一种变电柜运输监测装置的制作方法

本实用新型涉及变电柜运输技术领域，具体涉及一种变电柜运输监测装置。

背景技术：

随着中国经济持续高速发展，电力需求不断增加，随之而来的是系统中电力变电柜数量的增加。变电柜是电力系统中尤为重要的电气设备，其应用于全国各地，因此不可避免的需要从地域之间进行变电柜的运输。然而，变电柜的运输过程中存在一定的未知环境，如高海拔、高寒地区环境使得运输难度增加，路面的不平激励或者紧急刹车都可能会造成变电柜受到振动和冲击，导致变电柜变形寿命大大减少，甚至严重损坏。这不但延长了电网建设时间，导致用户用电问题突出，影响电力系统的正常运行，而且对于整个运输过程来说也是极其危险的。因此，变电柜运输问题显得尤为重要。运输中导致变电柜损害的直接影响因素就是运输振动和冲击，运输中振动和冲击加速度的大小无论是水平方向，还是垂直方向都要控制在安全范围之内，同时在变电柜运输过程中的温度和湿度也会对变电柜造成一定影响，温度过高或是湿度过高都会影响变电柜的绝缘，轻者发生短路，重者造成电力事故。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、功耗低的变电柜运输监测装置，能实时的在运输过程中对变电柜进行监控，并且结合时间保存相应的数据。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种变电柜运输监测装置，包括三轴加速度传感器、温度传感器、湿度传感器、中央处理器、显示模块、时钟模块、数据存储模块、通信模块、上位机和电源模块，所述三轴加速度传感器与中央处理器连接用于采集三维的加速度信号，所述温度传感器与中央处理器连接用于采集温度信号，所述湿度传感器与中央处理器连接用于采集湿度信号，所述时钟模块与中央处理器连接用于给装置提供实时时间，所述数据存储模块与中央处理器连接用于存储三维加速度信号、温度信号、湿度信号和对应的时间，所述显示模块与中央处理器连接用于显示监测的三维加速度数据、温度、湿度及对应的时间，所述电源模块为装置提供电源。

如上所述的一种变电柜运输监测装置，进一步说明为，所述中央处理器采用MSP430F149芯片及其外围电路组成的最小系统。

如上所述的一种变电柜运输监测装置，进一步说明为，所述三轴加速度传感器的型号选用ADXL345。

如上所述的一种变电柜运输监测装置，进一步说明为，所述时钟模块采用DS1302芯片及外围电路组成。

如上所述的一种变电柜运输监测装置，进一步说明为，所述数据存储模块采用Micro SD卡。

如上所述的一种变电柜运输监测装置，进一步说明为，所述显示模块采用LCD液晶显示模块。

如上所述的一种变电柜运输监测装置，进一步说明为，所述电源模块包括电源和电压转换模块，所述电压转换模块用于将电源电压转化为若干不同数值的电压。

本实用新型的有益效果是：本实用新型结构简单，节约了成本。通过设置三轴加速度传感器、温度传感器和湿度传感器，能够检测变电柜在运输过程中的振动、温度及湿度信息，从而做出相应调整，保证变电柜的完整性不受损害，同时使变电柜处于合理的温湿度环境中，保证变电柜的绝缘不受破坏。显示模块用于实时显示当前检测的数据，并且显示数据所对应的时间，以便于之后的查询以及分析处理。时钟模块用于给装置提供实时时间，与显示模块得到的检测数据相对应，让数据能够体现真实运输环境的时效性。数据存储模块用于把实时的检测数据和对应的时间保存起来，方便随时的读取。本装置功耗低，能够保证足够的使用时间，长期的记录和存储运输信息，对提高变电柜运输安全性具有一定的意义。

附图说明

图1为本装置结构示意图。

图2为三轴加速度传感器结构示意图。

图3为时钟模块结构示意图。

图4为数据存储模块结构示意图。

图5为显示模块结构示意图。

图6为电压转换模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施方式做进一步的阐述。

如图1所示，本实用新型提供的一种变电柜运输监测装置，包括三轴加速度传感器、温度传感器、湿度传感器、中央处理器、显示模块、时钟模块、数据存储模块、通信模块、上位机和电源模块。

所述三轴加速度传感器与中央处理器连接用于采集三维的加速度信号，三轴加速度传感器是用来感受变电柜运输过程的三维加速度并转换为相应的可处理的加速度信号。所述三轴加速度传感器主要分为三种：压电式、容感式和热感式，这里不一一对其进行详细阐述，根据需要可以选择不同的三轴加速度传感器。优选采用由ADXL345芯片组成的电容式三轴加速度传感器，该传感器灵敏度高、测量精度高、温度漂移小、稳定性好、功耗极低，并且具有较强的过载保护能力，同时它的输出为数字信号，减少了中央处理器把模拟量转换为数字量的过程，大大简化了该电路的电路设计，该芯片组成的传感器具体电路如图2所示，只需要连接必要的外围电路即可使用，结构简单，连接方便。该芯片内集成了用于采集三个方向加速度的传感部分、模数转换部分及存储部分，这里不做具体阐述。ADXL345芯片采集的数据可以通过中断来读取，当存储在芯片中的数据存满后，引脚INT1会产生一个下降沿中断，中央处理器接收到这个中断信号之后，通过连接总线读取芯片中存储的数据。等到存储的数据读取完，中央处理器在将芯片中存储的数据清空，在重新来采集三维的加速度信号，循环进行。

所述中央处理器采用MSP430F149芯片及其外围电路组成的最小系统。本装置采用单片机MSP430F149作为中央处理器，它是一个性价比和集成度都很高的单片机。它具有诸多优点，其中最显著的特点就是它能够超低功耗运行，它的处理器功耗和接口线输入漏电流在业界都是最低的，并且体积较小，可以缩小产品设计的体积，给使用环境带来很多便利，并且大大降低了产品成本。使用时只需要在添加必要的外围电路使其正常工作即可，由于其外围电路为现有技术的常规手段，故其不做具体阐述说明。当然，所述中央处理器还可以采用ARM或DSP等处理器，这里不一一做具体说明。为了便于说明，下文都将采用MSP430F149芯片组成的中央处理器为例来对其他模块做具体说明。

所述温度传感器与中央处理器连接用于采集温度信号，所述湿度传感器与中央处理器连接用于采集湿度信号，通过采集的温度信号和湿度信号就可以对变电柜运输过程中的参数进行调整，保证变电柜处于合理的环境中，从而不破坏变电柜的绝缘，保证变电柜的正常使用。所述温度传感器和湿度传感器现在市面上种类繁多，品种多样，可以根据需要自行决定，这里不对温度传感器和湿度传感器的型号做限定。

所述时钟模块与中央处理器连接用于给装置提供实时时间，让检测数据能够体现真实运输环境的时效性。这就意味着实时时钟的设计要确保数据的有效性，这对整个装置也具有着十分重要的意义。在后续的数据分析处理中，可以从数据中得出整个运输过程中的运动状态，可以及时的捕捉到事件所发生的时间，以便于分析运输的规律以及异常数据所产生的原因，采取一定的措施制定更好的运输方案，弥补原先的不足。为了使本装置结构更加简单，成本更加低，所述时钟模块采用DS1302芯片及外围电路组成。该芯片内部包括移位寄存器、控制逻辑、振荡器、实时时钟以及RAM这几个部分，具体连接电路图不做具体阐述，可以直接使用该芯片即可。如图3所示为该芯片组成的时钟模块的硬件电路设计图。VCCl为主电源，VCC2为备份电源。当VCC2>VCCl+0.2V时，由VCC2对DS1302供电；当VCC2<VCCl时，由VCCl对DS1302供电。XTl、C1、C2为时钟部分，为装置提供基本的时钟信号，C1、C2为起振电容，辅助晶振起振。DS1302与中央处理器的连接只需要三条线：时钟线SCLK、数据线I/O和复位线RST。当复位线RST为高电平时，数据传送被初始化，数据才能够进行传输；若复位线RST为低电平时，数据传输停止。时钟线SCLK可以决定数据的输入输出，当SCLK为上升沿时，数据线写入数据，反之，当SCLK为下降沿时，数据线读出数据，而只有SCLK为低电平时，才能够使得RST置为高电平。

所述数据存储模块与中央处理器连接用于存储三维加速度信号、温度信号、湿度信号和对应的时间，以方便及时的读取。为了使结构更加优化，成本低，功耗低，所述数据存储模块采用Micro SD卡，Micro SD卡的优点并不仅仅是它的体积微小，它还有可靠性高、速度快、存储能力强、功耗低、性价比高等诸多优点。可以使装置设计节约成本，使设计精简，能够保证存储大量的数据，并且使得数据的读取方便，为之后数据处理和分析带来了便利。如图4所示，为Micro SD卡硬件电路图，其中R8、R9、R10、R11为上拉电阻，确保数据传输的正确性。Ql为MOS管，用于控制SD卡的电源。上电时打开SD卡的电源开关，供电电压为3.3V。SD CS、SD SIMO、SD SOMI、SD UCLK为中央处理器与SD卡进行通讯的引脚，SD CS为SD卡的片选，其工作原理为现有技术，这里不做具体阐述。当然所述数据存储模块还可以选用EEPROM存储器或是其他FLASH存储器，这里不一一进行阐述。

所述显示模块与中央处理器连接用于显示监测的三维加速度数据、温度、湿度及对应的时间，所述显示模块可以采用LCD液晶显示模块。LCD液晶显示在当今的应用颇为广泛，它有良好的可视化人机界面，具有可编程驱动、体积小、功耗低、接口控制方便等一系列的优点。例如可以采用JLX12864G-086芯片组成的LCD液晶显示屏，该液晶屏显示电路如图5所示，Q2为MOS管，Q2用于控制液晶屏电源。中央处理器通过LCD SCLK，LCD SDA，LCD RS，LCD CS四个引脚来控制液晶屏上显示的内容。通讯协议为简单的串行通讯，时钟为低时发送数据，时钟为高时数据保持不变，这里不对其具体工作原理做说明。

所述电源模块为装置提供电源。图1中电源模块并不单单只与中央处理器进行连接，只是为了便于说明，所述电源模块包括电源和电压转换模块，所述电压转换模块用于将电源电压转化为多个不同数值的电压，保证各个设备的正常使用。例如，电压转换模块包括HT7533芯片及外围电路组成，从而将12V电压转化为3.3V的稳定电压，从而保证工作电压为3.3V的设备正常使用，具体电路图如图6所示。还可以采用AS1117S-3.3稳压芯片将5V电压降到3.3V，当然该电压转换模块还包括其他转换芯片，这里不一一进行阐述。所述电源模块还可以采用多种不同的电压电源，即不采用电压转换模块，由不同的电源对不同的设备进行供电，这样结构会复杂化，但是依然能保证本装置的正常运行。

本装置工作原理为：首先通过三轴加速度传感器采集三维的加速度信号，通过温度传感器采集温度信号，通过湿度传感器采集湿度信号，接着中央处理器对采集的信号进行处理，通过显示模块显示监测的三维加速度数据、温度数据及湿度数据，并且显示数据所对应的时间；通过数据存储模块用于把实时的数据即三维的加速度和对应的时间保存起来；同时还可以通过通信模块将数据传输给上位机。例如在采用卡车对变电柜的运输过程中，当三轴加速度传感器检测的数据较大时，即变电柜振动较大，通过显示模块便可以直观的进行观测，这时就可以降低车速，缓慢行驶，从而保证变电柜在运输过程中不受挤压变形，保证变电柜的完整性。同时存储模块进行储存，方便事后进行查看，从而做出处理，例如在这条线路上再次进行输运时，可以通过调整车型或改变行车路线来保证变电柜在运输过程中的安全性。本实用新型结构简单，节约了成本。同时本装置功耗低，能够保证足够的使用时间，长期的记录和存储运输信息，对提高变电柜运输安全性具有一定的意义。

本实用新型并不限于上述实例，在本实用新型的权利要求书所限定的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种变形或修改均受本专利的保护。