CN112903144A - 一种基于rfid的电缆头温度监测显示装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于RFID的电缆头温度监测显示装置、系统及方法，该装置包括主控制系统、RFID数据采集模块、射频增益天线、多个RFID温度监测模块、以及分别与主控制系统连接的电源管理模块、网络传输模块、LCD显示模块、本地数据传输接口、本地报警模块；主控制系统与RFID数据采集模块设置于与RFID温度监测模块具有设定距离的位置，多个RFID温度监测模块安装在变电站的电缆头上，用于检测电缆头的实时温度信号。本发明的系统包含上述的装置。本发明的方法应用于上述的系统。本发明应用物联网实现无线网络传输，可以提高测温精度与实时性，实现对变电站各类电缆头的温度监测，从而解决变电站电缆头易发热，产生高温导致电路设备故障以及事故的实时监测的问题。

Description

一种基于RFID的电缆头温度监测显示装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种基于RFID的电缆头温度监测显示装置、系统及应用于该系统的控制方法。

背景技术

电力设备温度过高将直接影响其可靠性，如不能及时发现并加以控制，过热程度加剧将对绝缘材料的性能及设备寿命产生很大的影响。

现有的变电站电缆接头测温装置，使用红外或红外摄像方式实现，仅能实现对外露接口进行测温，不能测量装有电缆堵头、梅花触头等非外露接触点进行有效温度监测。

现有的变电站RFID电缆接头测温装置，仅支持通过有线网络或串口将监测数据传输至网关等其他设备。如在未能实现有线网络覆盖的变电站，不能将数据上传至服务器，不能实现本地巡检时检查测温数据。

现有的电缆头温度在线监测系统中大多采用有线方式，在各点安放温度传感器。但在有些情况下，监测点较多，布线、维护困难，容易导致损坏；或者有时布线困难。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种可以实现对变电站各类型电缆接头的温度监测，能够解决变电站电缆接头易发热，产生高温导致电路设备故障以及事故的实时监测的基于RFID的电缆头温度监测显示装置。

本发明的第二目的是提供一种应用物联网实现无线网络传输，可以解决尚未有有线网络或不能实现接通有线网络的变电站，无法实现远程实时监控的困扰的基于RFID的电缆头温度监测显示系统。

本发明的第三目的是提供一种可以提高测温精度与实时性、节省成本，可以预防高温异常而引起二次事故，为安全供电提供有力保障的基于RFID的电缆头温度监测显示系统的控制方法。

为了实现上述第一目的，本发明提供的一种基于RFID的电缆头温度监测显示装置，包括主控制系统、RFID数据采集模块、射频增益天线、多个RFID温度监测模块、以及分别与所述主控制系统连接的电源管理模块、网络传输模块、LCD显示模块、本地数据传输接口、本地报警模块；所述主控制系统与所述RFID数据采集模块设置于与所述RFID温度监测模块具有设定距离的位置，多个所述RFID温度监测模块安装在变电站的电缆头上，用于检测所述电缆头的实时温度信号；其中，所述主控制系统与所述RFID数据采集模块连接，用于向所述所述RFID数据采集模块发送测温指令，所述RFID数据采集模块用于通过所述射频增益天线向所述射频增益天线覆盖范围内的各个所述RFID温度监测模块发送所述测温指令以及射频信号，以及接收所述RFID温度监测模块测得的实时温度信号。

进一步的方案中，所述RFID温度监测模块包括RFID温度传感器以及RFID天线，所述RFID温度传感器安装在电缆头上，将所述RFID温度传感器测得的温度信号通过所述RFID天线发送至所述RFID数据采集模块。

更进一步的方案中，所述RFID温度传感器被浇筑封装在环氧树脂内。

更进一步的方案中，所述RFID温度传感器包括无源RFID收发电路以及温度传感器，其中，所述无源RFID收发电路的工作电流来自于所述射频增益天线所发送的射频信号，所述无源RFID收发电路与所述温度传感器连接，并将所述温度传感器测得的温度信号通过所述RFID天线发送至所述RFID数据采集模块。

更进一步的方案中，所述RFID天线为可调角度磁吸RFID天线，所述可调角度磁吸天线包括外壳、设置于所述外壳内的RFID陶瓷天线、设置在所述外壳上的可调节底座、以及设置于所述可调节底座上的多个均匀分布的强力磁铁。

更进一步的方案中，所述主控制系统采用iMX6ULL处理器。

为了实现上述第二目的，本发明提供的一种基于RFID的电缆头温度监测显示系统，包括上述的电缆头温度监测显示装置、后台服务器以及远程监测平台，所述电缆头温度监测显示装置通过网络传输模块与所述后台服务器通信连接，将RFID温度传感器测得的实时温度信号和RFID温度传感器的标识发送至所述远程监测平台。

进一步的方案中，所述远程监测平台包括：输入单元，与所述电缆头温度监测显示装置通过网络传输模块建立无线通信连接；比较单元，与所述输入单元连接，用于接收所述电缆头温度监测显示装置发送的实时温度信号与预设安全值比较后输出；报警单元，连接于所述比较单元，在所述比较单元的输出信号值超出安全值时输出报警信号。

为了实现上述第三目的，本发明提供的一种基于RFID的电缆头温度监测显示系统的控制方法，所述电缆头温度监测显示系统是采用上述的电缆头温度监测显示系统，所述方法包括以下步骤：主控制系统实时或定时发送测温指令至RFID数据采集模块；RFID数据采集模块接收所述测温指令，对其进行信号调制，通过射频增益天线向所述射频增益天线覆盖范围内的各个RFID温度监测模块发送测温命令以及提供RFID温度传感器测温所需的能量的射频信号；接收到所述测温命令和所述射频信号的各个RFID温度传感器进入天线电磁波范围内，对各自所在的电缆头进行测温，并将测温得到的温度数据和RFID信息通过所述RFID天线发送给所述RFID数据采集模块；主控制系统接收到所述RFID数据采集模块所发送的解调后的载波信号，解析处理RFID信息和温度数据，将计算出的温度数据集成到显示数据集，向LCD显示模块、远程监测平台发送显示数据集，其中，所述显示数据集包括传感器安装位置、传感器编码、温度数据、信号强度及时间。

进一步的方案中，当RFID数据采集模块接收所述测温指令后，经ASK调制为860～960MHz超高频信号，通过射频增益天线发射电磁波；RFID测温传感器进入天线电磁波范围内，通过能量收集技术收集能量，使RFID温度传感器内无源RFID收发电路和温度传感器启动工作，再通过RFID天线返回数据，由RFID数据采集模块接收数据后进行解调解码，并发送数据至主控制系统。

由此可见，本发明通过设置主控制系统、RFID数据采集模块、射频增益天线、多个RFID温度监测模块，能够实时监测变电站的电缆头温度，能够实现较远距离的测试，且不用设置电源，并能检测较多的温度点，减少巡视工作量，实现对变电站各类电缆接头的温度监测。

进一步的，可以实现温度监测数据在本地实时保存、显示以及本地巡检查询监测记录，解决尚未有有线网络覆盖的变电站或不能实现接通有线网络的变电站，无法在本地查询温度监测数据和报警记录的困扰。

另外，本发明应用物联网实现无线网络传输，可通过无线方式远行远程传输，实现温度监测数据的通过多种网络或接口方式上传至服务器，实现对变电站各类型电缆接头的温度监测，达到运行人员不到设备现场，即能获取设备温度数据的目的，可以解决尚未有有线网络或不能实现接通有线网络的变电站，无法实现远程实时监控的困扰，可以解决变电站电缆接头易发热，产生高温导致电路设备故障以及事故的实时监测。

附图说明

图1是本发明一种基于RFID的电缆头温度监测显示装置实施例的原理图。

图2是本发明一种基于RFID的电缆头温度监测显示装置实施例中RFID天线的第一角度的结构示意图。

图3是本发明一种基于RFID的电缆头温度监测显示装置实施例中RFID天线的第二角度的结构示意图。

图4是本发明一种基于RFID的电缆头温度监测显示装置实施例中RFID天线处于角度调节状态的结构示意图。

图5是本发明一种基于RFID的电缆头温度监测显示装置实施例中RFID天线的立体分解图。

图6是本发明一种基于RFID的电缆头温度监测显示系统实施例的原理图。

图7是本发明一种基于RFID的电缆头温度监测显示系统的控制方法实施例的流程图。

图8是本发明一种基于RFID的电缆头温度监测显示系统的控制方法实施例的原理图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

一种基于RFID的电缆头温度监测显示装置实施例：

参见图1，本发明的一种基于RFID的电缆头温度监测显示装置100，包括主控制系统1、RFID数据采集模块2、射频增益天线11、多个RFID温度监测模块、以及分别与主控制系统1连接的电源管理模块4、网络传输模块5、LCD显示模块6、本地数据传输接口7、本地报警模块8。

其中，本实施例的主控制系统1采用iMX6ULL处理器，嵌入式Linux，嵌入式Qt应用程序。

其中，本实施例的LCD显示模块6为带有7英寸LCD显示屏，与iMX6ULL处理器连接，可以显示温度监测数据、警报信息、设备状态等。

其中，本实施例的电源管理模块4采用开关电源将220v的交流电转换为直流电压，再利用低压线性稳压器为各个子模块供电，可以使用220V交流电或12V直流电。

其中，本实施例的网络传输模块5可使用有线网络、4G物联网络模块，用于组建有线网络或无线网络等，通过网络，可以上传实时监测数据至后台服务器，并由远程监测平台实时监控。

其中，本实施例的本地数据传输接口7为RS232/485串口，通过本地数据传输接口7，可以为其他网关、电脑等本地设备提供实时监测数据。

其中，通过本地报警模块8连接的警报设备，可以产生高温警报的声光信号。

在本实施例中，主控制系统1与RFID数据采集模块2设置于与RFID温度监测模块具有设定距离的位置，多个RFID温度监测模块安装在变电站的电缆头上，用于检测电缆头的实时温度信号。

其中，主控制系统1与RFID数据采集模块2连接，用于向RFID数据采集模块2发送测温指令，RFID数据采集模块2用于通过射频增益天线11向射频增益天线11覆盖范围内的各个RFID温度监测模块发送测温指令以及射频信号，以及接收RFID温度监测模块测得的实时温度信号。

在本实施例中，RFID温度监测模块包括RFID温度传感器3以及RFID天线，RFID温度传感器3安装在电缆头上，将RFID温度传感器3测得的温度信号通过RFID天线发送至RFID数据采集模块2。

在本实施例中，RFID温度传感器3包括无源RFID收发电路以及温度传感器，其中，无源RFID收发电路的工作电流来自于射频增益天线11所发送的射频信号，无源RFID收发电路与温度传感器连接，并将温度传感器测得的温度信号通过RFID天线发送至RFID数据采集模块2。

其中，参见图2至图5，RFID天线为可调角度磁吸RFID天线，可调角度磁吸天线包括外壳101、设置于外壳101内的RFID陶瓷天线61、设置在外壳101上的可调节底座21、设置于可调节底座21上的多个均匀分布的强力磁铁111以及外壳活动轴31、调节支撑杆41，RFID陶瓷天线61的本体设置于外壳101内，并且RFID陶瓷天线61的天线端611外露于外壳101外，装有RFID陶瓷天线61的外壳101与可调节底座21之间通过外壳活动轴31转动连接在一起，调节支撑杆41的一端与外壳101的连接端铰接，调节支撑杆41的另一端滑动连接在可调节底座21的滑槽内，以调节外壳101与可调节底座21之间夹角，促使RFID陶瓷天线61对准电缆头温度监测系统中的RFID温度传感器3。

进一步的，可调节底座21两侧设有滑槽，滑槽一侧设有多个定位孔，当调节支撑杆41的另一端连接在可调节底座21的滑槽内时，通过设置在滑槽上的多个定位孔自由调节角度，从而调节外壳101与可调节底座21之间的夹角范围。

进一步的，当调节到预定角度时，通过预留在调节支撑杆41上的调节螺丝411使得调节支撑杆41的另一端固定在滑槽的定位孔中。

进一步的，外壳101包括上壳体71以及下壳体51，由上壳体71、下壳体51固定贴合形成外壳内腔，RFID陶瓷天线61的本体设于外壳内腔，并且在外壳101上设有一个可容RFID陶瓷天线61的天线端611伸出的通孔。

进一步的，外壳活动轴31设于下壳体51上端，可调节底座21上端设有活动轴连接部，下壳体51上端的外壳活动轴31与可调节底座21上端的活动轴连接部可转动连接。

进一步的，下壳体51一侧设有连接端，调节支撑杆41的一端与下壳体51的连接端铰接。

其中，RFID温度传感器3被浇筑封装在环氧树脂内。

具体地，电缆头运行在高电压、大电流的状态，且经常出现强烈的电磁暂态过程，产生强电场、磁场及强电磁，对微电子系统及微弱信号的处理产生不利影响。RFID温度传感器3直接安装在电缆头上，因此将整个RFID温度传感器3浇铸封装在环氧树脂内，固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电和耐电弧的优良绝缘材料，起到很好的隔离作用。

此外，RFID温度传感器3中的温度传感器从浇铸封装好的环氧树脂中伸出直接固定在待测电缆头上，与测温点处于同一电位，减少电场的影响。为消除随机干扰，利用电缆头温度变化相对缓慢的特点，无线温度传感器对检测点的温度信号反复接收，多次采集，排除异常数据以保证数据可靠，通过以上综合措施，整机有了较好的抗干扰能力，测量数据稳定可靠。

一种基于RFID的电缆头温度监测显示系统实施例：

参见图6，本发明提供的一种基于RFID的电缆头温度监测显示系统，包括上述的电缆头温度监测显示装置100、后台服务器9以及远程监测平台10，电缆头温度监测显示装置通过网络传输模块5与后台服务器9通信连接，将RFID温度传感器3测得的实时温度信号和RFID温度传感器3的标识发送至远程监测平台10。

进一步的，远程监测平台10包括：输入单元，与电缆头温度监测显示装置100通过网络传输模块5建立无线通信连接；比较单元，与输入单元连接，用于接收电缆头温度监测显示装置100发送的实时温度信号与预设安全值比较后输出；报警单元，连接于比较单元，在比较单元的输出信号值超出安全值时输出报警信号。

一种基于RFID的电缆头温度监测显示系统的控制方法实施例：

如图7和图8所示，本发明提供的一种基于RFID的电缆头温度监测显示系统的控制方法，电缆头温度监测显示系统是采用上述的电缆头温度监测显示系统，方法包括以下步骤：

步骤S1、主控制系统1实时或定时发送测温指令至RFID数据采集模块2。其中，主控制系统1与RFID数据采集模块2通过RS232接口连接，通讯指令遵循EPC C1 G2(ISO18000-6C)协议并增加了自定义测温命令(0x20)。

步骤S2、RFID数据采集模块2接收测温指令，对其进行信号调制，通过射频增益天线11向射频增益天线11覆盖范围内的各个RFID温度监测模块发送测温命令以及提供RFID温度传感器3测温所需的能量的射频信号。

步骤S3、接收到测温命令和射频信号的各个RFID温度传感器3进入天线电磁波范围内，对各自所在的电缆头进行测温，并将测温得到的温度数据和RFID信息通过RFID天线发送给RFID数据采集模块2。

步骤S4、主控制系统1接收到RFID数据采集模块2所发送的解调后的载波信号，解析处理RFID信息和温度数据，将计算出的温度数据集成到显示数据集，向LCD显示模块6、远程监测平台10发送显示数据集，其中，显示数据集包括传感器安装位置、传感器编码、温度数据、信号强度及时间。

具体地，在上述步骤S4中，主控制系统1收到RFID数据采集模块2的数据为十六进制字符串，主控制系统1将其解析出EPC号、温度值和信号强度(指令内容及计算公式如下表(A)和(B))，再通过公式(一)计算出温度数据集成到显示数据集，显示数据集包含传感器安装位置、传感器编码、温度、信号强度、时间。当采集温度超过报警温度或30秒内的温度变化超过2摄氏度时产生报警。当某一传感器产生报警时，显示数据集中对应的传感器在显示屏中显示背景为红色、本地报警模块8输出报警信号，本地数据保存报警记录，报警记录包含传感器安装位置、传感器编码、温度、信号强度、时间。

进一步的，当RFID数据采集模块2接收测温指令后，经ASK调制为860～960MHz超高频信号，通过射频增益天线11发射电磁波；RFID测温传感器进入天线电磁波范围内，通过能量收集技术收集能量，使RFID温度传感器3内无源RFID收发电路和温度传感器启动工作，再通过RFID天线返回数据，由RFID数据采集模块2接收数据后进行解调解码，并发送数据至主控制系统1。

本实施例的网络传输数据协议符合IEC104规约规范，串口传输协议规范符合Modbus RTU/TCP。

本实施例的主控制系统1带有LCD触摸显示屏，可在脱机状态下设置本地时间，配置网络通信地址和Modbus通讯地址，搜索有效范围内的传感器信息，设置传感器安装位置，设置报警温度，查询本地数据记录，查询报警记录数据，产生报警时可手动消除警报，可检查RFID数据采集模块2连接状态、天线连接状态、查询主控制系统1内部温度。主控制系统1启动自检，人工操作设置时信息提示。

在本实施例中，表(A)、(B)如下：

表(A)、发送指令：

其中，Length：指令长度；Address：RFID数据采集模块2地址；Command：指令；EPCID：测温传感器EPC号；CRC-16：校验。

表(B)、响应指令：

其中，Length：指令长度；Address：RFID数据采集模块2地址；Command：指令；Status：数据传输状态；Ant：天线；Number：测温传感器数量；EPCID：测温传感器EPC号；Temperature：温度数据；RSSI：信号强度；CRC-16：校验。

温度数据计算如公式(一)：

计算公式：Temperature＝(T-F*C)*0.01(一)

Bit[23]：表示零上或零下F；Bit[22:16]：表示校准数据C；Bit[15:0]：表示温度数值T。

由此可见，本发明通过设置主控制系统1、RFID数据采集模块2、射频增益天线11、多个RFID温度监测模块，能够实时监测变电站的电缆头温度，能够实现较远距离的测试，且不用设置电源，并能检测较多的温度点，减少巡视工作量，实现对变电站各类电缆接头的温度监测。

进一步的，可以实现温度监测数据在本地实时保存、显示以及本地巡检查询监测记录，解决尚未有有线网络覆盖的变电站或不能实现接通有线网络的变电站，无法在本地查询温度监测数据和报警记录的困扰。

另外，本发明应用物联网实现无线网络传输，可通过无线方式远行远程传输，实现温度监测数据的通过多种网络或接口方式上传至服务器，实现对变电站各类型电缆接头的温度监测，达到运行人员不到设备现场，即能获取设备温度数据的目的，可以解决尚未有有线网络或不能实现接通有线网络的变电站，无法实现远程实时监控的困扰，可以解决变电站电缆接头易发热，产生高温导致电路设备故障以及事故的实时监测。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于RFID的电缆头温度监测显示装置，其特征在于，包括：

主控制系统、RFID数据采集模块、射频增益天线、多个RFID温度监测模块、以及分别与所述主控制系统连接的电源管理模块、网络传输模块、LCD显示模块、本地数据传输接口、本地报警模块；

所述主控制系统与所述RFID数据采集模块设置于与所述RFID温度监测模块具有设定距离的位置，多个所述RFID温度监测模块安装在变电站的电缆头上，用于检测所述电缆头的实时温度信号；

其中，所述主控制系统与所述RFID数据采集模块连接，用于向所述所述RFID数据采集模块发送测温指令，所述RFID数据采集模块用于通过所述射频增益天线向所述射频增益天线覆盖范围内的各个所述RFID温度监测模块发送所述测温指令以及射频信号，以及接收所述RFID温度监测模块测得的实时温度信号。

2.根据权利要求1所述的电缆头温度监测显示装置，其特征在于：

所述RFID温度监测模块包括RFID温度传感器以及RFID天线，所述RFID温度传感器安装在电缆头上，将所述RFID温度传感器测得的温度信号通过所述RFID天线发送至所述RFID数据采集模块。

3.根据权利要求2所述的电缆头温度监测显示装置，其特征在于：

所述RFID温度传感器被浇筑封装在环氧树脂内。

4.根据权利要求2所述的电缆头温度监测显示装置，其特征在于：

所述RFID温度传感器包括无源RFID收发电路以及温度传感器，其中，所述无源RFID收发电路的工作电流来自于所述射频增益天线所发送的射频信号，所述无源RFID收发电路与所述温度传感器连接，并将所述温度传感器测得的温度信号通过所述RFID天线发送至所述RFID数据采集模块。

5.根据权利要求2所述的电缆头温度监测显示装置，其特征在于：

所述RFID天线为可调角度磁吸RFID天线，所述可调角度磁吸天线包括外壳、设置于所述外壳内的RFID陶瓷天线、设置在所述外壳上的可调节底座、以及设置于所述可调节底座上的多个均匀分布的强力磁铁。

6.根据权利要求1至5任一项所述的电缆头温度监测显示装置，其特征在于：

所述主控制系统采用iMX6ULL处理器。

7.一种基于RFID的电缆头温度监测显示系统，其特征在于，包括如权利要求1至6任一项所述的电缆头温度监测显示装置、后台服务器以及远程监测平台，所述电缆头温度监测显示装置通过网络传输模块与所述后台服务器通信连接，将RFID温度传感器测得的实时温度信号和RFID温度传感器的标识发送至所述远程监测平台。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：

所述远程监测平台包括：

输入单元，与所述电缆头温度监测显示装置通过网络传输模块建立无线通信连接；

比较单元，与所述输入单元连接，用于接收所述电缆头温度监测显示装置发送的实时温度信号与预设安全值比较后输出；

报警单元，连接于所述比较单元，在所述比较单元的输出信号值超出安全值时输出报警信号。

9.一种基于RFID的电缆头温度监测显示系统的控制方法，其特征在于，所述电缆头温度监测显示系统是采用上述权利要求7或8任一项所述的电缆头温度监测显示系统，所述方法包括以下步骤：

主控制系统实时或定时发送测温指令至RFID数据采集模块；

RFID数据采集模块接收所述测温指令，对其进行信号调制，通过射频增益天线向所述射频增益天线覆盖范围内的各个RFID温度监测模块发送测温命令以及提供RFID温度传感器测温所需的能量的射频信号；

接收到所述测温命令和所述射频信号的各个RFID温度传感器进入天线电磁波范围内，对各自所在的电缆头进行测温，并将测温得到的温度数据和RFID信息通过所述RFID天线发送给所述RFID数据采集模块；

主控制系统接收到所述RFID数据采集模块所发送的解调后的载波信号，解析处理RFID信息和温度数据，将计算出的温度数据集成到显示数据集，向LCD显示模块、远程监测平台发送显示数据集，其中，所述显示数据集包括传感器安装位置、传感器编码、温度数据、信号强度及时间。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：

当RFID数据采集模块接收所述测温指令后，经ASK调制为860～960MHz超高频信号，通过射频增益天线发射电磁波；RFID测温传感器进入天线电磁波范围内，通过能量收集技术收集能量，使RFID温度传感器内无源RFID收发电路和温度传感器启动工作，再通过RFID天线返回数据，由RFID数据采集模块接收数据后进行解调解码，并发送数据至主控制系统。

Images