专利名称：一种用于送电线路监测的无线通信基站的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及在线监测和无线通信技术，具体的讲是用于无人职守条件下设备的遥测和监测的一种用于送电线路监测的无线通信基站。
背景技术：
架空送电线路特别是高压、远距离、大容量的送电线路在运行中受气象、环境、外力及绝缘老化等因素影响，经常出现各种不同的线路运行故障，例如超过允许幅值的微风振动导致的线路部件的疲劳损坏，如导地线的疲劳断股，金具、间隔棒及杆塔构件的疲劳损坏或磨损等，因此如何准确地了解高压送电线路的实际运行情况，如微风振动水平、导线温度、风偏角、绝缘水平、气象环境等，是保证高压送电线路的安全运行的关键所在，这些数据的实时获取可为电力运行部门提供良好的技术数据参考，为相关部门决策提供有力的支持，例如，对微风振动的监测可以预测导线疲劳寿命，线路故障；对导线温度的监测有利于提高导线的输送容量，以减少线路投资；风偏监测可以直接反映绝缘子串的风偏角。
而在现有的送电线路常见监测技术中，一般仅对与送电线路单一方面或单一数据的参数进行监测，如图1所示，按其现有的设计模式，多参数监测的扩展性难度比较大，并且现有技术中传统的故障监测方法是定期检测，而这种传统的方法很难对线路问题进行有效的预防。因而电力部门对于全面了解高压送电线路的实际运行参数的需求越来越强烈，目前迫切需要使用智能化的数据监测装置对送电线路进行全面的在线监测与故障诊断，及早发现隐患，及时排除故障，以提高送电线路运行的安全性与可靠性。
实用新型内容针对如上所述问题，本实用新型的目的在于提供一种用于送电线路监测的无线通信基站，旨在实现一种安装、使用方便，可扩展性强，实现多参数多信息的数据采集和融合、处理、存储、管理、远程传输功能的分布式无线通信装置，用于无人值守条件下设备的遥测和监测。
为了实现所述的目的，本实用新型的技术方案为一种用于送电线路监测的无线通信基站，其包括短距无线通信单元、数据采集与控制单元、远距无线传输单元及供电装置；其中，所述短距无线通信单元，建立与监测送电线路的至少一无线传感器的无线传感器网络通信链路，接收所述无线传感器以报文方式发送的数据包，并将所接收到的数据包输入到数据采集与控制单元；所述数据采集与控制单元，与所述短距无线通信单元相连接，用于解析接收到的数据包的传感器类型和数据类型，根据数据包类型进行计算处理得到工程数据，并将所述工程数据输入到远距无线传输单元；所述的远距无线传输单元，连接数据采集与控制单元，用于将从数据采集与控制单元接收的数据通过移动通信网络发送到监测支持中心站；所述供电装置提供太阳能电源或交流电源。
所述短距无线通信单元包括无线网络单元，用于建立与至少一无线传感器的无线通信链路；通信天线，用于接收无线传感器发送的数据；接口单元，通过该接口单元将接收的数据输入到数据采集与控制单元。
所述供电装置为太阳能电源或交流电源，其中所述太阳能电源包括太阳能电池、充放电控制器和蓄电池；所述交流电源包括不间断电源和蓄电池。
所述数据采集与控制单元还包括数据解析单元，用于读取接收到的数据包，并按照数据包协议规范，解析所述数据包的传感器类型和数据类型；数据校验单元，与所述的数据解析单元相耦合，用于对解析的数据包进行校验，若校验有误，则丢掉该错误的数据包，若校验无误，则输入到数据处理单元；数据处理单元，接收经所述数据校验单元校验无误的数据包，对该数据包进行计算处理，得到工程数据；数据存储单元，将获取的工程数据存储于所述本地数据库。
所述数据采集与控制单元还包括数据管理单元，用于在设定的时间连接本地数据库，监测数据库中的数据表，按数据时间优先原则读取数据，将已成功发送的数据删除，实现对数据的管理。
所述远距无线传输单元包括通信天线，用于接收与发送数据；GPRS/GSM/CDMA数字中继单元，用于通过移动通信网络建立与监测支持中心站的无线链路，并将所述数据采集与控制单元传输来的数据发送到监测支持中心站。
所述远距无线传输单元向监测支持中心站发送的数据为带有数据校验功能的数据包。
所述数字中继单元包括监测单元，用于连接本地数据库，监测数据库中数据的更新；处理单元，读取更新的数据，并将所述更新的数据进行封装为带有数据校验功能的数据包后存储；数据传输单元用于将所述数据包发送到远程中心站，并在预定时间内接收中心站的相对应响应数据，未收到响应数据则重发该数据包，收到响应数据则发送下一个新的数据包。
所述的数据采集与控制单元为嵌入式单板机。
所述无线通信基站设置于一双层金属机箱内，用于防水、防潮、隔热及屏蔽电磁干扰。
本实用新型的有益效果在于，根据本实用新型的在线监测系统以及在线监测的无线通信基站装置，本实用新型为一定范围内、多参数、可扩展的高压送电线路监测提供一种通用的无线通信平台，只需一台基站，就可以实现多传感器、多参数的信息监测与融合，实现送电线路的绝大部分参数的在线监测；并且可以自动识别，即插即用，实现了数据的自动化管理，并且所述基站在运行中无需任何维护，能防水、防潮、隔热、屏蔽电磁干扰，还能自动与监测支持系统中心站进行时间同步，确保数据采集时间的准确性，所述基站除用于送电线路的监测外，还可适用于其他监测领域。
图1为现有技术的结构示意图；图2为本实用新型的用于高压送电线路的在线监测系统的结构示意图；图3为本实用新型无线通信基站的各部分连接结构示意图；图4为本实用新型的短距无线通信单元和数据采集与控制单元的工作流程图；图5为本实用新型的数据整理的工作流程图；图6为数据采集与控制单元的结构图；图7为本实用新型的远距无线传输单元的结构图；图8为本实用新型的远距无线传输单元的工作流程图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本实用新型的较佳实施例。
本实用新型的用于送电线路监测的无线通信基站旨在提供一种安装、使用方便，可扩展性强，实现现场多参数信息的数据采集和融合、处理、存储、管理、远程传输功能的分布式无线通信装置，用于无人职守条件下设备的遥测和监测。
本实用新型的基站结合高压送电线路的无线传感器及作为远程监测支持的中心站便构成了一高压送电线路的在线监测系统。
图2为根据本实用新型实现的用于高压送电线路的在线监测系统的结构示意图。如图2所示，所述在线监测系统包括多个无线传感器，如无线振动传感器104、无线温度传感器105、无线风偏角传感器106、绝缘传感器107、气象环境传感器108等，其分别用于监测微风振动、导线温度、风偏角、绝缘水平、气象环境等多个参数。现场测量传感器部署在感知对象内部或附近，以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中特定的信息，可以实现对任意地点信息在任意时间的多个参数的采集、处理和分析。这些传感器通过自组织方式构成短距离无线传感器网络，将其数据按照报文的形式通过无线传感器网络按设定的时间间隔上报到基站103，各种不同类型的传感器以各自类型的数据包发送感测的数据。基站将收到的报文数据进行计算处理后通过移动通信网络以数据包的形式传到监测支持系统的中心站101，由监测支持系统的中心站完成信息的接收和发送，以及完成架空送电线路多参数在线监测的预警、显示、系统诊断、维护、查询、信息发布、数据转发、打印等。
无线通信基站103，通过无线传感器网络接收并读取所述传感器发送的数据包，按照无线传感器网络的数据包协议规范，解析数据包，解析出数据类型和传感器类型，然后根据数据包不同类型，进行分别计算处理，得到工程数据；并将获得的工程数据进行存储在数据库中，对所述数据进行管理，并在进行组包后按数据包格式规范发送出去。
中心站101，通过移动通信网102接收无线通信基站发出的数据包，对数据进行分析处理，得到所述高压送电线路的运行信息，实现对所述送电线路的监测，从而为电网安全提供了有力支持，例如根据微风振动可以判断线路的振动水平，预测导线疲劳寿命；线路温度可以为提高导线运行温度提供直接的参考；风偏可以直接反映绝缘子的风偏角。
下面对所述的无线通信基站进行详细的描述。
图3为本实用新型的无线通信基站的各部分连接结构示意图。如图3所示，所述无线通信基站主要包括短距无线通信单元201、数据采集与控制单元202、远距无线传输单元203以及供电装置，其中，所述的短距无线通信单元201包括无线网络单元，其用于建立与多个无线传感器的无线通信链路，即组成一对多的无线网络，实时监听一定物理范围内各无线传感器发送的数据；外置通信天线，用于接收或发送数据，其也可以由内置天线来代替；接口单元，无线传感器发送的数据通过该接口单元传送到数据采集与控制单元202，反之亦然，即数据采集与控制单元202，通过接口单元发送符合无线传感器网络的数据包，经通信天线到达现场的传感器。
所述的数据采集与控制单元202在本实施例中为嵌入式单板机，其特点是高可靠、高集成、低功耗，在其上运行嵌入式操作系统和应用软件，对接收到的各种不同类型传感器发送的各自类型的数据包按照数据格式规范解析传感器类型和数据类型，并进行数据处理，然后存入本地数据库，进行数据管理与发送。如图6所示，本实用新型中所用的嵌入式单板机包括侦听端口COM1/COM2，CPU，以太网(Ethernet)，及存储单元EEPROM/FLASH。
为了实现对接收的数据的解析与计算处理，所述的数据采集与控制单元202的CPU部分包括数据解析单元，用于通过侦听端口读取接收到的数据包，并按照无线传感器网络的数据包协议规范，解析所述数据包；数据校验单元，用于对解析的数据包进行校验，若校验有误，则丢掉该错误的数据包，若校验无误，继续进行传送；数据处理单元，接收经所述数据校验单元校验无误的数据包，对该数据包进行计算处理，得到工程数据；获取的工程数据通过存储单元EEPROM/FLASH存储于所述本地数据库。图4为对应的短距无线通信单元201和数据采集与控制单元202的工作流程图。
例如得到气象信息的数据包结构为Typedef struct{uint16_t weatherSource；//来自气象传感器的数据源地址uint16_t windSpeed；//风速uint16_t windDirection；//风向
uint16_t weatherTemp；//大气气温uint16_t weatherHum； //大气湿度uint16_t weatherboardTemp；//板上温度uint16_t weatherboardHum； //内部湿度uint16_t weatherBattery； //电压状况uint16_t weatherRssi； //信号强度(备用字段)}EPweatherData_t根据内部温度公式eng_temperature＝(weatherboardTemp*0.98-3840)/100这样可以求得内部温度工程量。其他类似。
为了更好的管理基站中的数据，实现数据的定时整理(如数据的删除)，所述的数据采集与控制单元的CPU部分还包括数据管理单元，用于在设定的时间连接本地数据库，监测数据库中的数据表，按数据时间优先原则读取数据，将已成功发送的数据删除，实现对数据的管理。
图5为对应的数据采集与控制单元的数据整理的工作流程图；如图5所示，所述数据采集与控制单元进行的数据整理的具体步骤包括1)根据设定时间是否到，若已到，则连接本地数据库；若未到，等待中；2)监测数据库中的各个数据表，发现是否有已发送成功的数据；3)按数据时间优先原则读取数据，将已发送成功的数据删除。
由此可见，本实用新型的无线通信基站已经开发出的一套完整的数据库工作流程和数据结构规范，实现了无线通信基站内数据的管理与加工，对收到的数据可以进行自我管理、自我删除、自我更新。其中所述数据库中数据循环保存时间为5至10天，根据存储容量、传感器数量和采样时间确定。
并且，由于利用单板机中的看门狗定时器使软件在运行出现意外时自动重启，因此在基站运行中无需任何维护，且安装方便程序、参数、历史数据掉电保护；上电自动恢复。
本实用新型中，所述嵌入式单板机可以在在线监测系统与基站中即插即用，自动识别，不仅可以自动识别传感器的类型与编号，并解析数据，同时也能自主识别新添加的传感器设备与数据，对非法数据具有屏蔽功能；在传感器添加或检修退出网络时，自动识别统计传感器数量，并稳定运行，实现智能化管理。
图7为本实用新型的远距无线传输单元的结构图；其包括串口、嵌入式CPU、GPRS/CDMA通讯模块及外置天线。所述远距无线传输单元通过移动通信网建立与监测支持系统中心站101的无线链路，只要收到所述的数据采集与控制单元202传输的数据，就把该数据准确可靠地发送到监测支持系统中心站101，反之亦然，即监测支持系统中心站101也通过移动通信网建立与远距无线传输单元的无线链路。具体的说其功能就是将数据库中待发送的数据进行组包为带有数据校验功能的数据包，然后按照数据包格式规范发送中心站，如在给定的时间内没有收到中心站的响应数据包，则数据包重发，如此反复。中心站软件可以把所有的现场数据进行分析、统计、评估、报警等，从而对送电线路的现场情况提供良好的用户支持。所述远距无线传输单元进行的数据发送的步骤为1)连接本地数据库；2)监测数据库中的各个数据表，发现是否有更新的数据；3)按数据时间优先原则读取更新数据，将待更新的数据进行数据封装；4)将封装好的数据进行数据发送，在预定的时间内等待中心站的相对应响应数据包，如果收到响应包则发送下一个数据包并更新数据库；如没有收到响应包则重发该数据包。
本实施例中所述的GPRS/CDMA通讯模块是一种无线GPRS/CDMA数字中继单元。为了实现上述的数据发送流程，所述无线GPRS/CDMA数字中继单元包括(如图8所示)监测单元，用于连接本地数据库，监测数据库中的数据表，以监测数据库中数据的更新；处理单元，读取更新的数据，并将所述更新的数据进行封装为带有数据校验功能的数据包后存储；数据传输单元用于将所述数据包发送到远程中心站，并在预定时间内接收中心站的相对应响应数据，未收到响应数据则重发该数据包，收到响应数据则发送下一个新的数据包。
在数据传输可靠性方面，我们对数据采取先存储后转发的机制，并且在数据传输时采用握手协议，中心站在收到上行数据帧后，应在预定的时间内发送回应信息给接口单元，如果接口单元在约定的时间内未收到回应信息，则应继续发送该帧数据，直到收到为止。若移动通信网络或中心站发生故障，可以将采集到的数据保存在本机；待故障排除后，可将未发过的全部数据传输到中心站。
所述的供电装置提供太阳能供电和交流电源供电204两种供电方式，可根据线路现场的实际情况进行选择。太阳能供电装置204主要包括太阳能电池板、充放电控制器205和蓄电池206。在阳光充足时，太阳能电池板在对基站供电的同时，通过充放电控制器对蓄电池充电，完成电能的储存；在夜晚无法供给太阳能或因阴天等气候情况太阳能供给不足时由蓄电池继续给基站供电。所述的交流电源供电装置204主要包括UPS不间断电源205和蓄电池206。在交流电源正常时，由UPS不间断电源将电压转换成各单元所需要的电压，直接给系统供电，蓄电池处于浮充状态；当交流电源故障或检修时，由蓄电池继续给基站供电。
为了有效的防水、防潮、隔热，并屏蔽电磁干扰，本实施例将无线通信基站的短距无线通信单元201、数据采集与控制单元202、远距无线传输单元203，太阳能或交流电源的供电系统(204、205、206)均被放置在一个双层的金属机箱内，并且短距无线通信单元201及远距无线传输单元203的通信天线均安装在机箱的顶部，保证信号的良好，两者又间隔一定的距离，避免了相互干扰。
通过如上所述的在线监测系统与无线通信基站，本实用新型提供了针对一定范围内、多参数、可扩展的高压送电线路监测的良好的通信平台。多个无线传感器以自组织形式构成的网络，通过中继方式将数据传回无线通信基站装置，最后借助该基站装置将整个区域内的数据传送到远程中心站进行集中处理，从而实现了对高压送电线路现场各种不同线路运行信息的监测，提供了良好的用户支持。所述基站还可以自动与中心站进行同步，确保了数据采集时间的准确性。
本实用新型的无线通信基站不仅适用于送电线路的在线监测，而且还适用于其他监测领域。
综上所述，本实用新型相对于现有技术，有以下优点1、实现多传感器、多参数的信息监测与融合，为用户提供一种综合解决方案多传感器与无线通信基站之间采用短距离无线传感器网络，在现场只需一台基站，就可以实现多参数的在线监测与融合，如微风振动、导线温度、风偏角、绝缘水平、气象、环境等。
2、即插即用、自动识别。
3、扩展性强、智能化程度高系统的开放性、扩展性、模块化和智能化设计，可以让用户方便地扩展新的参数监测，使用极为简单。
4、数据的智能化管理功能。
5、计时与同步。在无线传感器网络内用广播数据报进行上下报文传递，信息上传约在1秒钟内即可完成；基站与中心站之间利用移动通信网络用数据报进行上下报文传递，信息上传约在3秒钟左右即可完成。因此可以及时准确的掌握线路运行情况。
6、数据向监测支持系统中心站的及时传输。
若移动通信网络或监测支持系统中心站发生故障，可以将采集到的数据保存在本机；待故障排除后，可将未发过的全部数据通过远距无线传输单元传输到中心站。
7、基站运行中无需任何维护，安装方便。
8、短距无线通信单元及远距无线传输单元的通讯天线均安装在机箱的顶部，保证信号良好；两只天线间隔一定的距离，避免相互干扰。
9、采用双层金属机箱，有效防水、防潮、隔热，并且屏蔽电磁干扰。
10、无线通信基站的通用性，适用于多种监测领域。
以上具体实施方式
仅用于说明本实用新型，而非用于限定本实用新型。
权利要求1.一种用于送电线路监测的无线通信基站，其特征在于包括短距无线通信单元、数据采集与控制单元、远距无线传输单元及供电装置；其中，所述短距无线通信单元，建立与监测送电线路的至少一无线传感器的无线传感器网络通信链路，接收所述无线传感器以报文方式发送的数据包，并将所接收到的数据包输入到数据采集与控制单元；所述数据采集与控制单元，与所述短距无线通信单元相连接，用于解析接收到的数据包的传感器类型和数据类型，根据数据包类型进行计算处理得到工程数据，并将所述工程数据输入到远距无线传输单元；所述的远距无线传输单元，连接数据采集与控制单元，用于将从数据采集与控制单元接收的数据通过移动通信网络发送到监测支持中心站；所述供电装置提供太阳能电源或交流电源。
2.根据权利要求1所述的用于送电线路监测的无线通信基站，其特征在于所述短距无线通信单元包括无线网络单元、通信天线以及接口单元。
3.根据权利要求1所述的用于送电线路监测的无线通信基站，其特征在于，所述供电装置为太阳能电源或交流电源，其中所述太阳能电源包括太阳能电池、充放电控制器和蓄电池；所述交流电源包括不间断电源和蓄电池。
4.根据权利要求1所述的用于送电线路监测的无线通信基站，其特征在于，所述数据采集与控制单元包括数据解析单元，用于通过侦听端口读取接收到的数据包，并按照数据包协议规范，解析所述数据包的传感器类型和数据类型；数据校验单元，与所述的数据解析单元相耦合，用于对解析的数据包进行校验，若校验有误，则丢掉该错误的数据包，若校验无误，则输入到数据处理单元；数据处理单元，接收经所述数据校验单元校验无误的数据包，对该数据包进行计算处理，得到工程数据；数据存储单元，将获取的工程数据存储于所述本地数据库。
5.根据权利要求1或4所述的用于送电线路监测的无线通信基站，其特征在于，所述数据采集与控制单元还包括数据管理单元，用于在设定的时间连接本地数据库，监测数据库中的数据表，按数据时间优先原则读取数据，将已成功发送的数据删除，实现对数据的管理。
6.根据权利要求1所述的用于送电线路监测的无线通信基站，其特征在于所述远距无线传输单元包括通信天线，用于接收与发送数据；GPRS/GSM/CDMA数字中继单元，用于通过移动通信网络建立与监测支持中心站的无线链路，并将所述数据采集与控制单元传输来的数据发送到监测支持中心站。
7.根据权利要求1或6所述的用于送电线路监测的无线通信基站，其特征在于所述远距无线传输单元向监测支持中心站发送的数据为带有数据校验功能的数据包。
8.根据权利要求1所述的用于送电线路监测的无线通信基站，其特征在于，所述数字中继单元包括监测单元，用于连接本地数据库，监测数据库中数据的更新；处理单元，读取更新的数据，并将所述更新的数据进行封装为带有数据校验功能的数据包后存储；数据传输单元用于将所述数据包发送到远程中心站，并在预定时间内接收中心站的相对应响应数据，未收到响应数据则重发该数据包，收到响应数据则发送下一个新的数据包。
9.根据权利要求1所述的用于送电线路监测的无线通信基站，其特征在于所述的数据采集与控制单元为嵌入式单板机。
10.根据权利要求1所述的用于送电线路监测的无线通信基站，其特征在于所述无线通信基站设置于一双层金属机箱内，以防水、防潮、隔热及屏蔽电磁干扰。
专利摘要本实用新型提供一种用于送电线路监测的无线通信基站，其包括短距无线通信单元、数据采集与控制单元、远距无线传输单元及供电装置；其中，短距无线通信单元建立与监测送电线路的至少一无线传感器的无线传感器网络通信链路，接收无线传感器以报文方式发送的数据包，并将接收到的数据包输入到数据采集与控制单元；数据采集与控制单元与短距无线通信单元相连接，用于解析接收到的数据包的传感器类型和数据类型，根据数据包类型进行计算处理得到工程数据，并将工程数据输入到远距无线传输单元；远距无线传输单元连接数据采集与控制单元，用于将从数据采集与控制单元接收的数据通过移动通信网络发送到监测支持中心站。
文档编号H02J7/35GK2852542SQ200520130569
公开日2006年12月27日 申请日期2005年11月7日 优先权日2005年11月7日
发明者于钦刚, 何红太, 郭志广, 李红云, 于长海, 裴志伟, 桂亚骁 申请人:国网北京电力建设研究院