CN204884114U - 基于低功耗无线网格网络技术通信的输电线路在线监测装置 - Google Patents

Abstract

基于低功耗无线网格网络技术通信的输电线路在线监测装置，本实用新型由主控单元、天线、电源单元、传感器单元组成；其中天线通过馈线与主控单元连接，电源单元、传感器单元与主控单元之间分别通过电缆连接。无线网格网络技术基于呈网状分布的众多无线接入点间的相互合作和协同，具备动态自组织、自配置、自维护等突出特点。本实用新型选用低功耗无线网格网络通信模块，更适合应用于输电线路在线监测领域。

Description

基于低功耗无线网格网络技术通信的输电线路在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及架空输电线路监测领域。实用新型采用低功耗无线网格网络通信模块替代3G/GPRS通讯模块，通信模块采用无线网格网络技术，可以通过自组网方式实现输电线路上的无线网络覆盖，为输电线路在线监测设备提供稳定可靠的传输通道。

背景技术

电力是国家的支柱能源和命脉。但由于电网系统大多直接暴露于自然条件下，受环境因素和自然灾害影响大。我国是世界上地质灾害最为严重的国家之一，灾害种类多、分布地域广、发生频率高、造成损失大。各类自然灾害的发生直接威胁着电网系统的安全运行，甚至导致严重的电网破坏和大面积停电事故，影响到人们的正常生产、生活和社会的稳定。

目前输电线路在线监测(覆冰监测等)已经在智能电网项目中铺开实施，但通信一直是困扰输电线路在线监测的难点之一，尤其是通信的带宽和稳定性得不到保障。本实用新型采用低功耗无线网格网络通信模块替代3G/GPRS通讯模块，模块采用无线网格网络技术，可以通过自组网方式实现输电线路上的无线网络覆盖，为输电线路在线监测设备提供稳定可靠的传输通道，以解决通信上的稳定性问题，为输电线路在线监测开发一种新的通信方式，并解决在前期应用中出现的问题。该实用新型采用的新技术具备以下特点与技术优势：

1、采用低功耗、低成本的自组网技术；

2、网络拓扑为完全分布式、对等的网状网络；

3、采用私有多径路由协议，充分利用网络中的冗余路由，数据链路具备优异的自愈性和稳定性；

4、所有设备节点都可以休眠，支持异步、同步、自主、混合等多种休眠方式；

5、设备节点间网络传输性能佳，节点功耗低，支持大规模网络及快速自组网络。

本实用新型采用的新技术基于低功耗无线网格网络技术，该技术是一种新型无线技术，采用创新的端到端网络协议，通过自我修复、自我发现网状网络来提高稳定性。该技术是一种低功耗、低复杂度、低成本的双向无线通信网络技术。网络中每一个节点都可设置为路由节点，使得区域内的所有节点连接成一个无线自组网络。网络内允许每个节点有多个通讯路径，节点自动选择最佳、最稳定路径进行通讯。只要在有效距离范围里同设置的模块会自动加入到网络里，并可与网络中的任意模块进行数据通讯，该技术的优点在于模块可自动组网，这样距离可得到扩展。该无线网络具有自愈功能，路径上某一节点失效后，网络能够自动搜索新的可用路径，并将新路径存储，供下次直接使用。本实用新型支持异步、同步、自主、混合等多种休眠方式，可以显著降低设备的功耗，延长依靠电源供电的设备运行时间和使用寿命，确保通信的稳定性。

本实用新型提供无线路由功能，具备多跳功能、网络具有自组织能力、自修复能力和自平衡能力，可通过扩展形成无线城域网，满足输电线路无线通信网的传输需求。

实用新型内容

本实用新型提出基于低功耗无线网格网络技术通信的输电线路在线监测设备，实用新型采用低功耗无线网格网络通信模块替代3G/GPRS通讯模块，模块采用无线网格网络技术，可以通过自组网方式实现输电线路上的无线网络覆盖，为输电线路在线监测设备提供稳定可靠的传输通道，以解决通信稳定性问题，为输电线路在线监测开发一种新的通信方式。

为了达到目的，本使用新型采取以下技术方案：

基于低功耗无线网格网络技术通信的输电线路在线监测装置，本实用新型特征在于包括：主控单元、天线、电源单元、传感器单元；其中天线通过馈线与主控单元连接，电源单元、传感器单元与主控单元之间分别通过电缆连接。

本实用新型主控单元包括中央处理模块、无线网格网络通信模块、外部接口连接模块、电源管理模块、数据存储单元、时钟模块等；其中无线网格网络通信模块、外部接口连接模块、电源管理模块、数据存储模块、实时时钟模块分别与中央处理模块电性连接；其中实时时钟单元目的在于给设备提供数据传输时间参数，实时时钟单元与MCU电性连接；FLASH数据存储单元目的是防止数据丢失、提高数据传输的可靠性，存储单元可存储1年以上的数据不丢失，有效的提高数据传输的可靠性，FLASH数据存储单元与MCU电性连接。

为提高中央处理模块的稳定性，本实用新型中央处理模块包括MCU、看门狗电路、数模转换电路；看门狗电路、数模转换电路分别与MCU电性连接；

本实用新型主控单元的电源管理模块、无线网格网络通信模块、数据存储模块、实时时钟模块分别与中央处理模块内部的MCU电性连接。

为了保证传输设备的带宽及传输的可靠性，本实用新型无线网格网络通信模块包括路由模块、协议转换模块(网关)、嵌入式电台模块；其中路由模块、协议转换模块(网关)、嵌入式电台模块相互之间电性连接。

本实用新型为了保证传输的距离与可靠稳定，天线采用高增益天线，天线与主控单元内的无线网格网络模块连接。

为了提高运行的可靠性，本实用新型所述电源单元包括充电控制器、太阳能板及蓄电池，其中太阳能板与蓄电池均通过电缆与充电控制器连接；充电控制器与所述的中央处理模块之间通过电缆经由所述的外部接口连接模块进行连接。

本实用新型所述传感器单元与主控单元电性连接。采集的数据通过电缆经由外部接口连接模块传至MCU中。

本实用新型具备如下有益效果：

①采用低功耗的自组网技术，所有节点都可以休眠，支持异步、同步、自主、混合等多种休眠方式，可以显著降低设备的功耗，延长依靠电源供电的设备运行时间和使用寿命，确保通信的稳定性。

②采用太阳能板、蓄电池、充电控制器组成的光伏太阳能供电系统。太阳能板选用转换效率高、稳定性好的单晶硅太阳能板；蓄电池选用特殊定制的军工品质线路专用蓄电池，具备环境适应力强、低温性能好、自放电小、循环使用寿命长的特点；充电控制器具有完善充放电管理功能，采用三阶段充电控制、具备自动温度补偿、过压欠压保护、过流短路保护、过热保护等功能，适合长期应用于野外无人值守的场合，增加系统可靠性；

③采用对等网络通讯网络协议，任意一个设备都可设置为路由节点，各设备之间可以点对点、点对多点进行通信，每个设备均允许拥有多个通信路径，设备自身会自动选择最佳最稳定的路径进行通信传输，以保证数据通信的快速、稳定、可靠；

④设备可通过自我修复、自我发现网状网络来提高稳定性，同设置的模块会自动加入到网络里，并可与网络中的任意模块进行数据通讯；同时当设备通信路径上某一链路失效后，设备能够自动搜索新的可用路径，并将新路径存储，供下次直接使用。提高通信网络的可靠性。

⑤采用数字传感器，RS485标准化接口，模块化设计。可根据现场需要，灵活配置采集传感器类别和数量，应用到不同的场合即可实现覆冰、气象、动态增容、图像等不同监测需求。

⑥独特的软硬件看门狗设计，具有定时重启和远程控制重启功能，可以灵活设置重启动运行机制，为设备长期稳定运行提供了重要保障；

⑦完善的自诊断功能，能自我监视设备的整体运行状况，监视数据能上传到远程调试中心进行远程调试；

⑧选用工业级低功耗芯片和器件，采用去耦滤波、光电隔离、数字滤波等抗干扰措施，从硬件上保证系统长期稳定，高效可靠运行。

附图说明

图1为本实用新型基于低功耗无线网格网络技术通信的输电线路在线监测设备的原理方框图；

图2为本实用新型的实际应用示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，以便于更清楚的理解本实用新型所要求保护的技术思想。

如图1所示，实用新型包括主控单元1、天线2、电源单元3以及传感器单元4组成。

所述主控单元1包括中央处理模块11、无线网格网络模块12、外部接口连接模块13、电源管理模块14、数据存储模块15、实时时钟模块16。其中无线网格网络模块12、外部接口连接模块13、电源管理模块14、数据存储模块15、实时时钟模块16均与中央处理模块11电性连接。具体的，中央处理模块11包括MCU111、数模转换电路112、看门狗电路113，数模转换电路112、看门狗电路113、无线网格网络模块12、外部接口连接模块13、电源管理模块14、数据存储模块15、实时时钟模块16分别与MCU111电性连接。

所述天线2为保证传输的距离与可靠稳定，采用高增益天线，通过馈线与主控单元1连接。具体的，天线2与主控单元1内的无线网格网络模块12连接。

所述电源单元3包括太阳能板31、蓄电池32以及充电控制器33，太阳能板31、蓄电池32分别与充电控制器33电性连接。电源单元3与主控单元1电性连接，具体的，充电控制器33与中央处理模块11内的MCU111之间经由外部接口连接模块13进行电性连接。

所述传感器单元4与主控单元1电性连接，采集的数据通过电缆经由外部接口连接模块13传至MCU111中。

主控单元1负责接收，处理，存储和发送数据，协调管理各单元工作并完成对通信设备的控制。模数转换电路112将实时电压的模拟信号转换成数字信号后，送到MCU111，MCU111通过无线网格网络通信模块12再经由天线2将数据传回系统后台，可以实时了解设备供电情况。

无线网格网络通信模块12包括路由模块、协议转换模块(网关)、嵌入式电台模块。路由模块、协议转换模块(网关)、嵌入式电台模块相互之间电性连接。其负责将需要传输的数据、传输时间以及传输数据时设备的工作电压经由天线2发送回系统后台。

外部接口连接模块13主要负责管理与区分外部接入线缆的类别及用途，如供电电缆与通信线缆的区分及管理。

电源管理模块14与中央处理模块11通过I2C总线相连，功能是负责控制各个单元模块尤其是无线网格网络通信模块12的休眠与唤醒以降低功耗，节约电能。

数据存储模块15负责存储所需通过通信设备传输的数据，其与中央处理模块11通过SPI总线实行双向链接，可实现数据的存储和读取。

实时时钟模块16提供传输数据时的时间参数，其与中央处理模块11通过I2C总线实现双向链接，通过中央处理模块11控制实现校时功能，在正常工作时提供时间数据，与所需传输的数据一起上送。

电源单元3提供设备运行所需的电力，当太阳能板31正常工作时，太阳能板31通过充电控制器33给主控单元1供电的同时，也通过充电控制器33给蓄电池32进行充电。当太阳能板31失效时，蓄电池32通过充电控制器33给设备供电。

传感器单元4负责采集输电线路运行状态数据，采集的数据传输至主控单元1，并由主控单元1进行处理后发送至系统后台，实现远程实时监测输电线路运行状态的目的。

如图2所示为该实用新型在输电线路监测系统中的应用示意：图中示意的各线路在线监测设备①均采用低功耗无线网格网络通信模块替代3G/GPRS通讯模块，而多个线路在线监测设备①之间自行组网通信，最后数据传至接收装置③处，并经由电力专网将数据传回输电线路在线监测后台主站③，管理运维人员即可通过客户端④查看现场数据。

本实用新型目的在于提供一种结构合理、可靠、稳定、低功耗、使用简便的基于低功耗无线网格网络技术通信的输电线路在线监测设备。实用新型为输电线路在线监测开发一种新的通信方式，以解决输电线路监测领域通信上的稳定性问题。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其他各种相应的改变、变形以及集成至其他系统设备中，而所有的这些改变、变形以及集成都应属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于低功耗无线网格网络技术通信的输电线路在线监测装置，其特征在于包括：主控单元、天线、电源单元、传感器单元；其中天线通过馈线与主控单元连接，电源单元、传感器单元与主控单元之间分别通过电缆连接。

2.如权利要求1所述的基于低功耗无线网格网络技术通信的输电线路在线监测装置，其特征在于，主控单元包括中央处理模块、无线网格网络通信模块、外部接口连接模块、电源管理模块、数据存储单元、时钟模块；其中无线网格网络通信模块、外部接口连接模块、电源管理模块、数据存储模块、实时时钟模块分别与中央处理模块电性连接。

3.如权利要求1或2所述的基于低功耗无线网格网络技术通信的输电线路在线监测装置，其特征在于，中央处理模块包括MCU、看门狗电路、数模转换电路；看门狗电路、数模转换电路分别与MCU电性连接。

4.如权利要求1所述的基于低功耗无线网格网络技术通信的输电线路在线监测装置，其特征在于，主控单元的电源管理模块、无线网格网络通信模块、数据存储模块、实时时钟模块分别与中央处理模块内部的MCU电性连接。

5.如权利要求1或2所述的基于低功耗无线网格网络技术通信的输电线路在线监测装置，其特征在于，无线网格网络通信模块包括路由模块、协议转换模块、嵌入式电台模块；其中路由模块、协议转换模块、嵌入式电台模块相互之间电性连接。

6.如权利要求1所述的基于低功耗无线网格网络技术通信的输电线路在线监测装置，其特征在于，天线与主控单元内的无线网格网络模块连接。

7.如权利要求2所述的基于低功耗无线网格网络技术通信的输电线路在线监测装置，其特征在于，所述电源单元包括充电控制器、太阳能板及蓄电池，其中太阳能板与蓄电池均通过电缆与充电控制器连接；充电控制器与所述的中央处理模块之间通过电缆经由所述的外部接口连接模块进行连接。

8.如权利要求1所述的基于低功耗无线网格网络技术通信的输电线路在线监测装置，其特征在于，所述传感器单元与主控单元电性连接。