基於物聯網技術的高壓電塔測溫系統的製作方法

2023-06-09 16:24:31

本實用新型涉及一種測溫技術領域，尤其是涉及一種基於物聯網技術的高壓電塔測溫系統。

背景技術：

高壓電塔是電網的重要組成部分，且分布極為廣泛，這就產生了高壓電塔維護的問題。

隨著全國範圍內用電的需求日益增長，在長期的運行過程中電力設備因夏天過熱、冬天過冷極易產生故障，我國國土面積大，人口眾多，電力需求日益增大，建有包含西電東輸等輸電工程。電網的長期維護一直是相關部門的難題。現有的人工巡檢是電網巡檢的主要方式，通常採用人工測量、記錄的模式對高壓電塔及其他電力設備進行逐一排查，耗費巨大的人力物力，並且也存在遺漏、檢錯、排查周期長、偏遠地區巡檢難等問題。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於克服現有技術的缺陷，提供一種基於物聯網技術的高壓電塔測溫系統，能夠對高壓電塔上電力設備進行溫度測量，並判斷電力設備是否出現故障，出現故障時及時的進行維護。

為實現上述目的，本實用新型提出如下技術方案：一種基於物聯網技術的高壓電塔測溫系統，包括

至少一個用於對高壓電塔上電力設備進行實時溫度測量並發送溫度數據和判定電力設備出現故障時發送告警信息的終端測溫單元；

用於接收終端測溫單元發送的溫度數據和告警信息並以無線網絡方式進行發送溫度數據和告警信息的GSM移動通信基站單元；以及

用於接收GSM移動通信基站單元發送的溫度數據和告警信息並進行處理，實時監測高壓電塔上電力設備運行狀態的監測單元；其中，

所述終端測溫單元包括微處理器控制模塊，以及與所述微處理器控制模塊相通信的溫度測量模塊和GPRS通信模塊，所述GPRS通信模塊與GSM移動通信基站單元相通信，所述終端監測單元與GSM移動通信基站單元相通信。

優選地，所述溫度測量模塊包括紅外掃描測溫儀，以及與所述紅外掃描測溫儀相連接的雙舵機雲臺，所述紅外掃描測溫儀和雙舵機雲臺均與微處理器控制模塊相通信。

優選地，所述紅外掃描測溫儀與高壓電塔上電力設備非接觸。

優選地，所述紅外掃描測溫儀包括紅外鏡頭、掃描鏡，以及依次相連接的探測器模塊，放大器模塊和AD轉換模塊，所述紅外境外位於掃描鏡前端，所述掃描鏡位於探測器模塊前端，所述AD轉換模塊與微處理器控制模塊相連接。

優選地，所述GPRS通信模塊與GSM移動通信基站單元雙向通信連接。

優選地，所述終端測溫單元還包括用於告警提示的警示模塊，所述警示模塊與微處理器控制模塊相通信。

優選地，所述終端測溫單元還包括為終端測溫單元提供工作電壓的電源模塊，所述電源模塊與終端測溫單元相連接。

優選地，所述電源模塊包括電源保護電路模塊，以及與所述電源保護電路模塊相連接的直流電壓轉換電路模塊，電池組模塊和控制電路模塊，所述控制電路模塊與數個能夠進行光電轉換的太陽能光電轉換板相連接。

優選地，所述監測單元包括複數用於存儲溫度數據的資料庫伺服器，用於訪問資料庫伺服器的Web伺服器，以及用於訪問Web伺服器的物聯網監控管理平臺，物聯網監控平臺與Web伺服器相通信，所述Web伺服器與資料庫伺服器相通信。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型所述的基於物聯網技術的高壓電塔測溫系統，使用雙舵機雲臺帶動紅外掃描測量儀旋轉的無接觸方式進行溫度測量，適用於高壓、高溫、強幹擾情況下的溫度數據採集；在溫度出現異常時，能夠發送告警信息，使維護人員能夠及時的進行維護，減少損失；另外所述系統採用平時休眠，定時喚醒的工作模式，有效的降低系統的整體功率，延長壽命。

附圖說明

圖1是本實用新型的基於物聯網技術的高壓電塔測溫系統結構框圖示意圖；

圖2是本實用新型的終端測溫單元結構框圖示意圖；

圖3是本實用新型的紅外掃描測溫儀結構框圖示意圖；

圖4是本實用新型的GPRS通信模塊電路圖示意圖；

圖5是本實用新型的電源模塊結構框圖示意圖；

圖6是本實用新型的基於物聯網技術的高壓電塔測溫系統的工作流程圖一；

圖7是本實用新型的基於物聯網技術的高壓電塔測溫系統的工作流程圖二。

具體實施方式

下面將結合本實用新型的附圖，對本實用新型實施例的技術方案進行清楚、完整的描述。

如圖1所示，本實用新型所揭示的一種基於物聯網技術的高壓電塔測溫系統，能夠對高壓電塔上電力設備的溫度進行實時監測，及時發現出現故障的電力設備，並發送告警信息，使維護人員能夠及時對出現故障的電力設備進行維護，減少因故障帶來的損失。

所述基於物聯網技術的高壓電塔測溫系統包括至少一個終端測溫單元，GSM移動通信基站單元，以及監測單元；

所述終端測溫單元用於對高壓電塔上電力設備進行實時溫度測量，發送溫度數據至GSM移動通信基站單元中，同時，分析電力設備是否存在故障，若存在故障，則發送告警信息至GSM移動通信基站單元中；

所述GSM移動通信基站單元用於接收終端測溫單元發送的溫度數據和告警信息，並將接收到的溫度數據和告警信息通過無線網絡的方式發送至監測單元中；

所述監測單元對接收到的溫度數據和告警信息進行處理，實時監測高壓電塔上電力設備的運行狀態。

進一步地，所述監測單元包括資料庫伺服器，Web伺服器，以及物聯網監控管理平臺，所述資料庫伺服器用於存儲終端測溫單元採集到的溫度數據，所述物聯網監控管理平臺通過HTTP協議訪問Web伺服器，進一步訪問資料庫伺服器，集中顯示每臺高壓電塔上電力設備的實時溫度數值。當電力設備出現故障時，物聯網監測平臺可以根據告警信息，判定出現異常的電塔的位置，及時的告知電塔維護人員對高壓電塔上電力設備進行維護，當然，還可以通過GSM移動通信基站單元將告警信息直接發送至電塔維護人員的手機客戶端中，所述告警信息包括出現故障的電塔的位置，以及當前的溫度數據。

進一步的，如圖2、圖3所示，所述終端測溫單元包括微處理器控制模塊，以及與所述微處理器控制模塊相連接的GPRS通信模塊和溫度測量模塊；

所述溫度測量模塊將採集到的溫度數據發送至微處理器控制模塊中，微處理器控制模塊對所述溫度數據進一步處理並通過GPRS通信模塊將溫度數據發送至GSM移動通信基站單元中，同時微處理器控制模塊根據所述溫度數據判斷高壓電塔上電力設備是否出現故障，若發生故障，則通過GPRS通信模塊發送告警信息至GSM移動通信基站單元中；

所述溫度測量模塊包括紅外掃描測溫儀，以及與所述紅外掃描測溫儀相連接的雙舵機雲臺，所述紅外掃描測溫儀和雙舵機雲臺均與微處理器控制模塊相連接，所述微處理器控制模塊根據設定的時間驅動雙舵機雲臺旋轉，進一步控制紅外掃描測溫儀在水平方向上和垂直方向上旋轉一定的角度，從而實現對高壓鐵塔上電力設備的溫度測量。本實施例中，所述紅外掃描測溫儀通過水平掃描和垂直掃描的方式對高壓電塔進行多點溫度測量，並且採用非接觸式的測量方式，能夠有效的避免高溫、高壓下的幹擾。

如圖3所示，所述紅外掃描測溫儀的結構框圖，包括紅外鏡頭、掃描鏡、探測器模塊、放大器模塊，以及AD轉換模塊，所述紅外境外位於掃描鏡的上遊，所述掃描鏡位於放大器模塊的上遊，所述探測器模塊與放大器模塊相連接，所述放大器模塊與AD轉換模塊相連接，所述AD轉換模塊與微處理器控制模塊相連接，所述紅外鏡頭與掃描鏡將紅外光傳遞至探測器模塊，所述探測器模塊將紅外光進行光電信號轉換後輸入至放大器模塊中進行信號放大，放大後的信號通過AD轉換模塊進行模數轉換，並輸入至微處理器控制模塊。其中，所述探測器採用熱敏電阻，並且採用直流的工作方式，具體的，當高壓電塔發射出的紅外線通過紅外鏡頭匯聚到掃描鏡，所述掃描鏡進行水平方向掃描，依次逐點的把被測目標紅外線聚焦到探測器上，所述探測器探測到紅外熱輻射時產生微弱的電壓信號，微弱的電壓信號經過放大器後輸出直流電平信號，優選地，所述放大器包括相連接的低噪聲、高輸入阻抗的前置放大器和增益可調的主放大器，所述微弱的電平信號經過放大器後輸出峰值電壓為2.5V的直流電平信號。所述直流電平信號經過AD轉換模塊進行模數轉換輸出至微處理器控制模塊進一步處理，優選地，所述AD轉換模塊為型號為PCF8591模數轉換模塊，轉換後的溫度數據通過PCF8591模數轉換模塊的SDA輸出引腳輸出至微處理器控制模塊中。

如圖4所示，所述GPRS通信模塊與微處理器控制模塊連接的電路圖，所述微處理器控制模塊通過AT指令控制GPRS通信模塊與GSM移動通信基站單元實現通信，所述GPRS通信模塊與GSM移動通信基站單元雙向通信連接。優選地，所述微處理器控制模塊選自型號為STM32F103的微處理器，所述STM32F103微處理器集成定時器/ADC/SPI/USB/UART功能，其包括GPIO引腳，RX引腳，TX引腳，GPIO1引腳，GPIO3引腳，所述GPRS通信模塊選自型號為SIM900的通信模塊，所述SIM900採用工業標準接口，工作頻率為GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz，可以低功耗實現語音、SMS和數據傳輸，其包括PWRKEY引腳，TXD引腳，RXD引腳，STATUS引腳，SIM_VDD引腳，SIM_DATA引腳，SIM_CLK引腳、SIM_RST引腳，所述GPIO引腳與PWRKEY引腳相連接，RX引腳與TXD引腳相連接，TX引腳與RXD引腳相連接，GPIO1引腳與STATUS引腳相連接。

本實施例中，GPRS通信模塊能夠向監測單元中的維護人員發送簡訊息，因此，GPRS通信模塊中設有SIM卡槽，所述SIM卡槽包括六個引腳，第一引腳與GPIO3引腳相連接，用於測試；第三引腳與SIM_DATA引腳相連接，用於輸入需要發送的數據；第四引腳與SIM_CLK引腳相連接，用於同步；第五引腳與SIM_RST引腳相連接，用於重置。

更進一步的，紅外掃描測溫儀將轉換後的溫度數據通過UART接口送至微處理器控制模塊中，所述微處理器控制模塊對所述溫度數據處理得到絕對溫度值，並根據HTTP協議和TCP/IP協議進行數據打包，將打包好的數據通過UART接口送入GPRS通信模塊中，所述SIM900通信模塊支持TCP/IP協議和HTTP協議，微處理器控制模塊通過AT指令控制SIM900通信模塊與監測單元中的資料庫伺服器建立TCP連接，所述GPRS通信模塊通過無線網絡將數據包送入監測單元中的資料庫伺服器中存儲，所述物聯網監控管理平臺通過Web伺服器訪問資料庫伺服器，實時顯示每臺高壓電塔電力設備的溫度。當高壓電塔上電力設備運行出現故障時，微處理器控制模塊生成告警信息並通過AT指令控制SIM900通信模塊，向監測單元中發送告警信息。所述告警信息可以直接發送至監測單元中的維修人員，維修人員根據告警信息中的電塔編號信息，及時的進行維修，避免造成大的損失。

結合圖2和圖5所示，所述終端測溫單元還包括警示模塊和電源模塊，所述電源模塊與微處理器控制模塊相連接，為其提供工作電壓，所述警示模塊與微處理器控制模塊相連接，所述溫度測量模塊將測量到的溫度數據發送至微處理器控制模塊後，微處理器控制模塊根據溫度數據判斷電力設備是否出現故障，若出現，則驅動警示模塊發出告警提示，方便維護人員進行維護。本實施例中，優選地，所述警示模塊選自型號為LTE-1101J的聲光報警器。

如圖5所示，所述電源模塊包括電源保護電路模塊，以及與所述電源保護電路模塊相連接的直流電壓轉換電路模塊，電池組模塊和控制電路模塊，所述控制電路模塊與數個太陽能光電轉換板相連接，所述太陽光電轉換板能夠進行光電轉換，所述控制電路模塊包括光電板控制電路模塊和電池組充放電電路模塊，所述光電板控制電路模塊能夠對太陽能光電轉換板進行控制，進行太陽光能與電能的轉換，所述電池組充放電模塊能夠控制電池組模塊進行充電和放電，電源保護電路模塊能夠對電池組模塊提供過過衝、過流、過放，以及過壓提供保護，所述電池組模塊通過直流電壓轉換電路模塊為終端測溫單元等提供工作電壓，優選地，所述工作電壓為3.3V～5V。通過利用光電轉換為終端測溫單元提供工作電壓，使得終端測溫單元能夠持續工作，並且能夠有效地節省電力資源。

為了充分提高系統的工作效率以及降低系統的整體功耗，所述終端測溫裝置採用平時休眠，定時喚醒的工作模式。具體的，結合圖6和圖7所示，高壓電塔測溫系統的工作流程圖，微處理器控制模塊初始化，啟動自檢，自檢後啟動定時器，並設定採樣間隔，並進一步設定溫度的預設閥值，進入休眠模式。當定時器產生中斷以後，所述溫度測量模塊開始採集溫度數據，並將所述溫度數據發送至微處理器控制模塊中，微處理器控制模塊根據溫度數據判斷電力設備是否出現故障，若出現故障，則啟動聲光報警裝置，並通過GPRS通信模塊發送報警簡訊，否則，通過GPRS通信模塊發送數據至終端監測單元中，進行數據的統計，完成中斷服務後，再次進入休眠，從而降低系統的整體功率，延長壽命。

為了更好的說明高壓電塔測溫系統測量的準確性，本實施例中，選取某一地區的高壓電塔進行溫度測量。環境溫度為15℃，高壓電塔的工作電壓為50KV，將終端測溫單元設置在距離高壓電塔頂端4米的地方，通過在監測中心的物聯網監控管理平臺查看高壓電塔上電力設備的溫度，採集數據見表一。

表一：高壓測溫系統測得的高壓電塔電力設備溫度數據

為了驗證高壓電塔測溫系統測量溫度是否準確，藉助某熱工研究所福祿克紅外溫度檢測儀在同樣的測試環境下進行溫度測量，見表二。

表二：溫度精度測試實驗數據

通過表二可知，高壓電塔測溫系統測量的溫度存在誤差，且誤差範圍在±1℃，當終端測溫單元越靠近電力設備，則測量得到的溫度誤差越小。

本實用新型所述的基於物聯網技術的高壓電塔測溫系統，使用雙舵機雲臺帶動紅外掃描測量儀旋轉的無接觸方式進行溫度測量，適用於高壓、高溫、強幹擾情況下的溫度數據採集；在電力設備出現故障時，能夠發送故障位置信息，使維護人員及時的進行維護，減少損失；另外所述系統採用平時休眠，定時喚醒的工作模式，有效的降低系統的整體功率，延長壽命。

本實用新型的技術內容及技術特徵已揭示如上，然而熟悉本領域的技術人員仍可能基於本實用新型的教示及揭示而作種種不背離本實用新型精神的替換及修飾，因此，本實用新型保護範圍應不限於實施例所揭示的內容，而應包括各種不背離本實用新型的替換及修飾，並為本專利申請權利要求所涵蓋。