7所示，高压电塔测温系统的工作流程图，微处理器控制模块初始化，启动自检，自检后启动定时器，并设定采样间隔，并进一步设定温度的预设阀值，进入休眠模式。当定时器产生中断以后，所述温度测量模块开始采集温度数据，并将所述温度数据发送至微处理器控制模块中，微处理器控制模块根据所述温度数据判断电力设备是否出现故障，若出现，则启动声光报警装置，并通过GPRS通信模块发送报警短信，否则，通过GPRS通信模块发送数据至终端监测单元中，进行数据的统计，完成中断服务后，再次进入休眠，从而降低系统的整体功率，延长寿命。
为了更好的说明高压电塔测温系统测量的准确性，本实施例中，选取某一地区的高压电塔进行温度测量。环境温度为15℃，高压电塔的工作电压为50KV，将终端测温单元设置在距离高压电塔顶端4米的地方，通过在监测中心的物联网监控管理平台查看高压电塔上电力设备的温度，采集数据见表一。
表一：高压测温系统测得的高压电塔上电力设备温度数据
为了验证高压电塔测温系统测量温度是否准确，借助某热工研究所福禄克红外温度检测仪在同样的测试环境下进行温度测量，见表二。
表二：温度精度测试实验数据
通过表二可知，高压电塔测温系统测量的温度存在误差，且误差范围在±1℃，终端测温单元越靠近电力设备，则测量得到的温度误差越小。
本发明所述的基于物联网技术的高压电塔测温系统，使用双舵机云台带动红外扫描测量仪旋转的无接触方式进行温度测量，适用于高压、高温、强干扰情况下的温度数据采集；在高压电塔上电力设备出现故障时，能够发送故障位置信息，及时的进行维护，减少损失；另外所述系统采用平时休眠，定时唤醒的工作模式，有效的降低系统的整体功率，延长寿命。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种基于物联网技术的高压电塔测温系统，其特征在于，包括终端测温单元，GSM移动通信基站单元，以及监测单元；
所述终端测温单元包括微处理器控制模块，以及与所述微处理器控制模块相连接的红外扫描测温仪，双舵机云台和GPRS通信模块，所述双舵机云台与所述红外扫描测温仪相连接；所述微处理器控制模块驱动双舵机云台旋转，所述双舵机云台控制红外扫描测温仪对高压电塔上电力设备进行温度测量，微处理器控制模块对测得的温度数据处理后通过GPRS通信模块将温度数据发送至GSM移动通信基站单元中，并根据温度数据判断高压电塔上电力设备是否发生故障，发生故障时通过GPRS通信模块将告警信息发送至GSM移动通信基站单元中；
所述GSM移动通信基站单元用于接收终端测温单元发送的温度数据和告警信息，通过无线网络的方式将温度数据和告警信息发送至监测单元中；
所述监测单元对接收到的温度数据和告警信息进行处理，实时监测高压电塔上电力设备的运行状态。
2.根据权利要求1所述的高压电塔测温系统，其特征在于，所述高压电塔上电力设备是否发生故障的判断包括如下步骤：双舵机云台控制红外扫描测温仪旋转预设定角度对电力设备进行温度测量；所述微处理器控制模块接收红外扫描测温仪测量的多个温度数据，并筛选出异常温度数据；通过角度定位算法获得温度异常时双舵机云台的水平旋转角度与垂直旋转角度，对出现温度异常的位置进行定位；微处理器控制模块控制双舵机云台和红外扫描测温仪对出现温度异常的位置进行至少一次测量，获得动态温度曲线；对所述动态曲线进行线性化，并与预设直线进行比较，根据动态温度曲线高于预设直线的百分比判断是否出现故障。
3.根据权利要求1所述的高压电塔测温系统，其特征在于，所述GPRS通信模块与GSM移动通信基站单元双向通信连接。
4.根据权利要求1所述的高压电塔测温系统，其特征在于，所述红外扫描测温仪与高压电塔上电力设备非接触，通过水平扫描和垂直扫描方式对高压电塔进行多点温度测量。
5.根据权利要求1所述的高压电塔测温系统，其特征在于，所述红外扫描测温仪包括红外镜头、扫描镜，探测器模块，放大器模块，以及AD转换模块，所述红外镜头与扫描镜将红外光传递至探测器模块，所述探测器模块将红外光进行光电信号转换后输入至放大器模块中进行信号放大，放大后的信号通过AD转换模块进行模数转换，并输入至微处理器控制模块。
6.根据权利要求1所述的高压电塔测温系统，其特征在于，所述终端测温单元还包括警示模块，微处理器控制模块判定高压电塔上电力设备发生故障时启动警示模块进行报警提示。
7.根据权利要求1所述的高压电塔测温系统，其特征在于，所述终端测温单元还包括电源模块，所述电源模块为终端测温单元提供工作电压。
8.根据权利要求7所述的高压电塔测温系统，其特征在于，所述电源模块包括电源保护电路模块，以及与所述电源保护电路模块相连接的直流电压转换电路模块，电池组模块和控制电路模块，所述控制电路模块与数个太阳能光电转换板相连接，所述太阳光电转换板进行光电转换。
9.根据权利要求7所述的高压电塔测温系统，其特征在于，所述控制电路模块包括光电板控制电路模块和电池组充放电电路模块，所述光电板控制电路模块对太阳能光电转换板进行控制，进行太阳光能与电能的转换，所述电池组充放电模块能够控制电池组模块进行充电和放电。
10.根据权利要求1所述的高压电塔测温系统，其特征在于，所述监测单元包括数据库服务器，Web服务器，以及物联网监控管理平台，所述数据库服务器用于存储温度测量模块采集到的温度数据，所述物联网监控管理平台通过HTTP协议访问Web服务器访问数据库服务器，并集中显示每台高压电塔上电力设备的实时温度数值。
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