一种基于Zigbee及通信控制的远程供电系统及操作方法与流程

本发明涉及远程供电技术领域，具体为一种基于Zigbee及通信控制的远程供电系统及操作方法。

背景技术：

自从电力问世以来，现在已经成为人们日常工作生活中密不可分的必需，因此供电系统的作用也越来越重要，许多发电设备长期处于超负荷运行状态，使得设备的安全性随之下降，这就要求对电力生产过程的各种参数进行实时监测以保证发电设备和其他辅机设备的正常运行。

随着风能发电及潮汐能等清洁能源发电技术的发展，由于单独的发电设备分布分散且与远程监控室距离较远，现场复杂环境也限制控制电缆的敷设，同时影响人力和经济成本的支出。同时当发电设备发生事故后，如果不能及时将故障设备与电网断开和及时采取补救措施，否则会给整个发电系统及接入的电网造成严重后果，从而造成巨大的经济损失，并影响人们的日常生活安排。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提供了一种基于Zigbee及通信控制的远程供电系统及操作方法，实现了无线数据传输操作与远程监控，节约了电缆敷设的成本，提高供电系统安全稳定性能，系统协调性高灵活性好，有效降低经济损失，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于Zigbee及通信控制的远程供电系统，包括本地控制端和远程计算机，所述本地控制端连接到供电系统中，本地控制端与远程计算机之间连接有网关模块，所述本地控制端包括核心处理单元，所述核心处理单元的数据输入端连接有Zigbee节点单元，命令输出端连接有动作保护电路，电源端连接有电源管理模块，通信端口与网关模块相连接；所述核心处理单元包括主控芯片，所述主控芯片的人机交互端连接有人机交互模块，数据读写端还连接有数据存储模块；所述Zigbee节点单元的输入端连接有信号采集单元，Zigbee节点单元与主控芯片的数据接收端之间连接有信号调理单元。

作为本发明一种优选的技术方案，所述主控芯片采用CycloneⅡ系列FPGA控制器，且FPGA控制器内固化有嵌入式NIOSⅡ软核。

作为本发明一种优选的技术方案，所述Zigbee节点单元包括节点芯片，所述节点芯片采用TI的CC2530芯片，且节点芯片外围连接有发射天线。

作为本发明一种优选的技术方案，所述动作保护电路包括电流驱动放大器，所述电流驱动放大器的输出端连接有高压断路器和高压熔断器，所述高压断路器和高压熔断器串接在供电系统中，电流驱动放大器的输出端还连接有蜂鸣器。

作为本发明一种优选的技术方案，所述电源管理模块包括隔离变压器和蓄电池，所述隔离变压器的输入端连接到供电系统电源，输出端一路与蓄电池的充电端连接，一路输出连接有整流滤波器，所述蓄电池和整流滤波器并联连接有稳压直流变换器。

作为本发明一种优选的技术方案，所述人机交互模块包括LCD驱动器，所述LCD驱动器的输出端连接有液晶触摸屏和输入按键。

作为本发明一种优选的技术方案，所述数据存储模块包括FLASH存储器和DDR动态存储器，所述FLASH存储器用于存储程序指令，所述DDR动态存储器用于存储动态数据库。

作为本发明一种优选的技术方案，所述网关模块包括节点协调器和网关处理器，所述节点协调器直接与Zigbee节点单元进行无线通信，所述网关处理器还连接有无线信号收发器，所述无线信号收发器与远程计算机进行数据交换。

作为本发明一种优选的技术方案，所述信号采集单元，包括数据采集卡，所述数据采集卡的输入端连接有传感器组，所述传感器组包括母线温度传感器、三相绕组传感器、电压传感器和电流传感器；所述信号调理单元包括接收天线，所述接收天线的输出端连接有低噪声放大滤波器，低噪声放大滤波器的输出端连接有解调器，所述解调器与主控芯片的解码信号输入引脚电气连接。

其操作方法为：通过本地控制端进行供电系统的信息数据采集和保护监控动作，远程计算机进行远程监测并进行后期数据处理和运营维护，网关模块实现本地控制端同远程计算机之间的数据交换与无线通信，保证数据传输通信网络畅通；采用节点芯片的外围电路来工作，其天线电路RF匹配网络部分采用巴伦电路优化，复位电路采用简单的RC电路构成，即可手动控制系统复位，当需复位时，按下S键，复位电路产生一个低电平，传送至CC2530的RESET口，使其重新启动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于Zigbee及通信控制的远程供电系统，通过设置Zigbee节点单元，利用节点芯片控制发射天线与接收天线进行射频通信，实现短距离数据无线传输；通过设置网关模块，利用节点协调器实现多个Zigbee节点单元之间的相互通信，形成星形拓扑结构，利用网关处理器控制无线信号收发器与远程计算机进行远程无线数据传输，提高整体的灵活性能；通过设置动作保护电路，利用电流驱动放大器驱动高压断路器和高压熔断器实现过压保护操作，利用蜂鸣器实现声音报警操作，提高整体装置的安全稳定性能；本发明实现了无线数据传输与远程监控，提高供电系统安全稳定性能，系统协调性高灵活性好，有效降低经济损失。

附图说明

图1为本发明模块结构示意图。

图2为本发明核心处理单元结构示意图。

图3为本发明信号调理单元电路结构示意图。

在图1至图3中：1-本地控制端；2-远程计算机；3-网关模块；4-核心处理单元；5-Zigbee节点单元；6-动作保护电路；7-电源管理模块；8-主控芯片；9-人机交互模块；10-数据存储模块；11-信号采集单元；12-信号调理单元；13-节点芯片；14-发射天线；15-电流驱动放大器；16-高压断路器；17-高压熔断器；18-蜂鸣器；19-隔离变压器；20-蓄电池；21-整流滤波器；22-稳压直流变换器；23-LCD驱动器；24-液晶触摸屏；25-输入按键；26-FLASH存储器；27-DDR动态存储器；28-节点协调器；29-网关处理器；30-无线信号收发器；31-数据采集卡；32-传感器组；33-接收天线；34-低噪声放大滤波器；35-解调器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1至图3，本发明提供一种技术方案：一种基于Zigbee及通信控制的远程供电系统，包括本地控制端1和远程计算机2，所述本地控制端1连接到供电系统中，本地控制端1与远程计算机2之间连接有网关模块3，所述本地控制端1包括核心处理单元4，所述核心处理单元4的数据输入端连接有Zigbee节点单元5，命令输出端连接有动作保护电路6，电源端连接有电源管理模块7，通信端口与网关模块3相连接。

所述网关模块3包括节点协调器28和网关处理器29，所述节点协调器28直接与Zigbee节点单元5进行无线通信，所述网关处理器29还连接有无线信号收发器30，所述无线信号收发器30与远程计算机2进行数据交换；所述信号采集单元11包括数据采集卡31，所述数据采集卡31的输入端连接有传感器组32，所述传感器组32包括母线温度传感器、三相绕组传感器、电压传感器和电流传感器，所述信号调理单元12包括接收天线33，所述接收天线33的输出端连接有低噪声放大滤波器34，低噪声放大滤波器34的输出端连接有解调器35，所述解调器35与主控芯片8的解码信号输入引脚电气连接。

所述核心处理单元4包括主控芯片8，所述主控芯片8的人机交互端连接有人机交互模块9，数据读写端还连接有数据存储模块10。

所述人机交互模块9包括LCD驱动器23，所述LCD驱动器23的输出端连接有液晶触摸屏24和输入按键25。

所述数据存储模块10包括FLASH存储器26和DDR动态存储器27，所述FLASH存储器26用于存储程序指令，所述DDR动态存储器27用于存储动态数据库。

所述Zigbee节点单元5的输入端连接有信号采集单元11，Zigbee节点单元5与主控芯片8的数据接收端之间连接有信号调理单元12，所述主控芯片8采用CycloneⅡ系列FPGA控制器，且FPGA控制器内固化有嵌入式NIOSⅡ软核，所述Zigbee节点单元5包括节点芯片13，所述节点芯片13采用TI的CC2530芯片，且节点芯片13外围连接有发射天线14。

所述动作保护电路6包括电流驱动放大器15，所述电流驱动放大器15的输出端连接有高压断路器16和高压熔断器17，所述高压断路器16和高压熔断器17串接在供电系统中，电流驱动放大器15的输出端还连接有蜂鸣器18。

所述电源管理模块7包括隔离变压器19和蓄电池20，所述隔离变压器19的输入端连接到供电系统电源，输出端一路与蓄电池20的充电端连接，一路输出连接有整流滤波器21，所述蓄电池20和整流滤波器21并联连接有稳压直流变换器22。

通过本地控制端进行供电系统的信息数据采集和保护监控动作，远程计算机进行远程监测并进行后期数据处理和运营维护，网关模块实现本地控制端同远程计算机之间的数据交换与无线通信，保证数据传输通信网络畅通；采用节点芯片的外围电路来工作，其天线电路RF匹配网络部分采用巴伦电路优化，复位电路采用简单的RC电路构成，即可手动控制系统复位，当需复位时，按下S键，复位电路产生一个低电平，传送至CC2530的RESET口，使其重新启动。

所述节点芯片13采用TI的CC2530芯片，CC2530基本外围电路主要由晶振电路、复位电路、电源电路和天线电路构成。每个网络节点有32MHz振荡器和可选的32.768kHz晶振，后者用于要求低的睡眠电流消耗和精确唤醒时间的应用。

（1）所述核心处理单元4由电源管理模块7进行供电，所述电源管理模块7中的隔离变压器19直接从隔离电网中引入电压，将引入的高压电进行降压变换后输出至蓄电池20的充电端给蓄电池20充电，供电系统正常时，隔离变压器19输出电压经过整流滤波器21整流滤波后变成直流电，再经过稳压直流变换器22变换成所需要的电压输出到各个工作模块，当供电系统出现故障时，蓄电池20启动并开始给整体装置供电，装置开始工作；

（2）所述主控芯片8采用CycloneⅡ系列FPGA控制器，具有并行处理的特点，可以按照要求自己设计成不同形式，从而实现高速数据处理的目的；所述人机交互模块9用于实现人机交互操作，实现指令输入和结果输出操作；所述LCD驱动器23用于进行输入输出电平转换操作，所述液晶触摸屏24可以进行操作指令和功能选择，所述输入按键25可以进行参数输入操作，当主控芯片8接收到相关指令后开始执行相应操作；

（3）所述信号采集单元11用于进行供电系统的参数采集操作，所述传感器组32中的母线温度传感器、三相绕组传感器、电压传感器和电流传感器分别用于采集母线温度、三相绕组线温度、电压大小和电流大小，所述数据采集卡31将采集到的信号进行模数转换并进行编码操作后送入至Zigbee节点单元5；

（4）所述Zigbee节点单元5用于实现Zigbee信号发送操作，所述节点芯片13将采集到的数据进行编码转换生成无线射频信号，最后生成的信号经过发射天线14发送出去；

所述信号调理单元12用于实现数据接收和调理操作，所述接收天线33用于接收来自发射天线14的数据，所述低噪声放大滤波器34将接收到的射频信号进行放大滤波后，再经过解调器35进行解调操作，解调后的数据送入至主控芯片8；

（5）所述主控芯片8从FLASH存储器26中读取数据处理程序，将接收到的数据进行解码操作，并与设定值进行比较，得到的处理结果存储至DDR动态存储器27并建立动态数据库；当主控芯片8分析判断产生故障或者出现危险时，将触发动作保护电路6；

所述触发动作保护电路6中的电流驱动放大器15可将输出电流信号进行放大，放大后的电流驱动高压断路器16和高压熔断器17立即断开，停止当前的工作，防止电路过压过流出现危险，同时电流驱动放大器15驱动蜂鸣器18发出声音警报；

（6）所述网关模块3用于实现通信协调控制，所述节点协调器28可以将多个Zigbee节点单元5连接起来，组合形成星形拓扑网络，实现自由数据传输，所述网关处理器29用于进行数据输出操作控制，并进行网络参数配置；所述无线信号收发器30按照设置好的网络参数传输通道，将接收到的数据传输至远程计算机2；所述远程计算机2将接收到的数据进行后期进一步处理并展示给工作人员，从而保证实现远程控制操作。

该基于Zigbee及通信控制的远程供电系统，通过设置Zigbee节点单元5，利用节点芯片13控制发射天线14与接收天线33进行射频通信，实现短距离数据无线传输；通过设置网关模块3，利用节点协调器28实现多个Zigbee节点单元之间的相互通信，形成星形拓扑结构，利用网关处理器29控制无线信号收发器30与远程计算机2进行远程无线数据传输，提高整体的灵活性能；通过设置动作保护电路6，利用电流驱动放大器15驱动高压断路器16和高压熔断器17实现过压保护操作，利用蜂鸣器18实现声音报警操作，提高整体装置的安全稳定性能；本发明实现了无线数据传输与远程监控，提高供电系统安全稳定性能，系统协调性高灵活性好，有效降低经济损失。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。