专利名称：一种基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置。
背景技术：
现代社会对电能的依赖性极高，用电密度越大的地区对电的依赖性越高，因而对供电设备的可靠性提出了越来越高的要求。作为目前普遍使用的小车式开关柜，由于断路器与开关柜之间采用插头联接，当小车与开关柜因制造、运输及安装不良等都将引起触头接触不良，接触电阻增大，出现触头温升过高，甚至烧毁，造成停电，这些现象在大电流开关柜如进线柜上尤为突出，且影响极大。因此，为避免此类事故的发生，对能即时监测触头温升的装置的需求就显得非常迫切了。由于高压开关触头处于高电压、高温度、强磁场以及极强的电磁干扰环境中，要实现对触头的测温，必须解决上述测量装置在上述恶劣环境条件下的适应性。作为现有的开关触头温度监测过程中重要的环节，即温度采集环节主要采用主动式测量(采集)和被动式测量(采集)两种方式被动式测量的优点在于通过凸透镜直接接收测量点发出的远红外波，接收器(即传感器)可远离测量点，解决了高压隔离以及传感器环境温度高的问题，测量系统结构简单；其缺点是只可测量在传感器直视范围内的测量点温度，这往往成为致命的弱点；主动式测量的优点在于测量点位置不受限制，传感器安装布置灵活；其缺点是必须解决传感器在高温、强电场、强磁场环境条件下的工作可靠性、传感器与主机之间的高电压隔离以及传感器自身的工作电源问题。由此可见，作为现有开关触头温度采集装置的传感器因其结构和性能条件的限制，影响了其在开关触头温度监测过程中所起的作用。而且，在现有的开关触头温度监测过程中，传感器在采集到开关触头的实时温度后，均需要通过光纤等有线传输方式将温度数据发送到外围的数据管理终端，这种方式虽然可靠，但存在了硬件故障率高以及成本高等缺点。综上所述，现有开关触头温度采集装置已不能满足对开关触头温度监测的要求， 因此，迫切需要研发一种新的采集装置，以满足使用需要。
发明内容为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型旨在提供一种基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置，以实现安全可靠地采集温度数据，并实现数据无线传输的目的。本实用新型所述的一种基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置，它包括一主控制器以及分别与该主控制器连接的一电源模块、一温度探头、一实时时钟模块和一无线通讯模块，其中，所述主控制器接收来自所述温度探头提供的温度数据和所述实时时钟模块提供的实时时间信号，将该温度数据和实时时间信号打包后的数据包发送到所述无线通讯模块；所述无线通讯模块通过ZigBee网络向一外围的数据管理终端输出所述数据包。在上述的基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置中，所述无线通讯模块还通过ZigBee网络接收来自所述数据管理终端输出的数据请求信号。在上述的基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置中，所述主控制器包括一与所述温度探头连接的AD(模数)转换模块、一与所述实时时钟模块连接的 I2C(Inter-Integrated Circuit，两线式串行总线)接口和一与所述无线通讯模块连接的 SPI 接口 Gerial Peripheral hterface，串行外围设备接口)。在上述的基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置中，所述电源模块包括一通过一电压转换电路向所述主控制器供电的取能线圈。在上述的基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置中，所述电源模块还包括一与所述主控制器连接的锂电池，且所述电压转换电路的输出端与所述锂电池连接。在上述的基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置中，所述电压转换电路的输出端还与所述AD转换模块连接。在上述的基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置中，所述无线通讯模块包括依次连接的一 RF(Radi0 Frequency，射频)芯片、一 balun电路(平衡-非平衡转换电路)和一天线，其中，所述RF芯片与所述SPI接口连接。由于采用了上述的技术解决方案，即本实用新型利用温度探头对开关柜触头的温度进行测量，然后通过主控制器的AD转换模块对温度数据进行模数转化，再与实时时钟模块提供的实时时间信号打包后，最终通过基于ZigBee技术的无线通讯模块向外围数据管理终端无线传输温度数据，从而实现了开关柜触头的温度采集功能。另外，本实用新型还通过取能线圈测量导线电流，利用导线负荷电流和正常情况下的触头温度的对应关系，为触头温度超限报警提供依据。本实用新型克服了传统传感器测量范围小，对测量环境要求高等缺陷，具有不受测量点位置、环境条件限制，适用范围广等优点，并能在保证与外围数据管理终端高可靠通信的前提下，有效避免硬件故障，降低成本。
图1是本实用新型一种基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述。如图1所示，本实用新型，即一种基于Zigbee技术的智能开关柜触头温度采集装置，它包括一主控制器1、一电源模块2、一温度探头3、一实时时钟模块4和一无线通讯模块 5。主控制器1用于接收来自温度探头3提供的温度数据和实时时钟模块4提供的实时时间信号，将该温度数据和实时时间信号打包后的数据包发送到无线通讯模块5 ；主控制器1包括一与温度探头3连接的AD转换模块11、一与实时时钟模块4连接的I2C接口12和一与无线通讯模块5连接的SPI接口 13。在本实施例中，主控制器1采用的是Microchip公司生产的一款8位宽工作电压范围的大容量flash、多功能、高性能单片机PIC18LF4620 ；相比于其他通用的8位微控制器，单片机PIC18LF4620具有更加丰富的资源和极低的功耗，它安装有ZIGBEE协议栈，并具有64KB的flash (闪存)、3986bytes的SRAM (静态随机存储器)和1KB的EEPROM (可擦可编程只读存储器)，它的主同步串口支持SPI和I2C，有多达13通道的10位AD转换模块11 ； 除了正常工作模式外，它还支持空闲模式和休眠模式，两种模式下的电流分别可降至2. 5uA 和 ΙΟΟηΑ。电源模块2包括一通过一电压转换电路22向主控制器1供电的取能线圈21和一与主控制器1连接的锂电池23，且电压转换电路22的输出端还与锂电池23连接。由于开关触头温度采集采用的是接触式测量，即将温度探头3直接贴在开关柜的触头和导线处(采集到的触头和导线的温度差即反映了开关柜触头的温升)，整个采集装置运行在高压端，对绝缘有较高要求，普通的太阳能供电系统不宜安装在此运行环境下，因此，本采集装置主要采用取能线圈21从开关柜母线M上感应取电的方式来给装置供电；同时，考虑到线路有可能临时停电或负载过轻导致感应电流不够，因此，采用锂电池23可作为备用电源；当感应取电正常时，取能线圈21经电压转换电路22给主控制器1供电的同时，也给锂电池23充电；一旦主控制器1检测到供电电压低于某一数值，立即切换到锂电池 23供电，这样就最大限度的保证了装置供电的稳定性。本实施例中，电压转换电路22的输出端还与AD转换模块11连接，从而可实现导线电流的采集。具体来说，由于取能线圈21实际上就是一个电流互感器，副边感应电流的大小可以反映母线M上电流的大小，故在取能线圈21的副边接一个包括采样电阻(图中未示)的电压转换电路22 (电压转换电路22可采用常规的电路产品)，把电流信号转化为电压信号，然后经滤波，升压等处理后送入主控制器1的AD转换模块11，最后主控制器1根据采集得到的电压值通过傅立叶滤波后即可换算出母线M上的电流值，利用导线负荷电流和正常情况下的触头温度的对应关系，为触头温度超限报警提供依据。由于监测开关触头温度时需要知道各个采集值的准确时间，以便对触头状况进行分析和预测，因此，采集装置需要有实时时钟模块4提供时间基准，当采集装置收集好数据后，先从实时时钟模块4读取实时时间，并附到每个数据包里面，然后再发送出去。在本实施例中，实时时钟模块4采用的是PCF8563芯片，它和主控制器1之间采用I2C接口 12进行通信。无线通讯模块5通过ZigBee网络与一外围的数据管理终端(图中未示)通信连接，一方面，用于主动向数据管理终端输出主控制器1提供的数据包，即定时向数据管理终端提供采集数据，另一方面，接收来自数据管理终端输出的数据请求信号，即可根据数据管理终端的要求随时提供任意时刻的采集数据。无线通讯模块5包括依次连接的一 RF芯片 51,—balun电路52和一天线53，其中，RF芯片51与SPI接口 13连接。在本实施例中，RF芯片51采用的是Microchip公司生产的2. 4GHz的射频收发器 MRFMJ40，它支持ZigBee软件堆栈，并可以通过SPI接口 13方便地与主控制器1通信。由于RF芯片51侧的信号是平衡的，而天线53侧的射频信号是非平衡的，所以在两者之间必须设置balim电路52(balim电路52可采用常规的电路产品)将信号进行转换，转换后还要对高频信号进行阻抗匹配，使得输出阻抗维持在50 Ω。综上所述，本实用新型实现了开关柜触头温度及导线电流的采集功能，并实现了这些数据的可靠无线传输，从而具有适用范围广、硬件故障少和成本低等优点。以上所述的，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型的范围，本实用新型的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。本实用新型未详尽描述的均为常规技术内容。
权利要求1.一种基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置，其特征在于，所述采集装置包括一主控制器以及分别与该主控制器连接的一电源模块、一温度探头、一实时时钟模块和一无线通讯模块，其中，所述主控制器接收来自所述温度探头提供的温度数据和所述实时时钟模块提供的实时时间信号，将该温度数据和实时时间信号打包后的数据包发送到所述无线通讯模块；所述无线通讯模块通过ZigBee网络向一外围的数据管理终端输出所述数据包。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置，其特征在于，所述无线通讯模块还通过ZigBee网络接收来自所述数据管理终端输出的数据请求信号。
3.根据权利要求1或2所述的基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置，其特征在于，所述主控制器包括一与所述温度探头连接的AD转换模块、一与所述实时时钟模块连接的I2C接口和一与所述无线通讯模块连接的SPI接口。
4.根据权利要求3所述的基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置，其特征在于，所述电源模块包括一通过一电压转换电路向所述主控制器供电的取能线圈。
5.根据权利要求4所述的基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置，其特征在于，所述电源模块还包括一与所述主控制器连接的锂电池，且所述电压转换电路的输出端与所述锂电池连接。
6.根据权利要求4或5所述的基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置，其特征在于，所述电压转换电路的输出端还与所述AD转换模块连接。
7.根据权利要求3所述的基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置，其特征在于，所述无线通讯模块包括依次连接的一 RF芯片、一 balun电路和一天线，其中，所述RF 芯片与所述SPI接口连接。
专利摘要本实用新型涉及一种基于ZigBee技术的智能开关柜触头温度采集装置，它包括一主控制器以及分别与该主控制器连接的一电源模块、一温度探头、一实时时钟模块和一无线通讯模块，其中，所述主控制器接收来自所述温度探头提供的温度数据和所述实时时钟模块提供的实时时间信号，将该温度数据和实时时间信号打包后的数据包发送到所述无线通讯模块；所述无线通讯模块通过ZigBee网络向一外围的数据管理终端输出所述数据包。本实用新型具有不受测量点位置、环境条件限制，适用范围广等优点，并能在保证与外围数据管理终端高可靠通信的前提下，有效避免硬件故障，降低成本。
文档编号G08C17/02GK202110654SQ201120223228
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者姜东升, 孙忠庆, 崔静 申请人:山东鲁亿通智能电气股份有限公司