CN201654983U

CN201654983U - 基于Zigbee技术的近距离无线负荷监测仪系统

Info

Publication number: CN201654983U
Application number: CN2010201043552U
Authority: CN
Inventors: 王宏毅; 余进; 周虹; 吴培国
Original assignee: SHANGHAI ELECTRIC POWER METER TECHNOLOGY SERVICE CO LTD; Shanghai Municipal Electric Power Co
Current assignee: SHANGHAI ELECTRIC POWER METER TECHNOLOGY SERVICE CO LTD; Shanghai Municipal Electric Power Co
Priority date: 2010-01-29
Filing date: 2010-01-29
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2020-01-29

Abstract

本实用新型公开了一种基于Zigbee技术的近距离无线负荷监测仪系统。该包括：通过有线或者无线通信连接中继器，同时有线通信连接无线负荷监测仪的网关集中器；复数个通过有线或者无线通信桥接在网关集中器与无线负荷监测仪之间的中继器；复数个采集终端通信模块的无线负荷监测仪，通过有线或者无线通信连接中继器。由于本实用新型所述系统是基于Zigbee近距离无线网络技术开发的，并根据以往的实际运行经验，对小无线网络的应用层进行了系统的研究与开发，由于应用层的完善，使得Zigbee技术在本系统中充分实现了项目的各种需求，使得其具备功耗低、数据传输可靠、网络容量大、兼容性强、安全性高以及实现成本低等优点。

Description

基于Zigbee技术的近距离无线负荷监测仪系统

技术领域：

本实用新型涉及一种负荷监测仪系统，特别涉及一种基于Zigbee技术的近距离无线负荷监测仪系统。

背景技术：

电力通信技术在近年得到了飞速的发展，在需求侧管理系统、负荷监测系统、配网自动化等领域各种通信技术各显神通，互为补缺，目前大力推广的GPRS/CDMA远程通信技术、无线专网电台数传技术、电力线载波通信技术在各自的适用环境中发挥了极大的作用。这些通信技术的成功应用使得分布在应用现场的电力设备、仪表的实时数据、故障信息自动的、实时的汇集到电力公司的信息管理平台，为负荷控制、线损分析、自动配网提供了真实基础的数据。

但在众多的大中城市里，许多需要监测的电力设备分布在建筑物地下室，GPRS/CDMA的信号无法覆盖；或在同一区域或楼宇内有较多分散的电力设备需要监控，而又无法实现现场布线；或者在居民用户区域(同一楼宇内)，希望通过分点采集，集中传输来降低通信设备成本，针对这些需求，近距离无线网络的通信技术正好可以实现。

当前电力行业正在大力掀起的精细化生产的浪潮，这个需要数据系统平台对分析、监控的区片进行全覆盖，近距离无线技术可以弥补电信运营商的网络盲点，给电力管理部门提供一个选择。

实用新型内容：

鉴于上述现有技术局限和应用需求，本实用新型的目的是提供一种基于Zigbee技术的近距离无线负荷监测仪系统。该系统利用Zigbee技术可以实现对固定区域或空间内电力设备的检测和监控。

以下为具体技术方案：

本实用新型所述的基于Zigbee技术的近距离无线负荷监测仪系统，包括：

一网关集中器，通过有线或者无线通信连接中继器，同时有线通信连接无线负荷监测仪，以及和远程终端(计算机客户端)无线通信连接；

复数个中继器，通过有线或者无线通信桥接在网关集中器与无线负荷监测仪之间，所述中继器间通过有线通信实现相互间连接；

复数个采集终端通信模块的无线负荷监测仪，通过有线或者无线通信连接中继器，同时有线通信连接网关集中器，以及和本地主机(计算机客户端)无线通信连接。

所述系统中通过无线通信与网关集中器还连接有本地主机(计算机客户端)和远程终端(计算机客户端)。

所述网关集中器内部电路和结构构造包括：

一用来缓存通信任务中待发送的数据与已接收待处理的数据的数据缓存模块；

一用来存储需要保存的设备参数以及负荷监测仪的数据(包括负荷监测仪的小时数据、日统计数据)和情况信息，并具有掉电保存的功能的FLASH闪存模块；

复数个分别用来指示设备的工作状态、与远程主站的通信状态、局域网内的通信状态，并可实时观察各模块是的数据收发状态的信号指示灯；

一负责有线通信的RS485接口模块；

一在GSM上承载无线数据业务，内置TCP/IP协议栈的GPRS/CDMA模块；

一设有近距离无线局域网协议的Zigbee模块；

一与上述模块分别通信连接的CPU主控处理模块；

一与GPRS/CDMA模块连接的SIM卡；以及，

分别与上述所有电路模块和部件连接的电源模块。

所述中继器内部电路和结构构造包括：

一用来存储需要保存的设备参数，并具有掉电保存的功能的FLASH闪存模块；

复数个分别用来指示设备的工作状态、局域网内的通信状态，并可实时观察各模块是的数据收发状态的信号指示灯；

一负责有线通信的RS485接口模块；

一用来管理集中器的镍氢充电电池，低压启动大电流或涓流充电，并具备过热保护功能的电池管理模块；

一设有近距离无线局域网协议的Zigbee模块；

一与上述模块分别通信连接的CPU主控处理模块；

一与电池管理模块连接的电池容仓；以及，

分别与上述所有电路模块和部件连接的电源模块。

所述无线负荷监测仪内部电路和结构构造包括：

一负责有线通信的RS485接口模块；

一设有近距离无线局域网协议的Zigbee模块；

一与上述模块分别通信连接的CPU主控处理模块；以及，

分别与上述所有电路模块和部件连接的电源模块。

综上所述，由于本实用新型所述系统是基于ZIGBEE近距离无线网络技术开发的，并根据以往的实际运行经验，对小无线网络的应用层进行了系统的研究与开发，由于应用层的完善，使得ZIGBEE技术在本系统中充分实现了项目的各种需求，使得其具备功耗低、数据传输可靠、网络容量大、兼容性强、安全性高以及实现成本低等优点。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。

图1为本实用新型所述系统的整体结构图；

图2为本实用新型所述网关集中器的内部结构示意图；

图3为本实用新型所述网关集中器的面板示意图；

图4为本实用新型所述中继器的内部结构示意图；

图5为本实用新型所述中继器的面板示意图；

图6为本实用新型所述无线负荷监测仪的内部结构示意图；

图7为本实用新型所述无线负荷监测仪的面板示意图；

图3、图5和图7中指示灯内的文字(即圆圈中写的“红”、“绿”、“蓝”)表示该面板指示灯发光时的颜色。

具体实施方式：

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，本实用新型所述基于Zigbee技术的近距离无线负荷监测仪系统，整个系统架构以网关集中器为核心，其可以通过无线通信连接远程计算机，将远程控制指令通过所连接(包括有线和无线通信连接)的中继器发布给采集终端通信模块(即无线负荷监测仪)。并将该无线负荷监测仪所监测到的用户设备信息数据通过中继器和网关集中器反馈回远程计算机。当然，网关集中器集中器也可以利用无线通信连接本地计算机，将通过该计算机所无线通信连接的无线负荷监测仪所监测到的信息数据发送给远程计算机。

上述系统在应用时的实际要求可以做到：

近距离无线传输特性：

最大传输距离：室外空旷4000’(1200m)

发射功率：60mW(18dBm)，100mW EIRP可配置

最大数据传输速度：250,000bps

接收敏感度：-100dBm(1％PER)

发射工作电流：370mA@3.3V(60mW)

接收工作电流：155mA@3.3V

睡眠工作电流：＜10μA

无线工作频率：ISM 2.4GHz

工作温度：-40 to 85℃(industrial)

无线信道：12 Canales de Secuencia Directa(software seleccionable)

下面着重描述系统中的重要部件：

如图2所示，网关集中器内部电路和结构构造包括有用来缓存通信任务中待发送的数据与已接收待处理的数据的数据缓存模块；用来存储需要保存的设备参数、和负荷监测仪的小时数据、日统计数据以及事件等，具有掉电保存的功能的FLASH闪存模块；复数个分别用来指示设备的工作状态、与远程主站的通信状态、局域网内的通信状态，并可实时观察各模块是的数据收发状态的信号指示灯；负责有线通信的RS485接口模块；在GSM上承载无线数据业务，内置TCP/IP协议栈的GPRS/CDMA模块；设有近距离无线局域网协议的Zigbee模块；与上述模块分别通信连接的CPU主控处理模块；与GPRS/CDMA模块连接的SIM卡；以及，分别与上述所有电路模块和部件连接的电源模块。

根据上述架构制备的整个装置的具体参数如下：

·单相交流市电供电：参比电压：3×220V

·外壳、端子设计引用电表设计规范，方便现场与电表并接安装；

·外外型尺寸：180×160×95(长*宽*高)重量：＜1.5Kg；

·支持TCP/IP协议、FTP协议；

·自动登陆系统主站的通讯服务器；

·可自动检测与服务器连接的故障，并自动重新建立连接；

·可接收远程主站的控制；

·两路脉冲报警输入端子，可接收用电现场其他设备报警，并立即主动向远程主站报警；

·可自动进行GPRS模块的死机(或其他故障)复位；

·可接收脉冲信号报警并唤醒与主站的连接；

·可接收振铃唤醒与远程主站的连接；

·配置有可更换可充电镍氢电池，用于停电上报；

·可铅封的SIM卡小盖，可现场确认、维护GPRS网络；

·提供一路隔离电源的RS485标准接口与本地主机通信，可接受参数设置；

·内置蜂鸣器，可发出报警提示音，方便现场查找(因为安装在非确定地点)。

另外，参见图3，图中各模块指示灯的颜色如图所示，需要指出的是其中Zigbee模块、RS485接口模块的指示灯中绿灯表示信号接收，红灯表示信号发送。而面板指示灯，即时指示集中器的GPRS网络状态及ZD网络状态。

当然，本系统中的集中器还可以实现：

·可远程升级集中器的应用程序；

·集中器可自行搜索ZIGBEE频道；

·集中器可自行搜索ZIGBEE的PAN ID(局域网ID)；

·在节点故障时，集中器可自行切换PAN ID(自恢复)；

·集中器可根据主站下发数据的长度及组帧特点，自行缓存数据后重新打包下发；

·集中器可透明转发主站与节点之间的数据；

·一个集中器可管理10个负荷监测仪的采集点(数据缓存容量)。

如图4所示，中继器内部电路和结构构造包括有用来缓存通信任务中待发送的数据与已接收待处理的数据的数据缓存模块；用来存储需要保存的设备参数的FLASH闪存模块；复数个分别用来指示设备的工作状态、局域网内的通信状态，并可实时观察各模块是的数据收发状态的信号指示灯；负责有线通信的RS485接口模块；用来管理集中器的镍氢充电电池，低压启动大电流或涓流充电，并具备过热保护功能的电池管理模块；设有近距离无线局域网协议的Zigbee模块；与上述模块分别通信连接的CPU主控处理模块；与电池管理模块连接的电池容仓；以及，分别与上述所有电路模块和部件连接的电源模块。

根据上述架构制备的整个装置的具体参数如下：

·单相交流市电供电220VAC/12-24VDC供电；

·可充电、易更换的大容量锂离子电池(9～10AH)；

·外型尺寸：120×75×95(长*宽*高)重量：＜1.5Kg；

·一路继电器输出，触点：250VAC/2A；

·可检测交流电或直流电源掉电，并由备用电池自动供电；

·掉电报警；

·提供一路RS485标准接口与本地主机通信，可接受参数设置或现场监测网络状态；

·内置蜂鸣器，可发出提示音，方便现场查找设备安装地点；(非确定地点安装)。

另外，参见图5，图中各模块指示灯的颜色如图所示，需要指出的是其中Zigbee模块、RS485接口模块的指示灯中绿灯表示信号接收，红灯表示信号发送。而面板指示灯，即时指示中继器的ZD网络状态。

当然，本系统中的中继器还可以实现：

·中继器可自行搜索集中器；并自动连接集中器；(成功后蓝灯常亮)

·中继器可自行查询局域网内的节点数；并记录，当节点减少时发出报警；

·在连接集中器发生故障时，中继器可自行搜索集中器(自恢复)；

·可透明转发主站与节点之间的数据；

·当检测到供电掉电后，向集中器发出报警并申请进入节电状态，唤醒间隔由集中器发出。

如图6所示，无线负荷监测仪内部电路和结构构造包括有用来缓存通信任务中待发送的数据与已接收待处理的数据的数据缓存模块；用来存储需要保存的设备参数的FLASH闪存模块；复数个分别用来指示设备的工作状态、局域网内的通信状态，并可实时观察各模块是的数据收发状态的信号指示灯；负责有线通信的RS485接口模块；设有近距离无线局域网协议的Zigbee模块；与上述模块分别通信连接的CPU主控处理模块；以及，分别与上述所有电路模块和部件连接的电源模块。

根据上述架构制备的整个装置的具体参数如下：

·符合《上海市电力公司负荷监测仪技术规范》；

·在原GPRS通信板的SIM卡区域设计了RS232接口，可实时监测ZD网络组网及数据传输过程；也可通过RS232接口连接本地ZD主机，进行参数设置；

·在原GPRS通信板的LED位置，设置了指示灯：

另外，参见图7，图中各模块指示灯的颜色如图所示，需要指出的是其中Zigbee模块、RS485接口模块以及GPRS通信板的指示灯中绿灯表示信号接收，红灯表示信号发送。

当然，本系统中的无线负荷监测仪(采集器)还可以实现：

·采集器可自行搜索集中器；并自动连接集中器；(成功后蓝灯常亮)

·采集器可自行查询局域网内的节点数；并记录，当节点减少时发出报警；

·在连接采集器发生故障时，采集器可自行搜索集中器(自恢复)；

·采集器可根据主板上传数据的长度及组帧特点，自行缓存数据后重新打包下发；

·集中器可透明转发主站与节点之间的数据。

总之，本实用新型所述系统是基于ZIGBEE近距离无线网络技术开发的，并根据以往的实际运行经验，对小无线网络的应用层进行了系统的研究与开发，由于应用层的完善，使得ZIGBEE技术在本系统中充分实现了项目的各种需求，将此系统命名为ZD网络系统。而ZD负荷监测仪设备的安装、维护方案如下：

ZD系统设计时考虑安装、维护的特点，所有节点和集中器面板上都设计有标识明显的LED和内置蜂鸣器。

1.安装时：

第一步：采集节点的位置为固定位置(负荷监测仪的安装位置)，安装好负荷监测仪后，Z网灯应该一直在闪烁(蓝)——一直在搜索ZD网络状态(因为还没有安装集中器)

第二步：确定集中器的安装位置(GPRS信号良好的地点)，安装好集中器后，观察集中器登录主站成功(相应的指示灯亮——蓝色)

第三步：然后开始集中器与负荷监测仪的中点布置中继器，中继器支持交流电供电，并配置大容量可充电锂电池。观察蓝灯(如果蓝灯闪烁表示没有加入网络，如果常亮表示成功组网)，也可以直接在中继器处读取ZD信号强度。

第四步。。。。第N步：在蓝灯不能常亮的节点附近增加安装中继器。直到所有采集节点(负荷监测仪)上的蓝灯都常亮(表示所有的负荷监测仪都成功组网)。

2.运行维护：

考虑集中器与中继器安装在不确定的地点，设备管理上可能会存在一些现实问题，所以的ZD集中器与中继器的体积很小，可以直接安装在标准的单相表箱内，方便资产的管理；另外，GPRS天线与ZIGBEE天线的接头都有端钮盖保护(端钮盖可铅封)，以免丢失。

ZD系统中的中继器如果交流电掉电，中继器立即向集中器发出报警信息，在报警信息成功上报后，集中器会命令失电中继器进入睡眠状态，并由集中器给出定时唤醒的时间间隔。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.基于Zigbee技术的近距离无线负荷监测仪系统，其特征在于，包括：

一网关集中器，通过有线或者无线通信连接中继器，同时有线通信连接无线负荷监测仪，以及和远程终端无线通信连接；

复数个采集终端通信模块的无线负荷监测仪，通过有线或者无线通信连接中继器，同时有线通信连接网关集中器，以及和本地主机无线通信连接。

2.根据权利要求1的基于Zigbee技术的近距离无线负荷监测仪系统，其特征在于，所述系统中通过无线通信与网关集中器还连接有本地主机和远程终端。

3.根据权利要求1的基于Zigbee技术的近距离无线负荷监测仪系统，其特征在于，所述网关集中器内部电路和结构构造包括：

一用来存储需要保存的设备参数以及负荷监测仪的数据和情况信息，并具有掉电保存的功能的FLASH闪存模块；

一负责有线通信的RS485接口模块；

一设有近距离无线局域网协议的Zigbee模块；

一与上述模块分别通信连接的CPU主控处理模块；

一与GPRS/CDMA模块连接的SIM卡；以及，

分别与上述所有电路模块和部件连接的电源模块。

4.根据权利要求1的基于Zigbee技术的近距离无线负荷监测仪系统，其特征在于，所述中继器内部电路和结构构造包括：

一负责有线通信的RS485接口模块；

一设有近距离无线局域网协议的Zigbee模块；

一与上述模块分别通信连接的CPU主控处理模块；

一与电池管理模块连接的电池容仓；以及，

分别与上述所有电路模块和部件连接的电源模块。

5.根据权利要求1的基于Zigbee技术的近距离无线负荷监测仪系统，其特征在于，所述无线负荷监测仪内部电路和结构构造包括：

一用来缓存通信任务中待发送的数据与己接收待处理的数据的数据缓存模块；

一负责有线通信的RS485接口模块；

一设有近距离无线局域网协议的Zigbee模块；

一与上述模块分别通信连接的CPU主控处理模块；以及，

分别与上述所有电路模块和部件连接的电源模块。