一种SF6气体密度无线远程监测预警系统的制作方法

本实用新型涉及一种SF6气体密度远程监测、预警系统，属于测控系统技术领域。

背景技术：

目前在国内抽水蓄能电站生产中，大部分设备的重要指标数据(如GIS气隔压力、泄漏电流等数据)需要人工读取、人工计算分析和人工储存，信息化程度相对较低，影响生产效率和增加生产成本；有些设备由于所在环境其特殊性，人员现场采集容易造成安全责任事故，但是这些数据的监控对生产非常重要；一些重要监控数据需要及时向相关负责人预警(如泄露电流超过警戒值)，以便及时采取相关措施。

技术实现要素：

实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种SF6气体密度无线远程监测预警系统，其能够实现SF6密度温度和压力智能化远程监测和预警。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种SF6气体密度无线远程监测预警系统，包括SF6传感器(1)、一个以上的无线传感单元(2)、无线接收发送装置(3)、服务器(4)、手机客户端(6)、电脑客户端(7)，所述SF6传感器(1)、无线传感单元(2)、无线接收发送装置(3)以及服务器(4)通信连接，而所述手机客户端(6)、电脑客户端(7)均与服务器(4)通信连接，其中：

SF6传感器(1)，负责SF6气体数据信息采集；

无线传感单元(2)，无线传感单元(2)控制SF6传感器(1)工作，将SF6传感器(1)采集到的数据发送至无线接收发送装置(3)；

无线接收发送装置(3)，负责接收无线传感单元(2)上发的数据，同时将无线传感单元(2)数据打包处理发送到服务器(4)；接收服务器(4)发送给无线传感单元(2)的指令，并将该指令下发到无线传感单元(2)；接收服务器(4)发送给指定手机号码的手机短消息，并将该手机短消息下发到指定手机号码；

服务器(4)，所述服务器包括阈值存储模块和数据对比模块，所述服务器负责接收无线接收发送装置(3)发送的数据并对该数据进行存储，阈值存储模块用于存储阈值，数据对比模块用于将无线接收发送装置3发送的数据与存储的阈值进行比较，若大于阈值，则控制无线接收发送装置(3)发送指令到无线传感单元(2)，同时控制无线接收发送装置(3)发送手机短消息到指定手机号码；所述服务器(4)通过Internet与电脑客户端(7)、手机客户端(6)相连接，并通过TCP/IP方式与电脑客户端(7)和手机客户端(6)通讯，同时响应电脑客户端(7)和手机客户端(6)的数据请求操作及参数设置操作；

手机客户端(6)，与服务器(4)通过TCP/IP方式通讯，且可通过手机客户端(6)向服务器(4)请求操作；

电脑客户端(7)，与服务器(4)通过TCP/IP方式通讯，且可通过电脑客户端(7)向服务器(4)请求操作及参数设置操作。

优选的：所述SF6传感器(1)采集SF6气体数据信息包括SF6气体的密度、温度、压力、微水。

优选的：所述无线传感单元(2)与无线接收发送装置(3)采用短距离无线射频信号进行双向通讯，通讯频率为433MHz。

优选的：无线传感单元(2)通过周期性开启SF6传感器(1)并将SF6传感器(1)采集到的数据发送到无线接收发送装置(3)；同时无线传感单元(2)在每次上传数据到无线接收发送装置(3)后会开启一个时间窗口用于接收无线接收发送装置(3)下发的控制指令，该控制指令包括设置无线传感单元(2)睡眠周期、时间窗口大小、数据重发次数。

优选的：无线接收发送装置(3)使用无线SRD射频芯片CC1101与无线传感单元(2)进行数据通讯。

优选的：所述无线接收发送装置(3)与无线传感单元(2)进行数据通讯采用数据防碰撞机制CCA，通过数据防碰撞机制CCA检测信道是否空闲来决定是否可以发送数据，若信道忙说明空间中存在特定频率射频信号，此时需要发送数据的设备需要停止发送数据直到信道空闲。

优选的：所述无线接收发送装置(3)接收一段时间内所有无线传感单元(2)发送的数据打包处理后通过GPRS无线方式发送到系统服务器(4)。

优选的：所述手机客户端(6)向服务器(4)请求操作包括查看系统监测状态和SF6传感器数据，在发生异常情况时服务器(4)向手机客户端(6)推送预警提示；所述电脑客户端(7)的参数设置操作包括SF6传感器采集频率和短信预警号码。

优选的：所述手机客户端(6)向服务器(4)请求操作包括查看系统监测状态和SF6传感器数据，在发生异常情况时服务器(4)向指定手机号码推送预警提示。

有效的：所述SF6传感器(1)采用GDI+GDT-20SF6传感器，其中GDI为机械式密度表，GDT-20为数字式SF6传感器；无线传感单元采用CC430微控制器；所述无线接收发送装置(3)采用STM32高性能处理器。

本实用新型提供的一种SF6气体密度无线远程监测预警系统，相比现有技术，具有以下有益效果：

1、实现了SF6智能化远程无线监测，及时预警SF6气体泄漏，有效控制温室气体排放。

2、实现了数据自动分析、自动存储、自动远程预警，为SF6设备状态检修管理提供科学性和可行性。

3、解决了无线传感设备在高压设备中无线电干扰(电磁兼容)问题，保证了监测系统的可靠性和稳定性。

4、免除了人工读表操作，有效提高了生产力，提高人员安全性。

5、SF6密度监测系统安装无需布线，安装方便快捷、外形美观大方。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型应用系统的示意图。

其中，1为SF6传感器、2为无线传感单元、3为无线接收发送装置、4为服务器、5为手机短消息、6为手机客户端、7为电脑客户端。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。

一种SF6气体密度无线远程监测预警系统，包括SF6传感器1、一个以上的无线传感单元2、无线接收发送装置3、服务器4、手机客户端6、电脑客户端7，所述SF6传感器1、无线传感单元2、无线接收发送装置3以及服务器4通信连接，而所述手机客户端6、电脑客户端7均与服务器4通信连接。如图1、2所示，SF6传感器1与无线传感单元2通过电缆连接，无线传感单元2与无线接收发送装置3使用短距离无线射频信号通讯。无线接收发送装置3在服务器4控制下可发送手机短息5到指定手机号码。无线接收发送装置3通过GPRS方式接入无线移动通讯网络与电信运营商基站通讯，运营商基站将无线接收发送装置3接入Internet与服务器4通讯。手机客户端6与服务器4通过Internet相连接。电脑客户端7与服务器4通过Internet相连接。

SF6传感器1，负责SF6气体数据信息采集；SF6传感器1可以采集SF6气体数据信息包括SF6气体的密度、温度、压力、微水等参数。本系统使用的SF6传感器为德国威卡公司SF6气体传感器，型号为：GDI+GDT-20SF6传感器，其中GDI为机械式密度表，GDT-20为数字式SF6传感器，该传感器可以测量SF6气体密度、温度、压力值。GDT-20传感器应用于长期监测密闭容器内相关的气体条件参数，传感器可以利用强大的微处理器进行复杂的维里方程运算，通过压力和温度计算当前气体的密度。该传感器能够补偿热效应引起的压力变化，避免影响输出值。通过更换不同的传感器，本系统可以实现不同物理参数测量，如气体微水等测量。传感器输出接口为RS-485接口，支持MODBUS RTU协议通讯。

无线传感单元2，无线传感单元2控制SF6传感器1工作，将SF6传感器1采集到的数据发送至无线接收发送装置3；无线传感单元2采用一次性高能锂电池供电。所述无线传感单元2与无线接收发送装置3采用短距离无线射频信号进行双向通讯，通讯频率为433MHz。无线传感单元采用TI公司出品CC430微控制器，该微控制器集成高性能MSP430单片机内核及SRD无线射频通讯芯片CC1101。CC430有业界非常出众超低功耗及优秀性能。无线传感单元2工作机制为周期性开启SF6传感器1并将SF6传感器1采集到的数据发送到无线接收发送装置3以降低对电池能量的消耗，无线传感单平时处于睡眠状态，在睡眠状态会将传感器关闭，CC430置为超低功耗状态。同时无线传感单元2在每次上传数据到无线接收发送装置3后会开启一个时间窗口用于接收无线接收发送装置3下发的控制指令，该控制指令包括设置无线传感单元2睡眠周期、时间窗口大小、数据重发次数等。无线传感单元2包括微控制器、SF6传感器接口电路、供电电源模块等组成部分。

无线接收发送装置3，负责与无线传感单元2和服务器4进行全双工通讯和发送手机短信；即负责接收无线传感单元2上发的数据，同时将多个一个以上无线传感单元2数据打包处理发送到服务器4；接收服务器4发送给无线传感单元2的指令，并将该指令下发到无线传感单元2；接收服务器4发送给指定手机号码的手机短消息，并将该手机短消息下发到指定手机号码；无线接收发送装置3使用STM32高性能处理器完成协调各个模块运行及完成业务逻辑，STM32处理器中采用嵌入式操作系统RTX调度各个任务以实现复杂的逻辑功能。无线接收发送装置3使用高性能无线SRD射频芯片CC1101与无线传感单元进行数据通讯。无线接收发送装置与多个无线传感单元通讯，设备共同运行在433MHz无线射频频率上，为了避免各个无线传感单元射频信号冲突导致系统工作异常，系统实现了先进数据防碰撞机制CCA，即所述无线接收发送装置3与无线传感单元2进行数据通讯采用数据防碰撞机制CCA，通过数据防碰撞机制CCA检测信道是否空闲来决定是否可以发送数据，若信道忙说明空间中存在特定频率射频信号，此时需要发送数据的设备需要停止发送数据直到信道空闲。

优所述无线接收发送装置3接收一段时间内所有无线传感单元2发送的数据打包处理后通过GPRS无线方式发送到系统服务器4。无线接收发送装置可以接收系统服务器4下发的指令并解析，根据解析结果执行相应的动作，如系统服务器自动预警机制可以控制无线接收发送装置发送手机短信到指定手机号码提示相关人员SF6气体密度异常。无线接收发送装置使用SIMCOM公司GPRS模块SIM900A，该模块可以实现将数据接入无线通讯网络和发送手机短息等功能。无线接收发送装置3采用220V工频交流电工作，经内部电路将220V交流电源转换为5V直流电源后为内部各个模块提供工作电源。

服务器4，服务器是数据处理，数据运算的核心。负责完成数据的自动存储、自动分析、自动预警功能；即负责接收无线接收发送装置3发送的数据，并对该数据进行存储、分析和预警；其分析方法是：首先设定一个阈值，当无线接收发送装置3发送的数据超过阈值时，则判断该数据超过警戒值。当无线接收发送装置3发送的数据在阈值范围内时，则认定该数据为正常数据。这种分析方法实现的软件程序或者实现的电路比较简单，本领域人员根据该方法即可容易设计出相应的电路或者软件程序。因此，在该服务器中存在有一个阈值存储模块和数据对比模块，阈值存储模块用于存储阈值，数据对比模块用于将无线接收发送装置3发送的数据与存储的阈值进行比较对比，若大于阈值，则判断该数据超过警戒值，反之，认定该数据为正常数据。服务器作为TCP server端，需要具有固定IP地址。服务器与GPRS模块之间的通讯是全双工通讯。通过全双工方式，服务器可以接收处理GPRS模块传送来的数据，在数据处理完毕之后还可以通知GPRS模块是否有必要发送短信息等功能。服务器4还通过Internet与电脑客户端7、手机客户端6相连接，服务器4通过TCP/IP方式与电脑客户端和手机客户端通讯。服务器可以响应电脑客户端和手机客户端的数据请求操作及参数设置操作。根据分析结果，控制无线接收发送装置3发送指令到无线传感单元2，即当线接收发送装置3发送的数据超过阈值时，控制无线接收发送装置3发送指令到无线传感单元2；根据预警机制，控制无线接收发送装置3发送手机短消息到指定手机号码，即当线接收发送装置3发送的数据超过阈值时，控制无线接收发送装置3发送手机短消息到指定手机号码；所述服务器4通过Internet与电脑客户端7、手机客户端6相连接，并通过TCP/IP方式与电脑客户端7和手机客户端6通讯，同时响应电脑客户端7和手机客户端6的数据请求操作及参数设置操作；

手机短信息5：服务器对SF6传感器数据自动分析后，若监测到异常会自动预警通知无线接收发送装置3发送手机短消息到指定手机号码；

手机客户端6，手机客户端负责系统数据显示，参数设置等功能。通过手机客户端可以查询系统实时运状态及历史数据查询、统计显示、预警显示等功能。与服务器4通过TCP/IP方式通讯，且可通过手机客户端6向服务器4请求操作；所述手机客户端6向服务器4请求操作包括查看系统监测状态和SF6传感器数据，在发生异常情况时服务器4向手机客户端6推送预警提示；所述电脑客户端7的参数设置操作包括SF6传感器采集频率和短信预警号码。

所述手机客户端6向服务器4请求操作包括查看系统监测状态和SF6传感器数据，在发生异常情况时服务器4向指定手机号码推送预警提示。

电脑客户端7，脑客户端7实现系统数据显示，参数设置等功能。通过电脑客户端可以查询系统实时运行状态及历史数据查询、统计显示、预警显示等功能。与服务器4通过TCP/IP方式通讯，且可通过电脑客户端7向服务器4请求操作及参数设置操作。

无线传感单元1与无线接收发送装置2之间通过RF 433MHz无线射频信号进行通讯，一个无线接收发送装置可以与多个工作于同一射频信道的无线传感单元通讯。不同的无线接收发送装置运行在不同的射频信道以避免相互之间产生干扰。无线接收发送装置2通过GPRS无线移动通讯技术将数据传送至电信运营商基站3，电信运营商基站3将数据接入Internet并传送至服务器4。无线接收发送装置2通过基站可以将手机短信6发送到指定的号码以实现预警手机短信告知功能。手机客户端5与电脑客户端7均通过Internet与服务器4相连接。手机客户端和电脑客户端可以向服务器请求监测数据和下发设置参数指令到服务器，服务器对指令解析后做相应操作。

由上述可知，该系统是物联网技术在电力系统在线监测的应用实例，整个系统采用无线传输方案。无线传感单元采集SF6的密度、压力、温度等参数，通过短距离无线发送给无线接收发送装置，无线接收发送装置通过移动网络GPRS与互联网融合，将采集到的数据送达系统数据库服务器，服务器、电脑客户端、手机客户端共同完成数据自动分析、自动存储、自动预警功能。本系统实现SF6密度温度和压力智能化远程监测和预警为一体的无线网络系统。本系统是物联网技术应用在测控系统中的一个实例。

本实用新型以各种传感器技术为基础，以互联网和计算机技术为支撑的物联网(Internet of Things)技术引入抽水蓄能电站的生产中，不仅可以解决背景技术中的各种难题，而且可以提供远程数据监控，远程预警和数据计算机自动分析等，从而有效提高了生产效率，从根本避免安全事故。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。