一种母线温湿度实时监测系统的制作方法

本发明涉及母线监测技术领域，特别是涉及一种母线温湿度实时监测系统。

背景技术：

随着现代化装备和设施迅速增加，其各行各业的用电量也不断增加，尤其是众多的高层建筑和大型厂房车间，而母线在这些大电流输送系统中扮演者不可或缺的角色。大电流输送系统对母线的供电可靠性要求高，实际上母线性能受各种因素影响，比如温度、湿度。母线材料，安装方法，接触面压力，负载等影响着母线电流，进而改变母线温度，母线处在高温状态可靠性很低。天气和所在环境对母线湿度影响甚高，母线在高湿度的状态下容易腐蚀老化，降低可靠性；若是母线接头处湿度过高，容易造成母线各相间短路。故而对母线的温度、湿度实时在线监测尤为重要，如此可有效预防母线因温湿度过高而降低其可靠性和使用寿命等此类事故发生。

母线作为大电流输送系统中的重要角色，为保证其可靠性，研究者设计了各种母线温度监测系统，在一定程度上实现了温度监测，但也有许多不足之处。一些设计者将温度传感器设置在母线槽外侧，容易安装，但是无法准确体现母线温度，温度变化也有延迟。一些设计者采用有线进行温度数据传输，保证了数据传输的准确性，但需要布线，受现场布局环境影响很大，输送线布置耗时耗费。一些设计者采用wifi无线传输数据，省去布线，但wifi模块价格贵，母线系统接头通常较多，每个接头设置一个wifi模块，成本高。这些设计中，没有将影响母线可靠性的另一因素——湿度考虑在内。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种母线温湿度实时监测系统，能够对母线的温湿度进行实时监测。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种母线温湿度实时监测系统，包括数据采集终端、中继器和上位机，所述数据采集终端通过母线接头与母线相连，包括数据采集模块、第一通信模块、温度传感器和湿度传感器；其中，所述温度传感器和湿度传感器位于母线接头外壳的内部，用于检测母线的温度和湿度，所述数据采集模块和第一通信模块位于母线接头外壳的外部，所述数据采集模块用于获取温度传感器和湿度传感器检测到的温度和湿度；所述中继器包括第二通信模块和交互模块；所述第二通信模块和第一通信模块建立链接，实现数据传输；所述交互模块与上位机相连；所述上位机用于发出检测指令和解析数据。

所述温度传感器与母线每相接头相接触，所述湿度传感器安装在母线接头外壳的内侧壁上。

所述第一通信模块为zigbee模块，并配置成路由模式；所述第二通信模块为zigbee模块，并配置成协调器模式，以广播的方式管理数据采集终端。

所述第一通信模块和第二通信模块均为电力载波模块。

所述交互模块通过rs485与上位机进行通信，不同中继器的交互模块连接到上位机不同的com口，通过com口来区分不同母线。

所述交互模块通过以太网与上位机进行通信，交互模块与上位机处在同一局域网内，并给每个中继器配置一个ip地址，不同母线中继器通过ip地址来区分。

所述上位机根据要监控的母线数量合成每条母线的控制信息矩阵，根据母线数量分别开启工作线程；工作线程从当前母线的控制信息矩阵中提取出读取某一数据采集终端温湿度数据的指令，根据该指令对应的中继器类型和地址通过以太网或rs485发送出去，由中继器的交互模块接收，再由中继器的第二通信模块发送出去，由相应的数据采集终端的第一通信模块接收，并传输给数据采集模块；数据采集模块接收到指令后，读取温度传感器和湿度传感器的数据，然后打包从数据采集终端经中继器原路传输给上位机；最后由上位机对传回的原始数据进行crc校验以及数据解析，得到温湿度数据并进行显示，保存数据；若是得到的温湿度超过设定的报警值，上位机控制报警器开始报警并提示相应的节点位置。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明将温度传感器和湿度传感器放入母线接头外壳的内部，能够准确体现母线温度和湿度的变化，保证了数据的准确性。本发明利用zigbee模块或电力载波模块进行数据传输，不仅保证了数据传输的准确性，也无需进行重新布线，降低了使用成本。本发明通信模块间的通信以及交互模块与上位机的通信方式有多种，可根据不同场合选用最合理的方式。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2为母线接头整体结构示意图；

图3为母线接头剖视图；

图4为母线接头内部结构图；

图5是本发明终端内部结构和信息流示意图；

图6是本发明中继器内部结构和信息流示意图；

图7是本发明的温湿度数据采集流程图；

图8是zigbee单一组网结构图；

图9是电力载波单一组网结构图；

图10是zigbee、电力载波混合组网结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示为本发明整体结构示意图，本发明所提供的母线接头温湿度实时监测系统包括数据采集终端、中继器、上位机(即pc端)及控制软件组成。

如图2为母线接头整体结构示意图；如图3为母线接头剖视图；如图4为母线接头内部结构图。母线接头整体包括数据采集终端1；外壳21、22和23；母线31、32、33和34；连接母线的连接器41、42、43、44和45；湿度传感器51；温度传感器52、53、54和55。温度传感器52、53、54和55和母线每相接头相接触，湿度传感器51安装在母线接头外壳的内侧壁上。外壳盖板21上开有通孔211，温度传感器和湿度传感器的导线穿过该孔与数据采集终端1内的数据采集模块相连。

所述的数据采集终端包括数据采集模块，第一通信模块，温度传感器、湿度传感器，电源模块，如图5所示。

上述数据采集模块连接有温度传感器和湿度传感器，完成温湿度数据的采集。母线槽有若干相，则每个接头处需要若干个温度传感器和一个湿度传感器，温度传感器和母线每相接头相接触，湿度传感器安装在母线接头外壳的内侧壁上。

上述第一通信模块完成与中继器的通信，可以由zigbee模块或电力载波模块组成。采用zigbee模块时，该zigbee模块配置成路由(rot)模式，防止终端zigbee模块间通信，以便于区分不同终端和防止其相互干扰。若终端采用电力载波模块与中继器通讯，终端和中继器的电力载波模块的电源接入n、l端必须一致，不然无法通信。

数据采集模块和第一通信模块皆含rs485接口，可通过rs485线将两者连接，两者间的数据交换协议采用的是modbus协议。

所述数据传输中继器由第二通信模块、交互模块及电源模块构成，如图6所示。第二通信模块可以由电力载波模块和zigbee模块构成，交互模块可以由wifi模块构成。电力载波模块、zigbee模块与数据采集终端中相应的模块进行通信，wifi模块与pc端通信。电力载波模块、zigbee模块、wifi模块皆含rs485接口，故中继器亦可通过rs485与pc端通信。zigbee模块配置成协调器(coo)模式，以广播方式管理终端。

每条母线可以使用一个或多个中继器，每个中继器可管理若干数据采集终端，它们之间可通过zigbee协议或电力载波通信。每条母线上安装的数据采集终端都有唯一地址(如01、02等)，不同母线上的数据采集终端的节点地址在保证不互相干扰前提下可以重复。中继器与数据采集终端可采用单一的zigbee模块或电力载波模块组网；亦可混合组网，即一个中继器中既有zigbee模块也有电力载波模块，故即可管理zigbee终端也可管理电力载波终端。终端少时，可直接用rs485连接。

所述上位机与中继器间可以通过rs485或以太网进行通信，即交互模块可以通过rs485或以太网进行通信。采用rs485通信时，不同中继器的交互模块连接到电脑不同的com口，通过com口来区分不同母线；若采用以太网进行通信时，wifi模块与pc机处在同一局域网内，给每个中继器配置一个ip地址(例如192.168.11.10)，不同母线中继器通过ip地址来区分，以便pc端知道给哪个中继器发指令，接收的是哪个中继器的数据。上位机设有控制软件，控制软件可完成母线、节点的增删；数据显示，即原始数据显示、转换后温湿度显示；母线显示，即显示每条母线上的节点最高温度和查看节点温度曲线；查看报警记录；查看历史温湿度；判断温湿度是否超过报警值并报警。另外，上位机外接报警装置，当某一母线接头温度超过报警值便报警提醒工作人员。

温湿度采集过程如图7所示，开启控制软件后，首先根据要监控的母线数量由软件合成每条母线的控制信息矩阵，根据母线数目分别开启工作线程。工作线程从当前母线的控制信息矩阵中提取出读取某一终端温湿度数据的指令，根据该指令对应的中继器类型和地址通过以太网或rs485发送出去，由中继器的通信模块接收,再由中继器zigbee模块/电力载波模块发送出去，由相应从机号的终端的zigbee模块/电力载波模块接收，并通过rs485传输给数据采集模块。数据采集模块接收到指令后，读取温度、湿度传感器的数据，然后打包从终端经中继器原路传输给上位机。最后由上位机软件对传回的原始数据进行crc校验以及数据解析，得到温湿度数据并进行显示，保存数据。若是得到的温湿度超过设定的报警值，报警器开始报警并提示相应的节点位置，方便监控人员处置。

下面通过几个实施例来进一步说明本发明。

实施例1：如图8所示，中继器与终端用于两者间通信的通信模块皆采用zigbee模块，它们采用zigbee协议通信。中继器的wifi模块与上位机连接在同一局域网内。zigbee通信是无线通信，比有线通讯抗干扰能力弱，通讯距离小，其通讯范围是以zigbee模块为中心的一个球。故图8所示组网方式适合开阔的空间环境，比如工场车间，其母线系统分布呈平面分布，障碍物和干扰源少。这种环境下，一个中继器可管理更多个终端，也无需布线。

上位机软件可完成母线、节点的增删；数据显示，即原始数据显示、转换后温湿度显示；母线显示，即显示每条母线上的节点最高温度和查看节点温度曲线；查看报警记录；查看历史温湿度；判断温湿度是否超过报警值并报警。

本实例中某一条母线(母线)，采集终端节点四个，地址分别为01、02、03、04，中继器与上位机通信采用以太网通信，中继器地址为“192.168.7.1”。中继器和数据采集中断通信采用zigbee协议。

软件操作流程如下，启动软件后，软件首先开启独立工作线程，工作线程首先合成控制信息矩阵如下，当前指令序号初始化为0：

序号，母线名称，节点地址，指令，中继器类型，中继器地址，下位机通信协议

1，母线1，01，0103000000044409，ip，192.168.7.1，zigbee，

2，母线1，02，020300000004443a，ip，192.168.7.1，zigbee，

3，母线1，03，03030000000445eb，ip，192.168.7.1，zigbee，

4，母线1，04，040300000004445c，ip，192.168.7.1，zigbee，

当前指令序号加1，由软件依据当前指令序号从指令列表中取出一条指令，根据指令对应中继器类型判断指令发送方式,本例中中继器类型是”ip”通过以太网发送出去，由中继器的wifi模块接收，再由中继器zigbee模块发送出去，由相应从机号的终端的zigbee模块接收，并通过rs485传输给数据采集模块。数据采集模块接收到指令后，读取温度、湿度传感器的数据，然后打包从终端经中继器原路传输给上位机。最后由上位机软件进行数据处理、记录、显示和报警，然后从当前指令序号加1开始重复上述过程。

实施例2：本实例中某一条母线，采集终端节点四个，地址分别为01、02、03、04，中继器与上位机通信采用rs485通信，中继器交互模块通过com3口连接到上位机。中继器和数据采集中断通信采用zigbee协议。

序号，母线名称，节点地址，指令，中继器类型，中继器地址，下位机通信协议

1，母线1，01，0103000000044409，rs485，com3，zigbee，

2，母线1，02，020300000004443a，rs485，com3，zigbee，

3，母线1，03，03030000000445eb，rs485，com3，zigbee，

4，母线1，04，040300000004445c，rs485，com3，zigbee，

除发送及接收信息改为通过串口com3之外，其他与实例1一致。

实施例3：如图9所示，中继器与终端用于两者间通信的通信模块皆采用电力载波模块，它们采用电力载波通信。中继器的wifi模块与上位机连接在同一局域网内。电力载波通信是有线通信，比无线通讯抗干扰能力强，通讯距离远，可跨越多重障碍物。故图9所示组网方式适合障碍物多的狭小的空间，比如高层建筑，其母线系统分布呈竖井状，层与层间距离远，又是跨层传输，建筑内障碍物多和干扰源多。这种环境下，一个中继器可管理更多个终端。

本实例中某一条母线(母线1)，采集终端节点四个,地址分别为01、02、03、04，中继器与上位机通信采用以太网通信，中继器地址为“192.168.7.1”。中继器和数据采集中断通信采用电力载波协议，如图9所示。

软件运行时开启一个线程，合成控制信息矩阵如下，指令编号从1开始：

序号，母线名称，节点地址，指令，中继器类型，中继器地址，下位机通信协议

1，母线1，01，0103000000044409，ip，192.168.7.1，电力载波，

2，母线1，02，020300000004443a，ip，192.168.7.1，电力载波，

3，母线1，03，03030000000445eb，ip，192.168.7.1，电力载波，

4，母线1，04，040300000004445c，ip，192.168.7.1，电力载波，

该实施例操作流程类同实施例1。

实施例4：本实例中只有一条母线，采用一个中继器，中继器与上位机通信采用以太网通信，中继器地址为“192.168.7.1”，采集终端节点四个，地址分别为01、02、03、04。中继器和数据采集终端通信同时采用zigbee和电力载波协议，采集终端节点01、02采用zigbee协议，采集终端节点03、04采用电力载波协议。软件运行时开启一个线程，合成控制信息矩阵如下，指令编号从1开始：

序号，母线名称，节点地址，指令，中继器类型，中继器地址，下位机通信协议

1，母线1，01，0103000000044409，ip，192.168.7.1，zigbee，

2，母线1，02，020300000004443a，ip，192.168.7.1，zigebee，

3，母线1，03，03030000000445eb，ip，192.168.7.1，电力载波，

4，母线1，04，040300000004445c，ip，192.168.7.1，电力载波，

该实施例操作流程类同实施例1。

实施例5：本实例中只有一条母线，采用2个中继器，中继器1与上位机通信采用以太网通信，中继器地址为“192.168.7.1”，中继器2与上位机通信采用rs485通信，中继器地址通讯连接端口为“com3”，终端节点四个,地址分别为01、02、03、04。中继器和数据采集终端通信同时采用zigbee和电力载波协议。软件运行时开启一个线程，合成控制信息矩阵如下，指令编号从1开始：

序号，母线名称，节点地址，指令，中继器类型，中继器地址，下位机通信协议

1，母线1，01，0103000000044409，ip，192.168.7.1，zigbee，

2，母线1，02，020300000004443a，ip，192.168.7.1，zigebee，

3，母线1，03，03030000000445eb，rs485，com3，电力载波，

4，母线1，04，040300000004445c，rs485，com3，电力载波，

该实施例操作流程类同实施例1。

实施例6：如图10所示，本实例中有两条母线分别为“母线1”和“母线2”。母线1采用1个中继器，中继器与上位机通信采用以太网通信，中继器地址为“192.168.7.1”，终端节点2个，地址分别为01、02，母线1的中继器和数据采集终端通信采用zigbee通信。母线2采用1个中继器与上位机通信采用rs485通信，中继器地址通讯连接端口为“com3”，终端节点4个,地址分别为01、02、03、04。母线2中继器和数据采集终端通信采用电力载波协议。

软件运行时开启2个线程，合成母线1控制信息矩阵如下，指令编号从1开始：

序号，母线名称，节点地址，指令，中继器类型，中继器地址，下位机通信协议

1，母线1，01，0103000000044409，ip，192.168.7.1，zigbee，

2，母线1，02，020300000004443a，ip，192.168.7.1，zigbee，

合成母线2控制信息矩阵如下，指令编号从1开始：

序号，母线名称，节点地址，指令，中继器类型，中继器地址，下位机通信协议

1，母线2，01，0103000000044409，rs485，com3，电力载波，

2，母线2，02，020300000004443a，rs485，com3，电力载波，

3，母线2，03，03030000000445eb，rs485，com3，电力载波，

4，母线2，04，040300000004445c，rs485，com3，电力载波，

每个工作线程的操作流程类同实施例1。