CN205212551U - 一种物联网平台电力监控*** - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种物联网平台电力监控***，具体涉及电力监控技术领域。它解决了现有的电力监控***智能化程度低的不足。该物联网平台电力监控***，包括微控制器，微控制器连接有外扩以太网单元、显示单元、温度与相对湿度测试单元、图像信息采集与缓冲单元、图像数据信息存储与掉电保护单元、晶振与复位单元、回路开关单元和电能采集单元；微控制器与电能采集单元连接同一电源电路单元，电能采集单元连有电能采样电路，电能采样电路上输入有电压信号和电流信号，外扩以太网单元连接有路由器，路由器连接上位机。

Description

一种物联网平台电力监控***
技术领域
本实用新型属于电力监控技术领域，具体涉及一种物联网平台电力监控***。
背景技术
电力行业是国民经济支柱产业，电力生产的发展与稳定，关系着社会秩序的稳定与人民的幸福安康。随着科技进步和电力企业自动化水平的提升，电力设备朝着独立、散居分布式发展，基于以太网设备远程监控管理问题成为当下亟待解决的一个重要研究课题。
传统的电力监控***通信常用Socket、FTP、E-Mail等方式，这些技术在数据传输数量、编程灵活性和安全性能方面都有所欠缺，而且由于操作平台的限制，互相之间通信变得比较困难。近年来，科技飞速发展，网络通信成为主流通信方式，大多以计算机为主体，包括检测、传输、执行等机构。电网其网络覆盖面广，由点到线及面，维护保障难度极大,需要设计一种新型的WEB平台电力监控装置,提高电力设备远程监控的实效性、可靠性，降低维护保障难度。
传统的电力监控装置大多数采用C/S架构管理模式，虽然在出错提示、处理大信息量上占有优势，但是不同的客户机上必须安装不同的操作***软件，通用性不高并且网络结构不灵活，功能若改变操作***也将相应调整，开发与维护成本高。为解决C/S架构的这些缺陷，改用B/S架构，利用浏览器-Web服务器管理方式通用性强，应用升级修改灵活，操作简便无需培训等优势为突破口，设计了一种新型的基于STM32的WEB平台电力监控装置，该装置核心为嵌入式芯片STM32，以太网技术为主，由统一的TCP/IP协议和WWW规范支持，其安全性、可靠性、准确性、时效性、集中管理等性能均能保证，顺应远程监控***的发展潮流，符合电网设备革新的时代需求。在监控室内只需要少量工作人员对监控对象集中网络管理，解决早期电力监控***有“监”无“控”问题，实现***升级改造。
由于目前采用嵌入式控制上述模块进行电力WEB平台开发的研究还比较少,用于实际的更不多，本次设计在实验室制作成品，试验结果，以太网通信顺畅，嵌入式装置监测电压、电流有效值精度超过0.5S，摄像监视、SD卡存储等多项功能得到拓展应用。试验表明，设计的电力监控装置实现了监与控的有机结合，且经济实用，办公电脑即可操作，不需专门的操作***，在技术实现方面完全能够满足特定用户的需求。需要提出的是，本设计还可以根据要求对装置的软硬件进行灵活修改,软硬件升级维护成本低，因此该***有较大的实用价值,具有比较广阔的市场前景。
从上个世纪90年代以来，随着科技的迅速发展，人们的安全生产思想和安全管理理念都发生了重大变化，作为超前预防保障生产安全的监测监控技术正在被人们所认识和重视。监控***的演变，是一个从集中监控向网络监控的发展历史。早期的监控***，采用大型仪表集中对各个重要设备的状态进行监视，并通过操作盘来进行集中式操作；而计算机监控***是以监测控制计算机为主体，加上检测装置、执行机构与被监测控制的对象(生产过程)共同构成的整体。在设计的该***中，计算机实现了生产过程的检测、监督和控制功能。在现代企业的生产和管理中，大量的物理量、环境参数、工艺数据、特性参数需要进行实时检测、监督管理和自动控制。由于工业生产过程控制要求的高环境适应性、高实时性和高可靠性等特点，自动控制与检测技术一直沿着自己的道路发展，测控领域所使用的通信技术都自成体系，许多通信协议不开放，而且大多数***都是面向单台或单一类型的设备。
随着网络技术的飞速发展和监控范围的扩大，监控***由过去的单机监控过渡到现在的网络监控，但目前还存在着一些问题。首先，网络通信技术不足的问题。网络通信技术是远程监控技术中最为关键的技术，然而，目前网络通信一般简单采用Socket技术，甚至FTP或E-Mail等，这些技术无论在传输的数据量、编程的灵活性还是安全性方面都有很大的欠缺，特别是对于现场多个端点的数据采集，会大大增加编程的复杂度，不能满足远程监控技术对网络通信的需求；其次，网络通信中多种结构并存的问题。目前的远程监控***结构大多比较复杂，分布距离远，而且还存在着不同局域网，不同平台，甚至在同一局域网中的操作平台以及编程语言也可能有不同的问题，这就要求集成网络中的不同平台，实现相互之间的通信，而这些问题采用传统方法是难以解决的。
远程监控是国内外研究的前沿课题，国内外都展开了积极的研究。1997年1月，首届基于Internet的远程监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办，有来自30个公司和研究机构的50多位代表到会。会议主要讨论了有关远程监控***开放式体系、诊断信息规程、传输协议及对用户的合法限制等，并对未来技术发展作了展望。由斯坦福大学和麻省理工学院合作开发基于Internet的下一代远程监控诊断示范***，这项工作同时也得到了制造业、计算机业和仪器仪表业的Sun、HP、Boeing、Intel、Ford等12家大公司的热情支持和通力配合。之后，由这些公司共同推出了一个实验性的***Testbed。Testbed用嵌入式Web组网、用实时JAVA和BayesianNet初步形成在Internet范围内的信息监控和诊断推理。另外，许多国际组织，如MIMOSA(MachineryInformationManagementOpenSystemAlliance)、SMFPT(SocietyforMachineryFailurePreventionTechnology)、COMADEM(ConditionMonitionandEngineeringManagement)等，也纷纷通过网络进行设备监控与故障诊断咨询和技术推广工作，并制定了一些信息交换格式和标准。许多大公司也在他们的产品中加入了Internet的功能，如Bently公司的计算机在线设备运行监测***DataManager2000可以通过网络动态数据交换(NetDDE)的方式向远程终端发送设备运行状态信息；著名的NationalInstruments公司也在它的产品LabWindows/CVI以及LabVIEW中加入了网络通讯处理模块，因而可以通过WWW、FTP、E-mail方式在网络范围内进行监控数据的传送。法国“ALARM”研究组对生产过程的智能报警和监控***进行了长期研究，并在多个项目中进行了应用。
EP电力信息化网国内对于远程监控技术也开展了积极的研究。目前远程监控技术的主流是应用Internet技术，在TCP/IP协议和WWW规范的支持下，合理组织软件结构，使工作人员通过访问网络服务器来迅速获取自己权限下的所有信息并及时做出响应。将来，嵌入式***的发展会越来越迅速，越来越成熟，这项新技术迟早必将用于远程监控***上，是监控***未来发展方向之一。嵌入式监控***可以使信息实现本地化处理，改善服务器性能，可以使每一个设备具备上网与服务功能，即每一个设备都可以独立进行服务，从而大大提高监控的质量和范围。
电网基于其一般特性，覆盖面积大较高，需要维护和保障的点、线、面都远远高于发电和电建企业，因此电网的远程监控对可以说是电力行业安全保障的主角和重头戏。随着电力工业的不断发展，各变电站、变电所、通讯站等都要通过监控***实现少人、无人监管，以提高生产效益。同时，监控***和电力调度***、办公室自动化OA***能够有机的融合在一起，形成一个综合的管理业务***。尤其是伴随着智能电网产业的发展，智能电网安防及视频监控***统的研究和应用在国内处于快速成长期，将其应用到智能电网数字化变电站领域，利用高清晰度视频图像对电网关键设备的运行状况记录分析，实现在线远程监视及监护，对促进电力安全生产具有重要意义。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有的电力监控***智能化程度低的不足，提出了通过在电力监控***中设置外扩以太网单元，实现采用浏览器方式进行监测与控制，方便数据处理、命令发送和功能扩展的一种物联网平台电力监控***。
本实用新型具体采用如下技术方案：
一种物联网平台电力监控***，包括微控制器，所述微控制器连接有外扩以太网单元、显示单元、温度与相对湿度测试单元、图像信息采集与缓冲单元、图像数据信息存储与掉电保护单元、晶振与复位单元、回路开关单元和电能采集单元；所述微控制器与电能采集单元连接同一电源电路单元，所述电能采集单元连有电能采样电路，所述电能采样电路上输入有电压信号和电流信号，所述外扩以太网单元连接有路由器，所述路由器连接上位机。
优选地，所述微控制器与电能采集单元之间通过第一串行外设接口总线单元进行数据传输。
优选地，所述微控制器与外扩以太网单元之间通过第二串行外设接口总线进行数据传输。
优选地，所述显示单元与微控制器上的可变静态存储控制器接口相连。
优选地，所述温度与湿度测试单元与微控制器之间通过单总线进行数据传输。
优选地，所述图像信息采集与缓冲单元与微控制器上的模拟串行摄像机控制总线接口相连。
优选地，所述图像数据信息存储与掉电保护单元与微控器的数字分量串行接口和串行外设总线接口相连。
本实用新型具有以下有益效果：
(1)嵌入式装置自成Web服务器，直接通过以太网网线实现服务器与上位机的通信以及各个网络节点之间通信，传输速度快，抗干扰性能强，传输距离远。
(2)采用外扩以太网单元与电脑之间通信，无需专用上位机软件，用互联网浏览器方式进行监测与控制，方便数据处理命令发送和功能扩展功能。
(3)图像数据信息存储与掉电保护单元中采用SD卡实现存储功能，容量大，可插拔，修改使用方便等特点，还能实现命令修改、掉电保护和数据存储修改等的功能；并且SD卡也可以配合摄像头OV7725实现照相存储功能，以及LCD截屏存储功能。用以记录某一时刻的电量或者设备状态。
(4)微控制器采用STM32F103ZET6，指令周期短，速度快，具有优先级抢占中断控制器，自带滴答定时器，可用于LWIP轮询功能，GPIO复用功能多，FSMC可用于LCD显示，实现OV7725摄像头摄像录像功能，SDIO实现SD卡功能等等。
附图说明
图1为一种物联网平台电力监控***的结构框图；
图2为电能采样电路示意图；
图3为微控制器上的外扩以太网示意图；
图4为图像信息采集与缓冲单元电路连接图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的具体实施方式做进一步说明：
如图1-4所示，一种物联网平台电力监控***，包括微控制器，微控制器连接有外扩以太网单元、显示单元、温度与相对湿度测试单元、图像信息采集与缓冲单元、图像数据信息存储与掉电保护单元、晶振与复位单元、回路开关单元和电能采集单元；微控制器与电能采集单元连接同一电源电路单元，电能采集单元连有电能采样电路，电能采样电路上输入有电压信号和电流信号，外扩以太网单元连接有路由器，路由器连接上位机。
其中，微控制器采用STM32F103ZET6，电能采集单元的主芯片采用ATT7022B，微控制器与电能采集单元之间通过第一串行外设接口总线单元进行数据传输，STM32F103ZET6采用第一串行外设接口总线单元读出ATT7022B寄存器中电能数据；温度与湿度测试单元与微控制器之间通过单总线进行数据传输，微控制器利用单总线读出温度与湿度测试单元测出的温度与相对湿度数据；显示单元与微控制器上的可变静态存储控制器接口相连，其中显示单元采用LCD将数据信息显示，并把重要数据存入2M-FLASHW25X16中，实现监测功能；图像信息采集与缓冲单元与微控制器上的模拟串行摄像机控制总线接口相连，采用OV7725进行图像信息采集，FIFOAL422B作为缓冲单元，采集的图像通过FIFOAL422B缓冲传入单片机，配备的补光灯可以用于夜间照明或密封柜监视，实现监视功能；微控制器与外扩以太网单元之间通过第二串行外设接口总线进行数据传输，借助网线与路由器或者交换机相连实现以太网通信，工作人员可用同一网络下不同IP的PC机或者手机的Web浏览器访问该装置，通过浏览器以Web网页形式访问监控装置，不仅可以实现远程抄表、人工校表、摄像监视和数据、图像、命令信息手动存入SD卡等控制功能，还可以通过发送开关量信号经光电隔离电路放大电压信号控制断路器、隔离开关、接地刀闸、回路开关通断。
其中，ATT7022B为三相专用计量芯片，抗干扰，准确度高。
图像数据信息存储与掉电保护单元与微控器的数字分量串行接口和串行外设总线接口相连。图像信息存储采用SD卡存储，其中FATFS_R0.09文件***负责管理大容量SD卡，对各种数据图像信息进行分类管理，其热插拔特性可以用于SD卡抄表工作，也可修改命令数据，使STM32执行不同指令；掉电保护采用W25X16芯片实现，W25X16芯片是2M的FLASH，存储方便，容量大，可擦除次数多，适用于掉电保护。
当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种物联网平台电力监控***，其特征在于，包括微控制器，所述微控制器连接有外扩以太网单元、显示单元、温度与相对湿度测试单元、图像信息采集与缓冲单元、图像数据信息存储与掉电保护单元、晶振与复位单元、回路开关单元和电能采集单元；所述微控制器与电能采集单元连接同一电源电路单元，所述电能采集单元连有电能采样电路，所述电能采样电路上输入有电压信号和电流信号，所述外扩以太网单元连接有路由器，所述路由器连接上位机。
2.如权利要求1所述的一种物联网平台电力监控***，其特征在于，所述微控制器与电能采集单元之间通过第一串行外设接口总线单元进行数据传输。
3.如权利要求1所述的一种物联网平台电力监控***，其特征在于，所述微控制器与外扩以太网单元之间通过第二串行外设接口总线进行数据传输。
4.如权利要求1所述的一种物联网平台电力监控***，其特征在于，所述显示单元与微控制器上的可变静态存储控制器接口相连。
5.如权利要求1所述的一种物联网平台电力监控***，其特征在于，所述温度与湿度测试单元与微控制器之间通过单总线进行数据传输。
6.如权利要求1所述的一种物联网平台电力监控***，其特征在于，所述图像信息采集与缓冲单元与微控制器上的模拟串行摄像机控制总线接口相连。
7.如权利要求1所述的一种物联网平台电力监控***，其特征在于，所述图像数据信息存储与掉电保护单元与微控器的数字分量串行接口和串行外设总线接口相连。
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