高壓電力線無線溫度採集系統的製作方法
2023-04-23 18:13:51
專利名稱：高壓電力線無線溫度採集系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及高壓電力設備溫度在線採集技術，尤其適宜高壓開關刀閘或高壓母線
以及高壓電纜接頭處的溫度在線採集報警系統。
背景技術：
在發電廠、變電站裡，高壓開關櫃中的觸頭、高壓電纜的接頭因接觸不良或過電流
運行時，因接觸電阻過大，會引起開關觸頭或電纜接頭髮熱；若不及時排除，可能導致開關
櫃或電纜的絕緣破壞，形成重大故障甚至火災發生，從而造成重大經濟損失。因此實時在線
監測高壓開關、高壓電纜接頭的溫度，可以有效預防故障，保證系統可靠運行。
目前，市面上的測溫方法有電池供電無線傳輸溫度數據系統，如專利號為
200820085411. 5的"一種開關櫃觸頭溫升在線監測系統"，這類無線傳輸溫度數據系統，只
是從測溫探頭到接收器採用無線方式，其它連接均採用有線方式，在高壓強電環境下布線
施工複雜、維護困難、成本高；無線發射最少需十幾毫安的電流，對電池供電而言，耗電量偏
大，必須降低無線發射的功耗，才能保證電池供電的長久穩定。
發明內容
針對現有技術存在的缺陷，本發明的目的是提供一種安裝方便，運行穩定、抗幹擾 能力好，低功耗，數據準確可靠，可在線監測高壓開關櫃中的觸頭、高壓電纜的接頭的高壓 電力線無線溫度採集系統。 本發明提供的高壓電力線無線溫度採集系統，包括溫度節點、路由器、終端設備和 上位機，溫度節點的數據發送到就近的終端設備或路由器，路由器接收到的數據再轉發到 終端設備，終端設備與上位機連接；終端設備接收上位機的設置、命令，並將溫度數據通過 串行接口傳到上位機顯示。該系統溫度節點、路由器、終端設備之間的數據傳輸全部採用無 線方式。溫度節點按設定每隔一定時間將溫度數據發送給路由器或終端設備。路由器將溫 度數據直接發送到終端設備，或通過其他路由器發送到終端設備。 所述的溫度節點包含第一無線模塊、數字溫度傳感器和鋰電池。鋰電池和第一無 線模塊的電源線連接，為其供電；第一無線模塊的兩個1/0引腳分別與數字溫度傳感器的 電源線和數據線連接，控制數字溫度傳感器的供電和讀取溫度數據；第一無線模塊將測得 的溫度數據暫存，然後將溫度數據打包發射。 一旦發現溫度數據異常，會立即發射一次溫度 數據。 所述的路由器包含第二無線模塊、濾波電容和顯示二極體。濾波電容用於過濾電 源部分的幹擾，確保無線系統的穩定性和可靠性；顯示二極體用於指示路由器的工作狀態， 方便調試和故障檢測；第二無線模塊用來接收周圍溫度節點和其它路由器的數據，然後將 其轉發。 所述的終端設備包含第三無線模塊、濾波電容和顯示二極體和報警裝置。濾波電 容用於過濾電源部分的幹擾，確保無線系統的穩定性和可靠性；顯示二極體用於指示終端設備的工作狀態，方便調試和故障檢測；第三無線模塊接收溫度節點和路由器發回的數據； 第三無線模塊帶有串行接口 ，與上位機連接，可以將數據傳到上位機顯示；第三無線模塊的 一個I/O引腳與報警裝置連接，超過預警溫度啟動報警。 所述的上位機採用工控機或微機，負責溫度節點的分布和顯示各個溫度節點的信 息，而且還可以對整個系統來設置一些運行條件，比如溫度上限和溫度下限，當某個節點的 溫度高於或者低於系統所設置的條件時，該系統就會發出相應的報警信息，並且能定時保 存數據和報警記錄，為日後查詢提供直接依據。 所述的第一無線模塊、第二無線模塊和第三無線模塊為低功耗無線數傳模塊，如 工作於2. 4GHz頻段或ISM頻段的無線數傳模塊。該無線數傳模塊為一種集無線數據接收 和發送於一體，以及對數據進行處理的片上系統，使得系統設計更為簡化，大大增強了該無 線系統的穩定性和可靠性；同時，也使得開發成本進一步降低。 與現有溫度監測系統相比本發明的優點本發明採用鋰電池供電的低功耗溫度節 點，並通過無線方式傳輸數據，系統易於安裝，運行安全穩定、抗幹擾能力好，保證測溫數據 的準確可靠，溫度節點的功耗較現有產品可降低3倍以上，大大地延長了電池的使用壽命， 且實時在線，響應速度快，體積小，可節省大量的人力、物力。
圖1為高壓電力線無線溫度採集系統結構示意圖
圖2為溫度節點電路原理圖
圖3為路由器電路原理圖
圖4為終端設備電路原理圖
具體實施例方式以下對照附圖對本發明做出進一步詳細說明。 如圖1所示本發明由12隻溫度節點、2臺路由器、終端設備和上位機各一臺組成。 其中1號、2號溫度節點的數據發送到就近的終端設備；3號至7號的溫度節點的數據發送 到1號路由器，1號路由器將接收到的數據發送到終端設備；8號至12號的溫度節點的數據 發送到2號路由器，2號路由器將接收到的數據發送到1號路由器，再由1號路由器轉發到 終端設備；終端設備與報警裝置連接，超過預警溫度啟動報警；終端設備與上位機連接，完 成數據的傳輸。上位機採用工控機，負責溫度節點的分布和顯示各個溫度節點的信息，並且 能定時保存數據和報警記錄，為日後查詢提供直接依據。 所述的溫度節點電路如圖2所示，包含第一無線模塊、數字溫度傳感器和鋰電池。 第一無線模塊採用內置高性能增強型51單片機的低功耗無線數傳模塊nRF24El， nRF24El 為一種集無線數據接收和發送於一體，以及對數據進行處理的片上系統，使得nRF24El的 應用系統更為簡化，大大增強了無線系統的穩定性和可靠性；同時，也使得開發成本進一步 降低。數字溫度傳感器選用Dallas公司的DS1822。鋰電池給第一無線模塊供電；第一無 線模塊的5腳給數字溫度傳感器的電源線供電，第一無線模塊的6腳和數字溫度傳感器的 數據線直接連接；第一無線模塊將讀取的溫度數據打包通過自帶的天線發射。
溫度節點的工作方式如下第一無線模塊初始化後工作在休眠模式，第一無線模塊靠內部集成的看門狗喚醒，喚醒後第一無線模塊啟動數字溫度傳感器，測得溫度數據後 暫存於數據存儲空間，再次進入休眠模式；第一無線模塊的數據存儲空間寫滿後打包啟動 一次射頻發送；一旦發現溫度數據異常，也會立即啟動一次射頻發送。由於數字溫度傳感器 DS1822採用CMOS技術，耗電量很小，初始化完成後工作在斷電模式，測溫時先供電，測得溫 度後再次斷電，將能耗降到最低；第一無線模塊初始化完成後工作在休眠模式，發送溫度數 據後再次進入休眠模式，溫度數據打包發送60分鐘一次，將第一無線模塊初始化能耗和發 送數據包頭的能耗開銷降到最低，使得採用無線方式發送數據，功耗降至較低水平。整個數 字溫度傳感器平均耗電電流小於8微安，無線方式發送平均耗電電流15微安，用2. 4安時 的鋰電池供電可用6-8年；實驗表明，本溫度節點的功耗較現有產品可降低3倍以上，大大 地延長了電池的使用壽命，使得本溫度節點能長期可靠的工作。 所述的路由器電路如圖3所示，由穩壓電源供電，包含第二無線模塊、濾波電容和 顯示二極體。濾波電容用於過濾電源部分的幹擾，確保無線系統的穩定性和可靠性；第二 無線模塊的第15腳和顯示二極體連接，顯示二極體用於指示路由器的工作狀態，方便調 試和故障檢測；第二無線模塊負責接收周圍溫度節點的數據和轉接遠距離的路由器數據， 然後將其轉發。第二無線模塊採用內置高性能增強型51單片機的低功耗無線數傳模塊 nRF24El。 路由器的工作方式為路由器平常工作在接收狀態，如果接收到終端設備的指令 數據或其他路由器的溫度數據，會臨時切換到發送狀態，發送數據後再次工作在接收狀態。 初始化完後工作在接收狀態，等待接收終端設備的指令數據和溫度節點發送的溫度數據， 將接收的溫度數據打包發送到終端設備；路由器根據終端設備的指令數據和其它路由器通 信，將遠距離的路由器數據轉接到終端設備。遠距離的路由器在收到附近的路由器轉發的 指令數據後，會將接收的溫度數據發送到附近的路由器，再由附近的路由器轉發溫度數據 到終端設備。 所述的終端設備電路如圖4所示，由穩壓電源供電，包含第三無線模塊、濾波電容 和顯示二極體和報警裝置。濾波電容用於過濾電源部分的幹擾，確保無線系統的穩定性和 可靠性；第三無線模塊採用內置高性能增強型51單片機的低功耗無線數傳模塊nRF24El。 第三無線模塊的第5腳和顯示二極體連接，用於指示終端設備的工作狀態，方便調試和故 障檢測；第三無線模塊的第19腳和報警裝置連接，溫度超過預警溫度啟動報警裝置；第三 無線模塊帶有串行接口 Jl，接收上位機的設置、命令，並可將溫度數據通過串行接口傳到上 位機顯示，所述的上位機採用工控機。 終端設備的工作方式為第三無線模塊的串行接口工作在中斷方式接收上位機的 命令數據，然後將命令數據發送到附近的路由器；第三無線模塊初始化結束後工作於接收 狀態，依據上位機的溫度節點設置接收溫度節點和路由器發回的數據，第三無線模塊將未 發送數據的溫度節點通知各臺路由器，各臺路由器協調自己周邊的路由器，將遠距離的路 由器數據轉接到終端設備。
權利要求
一種高壓電力線無線溫度採集系統，其特徵在於，包括溫度節點、路由器、終端設備和上位機，溫度節點的數據發送到就近的終端設備或路由器，路由器接收到的數據再轉發到終端設備，終端設備與上位機連接；終端設備接收上位機的設置、命令，並將溫度數據通過串行接口傳到上位機顯示；所述的溫度節點包含第一無線模塊、數字溫度傳感器和鋰電池；鋰電池和第一無線模塊的電源線連接；第一無線模塊的兩個I/O引腳分別與數字溫度傳感器的電源線和數據線連接，控制數字溫度傳感器的供電和讀取溫度數據；所述的路由器包含第二無線模塊，第二無線模塊連接濾波電容和顯示二極體；所述的終端設備包含第三無線模塊，第三無線模塊連接濾波電容和顯示二極體；第三無線模塊帶有串行接口，與上位機連接；第三無線模塊的一個I/O引腳與報警裝置連接，超過預警溫度啟動報警。
2. 如權利要求1所述的高壓電力線無線溫度採集系統，其特徵在於，所述的第一無線 模塊、第二無線模塊和第三無線模塊為低功耗無線數傳模塊。
3. 如權利要求2所述的高壓電力線無線溫度採集系統，其特徵在於，所述的低功耗無 線數傳模塊是工作於2. 4GHz頻段或ISM頻段的無線數傳模塊。
4. 如權利要求1所述的高壓電力線無線溫度採集系統，其特徵在於，所述的上位機採 用工控機或微機。
全文摘要
本發明提供了一種高壓電力線無線溫度採集系統，包括溫度節點、路由器、終端設備和上位機，溫度節點的數據發送到就近的終端設備或路由器，路由器接收到的數據再轉發到終端設備，終端設備與上位機連接；終端設備接收上位機的設置、命令，並將溫度數據通過串行接口傳到上位機顯示。本發明採用鋰電池供電的低功耗溫度節點，並通過無線方式傳輸數據，系統易於安裝，運行安全穩定、抗幹擾能力好，保證測溫數據的準確可靠，溫度節點的功耗較現有產品可降低3倍以上，大大地延長了電池的使用壽命，且實時在線，響應速度快，體積小，可節省大量的人力、物力。
文檔編號G08C17/02GK101762333SQ20101003336
公開日2010年6月30日 申請日期2010年1月11日 優先權日2010年1月11日
發明者尉親梅, 徐新民, 曾志生, 梁軍軍 申請人:山西大學