CN110166970A - 一种综合能源监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种综合能源监测系统及方法，属于综合能源应用技术，方法包括：若干个综合能源传感器、无线传感节点以及综合能源监测装置；各综合能源传感器包括RFID标签，RFID电子标签存储了对应的传输接口类型、传输接口子类型和通信规约；各无线传感节点包括主控单元、Zigbee模块和RFID阅读模块，基于RFID技术与WSN技术，无线传感节点能够实现对多种类型传感器的自识别和数据采集，同时通过ZigBee模块向综合能源监测装置传输采集到的数据，降低接入系统的接口装置的种类和复杂性，提高了系统安装维护的效率，为综合能源系统的实时监测提供了支撑。

Description

一种综合能源监测系统及方法
技术领域
本发明涉及综合能源监测技术领域，具体涉及一种传感器自识别的综合能源监测系统及方法。
背景技术
能源是社会和经济发展的动力和基础。由于传统化石能源日益枯竭，提高能源利用效率、开发新能源、加强能源协调互补成为解决社会经济发展过程中的能源需求增长与能源紧缺之间矛盾的必然选择。2015年国家发改委、能源局在促进智能电网发展的指导意见中明确提出“加强能源互联，促进多种能源优化互补”。2017年1月，国家发改委、能源局发布《关于公布首批多能互补集成优化示范工程的通知》，首批多能互补集成优化示范工程共包含23个项目，表明了我国“多能互补”已经从原始概念走向落地示范。在传统的能源行业中，由于不同能源的本质差异，社会供能系统中，供电、供气、供热/冷环节往往单独规划、单独设计和独立运行，彼此缺乏协调，被认为是造成社会供能系统安全性低、可靠性差、能效低下的一个重要原因。因此，开展综合能源系统相关技术的研究和实践已成为未来能源领域的重要发展方向。
综合能源系统是一个多能互补、集成优化的能源系统，涵盖了以电、热、气为主等多种能源系统。实现不同类型能源的有机协调和协同优化，将成为适应社会能源领域变革，确保社会用能安全和可持续发展的必由之路。为实现多能系统之间的协调控制，首先需要通过各种综合能源传感器采集各种能源系统的相关设备及运行参数。由于各综合能源传感器的传输接口类型、通信协议各不相同，需要安装多种不同类型的传感器接口装置，增加维护的复杂性。
因此，需要研制一种具备传感器自识别的综合能源监测系统，能够自动识别各种综合能源传感器的数据，并能够上送到综合能源管控装置，为综合能源监测提供支撑。
发明内容
本发明为了解决综合能源监测传感器种类繁多，传输接口方式与通信规约多样性造成的传感器接口装置多样，安装维护复杂的问题。本发明提供了一种基于传感器自识别的综合能源监测系统与方法，采用了RFID技术与WSN技术，采用相同的无线传感（WSN）节点识别不同的传感器并建立信息传输，实现综合能源系统中多种能源传感器的数据统一采集，为综合能源监测提供支撑。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种综合能源监测系统，其特征是，包括若干个综合能源传感器、与综合能源传感器一一对应的无线传感节点，以及综合能源监测装置；
各综合能源传感器包括传感器单元和RFID电子标签，传感器单元用于采集数据，RFID电子标签用于存储所述传感器单元的接口类型、接口子类型和通信规约；
各无线传感节点包括主控单元、Zigbee模块和RFID阅读模块，Zigbee模块和RFID阅读模块分别与主控单元连接；所述RFID阅读模块用于读取所述RFID电子标签内存储的数据并传送至主控单元；所述主控单元用于根据所述RFID电子标签内存储的数据连接传感器单元，获取传感器单元采集的数据，并通过Zigbee模块将获取的采集数据上传至综合能源检测装置。
进一步的，所述传感器单元的接口类型包括通信方式传输接口、模拟量传输接口或开关量传输接口；所述主控单元分别通过自身具备的通信传输接口、模拟量采样回路、开关量采样回路与所述传感器单元建立连接。
进一步的，若接口类型为通信方式传输接口，则传输接口子类型包括以下通信方式中任意一种：
RS232、485/422，以太网，GPRS/CDMA，wifi。
进一步的，若接口类型为模拟量传输接口，则传输接口子类型包括以下通信方式中任意一种：
4-20mA /DC、±5V /DC、0—10V /DC模拟量输入方式。
进一步的，若接口类型为开关量传输接口，则传输接口子类型包括以下通信方式中任意一种：
分/合位置信号、档位信号、BCD码开关量输入方式。
进一步的，通信规约类型包括以下任意一种：
Modbus_RTU/TCP、DLT645-1997/2007抄表规约、IEC104、61850规约。
相应的，本发明还提供了一种综合能源监测方法，其特征是，包括以下步骤：
无线传感节点通过其RFID阅读模块读取对应的综合能源传感器的RFID电子标签的存储数据，获得综合能源传感器的接口类型、接口子类型和通信规约；
无线传感节点的主控单元根据接口类型确定综合能源传感器的接口类型为通信方式传输接口时，根据通信方式传输接口的子类型初始化通信传输接口连接综合能源传感器的通信方式传输接口，根据通信规约类型与综合能源传感器建立通信；在确定综合能源传感器的接口类型为模拟量传输接口时，根据模拟量传输接口的子类型初始化模拟量采样回路连接综合能源传感器的模拟量接口，从综合能源传感器的模拟量传输接口采集综合能源传感器的模拟量采样数据；在确定综合能源传感器的接口类型为开关量传输接口时，根据开关量传输接口的子类型初始化开关量采样回路连接综合能源传感器的开关量传输接口，从综合能源传感器的开关量传输接口采集综合能源传感器的开关量采样数据；
无线传感节点通过ZigBee网络将从综合能源传感器获得的采样数据传送给综合能源监测装置。
相应的，本发明还提供了一种无线传感WSN节点，其特征是，包括：
RFID阅读模块，用于读取对应的综合能源传感器的RFID电子标签的存储数据，获得综合能源传感器的接口类型、接口子类型和通信规约；
主控单元，用于在根据接口类型确定综合能源传感器的接口类型为通信方式传输接口时，根据通信方式传输接口的子类型初始化通信传输接口连接综合能源传感器的通信方式传输接口，根据通信规约类型与综合能源传感器建立通信；在确定综合能源传感器的接口类型为模拟量传输接口时，根据模拟量传输接口的子类型初始化模拟量采样回路连接综合能源传感器的模拟量接口，从综合能源传感器的模拟量传输接口采集综合能源传感器的模拟量采样数据；在确定综合能源传感器的接口类型为开关量传输接口时，根据开关量传输接口的子类型初始化开关量采样回路连接综合能源传感器的开关量传输接口，从综合能源传感器的开关量传输接口采集综合能源传感器的开关量采样数据；
ZigBee模块，用于将从综合能源传感器获得的采样数据传送给综合能源监测装置。
相应的，本发明还提供了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上述方法中的步骤。
相应的，本发明还提供了一种计算设备，包括，
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行上述方法中的指令。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明提供的基于传感器自识别的综合能源监测系统基于RFID技术与WSN技术，无线传感（WSN）节点能够实现对多种类型传感器的自识别和数据采集，同时通过ZigBee模块向综合能源监测装置传输采集到的数据，降低接入系统的接口装置的种类和复杂性，提高了系统安装维护的效率，为综合能源系统的实时监控提供了支撑。
附图说明
图1为本发明系统的原理框图；
图2是RFID电子标签内存储的信息；
图3是无线传感节点的原理框图；
图4是本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种基于传感器自识别的综合能源监测系统，参见图1所示，包括综合能源传感器、无线传感节点、综合能源监测装置三个部分。
综合能源传感器包括传感器单元和RFID电子标签，此综合能源传感器可以采用现有的传感器上安装RFID电子标签来实现，RFID电子标签型号为Impinj M4QT/Alien H3。
传感器单元可通过采集接口采集信息并通过传输接口上传采集信息，RFID电子标签如图2所示，存储了传感器单元对应的传感器类型、传输接口类型、传输接口子类型、通信规约类型等信息。
传感器类型可以是温度传感器、湿度传感器、电压传感器、电流传感器、开关传感器等等。
传输接口类型可以是通信方式传输接口、模拟量传输接口或开关量传输接口中的任一种。
如果采用通信方式传输接口，通信方式传输接口子类型可以是RS232、485/422，以太网，GPRS/CDMA，wifi多种通信方式中的任一种。
如果采用模拟量传输接口，模拟量传输接口子类型可以是4-20mA /DC、±5V /DC、0—10V /DC等模拟量输入方式中的任一种。
如果采开关量传输接口，开关量传输接口子类型可以是分/合位置信号、档位信号、BCD码等开关量输入方式中的任一种。
通信规约类型可以是Modbus_RTU/TCP（可配置）、DLT645-1997/2007抄表规约、IEC104、61850等规约。
综合能源传感器具备传输接口类型与通信协议由生产厂家提供。
无线传感（WSN）节点如图3所示，包含了主控单元、存储器、电池、Zigbee模块、RFID阅读模块、多种类型传输接口，主控单元采用ADSP-21469芯片，存储器采用AT27LV256EPROM芯片，电池采用两节7号电池，ZigBee模块采用CC2530芯片，RFID阅读模块采用IMPINJR2000射频芯片。
每一个无线传感节点对应一个综合能源传感器，通过RFID阅读模块读取传感器的类型和传输接口参数，根据读取到的参数自动与传感器建立有效传输，获取传感器信息，并将传感器信息通过ZigBee模块传输给综合能源管控装置。无线传感节点的传输接口类型支持通信方式传输接口、模拟量传输接口、开关量传输接口。通信方式传输接口子类型支持RS232、485/422，以太网，GPRS/CDMA，wifi多种通信方式，通信传输规约类型支持Modbus_RTU/TCP（可配置）、DLT645-1997/2007抄表规约、IEC104、61850等规约。模拟量传输接口子类型支持4-20mA /DC、±5V /DC、0—10V /DC等模拟量输入方式。开关量传输接口子类型支持分/合位置信号、档位信号、BCD码等开关量输入方式。
向下与综合能源传感器的通信传输规约类型支持Modbus_RTU/TCP（可配置）、DLT645-1997/2007抄表规约、IEC104、61850等规约。
向上与综合能源监测装置的通信传输规约类型支持IEC101、104、CDT、61850、Modbus、DL/T645、MQTT、COAP等规约。
综合能源监测装置可以同时与多个无线传感节点通过ZigBee进行通信，应用多个无线传感节点传输的各种综合能源传感器信息，为综合能源监测提供支撑。
基于上述传感器自识别的综合能源监测系统，本发明的一种基于传感器自识别的综合能源监测方法，参见图4所示，包括以下过程：
（1）由无线传感节点的RFID读写模块读取传感器的RFID电子标签；
（2）根据电子标签内信息（即传输接口类型）判断传感器是否为传输接口，如果是，根据传输接口子类型初始化通信硬件接口，根据通信传输规约类型与传感器建立通信，然后转到（5），如果不是则转到（3）；
（3）根据电子标签信息（即传输接口类型）判断传感器是否为模拟量接口传输，如果是，根据传输接口子类型初始化模拟量采样回路，对传感器的模拟量接口进行模拟量采样计算，然后转到（5），如果不是则转到（4）；
（4）根据电子标签信息（即传输接口类型）判断传感器为开关量接口传输，根据传输接口子类型初始化开关量采样回路，对传感器的开关量接口进行开关量采样；
（5）将从传感器获取或采集的信息通过ZigBee模块传送给综合能源监测装置。
相应的，本发明还提供了一种无线传感WSN节点，包括：
RFID阅读模块，用于读取对应的综合能源传感器的RFID电子标签的存储数据，获得综合能源传感器的接口类型、接口子类型和通信规约；
主控单元，用于在根据接口类型确定综合能源传感器的接口类型为通信方式传输接口时，根据通信方式传输接口的子类型初始化通信传输接口连接综合能源传感器的通信方式传输接口，根据通信规约类型与综合能源传感器建立通信；在确定综合能源传感器的接口类型为模拟量传输接口时，根据模拟量传输接口的子类型初始化模拟量采样回路连接综合能源传感器的模拟量接口，从综合能源传感器的模拟量传输接口采集综合能源传感器的模拟量采样数据；在确定综合能源传感器的接口类型为开关量传输接口时，根据开关量传输接口的子类型初始化开关量采样回路连接综合能源传感器的开关量传输接口，从综合能源传感器的开关量传输接口采集综合能源传感器的开关量采样数据；
ZigBee模块，用于将从综合能源传感器获得的采样数据传送给综合能源监测装置。
相应的，本发明还提供了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上述方法中的步骤。
相应的，本发明还提供了一种计算设备，包括，
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行上述方法中的指令。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种综合能源监测系统，其特征是，包括若干个综合能源传感器、与综合能源传感器一一对应的无线传感节点，以及综合能源监测装置；
各综合能源传感器包括传感器单元和RFID电子标签，传感器单元用于采集数据，RFID电子标签用于存储所述传感器单元的接口类型、接口子类型和通信规约；
各无线传感节点包括主控单元、Zigbee模块和RFID阅读模块，Zigbee模块和RFID阅读模块分别与主控单元连接；所述RFID阅读模块用于读取所述RFID电子标签内存储的数据并传送至主控单元；所述主控单元用于根据所述RFID电子标签内存储的数据连接传感器单元，获取传感器单元采集的数据，并通过Zigbee模块将获取的采集数据上传至综合能源检测装置。
2.根据权利要求1所述的一种综合能源监测系统，其特征是，所述传感器单元的接口类型包括通信方式传输接口、模拟量传输接口或开关量传输接口；所述主控单元分别通过自身具备的通信传输接口、模拟量采样回路、开关量采样回路与所述传感器单元建立连接。
3.根据权利要求2所述的一种综合能源监测系统，其特征是，若接口类型为通信方式传输接口，则传输接口子类型包括以下通信方式中任意一种：
RS232、485/422，以太网，GPRS/CDMA，wifi。
4.根据权利要求2所述的一种综合能源监测系统，其特征是，若接口类型为模拟量传输接口，则传输接口子类型包括以下通信方式中任意一种：
4-20mA /DC、±5V /DC、0—10V /DC模拟量输入方式。
5.根据权利要求2所述的一种综合能源监测系统，其特征是，若接口类型为开关量传输接口，则传输接口子类型包括以下通信方式中任意一种：
分/合位置信号、档位信号、BCD码开关量输入方式。
6.根据权利要求1所述的一种综合能源监测系统，其特征是，通信规约类型包括以下任意一种：
Modbus_RTU/TCP、DLT645-1997/2007抄表规约、IEC104、61850规约。
7.一种综合能源监测方法，其特征是，包括以下步骤：
无线传感节点通过其RFID阅读模块读取对应的综合能源传感器的RFID电子标签的存储数据，获得综合能源传感器的接口类型、接口子类型和通信规约；
无线传感节点的主控单元根据接口类型确定综合能源传感器的接口类型为通信方式传输接口时，根据通信方式传输接口的子类型初始化通信传输接口连接综合能源传感器的通信方式传输接口，根据通信规约类型与综合能源传感器建立通信；在确定综合能源传感器的接口类型为模拟量传输接口时，根据模拟量传输接口的子类型初始化模拟量采样回路连接综合能源传感器的模拟量接口，从综合能源传感器的模拟量传输接口采集综合能源传感器的模拟量采样数据；在确定综合能源传感器的接口类型为开关量传输接口时，根据开关量传输接口的子类型初始化开关量采样回路连接综合能源传感器的开关量传输接口，从综合能源传感器的开关量传输接口采集综合能源传感器的开关量采样数据；
无线传感节点通过ZigBee网络将从综合能源传感器获得的采样数据传送给综合能源监测装置。
8.一种无线传感WSN节点，其特征是，包括：
RFID阅读模块，用于读取对应的综合能源传感器的RFID电子标签的存储数据，获得综合能源传感器的接口类型、接口子类型和通信规约；
主控单元，用于在根据接口类型确定综合能源传感器的接口类型为通信方式传输接口时，根据通信方式传输接口的子类型初始化通信传输接口连接综合能源传感器的通信方式传输接口，根据通信规约类型与综合能源传感器建立通信；在确定综合能源传感器的接口类型为模拟量传输接口时，根据模拟量传输接口的子类型初始化模拟量采样回路连接综合能源传感器的模拟量接口，从综合能源传感器的模拟量传输接口采集综合能源传感器的模拟量采样数据；在确定综合能源传感器的接口类型为开关量传输接口时，根据开关量传输接口的子类型初始化开关量采样回路连接综合能源传感器的开关量传输接口，从综合能源传感器的开关量传输接口采集综合能源传感器的开关量采样数据；
ZigBee模块，用于将从综合能源传感器获得的采样数据传送给综合能源监测装置。
9.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行权利要求7所述一种综合能源监测方法中的步骤。
10.一种计算设备，包括，一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行权利要求7所述一种综合能源监测方法中的指令。
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