CN203069272U - 一种基于物联网的电力设备在线红外测温系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于物联网的电力设备在线红外测温系统，包括多个红外测温装置，其特征在于：所述红外测温装置通过基于ZigBee的无线网络与应用网关连接，应用网关通过以太网与管理计算机相连。其显著效果是：采用基于ZigBee的物联网技术，红外测温装置与应用网关之间通过ZigBee无线通信技术进行数据通信，并通过应用网关实现ZigBee网络与以太网的信息转换，一方面可以实现红外测温传感器的自动识别和信息的互联与共享，另一方面能够实现对变电站关键设备及关键部件的网络化安全监测，并且方便了红外测温装置的安装和红外测温系统的扩展，实现了红外测温的远程控制及巡检测温。
Description
技术领域
本实用新型属于物联网技术，具体地说，是一种基于物联网的电力设备在线红外测温系统。
背景技术
电力设备的运行状态好坏直接决定电力系统的安全和效益，变电站中有变压器、母线、隔离开关、断路器、耦合电容器、高压电缆等设备。无论哪种设备出现不正常工作状态均可能发展成故障，甚至造成设备损坏或人身事故，从而造成不可估量的后果。对设备进行有效的监测和检测，可使设备维修费减少，并降低设备事故率。
在线监测和带电测试技术是高压测试技术发展的一个必然方向。而温度是考证设备正常运行的一个重要参数，90%以上的电力设备发生故障时都有明显的热源部位并伴有热现象，因此，监测电力设备是否发热异常即可以判断出绝大多数的故障类型，为进一步的设备检查提供重要依据。由此可见，对电力设备的温度进行密切监测，是保障电力设备可靠运行的必备手段。
由于红外检测技术能够以远距离、非接触、实时、快速在线监测方式获取设备的运行状态信息，具有分辨率高、形象直观、不受电磁干扰、安全可靠和效益/投资比高等优点，可以在不停电、不取样、不解体的状况下进行故障的诊断分析，因此，红外诊断技术在电力系统得到了较广泛应用。
而现有技术的缺点是：国内外大多使用红外热成像仪进行定期巡检，不能达到实时全面动态检测，由于红外热成像仪大多体积较大，巡检过程需工作人员携带仪器进入现场，增加了工人劳动强度。并且价格非常昂贵，大型变电站方可配备，对于绝大多数的小型变电站，或无人值守变电站则发挥不了应有的作用。
实用新型内容
本实用新型的目的是：提供一种能够对变电站带电设备的各个关键点进行温度检测，并且自动存档管理检测数据的红外测温系统，该系统能够实现红外测温装置的自动组网和远程控制，从而实现变电站远程智能监管。
为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种基于物联网的电力设备在线红外测温系统，包括多个红外测温装置，其关键在于：所述红外测温装置通过基于ZigBee的无线网络与应用网关连接，应用网关通过以太网与管理计算机相连。
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。因此将其用于电力设备在线红外测温系统中，在每个小型变电站中设置一个应用网关和多个红外测温装置，每个待监测的电力设备配置一个红外测温装置，多个红外测温装置与应用网关之间通过基于ZigBee的无线网络连接，应用网关再通过互联网连接在远程管理计算机上，每个红外测温装置监测的数据上传到应用网关中，通过应用网关的处理后转发到管理计算机上，监控人员即可在管理计算机上远程实时查看变电站内各个设备的运行状况，达到远程监控和无人值守的目的。管理人员也可以通过管理计算机向各个红外测温装置发送控制指令，实现红外测温装置的远程控制和自动巡检。
进一步描述，所述红外测温装置设置有第一嵌入式系统模块，在第一嵌入式系统模块上连接有红外测温探头、摄像头以及ZigBee无线通讯模块，所述红外测温探头、摄像头固定在旋转云台上，通过第一嵌入式系统模块控制旋转云台转动。
所述第一嵌入式系统模块采用基于PXA270处理器的嵌入式系统，该系统配置有复位电路与EEROM存储器、SDRAM存储器、NAND Flash存储器、NOR Flash存储器、UART接口、AD转换接口、HOST USB接口、Device USB接口、温湿度传感器以及RS485接口。
红外测温装置将电力设备视频图像采集与红外测温探头相结合，在红外测温装置中采用了摄像头和旋转云台，并利用H.264编码技术对摄像头采集的视频图像数据进行压缩处理。通过摄像头和红外测温探头实现对指定区域视频图像及温度数据的采集，通过H.264编码压缩视频图像数据，并将压缩后的图像数据、红外温度数据和现场温/湿度数据通过ZigBee无线网络和以太网传送给管理计算机。管理计算机通过后台监控软件对视频图像数据进行解码，显示现场视频图像、红外测温区域、红外测温数据和环境温/湿度数据。
第一嵌入式系统模块是红外测温装置的核心，实现对红外测温及设备视频图像采集的控制、旋转云台及巡检控制、视频压缩处理、数据通信控制；红外测温探头实现对设备温度的检测。红外测温探头通过对设备辐射红外能量的测量，来准确测定其表面的温度；摄像头用于获取被测设备的视频图像，本实用新型中红外测温探头与摄像头平行固定，且两者的镜头中心距较小，在被测目标与红外测温探头间的距离较远时，可近似认为红外测温区域为摄像头视场的中心区域，后台监控软件通过OSD（On Screen Display）技术在视频图像的中心区域添加一个十字线指示当前的红外测温区域，用户可以通过后台监控软件显示的设备视频图像中心区域的十字线交叉点，来远程定位红外测温区域；ZigBee无线通讯模块用于实现与应用网关的无线通信，红外测温装置利用ZigBee无线通讯模块，通过应用网关实现与管理计算机之间的数据传输；温湿度测量电路用于对环境温度和湿度的检测，环境温湿度会影响红外测温的准确性，因此可通过环境温湿度修正红外测温数据，提高红外测温精度；旋转云台用于承载摄像头和红外测温探头，红外测温探头与摄像头平行固定，安装在旋转平台上，通过旋转平台实现联动，从而可远程实现对电力设备各点温度的巡检。
再进一步描述，所述应该网关设置有第二嵌入式系统模块，在第二嵌入式系统模块上连接有以太网接口电路和ZigBee无线通讯模块。
其中第二嵌入式系统模块采用基于LPC2378处理器的嵌入式系统，该系统配置有复位电路、SDRAM存储器、串行Flash存储器、以太网接口以及SPI接口。
所述第二嵌入式系统模块通过SPI接口连接ZigBee无线通讯模块。
本实用新型的显著效果是：红外测温系统采用基于ZigBee的物联网技术，红外测温装置与应用网关之间通过ZigBee无线通信技术进行数据通信，并通过应用网关实现ZigBee网络与以太网的信息转换，一方面可以实现红外测温传感器的自动识别和信息的互联与共享，另一方面能够实现对变电站关键设备及关键部件的网络化安全监测，并且方便了红外测温装置的安装和红外测温系统的扩展。另外，在红外测温装置中采用了摄像头和旋转云台，将红外测温探头与摄像头平行固定安装在旋转云台上，测温装置利用摄像头采集电力设备的视频图像，通过H.264编码压缩视频图像数据，并将压缩后的图像数据传送给管理计算机。操作人员可通过摄像头采集的视频图像和后台监控软件通过OSD技术在视频图像中心添加的十字线，对红外测温区域进行定位。因此可以实现红外测温的远程控制及巡检测温。
附图说明
图1是本实用新型的网络拓扑图；
图2是图1中红外测温装置的电路原理框图；
图3是图2中嵌入式系统模块的电路原理框图；
图4是图1中应用网关的电路原理框图；
图5是图4中嵌入式系统模块的电路原理框图；
图6是图1中应用网关的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
如图1所示，一种基于物联网的电力设备在线红外测温系统，包括多个红外测温装置1，所述红外测温装置1通过基于ZigBee的无线网络与应用网关2连接，应用网关2通过以太网与管理计算机3相连。
红外测温装置1与应用网关2之间构建成基于ZigBee的无线网络，应用网关2与管理计算机3通过以太网进行数据通信，应用网关2实现ZigBee无线网络与以太网之间的互连和通信转换。控制命令由管理计算机3通过以太网传送给应用网关2，应用网关2通过ZigBee网络将该控制命令转发给对应的红外测温装置1。红外测温装置1安装在变电站内，可实时监控各个用电设备的运行状况，其监测的数据通过ZigBee网络上传到应用网关2，应用网关2完成协议转换后再将该数据上传到管理计算机3。因此，管理人员可以在管理计算机3上实现远程管理，变电站内不用人员长期值守，降低维护成本。
如图2所示，实施过程中，所述红外测温装置1设置有第一嵌入式系统模块11，在第一嵌入式系统模块11上连接有红外测温探头12、摄像头13以及ZigBee无线通讯模块14，所述红外测温探头12、摄像头13固定在旋转云台15上，通过第一嵌入式系统模块11控制旋转云台15转动。
在红外测温装置1中设置有旋转云台15，红外测温探头12与摄像头13固定在旋转云台15上，红外测温装置1接收到云台运动控制命令后，根据命令控制旋转云台15的运动，带动红外测温探头12和摄像头13指向被测电力设备的指定区域，同时采集电力设备视频图像并对视频图像进行H.264编码压缩处理，并将压缩后的视频图像数据通过ZigBee网络传送给应用网关2，应用网关2通过以太网将数据转发给管理计算机3，管理计算机3通过后台监控软件对视频图像数据进行解码，显示现场视频图像，并利用OSD技术在视频图像的中心区域显示一个十字线，用于定位红外测温区域；红外测温装置1接收到红外测温命令后，启动红外测温探头12进行红外测温，同时启动温度湿度测量电路测量当前的环境温度和湿度。
如图3所示，所述第一嵌入式系统模块11采用基于PXA270处理器的嵌入式系统，该系统配置有复位电路与EEROM存储器、SDRAM存储器、NAND Flash存储器、NOR Flash存储器、UART接口、AD转换接口、HOST USB接口、Device USB接口、温湿度传感器以及RS485接口。
PXA270通过外部总线接口扩展了NOR Flash和SDRAM存储器，用于程序运行，其中NOR Flash用于启动引导程序运行；NANDFlash用于程序和数据的存储；复位电路与E2PROM存储器用于嵌入式系统模块的复位，初始化参数的保存；USB接口有两路，一路为HOST接口，另一路为Device接口，HOST接口主要实现与摄像头13的连接，而Device接口可用于主控模块的软件调试；UART接口有一路，用于实现嵌入式系统模块与ZigBee无线通讯模块14的连接；RS485接口有一路，用于实现与旋转云台15的连接；AD转换接口一路，用于测量红外测温探头12输出的电压信号，获得对应的温度数据。
如图4所示，所述应用网关2设置有第二嵌入式系统模块21，在第二嵌入式系统模块21上连接有以太网接口电路22和ZigBee无线通讯模块23。
如图5所示，所述第二嵌入式系统模块21采用基于LPC2378处理器的嵌入式系统，该系统配置有复位电路、SDRAM存储器、串行Flash存储器、以太网接口以及SPI接口，其中SPI接口连接ZigBee无线通讯模块23。
第二嵌入式系统模块21通过SPI接口与ZigBee无线通讯模块23连接，通过以太网接口与以太网接口电路连接，以太网接口电路主要由以太网物理收发器构成，实现以太网的物理层接口。第二嵌入式系统模块21通过SPI接口和以太网接口分别与ZigBee无线网络及以太网进行数据通信，实现ZigBee无线网络与以太网的互连和通信转换。
如图6所示，实施过程中，以太网物理收发器采用DM9161A，ZigBee无线通讯模块的ZigBee接口芯片采用CC2530，LPC2378通过SPI接口和以太网接口分别与DM9161A和CC2530连接。
Claims (6)
1.一种基于物联网的电力设备在线红外测温系统，包括多个红外测温装置（1），其特征在于：所述红外测温装置（1）通过基于ZigBee的无线网络与应用网关（2）连接，应用网关（2）通过以太网与管理计算机（3）相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的电力设备在线红外测温系统，其特征在于：所述红外测温装置（1）设置有第一嵌入式系统模块（11），在第一嵌入式系统模块（11）上连接有红外测温探头（12）、摄像头（13）以及ZigBee无线通讯模块（14），所述红外测温探头（12）、摄像头（13）固定在旋转云台（15）上，通过第一嵌入式系统模块（11）控制旋转云台（15）转动。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的电力设备在线红外测温系统，其特征在于：所述第一嵌入式系统模块（11）采用基于PXA270处理器的嵌入式系统，该系统配置有复位电路与EEROM存储器、SDRAM存储器、NAND Flash存储器、NOR Flash存储器、UART接口、AD转换接口、HOST USB接口、Device USB接口、温湿度传感器以及RS485接口。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的电力设备在线红外测温系统，其特征在于：所述应用网关（2）设置有第二嵌入式系统模块（21），在第二嵌入式系统模块（21）上连接有以太网接口电路（22）和ZigBee无线通讯模块（23）。
5.根据权利要求4所述的一种基于物联网的电力设备在线红外测温系统，其特征在于：所述第二嵌入式系统模块（21）采用基于LPC2378处理器的嵌入式系统，该系统配置有复位电路、SDRAM存储器、串行Flash存储器、以太网接口以及SPI接口。
6.根据权利要求5所述的一种基于物联网的电力设备在线红外测温系统，其特征在于：所述第二嵌入式系统模块（21）通过SPI接口连接ZigBee无线通讯模块（23）。
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