CN102289924B - 一种架空输电线路测温装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种架空输电线路测温装置，包含智能传感器，智能传感器包含采集输电导线温度的传感终端和设在杆塔上的管理终端，通过标准通信接口与智能传感器通信的数据采集单元。本发明基于时钟同步的工作方式仅使用1节锂电池供电，便可用于架空输变电线路状态的长期监测，降低了输电线路状态监测装置的功耗，提高了***的可靠性；对外提供标准的通信接口，可以方便地接入到具有标准通信接口的数据采集单元，通用性和可扩展性很强；管理终端与传感终端间采用了芯片级的无线片上***，体积小，功耗低，通信距离较远，满足了输电线路状态监测的通信要求，减少了外部集成无线通信模块带来的不可靠性因素。
Description
技术领域
本发明涉及一种架空输电线路测温装置,属于电力技术领域。
背景技术
输电线路一般跨度大、覆盖范围广，且长期在复杂多变的条件下运行，因此及早发现事故隐患并及时予以排除，使其处于良好的状态下运行十分重要。现有的导线温度测量装置一般由传感终端（Smart Sensor Terminal，简称SST）和数据采集单元（Data Collection Unit，简称DCU）组成。DCU对SST直接进行数据采集，DCU与SST之间的通信接口为外接的专用无线通信模块。工作时，命令以下行的方式从DCU下达到SST，当SST接收到命令后，通过其外部集成的无线通信模块将数据回送给DCU。传感终端SST平时处于等待接收状态，不能进入睡眠状态来节省功耗，因此其工作电流较大，使得导线测温装置功耗比较大，常采用蓄电池或线上取电的方式来维持其运行。另一方面，现有的导线温度传感器与数据采集器间采用无线通信模块进行通信，其通用性和开放性不好，不方便接入到其他类型接口的数据采集器。同时，导线温度传感器集成无线模块与数据采集器进行通信，其体积和功耗较大，增加了对输电线路状态监测***电源供应的负担并降低了其运行的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种架空输电导线测温装置，功耗低，不需蓄电池供电，更具通用性，方便接入到多种类型接口的数据采集器。
为解决上述技术问题，本发明提供一种架空输电线路测温装置，其特征是，包含
智能传感器，所述智能传感器包含采集输电导线温度的传感终端和设在杆塔上的管理终端，
通过标准通信接口与所述智能传感器通信的数据采集单元。
所述标准通信接口或为RS485接口，或为RS232接口，或为SDI-12总线接口。
所述传感终端设在输电导线上。
所述数据采集单元设在杆塔上。
所述传感终端、管理终端、数据采集单元时钟同步。
所述传感终端包括无线SOC、射频阻抗匹配电路、看门狗电路、程序仿真JTAG接口、锂电池、低压差线性稳压器、外部晶振、温度测量芯片。
所述温度测量芯片的感温面与输电导线表面相贴。
所述管理终端包括无线SOC微处理器、射频阻抗匹配电路、看门狗电路、程序仿真JTAG接口、低压差线性稳压器、外部晶振。
所述标准通信接口电路一端与所述无线SOC微处理器连接，另一端与所述数据采集单元连接。
所述低压差线性稳压器的输入端连接外部电源，输出端连接到所述管理终端的电源总线上。
本发明所达到的有益效果：
1) 本发明为一种基于时钟同步工作方式的低功耗的输电导线测温装置，仅使用1节锂电池供电，便可用于架空输变电线路状态的长期监测，极大的降低了输电线路状态监测装置的功耗、降低了***对电源的要求，提高了***的可靠性。
2) 本发明包含传感终端SST和管理终端SSC一体化的智能传感器，其对外提供标准的通信接口，可以方便地接入到具有标准通信接口的数据采集单元DCU，其通用性和可扩展性很强。
3）本发明在管理终端SSC与传感终端SST之间采用了芯片级的无线片上***，其体积小，功耗低，通信距离较远，很好的满足了输电线路状态监测的通信要求，使用方便，减少了外部集成无线通信模块带来的不可靠性因素。
附图说明
图1为本发明的原理图；
图2为SST的原理框图；
图3为SSC的电路原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的一种低功耗的导线测温装置包括安装在输电导线上的传感终端SST1（Smart Sensor Terminal）、安装在杆塔上的管理终端SSC2（Smart Sensor Controller）以及数据采集单元DCU3（Data Collection Unit）。其中SST1采用锂电池供电，定时采集传感器数值，通过无线方式发送至SSC2；SSC2由数据采集单元DCU3供电，定时接收SST1的数据并通过RS485总线将SST1数据送给数据采集单元。
SST1与SSC2组成了一个智能传感器，SST1负责温度数据的采集，SSC2负责温度数据传输以及对外通过标准SDI-12协议与数据采集单元DCU3通信。
DCU3、SST1、SSC2三者以时钟同步为基础实现了微功耗数据采集和传输，具体工作方式如下：装置初始化运行时，首先由DCU3与SSC2进行时间对时，完成DCU3与SSC2的时钟同步，然后由SSC2与SST1进行时间对时，完成SSC2与SST1的时钟同步；同步完成后，DCU3、SST1、SSC2平时均处于极低功耗的休眠状态，并按一定的唤醒间隔同步工作（默认最小唤醒间隔为5分钟，可根据实际工况设定）；SST1工作时，采集传感器数据，开启无线射频RF接口，通过无线方式发送数据至SSC2，并等待应答或者控制命令，等待时间超时后立即进入休眠状态；SSC2工作时，启动无线射频电路，等待接收SST1数据并应答，如果接收到DCU3端发送过来的命令，则通过无线转发该命令到SST1，等待时间超时后立即进入休眠状态；DCU3工作时，通过485总线唤醒SSC2，并发送命令从SSC2中获取并保存SST1数据，如果没有收到远程命令则立即进入休眠状态。
实现低功耗测温装置的关键在于保持DCU3、SST1、SSC2三者时钟同步，必须对时钟同步的可靠性给予充分的考虑，具体设计的技术方案如下：DCU3、SSC2、SST1三者的唤醒周期必须为测量间隔的整数倍，保证三者能同时唤醒；SSC2接收到SST1数据后，如果发现SST1未完成同步，则对SST1进行一次时钟同步；DCU3、SSC2、SST1每天在一定时间间隔后进行一次时钟同步，以保证不会由外部时钟的漂移而造成时钟的失步。
以下为结合附图，针对发明中的各个分项进行具体的说明。
图2为本发明的SST的原理框图，SST1主要包括无线SOC11、射频阻抗匹配电路14、看门狗电路13、程序仿真JTAG接口简称JTAG接口12、锂电池17、低压差线性稳压器简称LDO16、外部晶振15和温度测量芯片10，VCC及I2C接口18中的I2C部分与无线SOC11相连接；VCC及I2C接口18中的VCC部分与LDO16模块输出的VCC相连接；VCC及I2C接口18通过排线与温度测量芯片10的VCC及I2C接口19相连接，为温度测量芯片10提供电源并将温度转换信号接入到无线SOC11。
其中，温度测量芯片10是导线测温的关键芯片，它的输出与无线SOC11相连接，负责获取导线温度的模拟信号并将该信号转换为数字信号以供无线SOC11进行采集。安装使用时，其感温面与导线表面紧贴，以保证测量的导线温度的准确性。本实施例中采用ADT7410芯片作为温度测量芯片10，AD7410芯片具有很宽的测量范围，温度范围为：-55℃-150℃，绝对精度可达±1℃，可很好的满足导线温度测量的要求。
外部晶振15是整个SST1工作的时钟基准源，输出连接到无线SOC11内部的定时计数器，当计数器达到唤醒周期值时，SST1从睡眠态进入唤醒态，开始采集温度信号，采集结束后开启无线射频接口，将采集的温度数据通过无线的方式发送到SSC；当计数器达到唤醒等待时间时（一般不超过5秒），SST1关闭无线射频接口，由唤醒态进入睡眠态。由此可见，SST1处于唤醒态的时间很短，一般为秒级，在大多数时间处于微功耗的睡眠态。
无线SOC11是一种极微功耗、小体积、以51类型单片机为内核的无线片上***，其作为SST1的核心部件负责采集温度测量芯片10的信号并通过无线射频接口与SSC进行通信。该芯片工作在睡眠状态时仅有1微安左右的电流，具有FSK、GFSK、OOK等无线传输调制方式，最大输出功率达到20dBm,接收灵敏度为-121dBm，最大传输距离能达到2000米。
SST1的电源供应由锂电池17和3.3V LDO16组成，LDO（low dropout regulator）为低压差线性稳压器，锂电池17输出3.6V电压到3.3V LDO16，经过3.3V LDO模块电平转换输出3.3V电压，为整个SST1电路供电。锂电池17体积小、重量轻，便于安装，减轻了对输电线路的承重，且容量大，可满足SST1在输电线路上长期监测的用电需求。
SST1的看门狗电路13的输入与输出均连接到无线SOC11的外部引脚上，其输入作为无线SOC11给它的喂狗信号，输出作为无线SOC11的复位信号。在SST1唤醒期间开启，无线SOC11必须间隔一定时间输出喂狗信号，否则超出给定间隔时间后，看门狗电路13将会输出复位信号使SST11复位。看门狗电路13主要为了避免SST1在工作运行期间出现死机现象，保证了SST1长期运行的可靠性。
射频阻抗匹配电路14为无线通信的***匹配电路，它与无线SOC11内部的无线外设通道相连接。在SST1进入休眠状态时，电路不工作，只有在SST1唤醒时才开启，通过射频阻抗匹配电路14提供的射频接口可与SSC进行无线通信。JTAG 接口12为无线SOC11单片机的程序仿真、程序下载的接口。
图3为SSC2的电路原理框图，主要包括无线SOC微处理器21、射频阻抗匹配电路25、看门狗电路23、程序仿真JTAG接口22、LDO27、外部晶振26、RS485接口电路24。从整体来看，SSC与SST的原理框图十分类似，其中无线SOC微处理器21、射频阻抗匹配电路25、看门狗电路23、程序仿真JTAG接口22、外部晶振26与图2 SST中的无线SOC、射频阻抗匹配电路、看门狗电路、JTAG接口、外部晶振的特性和功能相同，在此不再累述。
本实施例中的LDO27采用3.3V LDO27的输入端连接外部电源4，输出连接到整个SSC2的电源总线上，其作用是将外部电源4输入的12V电源转换为3.3V输出。由于SSC2是安装在杆塔上的设备，因此由固定于杆塔的蓄电池和太阳能设备来做为外部电源4。
RS485接口电路14一端连接到无线SOC微处理器21的串行外设，另一端连接到数据采集单元DCU上。该电路负责响应DCU的命令，与DCU进行数据交换。该接口电路只有在SS2C唤醒态时才开启，在SSC1睡眠态时处于微功耗接收态，DCU可通过该RS485接口电路24发送命令即时唤醒SSC2。
RS485接口电路24是一种方便易用的标准接口，通过该接口各类厂商的DCU设备均可接入到SSC2。
本领域普通技术人员可以意识到，此处所用的接口不仅仅可以为RS485接口电路，也可以用其他标准接口来替代，例如RS232标准接口、SDI-12总线接口等。
数据采集单元DCU设备的功能较简单，实现方式可多样化，在此仅描述其外部功能，不对其内部的具体电路原理进行叙述。在导线测温装置中，DCU的主要功能是通过RS485接口设置SST的工作参数、读取SST的温度数据和校准SSC的时钟以实现与SSC、SST的时钟同步。此外，DCU也是杆塔设备，其供电方式为常规的杆塔设备供电方式，即蓄电池和太阳能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1. 一种架空输电线路测温装置，其特征是，包含
智能传感器，所述智能传感器包含采集输电导线温度的传感终端和设在杆塔上的管理终端，
通过标准通信接口与所述智能传感器通信的数据采集单元；
所述传感终端包括无线SOC、射频阻抗匹配电路、看门狗电路、程序仿真JTAG接口、锂电池、低压差线性稳压器、外部晶振、温度测量芯片。
2.根据权利要求1所述的一种架空输电线路测温装置，其特征是，所述标准通信接口或为RS485接口，或为RS232接口，或为SDI-12总线接口。
3.根据权利要求1所述的一种架空输电线路测温装置，其特征是，所述传感终端设在输电导线上。
4.根据权利要求1所述的一种架空输电线路测温装置，其特征是，所述数据采集单元设在杆塔上。
5.根据权利要求1所述的一种架空输电线路测温装置，其特征是，所述传感终端、管理终端、数据采集单元时钟同步。
6.根据权利要求1所述的一种架空输电线路测温装置，其特征是，所述温度测量芯片的感温面与输电导线表面相贴。
7.根据权利要求1所述的一种架空输电线路测温装置，其特征是，所述管理终端包括无线SOC微处理器、射频阻抗匹配电路、看门狗电路、程序仿真JTAG接口、低压差线性稳压器、外部晶振。
8.根据权利要求7所述的一种架空输电线路测温装置，其特征是，所述标准通信接口电路一端与所述无线SOC微处理器连接，另一端与所述数据采集单元连接。
9.根据权利要求7所述的一种架空输电线路测温装置，其特征是，所述低压差线性稳压器的输入端连接外部电源，输出端连接到所述管理终端的电源总线上。
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