基于ZigBee網絡的低壓電源SPD在線監測系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于ZigBee網絡的低壓配電SPD在線監測系統，包括通過ZigBee無線網絡相互連接的至少一個采集模塊、至少一個ZigBee路由模塊以及一個ZigBee數據終端模塊；所述采集模塊包括用于供電的第一電源模塊和依次連接的監測模塊、第一單片機處理器、第一ZigBee收發單元；所述ZigBee路由模塊包括第二ZigBee收發單元以及分別與其相連的第一LCD模塊、用于供電的第二電源模塊；所述ZigBee數據終端模塊包括用于供電的第三電源模塊、第三ZigBee收發單元、第二單片機處理器、第二LCD模塊、存儲模塊、上位機。本發明原理簡單，結構合理，有利于在線監測產業的推廣利用。
【專利說明】基于ZigBee網絡的低壓電源SPD在線監測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于ZigBee網絡的低壓電源SPD在線監測系統，屬于電子、電氣設備監測領域。
【背景技術】
[0002]在低壓配電系統中，電涌保護器(Surge Protective Device, SPD)可以有效限制瞬態過電壓并泄放浪涌電流，因而得到廣泛的應用。然而低壓電源SPD的核心部件氧化鋅壓敏電阻在運行中存在老化劣化現象，為了保證用電系統的安全運行，必須對運行中的低壓電源sro進行相應的檢測。傳統手段采取定期的停電檢測方法，難以及時反映設備內部的老化情況，在及時性和安全性上存在巨大隱患，同時也浪費了大量的人力物力。基于以上原因，針對低壓電源SPD的在線監測符合當今智能電網安全，經濟，穩定運行的發展趨勢，具有廣闊的開發前景。以下通過研究相關專利，說明本發明的技術背景。
[0003]目前針對SPD的在線監測大多采用有線的方式，例如專利智能數字式氧化鋅避雷器在線監測儀(201220231520.X)采用穿心式電流傳感器采集漏電流，采集數據經單片機處理后，經RS485接口后傳入人機界面中，從而達到在線監測的目的，專利一種光纖供電的電力避雷器在線監測智能終端(201120329498.8)，運用包含溫度傳感器和電壓互感器的數據采集模塊采集，運用RS232接口將測試的實時數據上傳PC機，根據監控系統對數據異常的sro進行報警，從而實現在線監測，專利一種容性設備及避雷器在線監測系統(201220415370)利用Canbus和數據采集單元進行通訊，以實現安全可靠的在線監測。但是上述專利由于其數據傳輸采取有線傳輸的方式，所需電纜敷設量較大，布線方面成本較高，在監測系統需要加入新的監測點時，升級改造十分困難。更為嚴重的是，該類系統的穩定性比較差，一旦在線路的某點出現故障，可能導致整個系統無法正常運行，這就限制了有線傳輸在線監測系統方面的發展。因此，發展一種新的在線監測數據傳輸方式顯得尤為重要。專利氧化鋅避雷器在線監測裝置(201220151871.X)采用藍牙通訊作為避雷器實時監測數據的傳送方式，以到達無線方式的在線監測，但是藍牙模塊耗電量較大，傳輸距離僅有 10米且無法大量拓展子節點，因而不適用于大規模的在線監測。專利輸電線路避雷器在線監測裝置(201220401658.X)采用GPRS傳輸模塊作為其在線監測數據通訊的無線傳輸方式，較好實現了野 外高壓避雷器的在線監測。但是對于監測節點數目多，安裝范圍小的低壓電源SPD的在線監測，GPRS數據傳輸費用過高，不夠經濟適用。因此急需一種新的無線傳輸方式，以滿足低壓電源sro在線監測節點數目多，組網拓展性好，數據傳輸價格低廉的要求。
[0004]Zigbee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議，具有低功耗，低成本，低速率，近距離，短時延，高容量，高安全，免執照頻段等特點。它是一種介于無線標記與藍牙技術之間的技術，主要應用于近距離無線通信領域。ZigBee有自帶的無線電標準，從而在眾多傳感器之間相互協調實現通信，傳感器節點只需要微小的能量就可以通過天線將數據信息從一個傳感器傳到另一個傳感器。最后，這些數據信息可以傳入計算機進行相應的分析處理或者被另一種無線模塊所收集。因此ZigBee網絡是最適合于傳感器網絡、工程監測、家庭監控等領域的無線技術。據相關調研，目前將ZigBee用于低壓電源SH)在線監測系統的相關專利尚未見報道。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種基于ZigBee網絡的低壓配電STO在線監測系統，本發明解決了現有在線監測系統存在的布線成本高，可靠性差的問題。本發明原理簡單，結構合理，有利于在線監測產業的推廣利用。
[0006]本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案:
本發明提供一種基于ZigBee網絡的低壓配電SH)在線監測系統，包括通過ZigBee無線網絡相互連接的至少一個采集模塊、至少一個ZigBee路由模塊以及一個ZigBee數據終端模塊；
所述采集模塊包括用于供電的第一電源模塊和依次連接的監測模塊、第一單片機處理器、第一 ZigBee收發單元；所述監測模塊包括漏電流監測電路、過電壓監測電路；
所述ZigBee路由模塊包括第二 ZigBee收發單元以及分別與其相連的第一 IXD模塊、用于供電的第二電源模塊；
所述ZigBee數據終端模塊包括用于供電的第三電源模塊、第三ZigBee收發單元、第二單片機處理器、第二 LCD模塊、存儲模塊、上位機；所述第三電源模塊分別與第三ZigBee收發單元、第二單片機處理器相連；所述第三ZigBee收發單元分別與第二 IXD模塊、第二單片機處理器相連；所述第二單片機處理器通過存儲接口與存儲模塊相連，通過串口單元與上位機相連。
[0007]作為本發明的進一步優化方案，所述漏電流監測電路采用采用外積分羅氏線圈采集SH)的漏電流；所述過電壓監測電路采用電阻分壓器采集施加于SPD的電壓值。
[0008]作為本發明的進一步優化方案，所述第一、第二單片機處理器采用型號為MSP430的16位超低功耗單片機芯片。
[0009]作為本發明的進一步優化方案，所述第一至第三ZigBee收發單元采用以CC2430和CC2591兩種芯片的集成。
[0010]作為本發明的進一步優化方案，所述第一至第三電源模塊采用1.81.6V的低電壓電源。
[0011]作為本發明的進一步優化方案，所述存儲接口采用USB/SD接口電路。
[0012]作為本發明的進一步優化方案，所述串口單元采用RS232接口。
[0013]作為本發明的進一步優化方案，所述ZigBee收發單元與IXD模塊通過SPI總線相連。
[0014]作為本發明的進一步優化方案，所述第一、第二 IXD模塊采用128X64點陣的液晶模塊。
[0015]本發明采用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:
(1)本發明基于ZigBee無線網絡，實現了低壓電源STO在線監測系統的無線網絡化，相比現有在線監測系統，更為經濟高效，易于拓展；
(2)本發明的采集模塊運用羅氏線圈和分壓器采集低壓電源SPD的漏電流和過電壓，避免監測設備引入高電壓，從而使得在線監測更為安全，準確；
(3)本發明通過加入ZigBee路由模塊，便于數據集中傳輸，同時有效擴大了無線監測系統的傳輸距離；
(4)本發明通過加入ZigBee終端模塊，實現監測數據的實時存儲功能，并且利用上位機對低壓電源sro進行實時的在線監測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的結構框圖。
[0017]圖2是采集模塊的結構框圖。
[0018]圖3是ZigBee路由模塊的結構框圖。
[0019]圖4是ZigBee數據終端模塊的結構框圖。
【具體實施方式】
[0020]下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
[0021]本【技術領域】技術人員可以理解的是，除非特意聲明，這里使用的單數形式“一”、“一個”、“所述”和“該”也可包括復數形式。應該進一步理解的是，本發明的說明書中使用的措辭“包括”是指存在所述特征、整數、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加一個或多個其他特征、整數、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應該理解，當我們稱元件被“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在中間元件。此外，這里使用的“連接”或“耦接”可以包括無線連接或耦接。這里使用的措辭“和/或”包括一個或更多個相關聯的列出項的任一單元和全部組合。
[0022]本【技術領域】技術人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0023]本發明設計一種基于ZigBee網絡的低壓配電STO在線監測系統，基于ZigBee無線網絡，通過至少一個采集模塊、至少一個ZigBee路由模塊以及一個ZigBee數據終端模塊，解決了現有在線監測系統存在的布線成本高，可靠性差的問題。
[0024]下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明:
一種基于ZigBee網絡的低壓配電SH)在線監測系統，如圖1所示，包括通過ZigBee無線網絡相互連接的至少一個采集模塊、至少一個ZigBee路由模塊以及一個ZigBee數據終端模塊。通過至少一個采集模塊實時監測各個低壓電源SH)的運行狀況，通過ZigBee無線網絡將實時監測數據發送至ZigBee路由模塊；ZigBee路由模塊起中轉作用，能夠有效擴大整個ZigBee網絡的傳輸范圍。通過ZigBee路由模塊將實時監測數據轉發至ZigBee數據終端模塊，ZigBee數據終端模塊接受實時數據并進行處理后，一方面將數據存入大容量存儲設備中，以便隨時調取歷史資料，從而有利于分析事故發生原因；另一方面，將數據傳輸到上位機，上位機根據內置算法，對低壓電源sro系統進行實時監控，當出現危險時及時進行報警。
[0025]本發明中的采集模塊如圖2所示，包括用于供電的第一電源模塊和依次連接的監測模塊、第一單片機處理器、第一 ZigBee收發單元；所述監測模塊包括漏電流監測電路、過電壓監測電路。漏電流監測電路采用外積分羅氏線圈采集低壓電源SPD的漏電流，采集的信號經過積分電阻、線性放大、濾波、A/D轉換等一系列處理后送入第一單片機處理器處理，進行格式轉化。過電壓監測電路采用電阻分壓器采集施加于SPD的電壓值，采集的信號經過極性轉換、限壓、光電耦合后送入第一單片機處理器處理。第一單片機處理器采用型號為MSP430的16位超低功耗單片機芯片，監測模塊將獲得的信號輸入MSP430，經過處理，輸入信號被轉化為可以讀識的數據格式，然后向第一 ZigBee收發單元進行傳送。第一ZigBee收發單元主要集成了 CC2430和CC2591兩種芯片，CC2430是是一款完全兼容8051內核，同時支持IEEE 802.15.4協議的2.4 GHz無線射頻單片機，在使用CC2430芯片進行無線傳輸時，由于芯片本身的發射功率很小，限制了該無線網絡的通信距離；因此加入射頻芯片CC2591，從而提高發射功率，改善接收機的靈敏，延長其通信距離。實時監測數據經過該ZigBee收發單元，向ZigBee路由節點發送無線信號。第一電源模塊主要負責向上述單元供電，為了降低功耗，可采用兩節1.5V干電池實現。
[0026]本發明中的ZigBee路由模塊如圖3所示，包括第二 ZigBee收發單元以及分別與其相連的第一 LCD模塊、用于供電的第二電源模塊。第二 ZigBee收發單元接受采集模塊所傳輸的數據，經過自帶8051內核處理后轉發到數據終端模塊。第一 LCD模塊采用128X64點陣的液晶，數據傳輸模式采用SPI總線傳輸，主要用于顯示節點狀態。由于ZigBee路由模塊需要保持穩定的狀態，因此第二電源模塊通常采用交流形式，本發明的實施例中采用3.3V交流電對ZigBee路由模塊進行供電。
[0027]本發明中的ZigBee數據終端模塊如圖4所示，包括用于供電的第三電源模塊、第三ZigBee收發單元、第二單片機處理器、第二 IXD模塊、存儲模塊、上位機；所述第三電源模塊分別與第三ZigBee收發單元、第二單片機處理器相連；所述第三ZigBee收發單元分別與第二 IXD模塊、第二單片機處理器相連；所述第二單片機處理器通過存儲接口與存儲模塊相連，通過串口單元與上位機相連。第三ZigBee收發單元主要由CC2430和CC2591兩種芯片組成，第二單片機處理器采用型號為MSP430的16位超低功耗單片機芯片。由于數據終端需要較快的處理速度，雖然CC2430集成了 8051核心，但MSP430具有更快的處理速度以及超低功耗的優點，更適合系統的需求，所以將第三ZigBee收發單元同MSP430單片機相連，以加快處理速度。當第三ZigBee收發單元接受ZigBee路由模塊傳輸過來的數據后，將實時數據送入MSP430中轉換數據格式。第二 IXD模塊通過SPI線路同第三ZigBee收發單元相連，用于顯示收發單元狀態。MSP430同USB/SD卡讀取接口以及RS232接口相連，MSP430可以實現兩個功能:第一，將處理過的實時數據通過USB或SD接口電路存入大容量存儲模塊中，以便隨時調取歷史資料，如果有事故發生，可以分析其產生原因；第二，實時數據經RS232接口可以傳輸到上位機，對低壓電源SH)系統進行實時監控，從而實現整個基于ZigBee網絡的在線監測。
[0028]以上所述，僅為本發明中的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術范圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的包含范圍之內，因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種基于ZigBee網絡的低壓配電STO在線監測系統，其特征在于，該系統包括通過ZigBee無線網絡相互連接的至少一個采集模塊、至少一個ZigBee路由模塊以及一個ZigBee數據終端模塊； 所述采集模塊包括用于供電的第一電源模塊和依次連接的監測模塊、第一單片機處理器、第一 ZigBee收發單元；所述監測模塊包括漏電流監測電路、過電壓監測電路； 所述ZigBee路由模塊包括第二 ZigBee收發單元以及分別與其相連的第一 IXD模塊、用于供電的第二電源模塊； 所述ZigBee數據終端模塊包括用于供電的第三電源模塊、第三ZigBee收發單元、第二單片機處理器、第二 LCD模塊、存儲模塊、上位機；所述第三電源模塊分別與第三ZigBee收發單元、第二單片機處理器相連；所述第三ZigBee收發單元分別與第二 IXD模塊、第二單片機處理器相連；所述第二單片機處理器通過存儲接口與存儲模塊相連，通過串口單元與上位機相連。
2.根據權利要求1所述的一種基于ZigBee網絡的低壓配電STO在線監測系統，其特征在于，所述漏電流監測電路采用外積分羅氏線圈采集SPD的漏電流；所述過電壓監測電路采用電阻分壓器采集施加于sro的電壓值。
3.根據權利要求1所述的一種基于ZigBee網絡的低壓配電SH)在線監測系統，其特征在于，所述第一、第二單片機處理器采用型號為MSP430的16位超低功耗單片機芯片。
4.根據權利要求1所述的一種基于ZigBee網絡的低壓配電SH)在線監測系統，其特征在于，所述第一至第三ZigBee收發單元采用以CC2430和CC2591兩種芯片的集成。
5.根據權利要求1所述的一種基于ZigBee網絡的低壓配電SH)在線監測系統，其特征在于，所述第一至第三電源模塊采用1.8^3.6V的低電壓電源。
6.根據權利要求1所述的一種基于ZigBee網絡的低壓配電SH)在線監測系統，其特征在于，所述存儲接口采用USB或SD接口電路。
7.根據權利要求1所述的一種基于ZigBee網絡的低壓配電STO在線監測系統，其特征在于，所述串口單元采用RS232接口。
8.根據權利要求1所述的一種基于ZigBee網絡的低壓配電STO在線監測系統，其特征在于，所述ZigBee收發單元與IXD模塊通過SPI總線相連。
9.根據權利要求1所述的一種基于ZigBee網絡的低壓配電STO在線監測系統，其特征在于，所述第一、第二 IXD模塊米用128X64點陣的液晶模塊。
【文檔編號】G01R31/00GK103913650SQ201410066415
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年2月26日 優先權日:2014年2月26日
【發明者】楊仲江, 陳璞陽, 葉挺, 周中山 申請人:南京信息工程大學
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