基于ZigBee网络的低压电源SPD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网络的低压配电SPD在线监测系统，包括通过ZigBee无线网络相互连接的至少一个采集模块、至少一个ZigBee路由模块以及一个ZigBee数据终端模块；所述采集模块包括用于供电的第一电源模块和依次连接的监测模块、第一单片机处理器、第一ZigBee收发单元；所述ZigBee路由模块包括第二ZigBee收发单元以及分别与其相连的第一LCD模块、用于供电的第二电源模块；所述ZigBee数据终端模块包括用于供电的第三电源模块、第三ZigBee收发单元、第二单片机处理器、第二LCD模块、存储模块、上位机。本发明原理简单，结构合理，有利于在线监测产业的推广利用。
【专利说明】基于ZigBee网络的低压电源SPD在线监测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于ZigBee网络的低压电源SPD在线监测系统，属于电子、电气设备监测领域。
【背景技术】
[0002]在低压配电系统中，电涌保护器(Surge Protective Device, SPD)可以有效限制瞬态过电压并泄放浪涌电流，因而得到广泛的应用。然而低压电源SPD的核心部件氧化锌压敏电阻在运行中存在老化劣化现象，为了保证用电系统的安全运行，必须对运行中的低压电源sro进行相应的检测。传统手段采取定期的停电检测方法，难以及时反映设备内部的老化情况，在及时性和安全性上存在巨大隐患，同时也浪费了大量的人力物力。基于以上原因，针对低压电源SPD的在线监测符合当今智能电网安全，经济，稳定运行的发展趋势，具有广阔的开发前景。以下通过研究相关专利，说明本发明的技术背景。
[0003]目前针对SPD的在线监测大多采用有线的方式，例如专利智能数字式氧化锌避雷器在线监测仪(201220231520.X)采用穿心式电流传感器采集漏电流，采集数据经单片机处理后，经RS485接口后传入人机界面中，从而达到在线监测的目的，专利一种光纤供电的电力避雷器在线监测智能终端(201120329498.8)，运用包含温度传感器和电压互感器的数据采集模块采集，运用RS232接口将测试的实时数据上传PC机，根据监控系统对数据异常的sro进行报警，从而实现在线监测，专利一种容性设备及避雷器在线监测系统(201220415370)利用Canbus和数据采集单元进行通讯，以实现安全可靠的在线监测。但是上述专利由于其数据传输采取有线传输的方式，所需电缆敷设量较大，布线方面成本较高，在监测系统需要加入新的监测点时，升级改造十分困难。更为严重的是，该类系统的稳定性比较差，一旦在线路的某点出现故障，可能导致整个系统无法正常运行，这就限制了有线传输在线监测系统方面的发展。因此，发展一种新的在线监测数据传输方式显得尤为重要。专利氧化锌避雷器在线监测装置(201220151871.X)采用蓝牙通讯作为避雷器实时监测数据的传送方式，以到达无线方式的在线监测，但是蓝牙模块耗电量较大，传输距离仅有 10米且无法大量拓展子节点，因而不适用于大规模的在线监测。专利输电线路避雷器在线监测装置(201220401658.X)采用GPRS传输模块作为其在线监测数据通讯的无线传输方式，较好实现了野 外高压避雷器的在线监测。但是对于监测节点数目多，安装范围小的低压电源SPD的在线监测，GPRS数据传输费用过高，不够经济适用。因此急需一种新的无线传输方式，以满足低压电源sro在线监测节点数目多，组网拓展性好，数据传输价格低廉的要求。
[0004]Zigbee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，具有低功耗，低成本，低速率，近距离，短时延，高容量，高安全，免执照频段等特点。它是一种介于无线标记与蓝牙技术之间的技术，主要应用于近距离无线通信领域。ZigBee有自带的无线电标准，从而在众多传感器之间相互协调实现通信，传感器节点只需要微小的能量就可以通过天线将数据信息从一个传感器传到另一个传感器。最后，这些数据信息可以传入计算机进行相应的分析处理或者被另一种无线模块所收集。因此ZigBee网络是最适合于传感器网络、工程监测、家庭监控等领域的无线技术。据相关调研，目前将ZigBee用于低压电源SH)在线监测系统的相关专利尚未见报道。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于ZigBee网络的低压配电STO在线监测系统，本发明解决了现有在线监测系统存在的布线成本高，可靠性差的问题。本发明原理简单，结构合理，有利于在线监测产业的推广利用。
[0006]本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
本发明提供一种基于ZigBee网络的低压配电SH)在线监测系统，包括通过ZigBee无线网络相互连接的至少一个采集模块、至少一个ZigBee路由模块以及一个ZigBee数据终端模块；
所述采集模块包括用于供电的第一电源模块和依次连接的监测模块、第一单片机处理器、第一 ZigBee收发单元；所述监测模块包括漏电流监测电路、过电压监测电路；
所述ZigBee路由模块包括第二 ZigBee收发单元以及分别与其相连的第一 IXD模块、用于供电的第二电源模块；
所述ZigBee数据终端模块包括用于供电的第三电源模块、第三ZigBee收发单元、第二单片机处理器、第二 LCD模块、存储模块、上位机；所述第三电源模块分别与第三ZigBee收发单元、第二单片机处理器相连；所述第三ZigBee收发单元分别与第二 IXD模块、第二单片机处理器相连；所述第二单片机处理器通过存储接口与存储模块相连，通过串口单元与上位机相连。
[0007]作为本发明的进一步优化方案，所述漏电流监测电路采用采用外积分罗氏线圈采集SH)的漏电流；所述过电压监测电路采用电阻分压器采集施加于SPD的电压值。
[0008]作为本发明的进一步优化方案，所述第一、第二单片机处理器采用型号为MSP430的16位超低功耗单片机芯片。
[0009]作为本发明的进一步优化方案，所述第一至第三ZigBee收发单元采用以CC2430和CC2591两种芯片的集成。
[0010]作为本发明的进一步优化方案，所述第一至第三电源模块采用1.81.6V的低电压电源。
[0011]作为本发明的进一步优化方案，所述存储接口采用USB/SD接口电路。
[0012]作为本发明的进一步优化方案，所述串口单元采用RS232接口。
[0013]作为本发明的进一步优化方案，所述ZigBee收发单元与IXD模块通过SPI总线相连。
[0014]作为本发明的进一步优化方案，所述第一、第二 IXD模块采用128X64点阵的液晶模块。
[0015]本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果:
(1)本发明基于ZigBee无线网络，实现了低压电源STO在线监测系统的无线网络化，相比现有在线监测系统，更为经济高效，易于拓展；
(2)本发明的采集模块运用罗氏线圈和分压器采集低压电源SPD的漏电流和过电压，避免监测设备引入高电压，从而使得在线监测更为安全，准确；
(3)本发明通过加入ZigBee路由模块，便于数据集中传输，同时有效扩大了无线监测系统的传输距离；
(4)本发明通过加入ZigBee终端模块，实现监测数据的实时存储功能，并且利用上位机对低压电源sro进行实时的在线监测。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的结构框图。
[0017]图2是采集模块的结构框图。
[0018]图3是ZigBee路由模块的结构框图。
[0019]图4是ZigBee数据终端模块的结构框图。
【具体实施方式】
[0020]下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0021]本【技术领域】技术人员可以理解的是，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0022]本【技术领域】技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0023]本发明设计一种基于ZigBee网络的低压配电STO在线监测系统，基于ZigBee无线网络，通过至少一个采集模块、至少一个ZigBee路由模块以及一个ZigBee数据终端模块，解决了现有在线监测系统存在的布线成本高，可靠性差的问题。
[0024]下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
一种基于ZigBee网络的低压配电SH)在线监测系统，如图1所示，包括通过ZigBee无线网络相互连接的至少一个采集模块、至少一个ZigBee路由模块以及一个ZigBee数据终端模块。通过至少一个采集模块实时监测各个低压电源SH)的运行状况，通过ZigBee无线网络将实时监测数据发送至ZigBee路由模块；ZigBee路由模块起中转作用，能够有效扩大整个ZigBee网络的传输范围。通过ZigBee路由模块将实时监测数据转发至ZigBee数据终端模块，ZigBee数据终端模块接受实时数据并进行处理后，一方面将数据存入大容量存储设备中，以便随时调取历史资料，从而有利于分析事故发生原因；另一方面，将数据传输到上位机，上位机根据内置算法，对低压电源sro系统进行实时监控，当出现危险时及时进行报警。
[0025]本发明中的采集模块如图2所示，包括用于供电的第一电源模块和依次连接的监测模块、第一单片机处理器、第一 ZigBee收发单元；所述监测模块包括漏电流监测电路、过电压监测电路。漏电流监测电路采用外积分罗氏线圈采集低压电源SPD的漏电流，采集的信号经过积分电阻、线性放大、滤波、A/D转换等一系列处理后送入第一单片机处理器处理，进行格式转化。过电压监测电路采用电阻分压器采集施加于SPD的电压值，采集的信号经过极性转换、限压、光电耦合后送入第一单片机处理器处理。第一单片机处理器采用型号为MSP430的16位超低功耗单片机芯片，监测模块将获得的信号输入MSP430，经过处理，输入信号被转化为可以读识的数据格式，然后向第一 ZigBee收发单元进行传送。第一ZigBee收发单元主要集成了 CC2430和CC2591两种芯片，CC2430是是一款完全兼容8051内核，同时支持IEEE 802.15.4协议的2.4 GHz无线射频单片机，在使用CC2430芯片进行无线传输时，由于芯片本身的发射功率很小，限制了该无线网络的通信距离；因此加入射频芯片CC2591，从而提高发射功率，改善接收机的灵敏，延长其通信距离。实时监测数据经过该ZigBee收发单元，向ZigBee路由节点发送无线信号。第一电源模块主要负责向上述单元供电，为了降低功耗，可采用两节1.5V干电池实现。
[0026]本发明中的ZigBee路由模块如图3所示，包括第二 ZigBee收发单元以及分别与其相连的第一 LCD模块、用于供电的第二电源模块。第二 ZigBee收发单元接受采集模块所传输的数据，经过自带8051内核处理后转发到数据终端模块。第一 LCD模块采用128X64点阵的液晶，数据传输模式采用SPI总线传输，主要用于显示节点状态。由于ZigBee路由模块需要保持稳定的状态，因此第二电源模块通常采用交流形式，本发明的实施例中采用3.3V交流电对ZigBee路由模块进行供电。
[0027]本发明中的ZigBee数据终端模块如图4所示，包括用于供电的第三电源模块、第三ZigBee收发单元、第二单片机处理器、第二 IXD模块、存储模块、上位机；所述第三电源模块分别与第三ZigBee收发单元、第二单片机处理器相连；所述第三ZigBee收发单元分别与第二 IXD模块、第二单片机处理器相连；所述第二单片机处理器通过存储接口与存储模块相连，通过串口单元与上位机相连。第三ZigBee收发单元主要由CC2430和CC2591两种芯片组成，第二单片机处理器采用型号为MSP430的16位超低功耗单片机芯片。由于数据终端需要较快的处理速度，虽然CC2430集成了 8051核心，但MSP430具有更快的处理速度以及超低功耗的优点，更适合系统的需求，所以将第三ZigBee收发单元同MSP430单片机相连，以加快处理速度。当第三ZigBee收发单元接受ZigBee路由模块传输过来的数据后，将实时数据送入MSP430中转换数据格式。第二 IXD模块通过SPI线路同第三ZigBee收发单元相连，用于显示收发单元状态。MSP430同USB/SD卡读取接口以及RS232接口相连，MSP430可以实现两个功能:第一，将处理过的实时数据通过USB或SD接口电路存入大容量存储模块中，以便随时调取历史资料，如果有事故发生，可以分析其产生原因；第二，实时数据经RS232接口可以传输到上位机，对低压电源SH)系统进行实时监控，从而实现整个基于ZigBee网络的在线监测。
[0028]以上所述，仅为本发明中的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种基于ZigBee网络的低压配电STO在线监测系统，其特征在于，该系统包括通过ZigBee无线网络相互连接的至少一个采集模块、至少一个ZigBee路由模块以及一个ZigBee数据终端模块； 所述采集模块包括用于供电的第一电源模块和依次连接的监测模块、第一单片机处理器、第一 ZigBee收发单元；所述监测模块包括漏电流监测电路、过电压监测电路； 所述ZigBee路由模块包括第二 ZigBee收发单元以及分别与其相连的第一 IXD模块、用于供电的第二电源模块； 所述ZigBee数据终端模块包括用于供电的第三电源模块、第三ZigBee收发单元、第二单片机处理器、第二 LCD模块、存储模块、上位机；所述第三电源模块分别与第三ZigBee收发单元、第二单片机处理器相连；所述第三ZigBee收发单元分别与第二 IXD模块、第二单片机处理器相连；所述第二单片机处理器通过存储接口与存储模块相连，通过串口单元与上位机相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee网络的低压配电STO在线监测系统，其特征在于，所述漏电流监测电路采用外积分罗氏线圈采集SPD的漏电流；所述过电压监测电路采用电阻分压器采集施加于sro的电压值。
3.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee网络的低压配电SH)在线监测系统，其特征在于，所述第一、第二单片机处理器采用型号为MSP430的16位超低功耗单片机芯片。
4.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee网络的低压配电SH)在线监测系统，其特征在于，所述第一至第三ZigBee收发单元采用以CC2430和CC2591两种芯片的集成。
5.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee网络的低压配电SH)在线监测系统，其特征在于，所述第一至第三电源模块采用1.8^3.6V的低电压电源。
6.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee网络的低压配电SH)在线监测系统，其特征在于，所述存储接口采用USB或SD接口电路。
7.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee网络的低压配电STO在线监测系统，其特征在于，所述串口单元采用RS232接口。
8.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee网络的低压配电STO在线监测系统，其特征在于，所述ZigBee收发单元与IXD模块通过SPI总线相连。
9.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee网络的低压配电STO在线监测系统，其特征在于，所述第一、第二 IXD模块米用128X64点阵的液晶模块。
【文档编号】G01R31/00GK103913650SQ201410066415
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】杨仲江, 陈璞阳, 叶挺, 周中山 申请人:南京信息工程大学