CN109142980A - 一种免维护环流终端监测装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种免维护环流终端监测装置及方法，所述免维护环流终端监测装置包括终端壳体（1）、电池组单元、环流采集单元、数据处理单元（2）和无线通讯单元，电池组单元、环流采集单元、数据处理单元（2）、无线通讯单元采用模块化结构集成装置于终端壳体（1）中；电池组单元采用大容量长寿命锂离子电池组为装置供电；环流采集单元采用哈弗结构的电流互感器，不断开原接地线缆即可完成安装；数据处理单元采用低功耗设计结构；无线通讯单元采用与上位机优化的TCP通信协议实现本装置与上位机的通信。本发明的免维护环流终端监测装置在不使用时为待机状态，即装即用，当上位机设置位时时数据更新时，每分钟建立一次数据通信连接，实现每分钟采集/上报一个数据点。
Description
技术领域
本发明涉及高压电及高压电缆监测技术领域，具体涉及一种免维护环流终端监测装置及监测方法。
背景技术
高压电缆作为城市的血脉，提供着城市生活所需的能量。一旦电缆出现故障，对城市生活造成的影响不可估量。电缆故障前，通常会伴随有电缆接环流加大，因此对于高压电缆的环流检测就显得尤为重要。
传统检测环流的方式为人工巡检，然而现在的人工成本越来越高，并且人工检测间隔时间长，不能做到时时采集。
鉴于人工巡检存在的弊端，很快出现了智能接地箱，现有的智能接地箱能够自动的检测环流并上报数据。如公开号为CN202737425U的中国实用新型专利公开了一种太阳能取电式智能接地箱，它包括箱体、太阳能电池板、太阳能电池板固定架、蓄电池、智能监控装置、环流采集器、进线夹座、开关传感器以及连接金具，太阳能电池板固定在太阳能电池板固定架上，蓄电池、智能监控装置、环流采集器、进线夹座以及连接金具均设置在箱体内，太阳能电池板为蓄电池充电，蓄电池为智能监控装置供电，进线夹座和接地金具均连接接地电缆，环流采集器设置在与进线夹座相连的接地电缆上，环流采集器的电信号输出端接智能监控装置。再如公开号为CN107202608A的中国发明专利公开的电缆智能接地箱检测系统，其包括测量单元、DTU、通信模块和监控终端，测量单元包括接地环流测量单元、电缆附件表面温度测量单元、接地箱内部湿度检测单元以及箱体开合接触式传感器单元，各测量单元采用模块化结构集中到所述DTU上，DTU采集各个测量单元的测量数据并通过通信模块将测量的数据传输到监控终端，监控终端的数据处理软件实时反映电缆运行数据，运行人员根据反馈的数据对电缆运行状况进行分析；该系统代替传统人工测试，提高电缆状态检修和运行维护工作效率。虽然现有的智能接地箱系统功能强大，但其整体功耗较大，常常受限于取电、太阳能、电池等瓶颈，使得采集数据不完整。另外由于智能接地箱系统的硬件构成复杂，板卡较多，整体成本居高不下。即使在只需要测量环流的旧接地箱改造项目中，安装和维护的成本也较高。
因此，市面上很需要一种安装方便、使用寿命长、不会对电源有要求的免维护的产品出现。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种免维护环流终端监测装置及监测方法，其电池组采用大容量长寿命电池组，其环流采集采用哈弗结构互感器，无需断开原来的接地连接线缆，方便监测装置安装，其数据处理采用低功耗设计，待机功耗可以低至10uA，并采用了与上位机优化的通信协议，能有效的利用无线通讯单元、存储单元，能够从平时优化的为每1个小时连接上报一次数据，实现为每分钟采集一个数据点，当上位机设置位时时数据更新时，更改为每分钟建立一次数据通信连接，这样既保证了数据正常时，最低功耗的设计要求，也保证了对时时数据高要求的工况，设备无需布线，即装即用，是升级传统高压电缆接地箱的最方便方案，一次安装可以使用10年。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
首先，本发明公开了一种免维护环流终端监测装置，它包括终端壳体，还包括电池组单元、环流采集单元、数据处理单元和无线通讯单元，所述电池组单元、环流采集单元、数据处理单元、无线通讯单元采用模块化结构集成装置于终端壳体中；所述电池组单元采用大容量长寿命锂离子电池组为装置供电；所述环流采集单元采用哈弗结构的电流互感器，不断开原接地线缆即可完成安装；所述数据处理单元采用低功耗设计结构；所述无线通讯单元采用与上位机优化的TCP通信协议实现本装置与上位机的通信。
优选的是，所述数据处理单元包括低功耗控制电路、低功耗单片机和低功耗程序设计。
在上述任一技术方案中优选的是，所述低功耗单片机采用ADC芯片。
在上述任一技术方案中优选的是，所述数据处理单元的功耗输出为10uA至200uA。
在上述任一技术方案中优选的是，所述无线通讯单元包括数据通信模块、数据存储模块、通讯间隔时间设置模块和采集时间间隔设置模块。
在上述任一技术方案中优选的是，所述数据通信模块采用GPRS 通信模块实现终端监测装置的通信。
在上述任一技术方案中优选的是，TCP通信协议可设置采集时间和数据上送时间；所述数据通信模块采用与上位机优化的TCP通信协议进行数据通信连接，由免维护环流终端监测装置主动发起对上位机的数据请求，并建立连接。
在上述任一技术方案中优选的是，所述数据通信模块采用与上位机优化的TCP通信协议进行数据通信连接，上位机采用固定IP，免维护环流终端监测装置对固定IP发起连接。
在上述任一技术方案中优选的是，所述数据通信模块采用与上位机优化的TCP通信协议进行数据通信连接，上位机采用固定IP，免维护环流终端监测装置通过DHCP获取服务器IP，在服务器IP获取上位机的IP地址，通信TCP连接到上位机上传送数据。
在上述任一技术方案中优选的是，所述数据存储模块采用FLASH或EEROM存储数据。
在上述任一技术方案中优选的是，所述数据存储模块采用FLASH或EEROM 存储数据，每次采集的数据先放置在flash或EEROM,RAM存储中，采集间隔时间为1分钟，数据存储到指定上送时间时，上送数据。
在上述任一技术方案中优选的是，所述数据存储模块采用FLASH或EEROM 存储数据，数据通讯失败情况下，数据继续存储，待下次建立连接上送数据时，与新存储的数据一起上送。
在上述任一技术方案中优选的是，所述采集时间间隔设置模块设置免维护环流终端监测装置的采集数据间隔时间，上位机按照需求，设置免维护环流终端监测装置采集环流数据的间隔时间。
在上述任一技术方案中优选的是，所述通讯间隔时间设置模块设置免维护环流终端监测装置的上送数据间隔时间，上位机按照需求，设置免维护环流终端监测装置上送数据间隔时间。
在上述任一技术方案中优选的是，所述通讯间隔时间设置模块设置免维护环流终端监测装置的上送数据间隔时间，上位机根据采集到的数据，自动判断出电缆是否需要重点监测，而自动设置免维护环流终端监测装置的环流采集单元的采样间隔时间和通信时间。
其次，本发明还公开了一种免维护环流终端监测方法。根据如上任一项所述的免维护环流终端监测装置的免维护环流终端监测方法，包括了电池组单元、环流采集单元、数据处理单元和无线通讯单元的免维护环流终端监测装置，其电池组单元采用了大容量长寿命锂离子电池组，其环流采集单元采用了哈弗结构的电流互感器，其数据处理单元采用了低功耗控制电路、ADC芯片、低功耗单片机和低功耗程序设计，其无线通讯单元采用了与上位机优化的可设置采集时间和数据上送时间的TCP通信协议实现免维护环流终端与上位机的通信，免维护环流终端监测装置不使用为待机状态，即装即用，当上位机设置位时时数据更新时，每分钟建立一次数据通信连接，实现每分钟采集/上报一个数据点。
在上述任一技术方案中优选的是，所述无线通讯单元采用GPRS 通信模块实现终端通信，采用TCP通信协议，由终端主动发起对上位机的数据请求并建立连接，数据通信方案包括：当上位机采用固定IP，免维护环流终端对固定IP发起连接；当上位机采用固定IP，免维护环流终端通过DHCP获取服务器IP，在服务器IP获取上位机的IP地址，然后通信TCP连接到上位机上送数据。
在上述任一技术方案中优选的是，所述无线通讯单元采用FLASH或EEROM存储数据，数据存储方案包括：将每次采集的数据，先放置在flash或EEROM,RAM中存储，其优选的采集间隔时间为1分钟，数据存储到指定上送时间时，上送数据；在数据通讯失败情况下，数据继续存储，待下次建立连接上送数据的时候，与新存储的数据一起上送。
在上述任一技术方案中优选的是，所述无线通讯单元采用采用与上位机优化的可设置采集时间和数据上送时间的TCP通信协议进行数据采集/上报通信连接，通讯间隔时间设置和采集时间间隔设置包括：上位机可以按照需求，设置免维护环流终端上送数据间隔时间，以实现低功耗和时时响应数据的均衡；上位机可以按照需求，设置免维护环流终端采集环流数据间隔时间，以实现低功耗和数据采样率的均衡；上位机根据采集数据，自动判断出电缆是否需要重点监测，自动设置免维护环流总段的采样间隔时间和通信时间，自动判断的方式为阈值法。
本发明的免维护环流终端监测装置及监测方法涉及高压电技术领域、仪器仪表领域、数据采集领域，解决传统人工巡检电缆出现的弊端，解决智能接地箱采集数据的技术缺陷和成本问题。与现有技术相比，本发明的上述技术方案具有如下有益效果：
1、互感器环采用了哈弗结构，方便安装。
2、单片机控制采用低功耗技术。为了实现低功耗的目的，采用了低功耗的单片机，并且采用低功耗的程序设计，程序中大量的使用单片机睡眠技术，并配合定时器唤醒，最终中实现了单片机在完成一次采集中，采样20个周期波形，实际采集时间为400ms，单片机实际使用时间为50us，其余时间都为睡眠。这一技术大大的降低了功耗，实现了免维护环流终端监测装置低功耗的目标。
3、数据采集和数据处理采用低功耗技术。本技术方案采用低功耗的ADC 芯片，对于采集400ms 时间的数据，通过降低ADC芯片的工作频率，实现了免维护环流终端监测装置低功耗。
4、通讯采用低功耗技术。本技术方案采用可设置采集时间和数据上送时间的通信协议，由免维护终端发起数据请求，并且完成数据发送以后立刻进入休眠。相对于传统的Modbus协议采集，本技术方案的免维护终端不用一直处于待机状态，等待上位机的采集。这样新的通讯协议的加入，降低了95%的功耗。
5、本技术方案有效的利用无线通讯单元、存储单元，实现了每分钟采集一个数据点。平时优化的为每1个小时连接上报一次数据，而对于本技术方案，当上位机设置位时时数据更新时，更改为每分钟建立一次数据通信连接，这样既保证了数据正常时，最低功耗的设计要求，也保证了对时时数据高要求的工况。本技术方案的设备无需布线，即装即用，是升级传统高压电缆接地箱的最方便方案，一次安装可以使用10年，使用寿命长。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为按照本发明的免维护环流终端监测装置的一优选实施例的外型结构示意图；
图2为按照本发明的免维护环流终端监测装置的图1所示实施例的哈弗结构电流互感器示意图。
附图标记：
1、终端壳体，2、数据处理单元，3、GRPS天线，4、哈弗结构的电流互感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了克服传统人工巡检环流和智能接地箱数据采集在现有技术中所存在的问题，本发明实施例提出一种免维护环流终端监测装置及监测方法，监测装置便携，操作简单，无需布线，即装即用，低功耗，使用寿命长。
本发明实施例的免维护环流终端监测装置包括终端壳体1、电池组单元、环流采集单元、数据处理单元2和无线通讯单元，电池组单元、环流采集单元、数据处理单元2、无线通讯单元采用模块化结构集成装置于终端壳体1中。本实施例的免维护环流终端监测装置，如图1所示，其终端壳体1一侧设置GRPS天线3，GRPS天线3连接终端壳体1内的无线通讯单元；其电池组单元采用大容量长寿命锂离子电池组；其环流采集单元采用哈弗结构的电流互感器4，如图2所示，不断开原接地线缆即可完成安装；其数据处理单元采用低功耗设计结构；其无线通讯单元采用与上位机优化的TCP通信协议实现本装置与上位机的通信。
本实施例的免维护环流终端监测装置，所述数据处理单元包括低功耗控制电路、低功耗单片机和低功耗程序设计，数据处理单元的功耗输出为10uA至200uA。低功耗控制电路包括定时器，低功耗单片机采用低功耗程序设计，程序中大量的使用单片机睡眠技术并配合定时器唤醒。数据处理单元可采用高速的ADC芯片。
本实施例的免维护环流终端监测装置，所述无线通讯单元包括数据通信模块、数据存储模块、通讯间隔时间设置模块和采集时间间隔设置模块。
本实施例的免维护环流终端监测装置，所述数据通信模块采用GPRS 通信模块实现终端监测装置的通信，GPRS 通信模块连接GRPS天线。
本实施例的免维护环流终端监测装置，TCP通信协议可设置采集时间和数据上送时间；所述数据通信模块采用与上位机优化的TCP通信协议进行数据通信连接，由免维护环流终端监测装置主动发起对上位机的数据请求，并建立连接。
本实施例的免维护环流终端监测装置，所述数据通信模块采用与上位机优化的TCP通信协议进行数据通信连接，上位机采用固定IP，免维护环流终端监测装置对固定IP发起连接。
本实施例的免维护环流终端监测装置，所述数据通信模块采用与上位机优化的TCP通信协议进行数据通信连接，上位机采用固定IP，免维护环流终端监测装置通过DHCP获取服务器IP，在服务器IP获取上位机的IP地址，通信TCP连接到上位机上传送数据。
本实施例的免维护环流终端监测装置，所述数据存储模块采用FLASH或EEROM存储数据。
本实施例的免维护环流终端监测装置，所述数据存储模块采用FLASH或EEROM 存储数据，每次采集的数据先放置在flash或EEROM,RAM存储中，采集间隔时间为1分钟，数据存储到指定上送时间时，上送数据。
本实施例的免维护环流终端监测装置，所述数据存储模块采用FLASH或EEROM 存储数据，数据通讯失败情况下，数据继续存储，待下次建立连接上送数据时，与新存储的数据一起上送。
本实施例的免维护环流终端监测装置，所述采集时间间隔设置模块设置免维护环流终端监测装置的采集数据间隔时间，上位机按照需求，设置免维护环流终端监测装置采集环流数据的间隔时间。
本实施例的免维护环流终端监测装置，所述通讯间隔时间设置模块设置免维护环流终端监测装置的上送数据间隔时间，上位机按照需求，设置免维护环流终端监测装置上送数据间隔时间。
本实施例的免维护环流终端监测装置，所述通讯间隔时间设置模块设置免维护环流终端监测装置的上送数据间隔时间，上位机根据采集到的数据，自动判断出电缆是否需要重点监测，而自动设置免维护环流终端监测装置的环流采集单元的采样间隔时间和通信时间。
具有上述结构的免维护环流终端监测装置，其电池组采用大容量长寿命电池组，电池10年抗衰减；其环流采集采用哈弗结构互感器，无需断开原来的接地连接线缆，方便监测装置安装；其数据处理采用低功耗设计，采用单片机睡眠技术，单片机功耗可最低降至200uA，配置低功耗控制电路和低功耗通讯协议技术，本监测装置待机功耗可以低至10uA；与上位机优化的通信协议，能有效的利用无线通讯单元、存储单元，能够从平时优化的为每1个小时连接上报一次数据，实现为每分钟采集一个数据点；当上位机设置位时时数据更新时，更改为每分钟建立一次数据通信连接，这样既保证了数据正常时，最低功耗的设计要求，也保证了对时时数据高要求的工况，设备无需布线，即装即用，是升级传统高压电缆接地箱的最方便方案，一次安装可以使用10年，使用寿命长。
本实施例的免维护环流终端监测装置的监测方法：由电池组单元、环流采集单元、数据处理单元、无线通讯单元等构成的免维护环流终端监测装置，其电池组单元采用了大容量长寿命锂离子电池组，其环流采集单元采用了哈弗结构的电流互感器，其数据处理单元采用了低功耗控制电路、ADC芯片、低功耗单片机和低功耗程序设计，其无线通讯单元采用了与上位机优化的可设置采集时间和数据上送时间的TCP通信协议实现免维护环流终端与上位机的通信，免维护环流终端监测装置不使用为待机状态，即装即用，当上位机设置位时时数据更新时，每分钟建立一次数据通信连接，实现每分钟采集/上报一个数据点。
对于该监测方法，由于无线通讯单元采用GPRS 通信模块实现终端通信，采用TCP通信协议，由终端主动发起对上位机的数据请求并建立连接，则数据通信方案采用：当上位机采用固定IP，免维护环流终端对固定IP发起连接；当上位机采用固定IP，免维护环流终端通过DHCP获取服务器IP，在服务器IP获取上位机的IP地址，然后通信TCP连接到上位机上送数据。
对于该监测方法，由于无线通讯单元采用FLASH或EEROM存储数据，则数据存储方案采用：将每次采集的数据，先放置在flash或EEROM,RAM中存储，其优选的采集间隔时间为1分钟，数据存储到指定上送时间时，上送数据；在数据通讯失败情况下，数据继续存储，待下次建立连接上送数据的时候，与新存储的数据一起上送。
对于该监测方法，无线通讯单元采用采用与上位机优化的可设置采集时间和数据上送时间的TCP通信协议进行数据采集/上报通信连接，通讯间隔时间设置和采集时间间隔设置方案：上位机可以按照需求，设置免维护环流终端上送数据间隔时间，以实现低功耗和时时响应数据的均衡；上位机可以按照需求，设置免维护环流终端采集环流数据间隔时间，以实现低功耗和数据采样率的均衡；上位机根据采集数据，自动判断出电缆是否需要重点监测，自动设置免维护环流总段的采样间隔时间和通信时间，自动判断的方式为阈值法。
采用本实施例的免维护环流终端监测方法监测高压电缆环流，无需布线，即装即用，操作简单，终端设备低功耗、使用寿命长。该监测方法，其互感器环采用了哈弗结构，方便安装。该监测方法采用低功耗单片机控制技术，并采用低功耗的程序设计，程序中大量的使用单片机睡眠技术，并配合定时器唤醒，最终中实现了单片机在完成一次采集中，采样20个周期波形，实际采集时间为400ms ，单片机实际使用时间为50us，其余时间都为睡眠，这一技术大大的降低了功耗，实现了低功耗的目标。该监测方法采用了数据采集数据处理技术，采用低功耗的ADC 芯片，对于采集400ms 时间的数据，通过降低ADC 的工作频率，实现了低功耗。该监测方法采用的通讯协议技术，采用可设置采集时间和数据上送时间的通信协议，由免维护终端发起数据请求，并且完成数据发送以后立刻进入休眠，相对于传统的Modbus协议采集，该免维护终端不用一直处于待机状态，等待上位机的采集，这样新的协议加入，降低了95%的功耗。
以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非是对本发明的范围进行限定；以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围；在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的任何修改、等同替换、改进等，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种免维护环流终端监测装置，包括终端壳体，其特征在于：该装置还包括电池组单元、环流采集单元、数据处理单元和无线通讯单元，所述电池组单元、环流采集单元、数据处理单元、无线通讯单元采用模块化结构集成装置于终端壳体中；所述电池组单元采用大容量长寿命锂离子电池组为装置供电；所述环流采集单元采用哈弗结构的电流互感器，不断开原接地线缆即可完成安装；所述数据处理单元采用低功耗设计结构；所述无线通讯单元采用与上位机优化的TCP通信协议实现本装置与上位机的通信。
2.如权利要求1所述的免维护环流终端监测装置，其特征在于：所述数据处理单元包括低功耗控制电路、低功耗单片机和低功耗程序设计。
3.如权利要求1所述的免维护环流终端监测装置，其特征在于：所述低功耗单片机采用ADC芯片。
4.如权利要求1所述的免维护环流终端监测装置，其特征在于：所述数据处理单元的功耗输出为10uA至200uA。
5.如权利要求1所述的免维护环流终端监测装置，其特征在于：所述无线通讯单元包括数据通信模块、数据存储模块、通讯间隔时间设置模块和采集时间间隔设置模块。
6.如权利要求5所述的免维护环流终端监测装置，其特征在于：所述数据通信模块采用GPRS 通信模块实现终端监测装置的通信。
7.如权利要求5所述的免维护环流终端监测装置，其特征在于：所述数据通信模块采用与上位机优化的TCP通信协议，由免维护环流终端监测装置主动发起对上位机的数据请求，并建立连接。
8.如权利要求5所述的免维护环流终端监测装置，其特征在于：所述数据通信模块采用与上位机优化的TCP通信协议进行数据通信连接，上位机采用固定IP，免维护环流终端监测装置对固定IP发起连接。
9.如权利要求5所述的免维护环流终端监测装置，其特征在于：所述数据通信模块采用与上位机优化的TCP通信协议进行数据通信连接，上位机采用固定IP，免维护环流终端监测装置通过DHCP获取服务器IP，在服务器IP获取上位机的IP地址，通信TCP连接到上位机上传送数据。
10.一种根据权利要求1至9中任一项所述的免维护环流终端监测装置的免维护环流终端监测方法，其特征在于：包括了电池组单元、环流采集单元、数据处理单元和无线通讯单元的免维护环流终端监测装置，其电池组单元采用了大容量长寿命锂离子电池组，其环流采集单元采用了哈弗结构的电流互感器，其数据处理单元采用了低功耗控制电路、ADC芯片、低功耗单片机和低功耗程序设计，其无线通讯单元采用了与上位机优化的可设置采集时间和数据上送时间的TCP通信协议实现免维护环流终端与上位机的通信，免维护环流终端监测装置不使用为待机状态，即装即用，当上位机设置位时时数据更新时，每分钟建立一次数据通信连接，实现每分钟采集/上报一个数据点。
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