CN205335978U - 基于Zigbee的配电网测温*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于Zigbee的配电网测温***，包括多个测温节点、一个控制器和一个监控工作站，多个测温节点的每一个测温节点上设置有至少一个温度传感器；每一个测温节点的温度传感器与一个第一Zigbee无线通信模块相连接；控制器与监控工作站之间通过数据总线相连接，控制器上还连接有一个第二Zigbee无线通信模块；第一Zigbee无线通信模块与第二Zigbee无线通信模块之间通过Zigbee通信网实现无线数据通信。本实用新型的基于Zigbee的配电网测温***，具有能够对配电网中各节点设备运行温度的实时监测、及时发出故障预警、改善配电网运维效率、提升配电网运维技术水平和供电可靠性等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种温度检测***，尤其是一种用于电力***的配电网的基于Zigbee的配电网测温***。
背景技术
近年来，国家电网提出智能电网概念和相关建设标准，各地也以此为契机，大力推进智能电网的研究与建设，取得了显著成绩。电网主网架日趋合理、输送能力和可靠性日益提高，尤其是智能变电站、输电线路等领域的技术创新和建设速度令人惊叹。相对而言，10千伏及以下配电网由于覆盖范围广、线路规模大、设备多、拓扑结构复杂等原因，再加上历史原因造成部分农配网长期建设、运维投入不足，其管理、建设和运维较主网均存在滞后现象。
当前，配电网运维和建设存在点多面广、任务重、要求高、人员有限、资金不足等诸多困难。配电网的实际运维经验表明，配电网故障停电中有相当一部分由开关、跌落保险、过引线接头、开关柜内隔离开关触头、母线接头、电缆接头处等连接点异常发热引发。这些设备本体故障已经超过了雷击、外破、异物短路等其他类型的故障。而在正常巡视和维护中，这些缺陷通常难以察觉，目前只能通过红外测温和夜巡发现，存在效率低、费事费力和发现不及时最终导致故障停电的现象。
实用新型内容
本实用新型是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种基于Zigbee的配电网测温***，以实现对配电网中各节点设备运行温度的实时监测、及时发出故障预警、防患于未然、提高供电可靠性的目的。
本实用新型为解决技术问题采用以下技术方案。
基于Zigbee的配电网测温***，其结构特点是，包括多个测温节点、一个控制器和一个监控工作站，所述多个测温节点的每一个测温节点上设置有至少一个温度传感器T；每一个测温节点的温度传感器T与一个第一Zigbee无线通信模块相连接；所述控制器与所述监控工作站之间通过数据总线相连接，所述控制器上还连接有一个第二Zigbee无线通信模块；所述第一Zigbee无线通信模块与所述第二Zigbee无线通信模块之间通过Zigbee通信网实现无线数据通信。
本实用新型的基于Zigbee的配电网测温***的结构特点也在于：
所述控制器与所述监控工作站之间的数据总线为RS232总线。
所述温度传感器T为DS18B20数字温度传感器。
如图2所示，所述第一Zigbee无线通信模块包括微控制器U1；所述温度传感器T的VDD引脚连接电源VCC并通过电阻R2连接微控制器U1的引脚11；所述温度传感器T的DQ引脚直接连接微控制器U1的引脚11；所述温度传感器T的GND引脚接地并依次通过二极管D1和电阻R1连接微控制器U1的引脚11；所述微控制器U1的引脚40通过电容C1接地；
所述微控制器U1的引脚32通过电容C2接地；所述微控制器U1的引脚31通过电容C3接地；所述晶振X1的两端分别连接在微控制器U1的引脚31和32之间；所述微控制器U1的引脚22通过电容C9接地；所述微控制器U1的引脚23通过电容C10接地；所述晶振X2的两端分别连接在微控制器U1的引脚22和23之间；
所述微控制器U1的引脚30通过电阻R3接地；所述微控制器U1的引脚26依次通过电容C12、电容C14、电容C15与天线A相连接，所述微控制器U1的引脚25依次通过电容C13、电感L2、电容C15与天线A相连接；电感L1的一端连接在电容C12与电容C14之间，另一端接地；电容C11的一端连接在电容C13与电感L2之间，另一端接地。
与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：
本实用新型的基于Zigbee的配电网测温***，包括多个测温节点、一个控制器和一个监控工作站，多个测温节点的每一个测温节点上设置有至少一个温度传感器；每一个测温节点的温度传感器与一个第一Zigbee无线通信模块相连接；控制器与监控工作站之间通过数据总线相连接，控制器上还连接有一个第二Zigbee无线通信模块；第一Zigbee无线通信模块与第二Zigbee无线通信模块之间通过Zigbee通信网实现无线数据通信。
以装设在配电网中各节点的温度传感器为基础，精确测量各测点的温度，通过无线方式发送给监控工作站的监控主机，监控主机对接收到的数据进行集中处理，当监测点温度超过所设定的温度值，触发报警发出信号。测量值和内部参数值可以通过RS232总线发送给监控主机，与存储在***中的配网条图、单线图等配合，实现网络化、实时化、直观化的温度监测和预警，对配电网中各节点设备运行温度的实时监测，及时发出故障预警，防患于未然；从而改善配电网运维效率、降低劳动强度、提升配电网运维技术水平和供电可靠性。
本实用新型的基于Zigbee的配电网测温***，具有能够对配电网中各节点设备运行温度的实时监测、及时发出故障预警、改善配电网运维效率、提升配电网运维技术水平和供电可靠性等优点。
附图说明
图1为本实用新型的基于Zigbee的配电网测温***的结构图。
图2为本实用新型的基于Zigbee的配电网测温***的微处理器和温度传感器的电路图。
图3为本实用新型的基于Zigbee的配电网测温***的RS232总线电路图。
图4为本实用新型的基于Zigbee的配电网测温***的温度监控的流程图。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
参见附图1～图4，本实用新型的基于Zigbee的配电网测温***，包括多个测温节点、一个控制器和一个监控工作站，所述多个测温节点的每一个测温节点上设置有至少一个温度传感器T；每一个测温节点的温度传感器T与一个第一Zigbee无线通信模块相连接；所述控制器与所述监控工作站之间通过数据总线相连接，所述控制器上还连接有一个第二Zigbee无线通信模块；所述第一Zigbee无线通信模块与所述第二Zigbee无线通信模块之间通过Zigbee通信网实现无线数据通信。
如图1为本实用新型的基于Zigbee的配电网测温***的结构图，依据配电网运维现状，利用采用前沿的Zigbee组网技术设计，以装设在配电网中各节点的温度传感器为基础，精确测量各测点的温度，通过无线方式发送给监控工作站的监控主机，监控主机对接收到的数据进行集中处理，当监测点温度超过所设定的温度值，触发报警发出信号。测量值和内部参数值可以通过RS232总线发送给监控主机，与存储在***中的配网条图、单线图等配合，实现网络化、实时化、直观化的温度监测和预警。
***采用的ZigBee无线网络具备无网络使用费、采用免费频段、设备功耗低等特点，可以作为有线光纤通信的补充，可以将配电网的海量设备测温节点组成可靠的无线通信网络，在资金占用、运行维护方面均具有较大优势，还可有效避免恶劣的现场环境对连接的影响，如潮湿、高温、振动、粉尘以及强电设备的干扰，没有有线连接下导线容易被损坏、腐蚀的弊病，也便于连接移动温度采集点。
所述控制器与所述监控工作站之间的数据总线为RS232总线。
所述温度传感器T为DS18B20数字温度传感器。
如图2所示，所述第一Zigbee无线通信模块包括微控制器U1；所述温度传感器T的VDD引脚连接电源VCC并通过电阻R2连接微控制器U1的引脚11；所述温度传感器T的DQ引脚直接连接微控制器U1的引脚11；所述温度传感器T的GND引脚接地并依次通过二极管D1和电阻R1连接微控制器U1的引脚11；所述微控制器U1的引脚40通过电容C1接地；
所述微控制器U1的引脚32通过电容C2接地；所述微控制器U1的引脚31通过电容C3接地；所述晶振X1的两端分别连接在微控制器U1的引脚31和32之间；所述微控制器U1的引脚22通过电容C9接地；所述微控制器U1的引脚23通过电容C10接地；所述晶振X2的两端分别连接在微控制器U1的引脚22和23之间；
所述微控制器U1的引脚30通过电阻R3接地；所述微控制器U1的引脚26依次通过电容C12、电容C14、电容C15与天线A相连接，所述微控制器U1的引脚25依次通过电容C13、电感L2、电容C15与天线A相连接；电感L1的一端连接在电容C12与电容C14之间，另一端接地；电容C11的一端连接在电容C13与电感L2之间，另一端接地。
如图2，每个测温节点上的第一Zigbee无线通信模块包括一个TICC2530处理器。TICC2530处理器为ZigBee联盟认可的SoC芯片，具备RF无线收发功能和2个USART。温度传感器采用DS18B20，其采用单总线技术，可以方便的通过串口线实现双向通信，能将测温结果转化为数字信号。CC2530处理器和DS18B20温度传感器的连接如图2。
如图3是RS232总线的电路图，包括MAX232芯片U4、电容C4～C8和9针接口J1。
如图4是温度监控的流程图。***加电后，主程序首先完成各节点的初始化(中断请求、串口模块、Zigbee模块等)工作，接着各节点进入采集模式，按设定的时间间隔自动收集温度传感器信号和日历时钟信号。各节点信息由MCU处理后通过Zigbee网络传给控制器，最终到达监控工作站，进行实时画面显示、节点温度数据记录、节点温度判定比较、实时声光报警等，为配网监控、运维人员提供直观信息，并可以进行历史数据查询、各节点温度历史曲线分析、设备综合分析比较、分类分区统计等功能。
第一Zigbee无线通信模块与所述第二Zigbee无线通信模块之间通过各自的天线A相互通信。在每个测温节点上，由单芯片低功耗数字温度传感器DS18B20实时采样温度，与时钟日历芯片S3530A产生的时钟信号一起存储到外部存储器中，数据由MCU处理后经ZigBee无线网络集中传输至控制器，再由RS232串口通信传入实时监控中心的监控工作站。MCU为TICC2530。
用户通过监控主机的用户界面UI进入内部的管理***，获取数据库中各节点的实时温度信息并可查询历史数据，监控工作站也可以提供与GIS地理信息***、配网条图、单线图等高度关联的温度数据，并实时地呈现在画面上。同时，***根据采集到的各节点温度数据与对应的配网设备类别、型号和设定的温度限制比对，遇有超限值图形上节点设备自动闪烁并准备、及时发出语音报警，自动记录报警信息。
TI公司的CC2530是真正的***级芯片(SoC)，适用于2.4GHzIEEE802.15.4，ZigBee和RF4CE应用。CC2530包括了极好性能的一流RF收发器，工业标准增强性8051MCU，***中可编程的闪存，8KBRAM以及许多其它功能强大的特性，可广泛应用在2.4-GHzIEEE802.15.4***，RF4CE遥控制***，ZigBee***，家庭/建筑物自动化，照明***，工业控制和监视，低功耗无线传感器网络等。
ZigBee除具备无网络使用费、设备功耗低、可靠性高等优点外，还具备高度组网灵活性和扩充性。如前所述，由于配电网的特性决定了温度采集节点数量众多、分散布置、覆盖范围广，无论是自建有线网络覆盖短期内难以实现，租用电信运营商的GRPS/CDMA通道则存在费效比低、可靠性差的问题(节点众多的情况下，长期运行的费用难以承受，且受环境、地形和基站覆盖程度制约)；当前还有一类无线传感器装置采用红外传输，但红外技术用于传感器数据传输中显而易见的缺点是必须在可见的范围内定向无阻隔传输，设备位置亦要求相对固定。至于HomeRF、802.11a/b/g等其他种类无线传输技术则存在成本过高的问题。
ZigBee是一种适用于短距离、架构简单、低消耗功率与低传输速率的无线通信技术，其传输距离通常为数十米，使用免费的2.4GHz和900MHz频段。尽管ZigBee工作在20--250kbps的较低速率，但是这样的吞吐速率仍然可以充分满足配电网单节点温度数据实时采集传输的需要。目前在配网自动化领域，各种终端设备如FTU、DTU、TTU等，对传输速率的技术要求也仅限于几十kbps。ZigBee传输设备还具备小巧灵活的优点，适用于小型或便携式传感器装置。此外，ZigBee数传无线网络技术还能与其它通信方式结合共同组网，充分发挥ZigBee技术在通信容量、通信时延、通信可靠性、能量损耗上的优势。比较而言，在配电网测温***中，ZigBee通信技术最为合适。
对于ZigBee网络，每个网中最多可有255个节点，其中一个是Master(主)设备，其余则是Slave(从)设备。若使用NetworkCoordinator(网络协调器)则整个网路可扩展到65000个ZigBee节点，而且多个NetworkCordinator能互相连接，完全满足配电网测温节点数量需求。ZigBee的组网方式也非常灵活，适用星状、树状或网状等多种网络结构。
配电网是整个电网的重要组成部分，是智能电网的神经末梢，承担着电网至用户“最后一公里”的电能输送、分配任务，配电网的规模、设备种类和数量、运行环境相比主网更加复杂、繁琐和庞大，其故障率、对供电可靠性的影响和日常运行维护工作量也明显高于高电压等级电网。本实用新型提供一种利用ZigBee无线通信技术、测温设备和计算机网络技术来实现高效的配电网节点测温***，以达到对配电网中各节点设备运行温度的实时监测，及时发出故障预警，防患于未然；从而改善配电网运维效率、降低劳动强度、提升配电网运维技术水平和供电可靠性。
本实用新型的基于Zigbee的配电网测温***，利用Zigbee数传网络进行信号传输，根据配电网的结构特点和充分发挥了ZigBee技术的技术特点；测温节点的设计具有高可靠性、低功耗、抗干扰、小巧简洁低成本等特性，适合大规模部署；整个网络拓扑结构组网灵活，便于扩展和改建；监控工作站软件界面直观，而且可于GIS地理信息图、配网条图、单线图等图元应用整合，采集数据准确、及时，可以实现大范围的实时监控和报警，历史数据可查询、可比较、可分析。总而言之，该***充分利用了现有技术、综合考量了成本、配电网测温的实际需求等因素，具有较高的实用价值。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.基于Zigbee的配电网测温***，其特征是，包括多个测温节点、一个控制器和一个监控工作站，所述多个测温节点的每一个测温节点上设置有至少一个温度传感器T；每一个测温节点的温度传感器T与一个第一Zigbee无线通信模块相连接；所述控制器与所述监控工作站之间通过数据总线相连接，所述控制器上还连接有一个第二Zigbee无线通信模块；所述第一Zigbee无线通信模块与所述第二Zigbee无线通信模块之间通过Zigbee通信网实现无线数据通信。
2.根据权利要求1所述的基于Zigbee的配电网测温***，其特征是，所述控制器与所述监控工作站之间的数据总线为RS232总线。
3.根据权利要求1所述的基于Zigbee的配电网测温***，其特征是，所述温度传感器T为DS18B20数字温度传感器。
4.根据权利要求1所述的基于Zigbee的配电网测温***，其特征是，所述第一Zigbee无线通信模块包括微控制器U1；所述温度传感器T的VDD引脚连接电源VCC并通过电阻R2连接微控制器U1的引脚11；所述温度传感器T的DQ引脚直接连接微控制器U1的引脚11；所述温度传感器T的GND引脚接地并依次通过二极管D1和电阻R1连接微控制器U1的引脚11；所述微控制器U1的引脚40通过电容C1接地；
所述微控制器U1的引脚32通过电容C2接地；所述微控制器U1的引脚31通过电容C3接地；晶振X1的两端分别连接在微控制器U1的引脚31和32之间；所述微控制器U1的引脚22通过电容C9接地；所述微控制器U1的引脚23通过电容C10接地；晶振X2的两端分别连接在微控制器U1的引脚22和23之间；
所述微控制器U1的引脚30通过电阻R3接地；所述微控制器U1的引脚26依次通过电容C12、电容C14、电容C15与天线A相连接，所述微控制器U1的引脚25依次通过电容C13、电感L2、电容C15与天线A相连接；电感L1的一端连接在电容C12与电容C14之间，另一端接地；电容C11的一端连接在电容C13与电感L2之间，另一端接地。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |