专利名称：基于无线传感器网络的水电机组状态在线监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于无线传感器网络的水电机组状态在线监测装置，对安装 在水电机组各测点处的传感器节点进行监测，采集监测区域的振动、摆度、温度、压力、流量 等信息，属于电子信息领域。
背景技术：
传感器由于体积或成本方面的要求，覆盖范围小、测量精确度较差，单个传感器一 般只能覆盖有限的监测区域。若要准确、可靠地监测物理世界必须要综合多个传感器的测 量值。无线传感器网络的产生与发展，使得将多种传感器集成为一体，制造小型化、低成本、 多功能的传感器节点成为可能。为了实现对物理世界远程监控，每个传感器节点都需要具 有将其采集到的监测数据发送给远程监控中心的能力。无线传感器网络是一种无基础设施的网络，综合了传感器、嵌入式计算、无线通 信、分布式信息处理、微电子制造和软件编程等多项技术，是由大量无处不在的具有特定功 能的廉价微型传感器节点通过自组织的无线通信方式而形成一个多跳的、自组织监控网 络，是能根据环境自主完成指定任务的“智能”网络，能协作地实时监测、感知和采集网络所 监控区域内感兴趣的各种环境或监测对象的信息，并对这些监测信息进行处理，获得详尽 准确的信息，然后传送给用户终端。现有的水电机组状态监测装置，无论是集中式还是分布式装置，均需要将传感器 提供的信号通过相应的有线电缆传输至数据处理中心，使用这种有线网络存在以下缺陷；1.由于电缆的限制，不能实现发电机转子状态参数的接触式监测。2.水电机组需要监测的参数众多，需要在水电机组内部安装成百上千个传感器， 大量电缆线引出困难，不但增加了布线成本，还可能造成水电机组绝缘的损坏。3.机组内部的传感器不可避免地会发生老化或出现故障，导致监测参数的损失。4. 一般的监测装置设计完成后，增加或调整传感器比较困难，传感器配置的改变 有可能需要修改监测软件源程序。
发明内容本实用新型的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种基于无线传感器网络的 水电机组状态在线监测装置，可实时、准确、全面了解水电机组的运行状态。本实用新型采用的技术方案是无线传感器节点设置于水电机组的测点处，分别 被配置为终端节点或路由节点并构成网络，无线传感器节点与网关设备之间通过无线传 输，网关设备与服务器连接，服务器连接公网GPRS Internet，公网GPRS Internet分别连接 主控中心的多个监控计算机；每个所述无线传感器节点由电源模块、采集模块、数据处理模 块和通信模块构成，电源模块分别连接采集模块、数据处理模块和通信模块，数据处理模块 和通信模块互连，采集模块的输出连接数据处理模块的输入。本实用新型的有益效果是[0012]1、采用无线传感器网络技术对水电机组实施远程、非接触式、网络化和实时在线 监测，保障水电机组安全运行，工作人员可通过上网查询，实时了解到水电机组的运行状 况，这种监测方式准确、实时、方便且实用性强。由于传感器节点数量大，分布密度高，因此 传感器网络具有数据采集量大，精度高的特点。传感器节点还具有计算能力、存储能力和无 线通信能力。2、节点之间能够自组织形成网络，传感器节点将采集的数据发送给自己的本簇节 点，由本簇节点进行数据处理后再发送给上一级簇头节点，对采集来的数据进行处理，得出 所测参数的大小，并通过Sink (无线网关)节点送到监控计算机，并接入Internet (因特 网)，水电机组监控中心可以通过Internet访问数据，还可以向无线传感器网络发布命令， 实现数据的无线传输，监控中心配置监控计算机并运行远程监控软件为管理员提供对现场 水电机组的监测数据查询和操作，实现在线监测与控制。3、无线传感器网络允许节点有一定的故障率，网络拓扑结构具有动态性且具有容 错能力，一旦有传感器失效，可通过协议来适应网络拓扑结构的动态变化，网络也将自动重 新组网，可以在节点间进行协同监控，能够保证监测系统不间断工作。
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。
图1是本实用新型的无线传感器节点原理图。图2是本实用新型的组网架构图。图3是图1中电源模块15电路原理图。图4是图1中采集模块14电路原理图，图4(a)是温度采集单元，图4(b)是电压 采集单元，图4(c)是电流采集单元。
具体实施方式
如图1，本实用新型的采集数据的无线传感器节点均安装在监测区域内水电机组 的振动、摆度、温度、压力、流量等信息采集点处。每个无线传感器节点由电源模块15、采集 模块14、数据处理模块13和通信模块12构成，电源模块15分别连接采集模块14、数据处 理模块13和通信模块12，为各模块提供电源。数据处理模块13和通信模块12互连，采集 模块14的输出连接数据处理模块13的输入。其中，采集模块14包括振动、摆度、温度、压 力、流量等无线传感器。数据处理模块13中的芯片集成一个32位处理器，采用高度集成 2. 4GHz射频电路和MAC协议的CPU，兼容2. 4GHz IEEE802. 15. 4收发器，内置的ROM存储集 成了点对点通信和网状网络通信的完整协议，内置的RAM存储可支持网络路由和控制器功 能，内置的硬件MAC地址和高度安全的AES加密算法加速器减小功耗和处理器的负载，储存 程序的E2PR0M。通信模块12为Sink (无线网关)节点通信模块，是GPRS发送模块。上述节点装置的各数据采集节点按无线传感器网络构建，不需要从检测点铺设通 信电缆至数据处理中心，网络具有容错能力，允许无线传感器网络节点有一定的故障率，一 旦有传感器失效，网络将自动重新组网，能够保证监测装置不间断工作。现场数据采集节点之间，主要通过多跳式路由通信方式传输和转发控制命令以及 各采集节点的参数信息及节点位置信息，现场数据采集节点具有自动获得最佳路由的算法和路由表的动态建立。可以通过第三方网关设备无缝介入公网，实现控制中心和现场节点 的远程通信。如图2所示，现场的无线传感器节点1 8分别被配置为一定数目的终端节点或 路由节点，并构成网络，将各无线传感器节点1 8安装在水电机组的测点处，各无线传感 器节点1 8搜集监测区域的振动、摆度、温度、压力、流量等信息，终端节点主要负责数据 的采集，路由节点负责数据的中转和传输，无线传感器节点1 8与网关设备9之间通过 无线传输，将所有无线传感器节点1 8采集的数据汇总传输到网关设备9，然后通过网 关设备9将数据上传至与其连接的服务器10，最后无缝接入与服务器10连接的公网GPRS InternetlO，公网GPRS Internet 10分别连接主控中心的多个监控计算机16。各终端节点 可以自动根据网络情况进行调整，并获得最佳的路由传输路径，确保数据的可靠传输。服务 器10将获取的数据通过GPRS方式发送到主控中心的各监控计算机16，由主控中心进行统 一的数据处理和管理调度等工作。参照图3，本装置采用电池供电，通过电源BTI的ps7s533芯片进行稳压，并在电池 接入端并联一个二极管D5防止电池反接烧毁电路。参照图4，采集模块14由温度采集单 元、电压采集单元和电流采集单元组成，图4 (a) ,4(b) ,4(c)分别为温度、电压、电流采集单 元电路。图4(a)的温度采集主要采用热敏电阻RT11，热敏电阻RTll连接滤波电路，通过由 电阻R12和电容Cll组成的滤波电路将采集的模拟量通过ADC3 口转换为数字量，进行后续 温度和电压的转换关系，即温度标定。如图4(b)，电压采集单元包括电流传感器U6,电流传感器U6分别连接接插件J5 和接插件J7，通过接插件J5将输入信号接入电流传感器U6,由接插件J7连接并提供电源， 通过电流传感器U6的5脚将输出的信号送至与其连接的处理模块的ADCl进行标定。如图4 (c)，电流采集单元包括电压传感器U7，电压传感器U7与运算放大器U9相 连接，电压传感器U7连接接插件J55和接插件J77，接插件J55通过J5接入采集信号，通过 接插件J77连接供电部分，由于采集的电压超过了 U7所能处理的范围，通过U9将采集端的 电压降低，电压传感器U7的采集电压通过串联分压之后送入运算放大器U9，与基准电压相 减后输出的电压在运算放大器U9能处理的范围内，然后将采集的模拟信号送到运算放大 器U9的AD 口进行AD转换，然后进行标定。
权利要求一种基于无线传感器网络的水电机组状态在线监测装置，无线传感器节点(1～8)设置于水电机组的测点处，分别被配置为终端节点或路由节点并构成网络，其特征是；无线传感器节点(1～8)与网关设备(9)之间通过无线传输，网关设备(9)与服务器(10)连接，服务器(10)连接公网GPRS Internet(10)，公网GPRS Internet(10)分别连接主控中心的多个监控计算机(16)；每个所述无线传感器节点(1～8)由电源模块(15)、采集模块(14)、数据处理模块(13)和通信模块(12)构成，电源模块(15)分别连接采集模块(14)、数据处理模块(13)和通信模块(12)，数据处理模块(13)和通信模块(12)互连，采集模块(14)的输出连接数据处理模块(13)的输入。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的水电机组状态在线监测装置，其特征 是；采集模块(14)由温度采集单元、电压采集单元和电流采集单元组成，温度采集单元包 括热敏电阻(RTll)连接电阻(R12)和电容(Cll)组成的滤波电路；电压采集单元包括电流 传感器(U6)分别连接第一接插件(J5)和第二接插件(J7)，第一接插件(J5)连接输入信 号，第二接插件(J7)连接电源；电流采集单元包括电压传感器(U7)与运算放大器(U9)相 连接，电压传感器(U7)连接第三接插件(J55)和第四接插件(J77)，第三接插件(J55)连接 采集信号，第四接插件(J77)连接电源。
3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的水电机组状态在线监测装置，其特征 是；数据处理模块(13)中的芯片集成一个32位处理器，具有2. 4GHz射频电路和MAC协议 的CPU、兼容2. 4GHz IEEE802. 15. 4收发器、内置的ROM存储集成了点对点通信和网状网络 通信的完整协议、内置的RAM存储可支持网络路由、内置的硬件MAC地址、AES加密算法加 速器以及储存程序的E2PR0M ；通信模块(12)为GPRS发送模块。
专利摘要本实用新型公开了一种基于无线传感器网络的水电机组状态在线监测装置，无线传感器节点设置于水电机组的测点处，分别被配置为终端节点或路由节点并构成网络，无线传感器节点与网关设备之间通过无线传输，网关设备与服务器连接，服务器连接公网GPRSInternet，公网GPRS Internet分别连接主控中心的多个监控计算机；每个所述无线传感器节点由电源模块、采集模块、数据处理模块和通信模块构成，电源模块分别连接采集模块、数据处理模块和通信模块，数据处理模块和通信模块互连，采集模块的输出连接数据处理模块的输入。本实用新型为远程、非接触式、网络化和实时在线监测，节点之间能够自组织形成网络，数据采集量大且精度高。
文档编号H04W84/18GK201716571SQ20102002235
公开日2011年1月19日 申请日期2010年1月21日 优先权日2010年1月21日
发明者吴迪, 张伟, 张学武, 江冰, 章盼, 胡钢 申请人:河海大学常州校区