专利名称：一种电力大件在途冲击振动无线实时监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型一种电力大件在途冲击振动无线实时监控系统，属于电力大件运输监控技术领域。
背景技术：
针对电力设备大件运输，国家发改委于2007年7月发布DL/T 1071-2007《电力大件运输规范》，并于当年12月I日开始实施，该规范从运输项目组织机构、运输作业流程、前期准备、组织实施和项目总结等方面对电力大件运输做了流程性的规定；大型电力设备是组成智能电网的基本构件，具有超长、超宽、超重的特点，并且自身价值高、生产周期长，一旦运输环节发生安全、质量事故，将造成严重的直接损失和无法估计的间接损失；智能电网的基础建设正是由一个个电力设备采购，运输，安装，运行的具体过程来实现的，电力设备的运输是对极限运输条件的考验，运输冲击不仅会导致变压器损坏，而且更为严重的是将极大地危及运输安全，为此，要对运输过程中的冲击，振动，加速度实时监控以确保运输安全，未涉及利用技术手段对电力设备运输质量进行管控的描述，在电力大件运输的实际操作中，也未见关于电力设备运输质量在线管控信息化系统的研究和应用。目前国内使用较为普遍的一些运输监控设备都是机械式的设备，主要有机械式的冲撞记录仪，它的内部结构相当于一台照相机，它的工作原理是将记录纸带放入上纸袋卷筒，纸带的始端插入下纸袋卷筒，将3只记录笔固定在纸袋上的金属横梁上，它们分别用来记录X、y、z三轴上的冲击力，纸带上有格，读出的格数就可以反映受撞的程度，两侧有时间，用来记录受到撞击的时间，还有一种就是表计型的记录仪，它不能记录时间，只能通过表计来显示最大的冲击程度，显然，这些设备都存在一些缺陷:一、因运输方式的不同，有时可能因震动幅度太大，时间太长等原因导致记录纸用完，不能完全记录设备的运输状态，导致数据丢失，测量的范围较窄；二、结构复杂，不易携带，不利于设备的长途运输；三、记录纸在运输过程中可能因受潮出现卡纸现象，造成数据丢失。目前国外己投入运输行业的设备有瑞士的g-109加速度记录仪，它可以通过用户设定的时间间隔来测量X，1，Z三轴加速度的绝对最大值，此外，它还可计算运输设备加速度的平均值、最大值、最小值和三轴加速度的矢量和，这种加速度记录仪主要用于运输过程中的冲撞、冲击和振动的检测记录，当运输到目的地后再通过计算机进行运输路况仿真，然而，这些设备也存在一些缺陷:一、因运输过程中，运输时间太长导致存储空间不足，无法完全记录设备的运输状态，导致数据丢失；二、在长途运输设备出现损坏，掉电，数据丢失等现象无法预知，到目的地打开发现数据丢失或不完整；三、外部防护等级较低，尘土，雾气，雨水等因素影响导致设备无法正常工作，记录有误或设备损坏。
实用新型内容本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是:提供一种可长期精确无线监控电力大件在途冲击振动的装置。为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:一种电力大件在途冲击振动无线实时监控系统，包括安装在电力大件运输车辆驾驶室的集中控制器、安装在电力大件顶端的路由器和安装在电力大件前端或者后端的冲击振动无线实时监控装置，上述集中控制器、路由器和冲击振动无线实时监控装置之间均可以通过无线网络通讯，集中控制器存储路由器和冲击振动无线实时监控装置发送的信息；上述冲击振动无线实时监控装置包括有采集电力大件在途冲击振动的高精度冲击振动传感器和与高精度冲击振动传感器相连的用于处理和无线发送冲击振动信息的数据处理及射频模块，所述数据处理及射频模块通过无线网络与集中控制器和路由器相连。所述冲击振动无线实时监控装置还包括有信号调理放大电路、双总线异步通信电路、防掉电时钟电路、程序异常监控电路、Flash存储电路和电源模块，上述高精度冲击振动传感器和数据处理及射频模块之间依次串接有信号调理放大电路和双总线异步通信电路，上述防掉电时钟电路、程序异常监控电路和Flash存储电路分别与数据处理及射频模块相连，电源模块为整个冲击振动无线实时监控装置供电。所述无线网络为ZigBee无线网络。所述数据处理及射频模块采用CC2530芯片，数据处理及射频模块采用ZigBee2007/Pro协议进行通信。所述电源模块采用高性能锂电池。所述冲击振动无线实时监控装置封装在一外壳中，外壳防护等级IP65,外壳上设置有便于安装的单面磁。本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是:一、本实用新型采用高精度冲击振动传感器全程监控电力大件在途运输冲击振动过程，并且通过ZigBee无线网络实时将采集的信息发送至集中控制器存储，能够实现长期高精度的无线监控，为电力大件的在途冲击振动监控提供了条件，满足电力大件的运输监控需求；二、本实用新型能够第一时间发送故障和报警信息，提醒驾驶人员，既能够准确掌握在途运输质量过程，又方便驾驶人员的操作，避免了故障的扩大；三、本实用新型装置外部结构简洁，防护等级高，安装使用便捷，无需打开运输设备，也不会对运输设备造成损伤，成本较低。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
做进一步详细的说明:
图1是本实用新型的安装结构示意图；图2是本实用新型的电路结构示意图；图中:1为电力大件运输车辆、2为电力大件、3为集中控制器、4为路由器、5为冲击振动无线实时监控装置、6为高精度冲击振动传感器、7为数据处理及射频模块、8为信号调理放大电路、9为双总线异步通信电路、10为防掉电时钟电路、11为程序异常监控电路、12为Flash存储电路、13为电源模块。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型一种电力大件在途冲击振动无线实时监控系统，包括安装在电力大件运输车辆I驾驶室的集中控制器3、安装在电力大件2顶端的路由器4和安装在电力大件2前端或者后端的冲击振动无线实时监控装置5，上述集中控制器3、路由器4和冲击振动无线实时监控装置5之间均可以通过无线网络通讯。上述集中控制器3发送命令给路由器4和冲击振动无线实时监控装置5，存储路由器4和冲击振动无线实时监控装置5发送的信息；路由器4主要起辅助信息传输的作用，电力大件2的长度一般都比较长，采用路由器4可以增加信号传输的距离，也可以对用于故障信息的判断，当路由器4 一段时间接收不到冲击振动无线实时监控装置5发送的信息时，向集中控制器3发送故障信息，冲击振动无线实时监控装置5实时采集电力大件2在途冲击振动信息，并将采集的冲击振动信息发送至路由器4和集中控制器3，根据不同电力大件2运输的需要，冲击振动无线实时监控装置5可以安装有多个，分布在电力大件2不同的位置。如图2所示，上述冲击振动无线实时监控装置5包括有采集电力大件2在途冲击振动的高精度冲击振动传感器6和与高精度冲击振动传感器6相连的用于处理和无线发送冲击振动信息的数据处理及射频模块7，数据处理及射频模块7通过无线网络与集中控制器3和路由器4相连，高精度冲击振动传感器6全程监控电力大件在途运输冲击振动过程，并且依靠数据处理及射频模块7通过无线网络实时将采集的信息发送至路由器4和集中控制器3。所述电力大件2在运输过程中不可避免地会受到运输冲击，运输冲击有可能造成电力大件2内部铁心、线圈、围屏、垫块等发生严重移位或者变形，从而导致电力大件2损坏；常规电力大件2以±3g冲击加速度作为冲击控制的直观技术指标，同时也成为电力大件2结构强度设计的要求，本实用新型充分考虑了电力大件2运输的实际要求采用高精度冲击振动传感器6，高精度冲击振动传感器6量程为±5g，精度可达到0.1g,完全可以满足测量要求。所述冲击振动无线实时监控装置5还包括有信号调理放大电路8、双总线异步通信电路9、防掉电时钟电路10、程序异常监控电路IUFlash存储电路12和电源模块13，上述高精度冲击振动传感器6和数据处理及射频模块7之间依次串接有信号调理放大电路8和双总线异步通信电路9，上述防掉电时钟电路10、程序异常监控电路11和Flash存储电路12分别与数据处理及射频模块7相连。所述无线网络为ZigBee无线网络，所述数据处理及射频模块7采用CC2530芯片，数据处理及射频模块7采用ZigBee2007/Pro协议进行通信，CC2530芯片为冲击振动无线实时监控装置5的核心处理器，利用SMT工艺，工作在免费的2.4G频段，实现了智能组网短距离低功耗实时无线传输系统，供电可用电源适配器和电池两种供电方案，供电方式灵活，电力大件对运输条件苛刻，对数据监测准确度性很高，本实用新型无线数据传输通过CRC校验，双总线异步串行通信采用求和校验，保证数据的准确性，整个装置通信距离可达100米，如需增加距离可通过添加路由器4扩展传输距离。上述信号调理放大电路8专为传感器数据采集设计，将传感器信号放大，从而可以直接与CC2530通过TTL电平通信，减少了硬件开支。上述防掉电时钟电路10采用DS1302防掉电时钟芯片，负责为数据加上时间标签，从而解决了之前冲击振动设备无法直观观测时间的缺陷，DS1302防掉电时钟芯片可提供年、月、日、时、分、秒、周的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时间数据输出格式可通过AM/PM指示决定采用24小时或12小时，保持数据和时钟信息时功耗小于lmW，通信方式为I2C总线，上述CC2530内部并无I2C总线协议，为正确地采集时间参数，系统采用CC2530的I/O管脚模拟I2C信号的方法，模拟出符合1302时钟数据手册上的采集时序，达到操作时钟的目的。为保证装置程序运行的稳定性，防止程序发生异常，且CC2530在上电时状态并不确定，这造成CC2530不能正确工作，为解决这一问题，本实用新型添加了程序异常监控电路11，它负责将CC2530初始化为某个确定的状态，这个复位逻辑需要一个复位信号才能工作，复位信号的稳定性和可靠性对CC2530的正常工作有重大影响，复位电路可以使用简单的阻容复位，但阻容复位不能保证任何情况都产生稳定可靠的复位信号，所以一般场合需要使用专门的复位芯片；由于CC2530对电源的纹波、瞬间响应性能、时钟源的稳定性和电源监控的可靠性都要求较高，系统选用电源监控芯SP706，使系统可靠复位，SP706是专为微处理器设计的电源监控芯片，当电源电压低于复位电压阀值时，SP706将产生一个复位信号，并在电源电压上升到高于复位阀值的200ms内保持有效，SP706的复位门槛电压为
2.63V，即电源电压低于2.63V时产生复位信号。上述SP706的复位信号为低电平，管脚MR为手动复位输入端，管脚RESET为复位输出端，当手动复位管脚MR为低电平时，管脚RESET输出为低，导致系统复位，WDO和WDI分别为看门狗输出端和看门狗计数器清零端，WDI引脚的上升沿和下降沿都会将看门狗计数器清零，如果在1.6S内没有对看门狗计数器进行清零，那么看门狗输出端TOO会输出一个低电平脉冲，由于WDO和MR引脚相连，因此，会使RST端输出200ms的低电平，从而复位硬件系统。上述Flash存储电路12使用串行Flash芯片，串行Flash芯片为低功耗Flash存储器，相对于并行Flash它用更少的引脚传送数据，降低了系统的空间、功耗和成本，具有很高的性价比；另外，串行Flash芯片的读写操作十分简易，这些优势使得串行Flash被广泛应用于微型，低功耗的存储系统，本实用新型中采用M25PE20型号的Flash芯片。传统的车载系统一般采用车载蓄电池给设备供电，本实用新型中电源模块13采用高性能锂电池为冲击振动无线实时监控装置5供电，使得冲击振动无线实时监控装置5安装灵活，可随意安装在电力大件2的任何部位。本实用新型拟定了桥接帧、桥接响应帧、数据帧、命令帧、命令响应帧和故障报告帧等一系列帧格式；当系统启动时,集中控制器3组建ZigBee无线网络，发送桥接帧给主控制器，报告组网成功，确定网络地址，主控制器收到桥接帧后判断网络地址是否使用过，同时选择可以加入网络的子节点，然后发出桥接响应帧给集中控制器3，如果网络地址未使用过，则在桥接响应帧中保留原有的网络地址，如果网络地址使用过，则分配新的网络地址给集中控制器3 ;集中控制器3根据主控制器的命令有选择地接收信号，当子节点加入网络成功后，发送节点加入帧给主控制器，报告启动信息，同时，各子节点通过数据帧向集中控制器3发送信息；本实用新型可以通过命令帧来修改参数，包括采集周期、上传周期等，通过命令响应帧来报告命令执行信息；当某一子节点出现数据格式异常或者电量不足等故障时，会发送故障帧，当某一子节点退出网络时，会发送节点退出帧，本实用新型默认为全时段监测，监测每秒最大冲击振动值，定时上报，达到预警值加快数据上传速率，并发出警报，提醒驾驶人员，既实现了心跳数据传输功能，也达到了低功耗的目的；本实用新型数据可通过命令远程修改，装置可针对不同电力大件2运输条件制定相应监控参数，使装置应用领域更为灵活。所述冲击振动无线实时监控装置5封装在一外壳中，外壳防护等级IP65,外壳上设置有便于安装的单面磁，通过单面磁可以方便的安装在电力大件2上，无需打开运输设备，也不会对运输设备造成损伤。
权利要求1.一种电力大件在途冲击振动无线实时监控系统，其特征在于:包括安装在电力大件运输车辆(I)驾驶室的集中控制器(3)、安装在电力大件(2)顶端的路由器(4)和安装在电力大件(2)前端或者后端的冲击振动无线实时监控装置(5)，上述集中控制器(3)、路由器(4)和冲击振动无线实时监控装置(5)之间均可以通过无线网络通讯，集中控制器(3)存储路由器(4)和冲击振动无线实时监控装置(5)发送的信息； 上述冲击振动无线实时监控装置(5)包括有采集电力大件(2)在途冲击振动的高精度冲击振动传感器(6)和与高精度冲击振动传感器(6)相连的用于处理和无线发送冲击振动信息的数据处理及射频模块(7)，所述数据处理及射频模块(7)通过无线网络与集中控制器(3)和路由器(4)相连。
2.根据权利要求1所述的一种电力大件在途冲击振动无线实时监控系统，其特征在于:所述冲击振动无线实时监控装置(5)还包括有信号调理放大电路(8)、双总线异步通信电路(9 )、防掉电时钟电路(10 )、程序异常监控电路(11 )、Flash存储电路(12 )和电源模块(13)，上述高精度冲击振动传感器(6)和数据处理及射频模块(7)之间依次串接有信号调理放大电路(8)和双总线异步通信电路(9)，上述防掉电时钟电路(10)、程序异常监控电路(11)和Flash存储电路(12)分别与数据处理及射频模块(7)相连，电源模块(13)为整个冲击振动无线实时监控装置(5 )供电。
3.根据权利要求1或2所述的一种电力大件在途冲击振动无线实时监控系统，其特征在于:所述无线网络为ZigBee无线网络。
4.根据权利要求3所述的一种电力大件在途冲击振动无线实时监控系统，其特征在于:所述数据处理及射频模块(7)采用CC2530芯片，数据处理及射频模块(7)采用ZigBee2007/Pro协议进行通信。
5.根据权利要求2所述的一种电力大件在途冲击振动无线实时监控系统，其特征在于:所述电源模块(13)采用高性能锂电池。
6.根据权利要求3所述的一种电力大件在途冲击振动无线实时监控系统，其特征在于:所述冲击振动无线实时监控装置(5)封装在一外壳中，外壳防护等级IP65，外壳上设置有便于安装的单面磁。
专利摘要一种电力大件在途冲击振动无线实时监控系统，属于电力大件运输监控技术领域；解决的技术问题是提供一种可长期精确无线监控电力大件在途冲击振动的装置；采用的技术方案是包括安装在电力大件运输车辆驾驶室的集中控制器、安装在电力大件顶端的路由器和安装在电力大件前端或者后端的冲击振动无线实时监控装置，集中控制器、路由器和冲击振动无线实时监控装置之间均可以通过无线网络通讯，集中控制器存储路由器和冲击振动无线实时监控装置发送的信息，冲击振动无线实时监控装置包括有采集电力大件在途冲击振动的高精度冲击振动传感器；本实用新型适用于各种电力大件的运输。
文档编号G05B19/418GK202929457SQ20122062355
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日
发明者杨北革, 任远, 高明, 张晓鹏, 段小兵, 郭小龙, 梁利生, 张金梅, 梁俊媛 申请人:国家电网公司, 山西省电力公司大同供电分公司