基于Zigbee的电力设备在线监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于Zigbee的电力设备在线监测系统，包括信号采集单元、第一控制单元、第二控制单元、电源模块以及远程控制单元，第一控制单元和第二控制单元通过闪存模块连接，电源模块分别给，第一控制单元和第二控制单元供电，第一控制单元与远程控制单元连接。本发明能够使系统以较低的硬件成本和较低的工作频率完成数据的高速采集和运算,系统能够实现智能高压开关柜的计量、保护等功能，对短路和电流过冲的跳闸保护能在几毫秒内完成。
【专利说明】基于Zigbee的电力设备在线监测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在线监测系统，具体地说是一种基于Zigbee的电力设备在线监测系统，属于高压开关柜装备【技术领域】。
【背景技术】
[0002]高压开关柜是一种常用的高压设备，是电网的重要组成部分。随着智能电网的逐步推广，智能闻压开关柜除具有传统闻压开关柜的基本功能外，还具有智能操控功能、机械特性在线监测功能、绝缘在线监测功能和稳定、快速及可靠的通信功能，以适应智能电网的要求。目前，常用的智能高压开关柜大多功能单一，不能可靠地同时实现在线监测和网络通信功能。
[0003]目前使用的高压开关柜主要采用人工巡检和定期维修。但是这种定期检修的方法影响供电的连续性和稳定性，因此智能电网背景下的检修技术发展趋势是自动化、智能化的状态监测。在一个高压开关柜中往往设有多个采集点，在实际巡查过程中往往因为工作量大而遗漏或重复采集某一个点，造成工作效率低，误差率高。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种基于Zigbee的电力设备在线监测系统，实现高效、可靠的对电流、电压以及温度进行监控，确保高压开关柜的安全运行。
[0005]为了解决以上技术问题，本发明提供一种基于Zigbee的电力设备在线监测系统，包括信号采集单元、第一控制单元、第二控制单元、电源模块以及远程控制单元，所述第一控制单元包括第一控制芯片、以太网控制模块、人机互动接口以及与所述人机互动接口相连的用户键盘、显示屏幕，所述以太网控制模块与所述第一控制芯片相连，所述以太网控制模块上具有以太网收发接口通过以太网络与远程控制单元通讯连接，所述人机互动接口与所述第一控制芯片相连，用以实现现场监测管理；
所述第二控制单元包括第二控制芯片、跳闸保护输出模块以及模数转换模块，所述模数转换模块的信号输入端通过Zigbee无线传输模块与所述信号采集单元相连，所述模数转换模块的输出端与所述第二控制芯片相连，所述第二控制芯片信号输出端与所述跳闸保护输出模块相连，所述跳闸保护输出模块输出跳闸保护信号控制安全保护闸的开闭；
所述第一控制芯片与第二控制芯片之间通过闪存模块双向互联，所述第一控制单元、第二控制单元分别由电源模块单独供电。
[0006]本发明进一步限定的技术方案是:前述的基于Zigbee的电力设备在线监测系统，所述信号采集单元包括电压信号采集模块和温度信号采集模块。
[0007]前述的基于Zigbee的电力设备在线监测系统，所述以太网收发接口为RJ45接口。
[0008]前述的基于Zigbee的电力设备在线监测系统，所述闪存模块为IDT7005双口的内存空间；双口 RAM允许两块单片机共享同一数据内存空间，因为双口 RAM的每个端口拥有独立的控制总线、地址总线和数据总线，允许两个CPU同时访问存储器的不同地址空间。两块单片机共享同一数据存取地址空间，提供仅有几十ns的访问速度，能够满足数据的高速读写要求。
[0009]前述的基于Zigbee的电力设备在线监测系统，所述第一控制芯片采用89C2051单片机，所述第二控制芯片采用STC15F204EA单片机。
[0010]进一步的，前述的基于Zigbee的电力设备在线监测系统，所述温度信号采集模块包括柜体温度探测端、母线温度探测端以及温度信号采集端，所述柜体温度探测端、母线温度探测端和温度信号采集端通过红外信号连接。
[0011]本发明的有益效果是:本发明能够使系统以较低的硬件成本和较低的工作频率完成数据的高速采集和运算，系统能够实现智能高压开关柜的计量、保护等功能，对短路和电流过冲的跳闸保护能在几毫秒内完成。通过Zigbee无线通信方式使得参数信号可以进行实时发送、接收，工作人员可以随时获取温度、电压的大小变化信息，达到电力设备在线监测的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明结构示意图。
[0013]图2为本发明闪存模块的硬件电路图。
[0014]图3为本发明跳闸保护输出模块的硬件电路图。
[0015]图4为本发明电源模块的硬件电路图。
[0016]图5为本发明模数转换模块的硬件电路图。
[0017]图6为本发明以太网控制模块的硬件电路图。
[0018]图7为本发明键盘输入模块的硬件电路图。
[0019]图8为本发明温度信号采集模块的硬件电路图。
[0020]图9为本发明Zigbee无线传输模块电路图。
【具体实施方式】
[0021]实施例1
本实施例提供一种基于Zigbee的电力设备在线监测系统，结构如图1所示，包括信号采集单元、第一控制单元、第二控制单元、电源模块以及远程控制单元，信号采集单元包括电压信号采集模块和温度信号采集模块，温度信号采集模块包括柜体温度探测端、母线温度探测端以及温度信号采集端，柜体温度探测端、母线温度探测端和温度信号采集端通过红外信号连接；第一控制单元包括第一控制芯片、以太网控制模块、人机互动接口以及与人机互动接口相连的用户键盘、显示屏幕，以太网控制模块与第一控制芯片相连，以太网控制模块上具有以太网收发接口通过以太网络与远程控制单元通讯连接，人机互动接口与第一控制芯片相连，用以实现现场监测管理；第一控制单元对采集的数据进行计算，将换算的三相电流、电压值显示在液晶显示器上，提供键盘接口和数据通信功能。系统的CPU芯片采用89C2051，因此第一控制单的元单片机硬件包括单片机最小工作系统、显示电路、键盘电路和通信电路；
第二控制单元包括第二控制芯片、跳闸保护输出模块以及模数转换模块，模数转换模块的信号输入端通过Zigbee无线传输模块与信号采集单元相连，模数转换模块的输出端与第二控制芯片相连，第二控制芯片信号输出端与跳闸保护输出模块相连，跳闸保护输出模块输出跳闸保护信号控制安全保护闸的开闭；第二控制单元主要完成模数转换、采集数据存储和实时保护的功能，相应的其硬件部分也分为模数转换电路、双口 RAM接口电路和跳闸保护信号输出电路三部分。系统的CPU芯片采用STC15F204EA增强系列，工作稳定可靠，抗干扰能力较强，成本低；
第一控制芯片与第二控制芯片之间通过闪存模块双向互联，第一控制单元、第二控制单元分别由电源模块单独供电。
[0022]闪存模块的硬件电路连接如图2所示，单片机通过PO 口与P2 口与RAM连接，高5位地址由P2.0?P2.4提供，低8位地址由PO寻址，寻址范围为2000H?3FFHL为了实现PO 口能够分时复用地址线和数据线，PO 口外接一块74LS373芯片。另外P2.7为片选信号线，低电平有效；为单口 /双口选择端，这里直接接高电平；BUSY为内存单元读取忙信号端。
[0023]跳闸保护输出模块如图3所示，跳闸动作时，单片机P1.7输出高电平，驱动线性光耦TLP127中的发光二极管，输出高电平。经过三极管驱动放大后吸合继电器开关，进而向真空断路器输出断路驱动电压。
[0024]电源模块二次电压的整流、稳压及滤波由电源模块LH15-10A12完成，如图4所示，并完成与监测单元外围电气回路的线性隔离。LH15-10A12是专用的电源转换模块，输入电压可以从几十伏到几百伏不等。两个输出电压端口分别为，最大电流可以达到650mA,最大负载功率为15w，因而可以直接作为模拟信号调理模块运放的电源；第二芯片的+5VVcc电源由7805线性稳压芯片提供。
[0025]为降低系统的软件运算负荷，模数转换采用内部时钟，选用单极性转换模式。MAX197的输入输出端口接到单片机的PO 口，实现向芯片的写命令字与读转换值。如图5所示为模数转换的电路连接图，图中REF为参考电压输入脚，CS为片选信号，WR与RD为读写控制脚，P2.0为HBEN高低位数据选读控制线。
[0026]本系统以太网控制模块的主要芯片是RTLSOlgAS芯片，硬件接线如图6所示，在本实施例中采用RTL8019As的低5位(SA0_sA4)与MpUI的(Ao_A4)相连，sAS_sA7以及SAlO?SA19接地，SAS?SAg接高电平。读信号线1RB接ΜΡΠ的RD，写信号1WB线接MPUI的WR，复位信号RSTDRV接74HC573的SQ，地址使能脚AEN接74HC138的YS。在管脚61、62上接两个LED，让它们分别以瞬时闪烁来指示网络传送是否正常。JP通过一个1KQ的电阻连接高电平，选择RTL8019AS的工作模式为julnper模式。RTL8019AS提供了 8条中断请求总线(创TO — INT7)，为了节约MPul引脚资源，本系统没有接线，数据的接收采用软件查询的方式加以解决。除此之外还在其网络收发器的四根引脚TPOUT+、TPOUT-,TR州+、TP取一接外部脉冲变压器20F00创，通过它与以太网相连，来提高网络通信的抗干扰能力。
[0027]本实施例选用T82C79M-2作为键盘输入的芯片，硬件连接如图7所示，T82C79M-2是一种通用可编程的键盘、显示接口器件，单个芯片就能完成键盘输入和LED自动显示控制两种功能。内含8个字符的键盘输入FIFO，16个字节的显示RAM。键盘部分提供的扫描方式，可以和具有64个按键或传感器的阵列相连。能自动清除开关抖动以及N键同时按下的保护。
[0028]对柜内空气温度的测量，温度传感器可安装在高压开关柜柜体上，通过温度采集处理器ΜΡΠ来直接控制。对高压母线温度的测量，温度传感器安装在母线上，通过温度采集处理器ΜΡΠ来控制。高压母线温度数据在高压侧通过红外发射器发送给低压侧的红外接收器。硬件连接如图8所示，ICl和石英晶体TXT产生高频(37.5KHZ)方波作为红外线发射器的载波，由MPU2(AT89C2051)的串行口 P3.1发出的数据，经IC4反相后送入IC3调制；T1将其放大后由红外线发射二极管Dl发射。
[0029]Zigbee无线传输模块由芯片CC2430设计硬件电路，电路图如图9所示，CC2430芯片的主要特点如下:①高性能和低功耗的8051微控制器核。②集成符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的RF无线电收发机。③优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性。④在休眠模式时仅0.9 μ A的流耗，外部的中断或RTC能唤醒系统；在待机模式时少于0.6 μ A的流耗，外部的中断能唤醒系统。⑤硬件支持CSMA/CA功能。⑥较宽的电压范围(2.0?3.6V)。⑦数字化的RSSI/LQI支持和强大的DMA功能。⑧具有电流监测和温度感测功能。
[0030]电压监测信号、和温度监测信号都输入到AT89S52单片机中，进行数据处理，将处理后的数字信号通过TXD引脚线输入到CC2430的RD端口，从而将数据经天线发送出去，达到监测数据无线传输的目的，实现了实时在线监测功能。
[0031]以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
【权利要求】
1.基于Zigbee的电力设备在线监测系统，包括信号采集单元、第一控制单元、第二控制单元、电源模块以及远程控制单元，其特征在于:所述第一控制单元包括第一控制芯片、以太网控制模块、人机互动接口以及与所述人机互动接口相连的用户键盘、显示屏幕，所述以太网控制模块与所述第一控制芯片相连，所述以太网控制模块上具有以太网收发接口通过以太网络与远程控制单元通讯连接，所述人机互动接口与所述第一控制芯片相连，用以实现现场监测管理； 所述第二控制单元包括第二控制芯片、跳闸保护输出模块以及模数转换模块，所述模数转换模块的信号输入端通过Zigbee无线传输模块与所述信号采集单元相连，所述模数转换模块的输出端与所述第二控制芯片相连，所述第二控制芯片信号输出端与所述跳闸保护输出模块相连，所述跳闸保护输出模块输出跳闸保护信号控制安全保护闸的开闭； 所述第一控制芯片与第二控制芯片之间通过闪存模块双向互联，所述第一控制单元、第二控制单元分别由电源模块单独供电。
2.根据权利要求1所述的基于Zigbee的电力设备在线监测系统，其特征在于:所述信号采集单元包括电压信号采集模块和温度信号采集模块。
3.根据权利要求1所述的基于Zigbee的电力设备在线监测系统，其特征在于:所述以太网收发接口为RJ45接口。
4.根据权利要求1所述的基于Zigbee的电力设备在线监测系统，其特征在于:所述闪存模块为IDT7005双口的内存空间。
5.根据权利要求1所述的基于Zigbee的电力设备在线监测系统，其特征在于:所述第一控制芯片采用89C2051单片机，所述第二控制芯片采用STC15F204EA单片机。
6.根据权利要求2所述的基于Zigbee的电力设备在线监测系统，其特征在于:所述温度信号采集模块包括柜体温度探测端、母线温度探测端以及温度信号采集端，所述柜体温度探测端、母线温度探测端和温度信号采集端通过红外信号连接。
【文档编号】G05B19/042GK104331010SQ201410629378
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年11月10日 优先权日:2014年11月10日
【发明者】李双全, 朱彬, 戴利国 申请人:镇江迈能电气科技有限公司