CN108415391A - 一种应用变压器及其组部件的分布式运输在线监测系统 - Google Patents

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谢志迅
朱洋凯
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Abstract

本发明公开了一种应用变压器及其组部件的分布式运输在线监测系统，属于变压器技术领域，包括中心服务器、子站装置和数个采集终端，中心服务器通过无线网络与子站装置通信，子站装置与所有采集终端均通过无线网络通信，解决了变压器在运输过程中的在线实时监控的技术问题，)采用GPRS通信实现采集到的运输状态数据在线远传监控中心及移动端设备,实现运输过程实时监控；)系统采用分布式模块化设计,各监测终端采用低功耗设计,降低装置的电池容量,便于回收；一个子站可以配置多个不同监测类型的终端,用户配置方便,可以最优化配置工程,降低了工程应用成本。

Description

一种应用变压器及其组部件的分布式运输在线监测系统
技术领域
本发明属于变压器技术领域，特别涉及一种应用变压器及其组部件的分布式运输在线监测系统。
背景技术
变压器及其组部件属于大件设备，其结构在运输过程中受到过大冲击有可能损害，同时防止内部受潮，在变压器运输过程中要求充氮运输。所以变压器及其组部件运输过程要求对冲击振动情况和油箱内部氮气压力以及运输路线进行实时监测。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用变压器及其组部件的分布式运输在线监测系统，解决了变压器在运输过程中的在线实时监控的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种应用变压器及其组部件的分布式运输在线监测系统，包括中心服务器、子站装置和数个采集终端，中心服务器通过无线网络与子站装置通信，子站装置与所有采集终端均通过无线网络通信；
所述子站装置包括子站MCU、4.2V稳压模块、GPRS模块、电源开关器件、USB接口、ESD抑制器、外部电源模块、3.3V稳压模块、铁电存储器、GPS模块、子站三轴加速度传感器、子站无线通信模块、子站沟槽功率管、触摸屏和LCD电压监视电路，GPRS模块、电源开关器件、ESD抑制器、铁电存储器、GPS模块、子站三轴加速度传感器、子站无线通信模块、子站沟槽功率管、触摸屏和LCD电压监视电路均与子站MCU电连接，ESD抑制器连接USB接口，电源开关器件电连接ESD抑制器，外部电源模块为4.2V稳压模块、3.3V稳压模块和子站沟槽功率管供电，4.2V稳压模块为GPRS模块供电，3.3V稳压模块为铁电存储器、GPS模块、子站三轴加速度传感器、子站无线通信模块、电源开关器件、USB接口和ESD抑制器供电，子站沟槽功率管为触摸屏和LCD电压监视电路供电；
采集终端包括终端MCU、双色LED灯、纽扣电池电路、稳压模块、压力传感器、SD卡模块、电压监视模块、终端无线通信模块、LCD点阵显示屏、终端场效应管、温湿度传感器和终端三轴加速度传感器，双色LED灯、稳压模块、压力传感器、SD卡模块、电压监视模块、终端无线通信模块、LCD点阵显示屏、终端场效应管、温湿度传感器和终端三轴加速度传感器均与终端MCU电连接；纽扣电池电路为终端MCU供电和稳压模块供电，稳压模块为双色LED灯、压力传感器、SD卡模块、电压监视模块、终端无线通信模块、LCD点阵显示屏、终端场效应管、温湿度传感器和终端三轴加速度传感器供电；
所述终端无线通信模块与所述子站无线通信模块之间通过无线网络通信；
所述GPRS模块通过移动网络与中心服务器通信；
子站沟槽功率管包括功率管Q1、电阻R1、三极管Q2、电容C1和电阻R2，功率管Q1的3脚连接三极管Q2的继电器，功率管Q1的4脚连接外部电源模块的输出端，三极管Q2的继电器通过电阻R1连接外部电源模块的输出端，三极管Q2的发射极连接地线，三极管Q2的基极连接子站MCU，功率管Q1的1脚、2脚、5脚和6脚均连接触摸屏的供电端；
功率管Q1的1脚、2脚、5脚和6脚还均连接LCD电压监视电路的输入端，LCD电压监视电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2、电容C3和放大器U1，LCD电压监视电路的输入端为电阻R3的一端，电阻R3的另一端通过电阻R4连接放大器U1的12脚，所述电阻R3的另一端还通过电阻R5连接地线，电阻R4的两端分别通过电容C2和电容C3连接地线，放大器U1的13脚和14脚连接在一起，放大器U1的14脚连接子站MCU；
电源开关器件包括功率开关U2及其外围电路，USB接口包括接口P1，接口P1包括正电源端VOUT、正信号端D+、负信号端D-和地线端，ESD抑制器包括抑制器U3，正电源端VOUT通过保险管F1分别连接抑制器U3的5脚和功率开关U2的2脚和3脚，正信号端D+和负信号端D-分别连接抑制器U3的1脚和3脚，抑制器U3的4脚和6脚分别连接子站MCU的两个IO口，功率开关U2的5脚连接子站MCU的一个IO口；
所述纽扣电池电路包括电池BT1、二极管D2、二极管D3、电容C12和电容C13，电池BT1正极连接二极管D2的正极，二极管D2的负极分别连接终端MCU的VBAT电源端和二极管D3的负极；
终端场效应管包括场效应管Q4、电阻R12和电容C14，场效应管Q4的G极通过电阻R12连接LCD点阵显示屏，场效应管Q4的D极连接终端MCU的一个IO口，电容C14作为滤波电容连接在场效应管Q4的D极上，场效应管Q4的S极连接二极管D3的正极。
所述4.2V稳压模块和所述3.3V稳压模块的型号均为ADP2371ACPZ-RZ；所述GPRS模块的型号为SIM800C；所述电源开关器件的型号为RT9703；所述ESD抑制器的型号为USBLC6_2SC；所述子站MCU的型号为K22FN512VLL12；所述铁电存储器的型号为FM25W256；所述GPS模块的型号为MAX-7；所述子站三轴加速度传感器的型号为ADXL345；所述子站无线通信模块的型号为LORA-M100D；所述放大器U1的型号为AD8604；所述功率管Q1的型号为NTJS4151P。
所述稳压模块的型号为RT8059-G-J5；所述SD卡模块的型号为SD/TF-Card；所述终端MCU的型号为STM32L476RGT6；所述终端无线通信模块的型号为LORA-M100D；所述LCD点阵显示屏的型号为JLX12864G-360-PC；所述终端场效应管的型号为NTA4151P-SOT523；所述温湿度传感器的型号为SHT20-DFN-6；所述终端三轴加速度传感器的型号为ADXL345。
本发明所述的一种应用变压器及其组部件的分布式运输在线监测系统，解决了变压器在运输过程中的在线实时监控的技术问题，)采用GPRS通信实现采集到的运输状态数据在线远传监控中心及移动端设备,实现运输过程实时监控；)系统采用分布式模块化设计,各监测终端采用低功耗设计,降低装置的电池容量,便于回收；一个子站可以配置多个不同监测类型的终端,用户配置方便,可以最优化配置工程,降低了工程应用成本；用户可以很方便的实现大型设备运输过程的全方位状态实时监测,管控工程的质量和进度,大大提升管理效率。
附图说明
图1是本发明的系统方框图；
图2是本发明的子站装置的原理图方框图；
图3是本发明的采集终端的原理图方框图；
图4是本发明的子站沟槽功率管的电路图；
图5是本发明的ESD抑制器的电路图；
图6是本发明的电源开关器件的电路图；
图7是本发明的LCD电压监视电路的电路图；
图8是本发明的纽扣电池电路的电路图；
图9是本发明的终端场效应管的电路图；
图10是本发明的终端MCU的电路图。
具体实施方式
如图1-10所示的一种应用变压器及其组部件的分布式运输在线监测系统，包括中心服务器、子站装置和数个采集终端，中心服务器通过无线网络与子站装置通信，子站装置与所有采集终端均通过无线网络通信；
所述子站装置包括子站MCU、4.2V稳压模块、GPRS模块、电源开关器件、USB接口、ESD抑制器、外部电源模块、3.3V稳压模块、铁电存储器、GPS模块、子站三轴加速度传感器、子站无线通信模块、子站沟槽功率管、触摸屏和LCD电压监视电路，GPRS模块、电源开关器件、ESD抑制器、铁电存储器、GPS模块、子站三轴加速度传感器、子站无线通信模块、子站沟槽功率管、触摸屏和LCD电压监视电路均与子站MCU电连接，ESD抑制器连接USB接口，电源开关器件电连接ESD抑制器，外部电源模块为4.2V稳压模块、3.3V稳压模块和子站沟槽功率管供电，4.2V稳压模块为GPRS模块供电，3.3V稳压模块为铁电存储器、GPS模块、子站三轴加速度传感器、子站无线通信模块、电源开关器件、USB接口和ESD抑制器供电，子站沟槽功率管为触摸屏和LCD电压监视电路供电；
本发明采用ESD抑制器实现对USB接口的防护。
采集终端包括终端MCU、双色LED灯、纽扣电池电路、稳压模块、压力传感器、SD卡模块、电压监视模块、终端无线通信模块、LCD点阵显示屏、终端场效应管、温湿度传感器和终端三轴加速度传感器，双色LED灯、稳压模块、压力传感器、SD卡模块、电压监视模块、终端无线通信模块、LCD点阵显示屏、终端场效应管、温湿度传感器和终端三轴加速度传感器均与终端MCU电连接；纽扣电池电路为终端MCU供电和稳压模块供电，稳压模块为双色LED灯、压力传感器、SD卡模块、电压监视模块、终端无线通信模块、LCD点阵显示屏、终端场效应管、温湿度传感器和终端三轴加速度传感器供电；
所述终端无线通信模块与所述子站无线通信模块之间通过无线网络通信；
所述GPRS模块通过移动网络与中心服务器通信；
子站沟槽功率管包括功率管Q1、电阻R1、三极管Q2、电容C1和电阻R2，功率管Q1的3脚连接三极管Q2的继电器，功率管Q1的4脚连接外部电源模块的输出端，三极管Q2的继电器通过电阻R1连接外部电源模块的输出端，三极管Q2的发射极连接地线，三极管Q2的基极连接子站MCU，功率管Q1的1脚、2脚、5脚和6脚均连接触摸屏的供电端；
功率管Q1的1脚、2脚、5脚和6脚还均连接LCD电压监视电路的输入端，LCD电压监视电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2、电容C3和放大器U1，LCD电压监视电路的输入端为电阻R3的一端，电阻R3的另一端通过电阻R4连接放大器U1的12脚，所述电阻R3的另一端还通过电阻R5连接地线，电阻R4的两端分别通过电容C2和电容C3连接地线，放大器U1的13脚和14脚连接在一起，放大器U1的14脚连接子站MCU；
电源开关器件包括功率开关U2及其外围电路，USB接口包括接口P1，接口P1包括正电源端VOUT、正信号端D+、负信号端D-和地线端，ESD抑制器包括抑制器U3，正电源端VOUT通过保险管F1分别连接抑制器U3的5脚和功率开关U2的2脚和3脚，正信号端D+和负信号端D-分别连接抑制器U3的1脚和3脚，抑制器U3的4脚和6脚分别连接子站MCU的两个IO口，功率开关U2的5脚连接子站MCU的一个IO口；
所述纽扣电池电路包括电池BT1、二极管D2、二极管D3、电容C12和电容C13，电池BT1正极连接二极管D2的正极，二极管D2的负极分别连接终端MCU的VBAT电源端和二极管D3的负极；
终端场效应管包括场效应管Q4、电阻R12和电容C14，场效应管Q4的G极通过电阻R12连接LCD点阵显示屏，场效应管Q4的D极连接终端MCU的一个IO口，电容C14作为滤波电容连接在场效应管Q4的D极上，场效应管Q4的S极连接二极管D3的正极。
所述4.2V稳压模块和所述3.3V稳压模块的型号均为ADP2371ACPZ-RZ；所述GPRS模块的型号为SIM800C；所述电源开关器件的型号为RT9703；所述ESD抑制器的型号为USBLC6_2SC；所述子站MCU的型号为K22FN512VLL12；所述铁电存储器的型号为FM25W256；所述GPS模块的型号为MAX-7；所述子站三轴加速度传感器的型号为ADXL345；所述子站无线通信模块的型号为LORA-M100D；所述放大器U1的型号为AD8604；所述功率管Q1的型号为NTJS4151P。
所述稳压模块的型号为RT8059-G-J5；所述SD卡模块的型号为SD/TF-Card；所述终端MCU的型号为STM32L476RGT6；所述终端无线通信模块的型号为LORA-M100D；所述LCD点阵显示屏的型号为JLX12864G-360-PC；所述终端场效应管的型号为NTA4151P-SOT523；所述温湿度传感器的型号为SHT20-DFN-6；所述终端三轴加速度传感器的型号为ADXL345。
使用时，子站装置还设有固设有磁铁的外壳，可以将子站装置吸附在运输车辆上；
采集终端还设有固设有磁铁的金属外壳，可以将采集终端吸附在变压器上；
变压器设备运输过程所发生的实时数据包括冲击加速度，倾角，实时位置，速度，环境温度，湿度和设备内部氮气压力等，采集终端负责采集这些实时数据，实时数据经过采集终端的采集汇总后，通过无线网络集中发送到子站装置，子站装置周期性的通过GPRS网络将实时数据传送到远方中心服务器，当发现有运输过程异常情况的时候生成报警报文，实时推送后台服务器以及移动端设备APP，及时提醒管理人员和司机调整驾驶和处理运输路线等，实现大型设备运输过程的实时监控。
本发明子站装置负责采集运输设备的实时位置,速度等信号；本发明采集终端负责采集安装点的冲击加速度，倾角，温湿度和氮气压力等数据；本采集终端可以单独安装冲击加速度传感器，温湿度传感器或氮气压力传感器，实现单独数据的采集后，在通过无线网络将采集的数据发送给子站装置。
本发明采用分布式模块化设计,降低了装置和终端的电池容量,方便设备回收和重复使用；本发明采集终端采用小型化设计,方便安装和拆卸,可以实现多点多位置灵活配置；本发明实现运输状态数据实时传送远方监控中心和移动端APP,方便运输过程监控；本发明后台软件具备数据智能处理分析功能，能够通过不同的监测终端传回的数据，有效识别出有害冲击，对运输状态进行评估，并给出相关告警信息，减少由于状态误判而带来的工作量。
本发明所述的一种应用变压器及其组部件的分布式运输在线监测系统，解决了变压器在运输过程中的在线实时监控的技术问题，)采用GPRS通信实现采集到的运输状态数据在线远传监控中心及移动端设备,实现运输过程实时监控；)系统采用分布式模块化设计,各监测终端采用低功耗设计,降低装置的电池容量,便于回收；一个子站可以配置多个不同监测类型的终端,用户配置方便,可以最优化配置工程,降低了工程应用成本；用户可以很方便的实现大型设备运输过程的全方位状态实时监测,管控工程的质量和进度,大大提升管理效率。

Claims (3)

1.一种应用变压器及其组部件的分布式运输在线监测系统，其特征在于：包括中心服务器、子站装置和数个采集终端，中心服务器通过无线网络与子站装置通信，子站装置与所有采集终端均通过无线网络通信；
所述子站装置包括子站MCU、4.2V稳压模块、GPRS模块、电源开关器件、USB接口、ESD抑制器、外部电源模块、3.3V稳压模块、铁电存储器、GPS模块、子站三轴加速度传感器、子站无线通信模块、子站沟槽功率管、触摸屏和LCD电压监视电路，GPRS模块、电源开关器件、ESD抑制器、铁电存储器、GPS模块、子站三轴加速度传感器、子站无线通信模块、子站沟槽功率管、触摸屏和LCD电压监视电路均与子站MCU电连接，ESD抑制器连接USB接口，电源开关器件电连接ESD抑制器，外部电源模块为4.2V稳压模块、3.3V稳压模块和子站沟槽功率管供电，4.2V稳压模块为GPRS模块供电，3.3V稳压模块为铁电存储器、GPS模块、子站三轴加速度传感器、子站无线通信模块、电源开关器件、USB接口和ESD抑制器供电，子站沟槽功率管为触摸屏和LCD电压监视电路供电；
采集终端包括终端MCU、双色LED灯、纽扣电池电路、稳压模块、压力传感器、SD卡模块、电压监视模块、终端无线通信模块、LCD点阵显示屏、终端场效应管、温湿度传感器和终端三轴加速度传感器，双色LED灯、稳压模块、压力传感器、SD卡模块、电压监视模块、终端无线通信模块、LCD点阵显示屏、终端场效应管、温湿度传感器和终端三轴加速度传感器均与终端MCU电连接；纽扣电池电路为终端MCU供电和稳压模块供电，稳压模块为双色LED灯、压力传感器、SD卡模块、电压监视模块、终端无线通信模块、LCD点阵显示屏、终端场效应管、温湿度传感器和终端三轴加速度传感器供电；
所述终端无线通信模块与所述子站无线通信模块之间通过无线网络通信；
所述GPRS模块通过移动网络与中心服务器通信；
子站沟槽功率管包括功率管Q1、电阻R1、三极管Q2、电容C1和电阻R2，功率管Q1的3脚连接三极管Q2的继电器，功率管Q1的4脚连接外部电源模块的输出端，三极管Q2的继电器通过电阻R1连接外部电源模块的输出端，三极管Q2的发射极连接地线，三极管Q2的基极连接子站MCU，功率管Q1的1脚、2脚、5脚和6脚均连接触摸屏的供电端；
功率管Q1的1脚、2脚、5脚和6脚还均连接LCD电压监视电路的输入端，LCD电压监视电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2、电容C3和放大器U1，LCD电压监视电路的输入端为电阻R3的一端，电阻R3的另一端通过电阻R4连接放大器U1的12脚，所述电阻R3的另一端还通过电阻R5连接地线，电阻R4的两端分别通过电容C2和电容C3连接地线，放大器U1的13脚和14脚连接在一起，放大器U1的14脚连接子站MCU；
电源开关器件包括功率开关U2及其外围电路，USB接口包括接口P1，接口P1包括正电源端VOUT、正信号端D+、负信号端D-和地线端，ESD抑制器包括抑制器U3，正电源端VOUT通过保险管F1分别连接抑制器U3的5脚和功率开关U2的2脚和3脚，正信号端D+和负信号端D-分别连接抑制器U3的1脚和3脚，抑制器U3的4脚和6脚分别连接子站MCU的两个IO口，功率开关U2的5脚连接子站MCU的一个IO口；
所述纽扣电池电路包括电池BT1、二极管D2、二极管D3、电容C12和电容C13，电池BT1正极连接二极管D2的正极，二极管D2的负极分别连接终端MCU的VBAT电源端和二极管D3的负极；
终端场效应管包括场效应管Q4、电阻R12和电容C14，场效应管Q4的G极通过电阻R12连接LCD点阵显示屏，场效应管Q4的D极连接终端MCU的一个IO口，电容C14作为滤波电容连接在场效应管Q4的D极上，场效应管Q4的S极连接二极管D3的正极。
2.如权利要求1所述的一种应用变压器及其组部件的分布式运输在线监测系统，其特征在于:所述4.2V稳压模块和所述3.3V稳压模块的型号均为ADP2371ACPZ-RZ；所述GPRS模块的型号为SIM800C；所述电源开关器件的型号为RT9703；所述ESD抑制器的型号为USBLC6_2SC；所述子站MCU的型号为K22FN512VLL12；所述铁电存储器的型号为FM25W256；所述GPS模块的型号为MAX-7；所述子站三轴加速度传感器的型号为ADXL345；所述子站无线通信模块的型号为LORA-M100D；所述放大器U1的型号为AD8604；所述功率管Q1的型号为NTJS4151P。
3.如权利要求1所述的一种应用变压器及其组部件的分布式运输在线监测系统，其特征在于:所述稳压模块的型号为RT8059-G-J5；所述SD卡模块的型号为SD/TF-Card；所述终端MCU的型号为STM32L476RGT6；所述终端无线通信模块的型号为LORA-M100D；所述LCD点阵显示屏的型号为JLX12864G-360-PC；所述终端场效应管的型号为NTA4151P-SOT523；所述温湿度传感器的型号为SHT20-DFN-6；所述终端三轴加速度传感器的型号为ADXL345。
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