一种面向厂站电力设备的嵌入式无线测温数据采集系统

1.本实用新型属于继电保护技术领域，具体涉及一种面向厂站电力设备的嵌入式无线测温数据采集系统。


背景技术：

2.电力对人类社会做出了巨大的贡献，从日常生活到公共设施的社会公众使用，可以说现在的社会已经离不开电力了，我们生活中无时无刻不在用电。同时，电也是个危险的东西，由于设备的缺陷(开关处、电缆交接处)、运行不当操作错误的原因会照成电气设备出现各种故障或者进入不正常工作状态，造成的电力系统的故障造成危害的事件不计其数，尤其是厂站电力系统，严重的还会产生剧烈爆炸，造成惨痛的损失。因此，电气安全已经成为了不容忽视的问题。为了防止这些事故的发生，我们不得不对电力系统的重要环节进行实时监控，电气自动化随之诞生。随着电气自动化的发展与普及，目前几乎所有厂站电力系统采用了自动化监控系统。
3.现在用度很广的一种系统是无线测温在线监控系统，这个系统包括无线传感器，数据采集器，服务器，在线监控软件四部分，实现对电力体统重要设备和线路的实时监控。这套系统常用于实时监控电力系统中的重要设备以及线路。在这个系统中，对监控对象的数据实现实时采集又是技术的关键所在。
4.无线传感器网络的节点具有体积小、重量轻的特点，使得无线传感器网络的应用范围很广，是无线技术领域最新的、最流行的应用。军事上，由于低功耗、体积小、高隐蔽性等特点，可有效适用于恶劣环境下的军事侦察等活动；环境监测方面，wsn广泛用于气象、洪水、火灾、土壤监测等；工业上，无线传感器网络技术与电子标签技术的融合广泛应用于车辆跟踪、建筑状态监测，或一些诸如煤矿、核电站的高危工作环境；在智能家居、太空探索等领域，无线传感器网络也正在发挥着重要的作用。
5.所以针对厂站煤矿作业区的特点和无线传感网络的特性，开发无线数据采集设备非常重要，可以实现远程数据采集、通信传输、厂站作业区的远程监控、调度指挥和无人值守作业等功能。无人变电站、矿井地处偏僻，一般使用电池供电，无线传感器网络中传感器可以在睡眠和工作两种模式下切换，当不需要某节点工作时，该节点便进入睡眠模式，需要该节点时，再将其唤醒，这种特性能够降低无线传感器网络各个节点的功耗，延长网络生存周期。当变电站，矿井发现三相短路等现象时，传输线的温度会急剧升高，在无线传感器网络中嵌入相应的温度传感器，将采集的温度数据通过zigbee无线传输技术，传输至数据采集器，数据采集器利用can网传输至监测中心的上位机显示，提供给工作人员进行分析，可以达到实时监测厂站、矿井的线路安全的目的。相比传统方式，无线传感器网络监测系统可以节省大量的人力物力，随时获取厂站各项运行参数，实现对厂站工作状况的实时监测。
6.90年代以来，状态检测技术以及寻找新的状态监测技术已经成为了厂站电力系统安全保护的首要任务。由于利用状态监测技术可以避免意外造成设备停机、损坏，甚至可以避免酿成重大安全事故，因此，在这方面的研究一直在进行中。目前的研究重点集中在研究
监测系统的可靠性，灵敏性，以及智能化。如今的检测系统集计算机技术，信号处理技术，传感器技术，人工智能化技术等现代科学技术与一身，以低成本高可靠性来保护我们的厂站电力。
7.随着社会的发展，继电保护已经得到了广泛重视，这必然促进了状态监测技术的进一步发展和应用。继电保护的未来发展趋势为智能化，网络化，计算机化，保护控制、通信、测量一体化。随着计算机技术的不断发展，微机保护硬件也在不断的改进，从8位单cpu到16位、32位的多cpu结构。系统应该具备强大的数据处理、通信功能，还有存储告警信息的大容量空间，调度联网共享资料能力、高级编程能力。现在越来越多的的测控装置、保护装置等厂站电力系统的设备实现了实现了计算机联网功能，这样大大提高了保护的便捷性和可靠性。所以必须要把保护单元用计算机网络链接起来，这样它们才能实现网络通信，数据共享。


技术实现要素：

8.为解决上述问题，本实用新型提供了一种面向厂站电力设备的嵌入式无线测温数据采集系统，包括单片机、传感器模块、键盘输入模块、显示屏输出模块、电源模块、zigbee温度采集模块、adc模块、can总线模块、上位机、时钟模块以及存储模块，其中：
9.所述传感器模块连接adc模块，所述adc模块连接zigbee温度采集模块；
10.所述单片机分别连接键盘输入模块、显示屏输出模块、电源模块、zigbee温度采集模块、adc模块、can总线模块、上位机、时钟模块以及存储模块；
11.所述传感器模块包括一个以上的温度传感器单元；
12.所述can总线模块包括can总线控制器和通信模块，所述can总线控制器包括第一spi接口，所述can总线模块通过第一spi接口与单片机连接。
13.进一步地，所述单片机包括第二spi接口，所述单片机通过第二spi接口与zigbee温度采集模块连接。
14.在本实用新型一个优选的实施例中，所述单片机的型号为msp430f5438。
15.在本实用新型一个优选的实施例中，所述adc模块包括一个以上的信号处理adc12单元。
16.在本实用新型一个优选的实施例中，所述zigbee温度采集模块包括一个以上的cc2530收发模块。
17.在本实用新型一个优选的实施例中，所述can总线控制器的型号为msp2510。
18.在本实用新型一个优选的实施例中，所述通信模块的型号为rs485。
19.在本实用新型一个优选的实施例中，所述显示屏输出模块为128x64点阵lcd显示屏
20.在本实用新型一个优选的实施例中，所述时钟模块的型号为ds3231。
21.在本实用新型一个优选的实施例中，所述存储模块的型号为at25c010eeprom。
22.本实用新型具有以下有益效果：
23.1、实现远程控制。本实用新型的数据采集系统可以应用于远程数据采集、通信传输、厂站作业区的远程监控、调度指挥和无人值守作业等应用场景。
24.2、系统功耗低。无人变电站、矿井地处偏僻，一般使用电池供电，本实用新型的数
据采集系统具有较低的功耗，延长系统工作生存周期。
25.3、便捷可靠，在无线传感器网络中嵌入相应的温度传感器，将采集的温度数据通过zigbee无线传输技术，传输至单片机，单片机利用can网传输至监测中心的上位机显示，提供给工作人员进行分析，可以达到实时监测厂站、矿井的线路安全的目的。同时，就地显示模块和键盘输入模块能够快捷的获得实时信息。相比传统方式，无线传感器网络监测系统可以节省大量的人力物力，随时获取厂站各项运行参数，实现对厂站工作状况的实时监测。
26.鉴于以上特点，本系统能够克服厂站电力系统所处的恶劣环境，针对设备故障和不正常工作状态能够及时的就地获得相关信息，同时也可以将数据安全的上传网络，为厂站电力系统的安全监测提供了更安全可靠的监测方式。
附图说明
27.图1为本实用新型的系统结构框图。
28.图中标号说明：
29.1、单片机；2、传感器模块；3、显示屏输出模块；4、电源模块；5、zigbee温度采集模块；6、adc 模块；7、can总线模块；8、上位机；9、时钟模块；10、存储模块。
具体实施方式
30.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
31.请参阅图1所示，本实用新型提供了一种面向厂站电力设备的嵌入式无线测温数据采集系统，包括单片机1，单片机1选取美国德州仪器公司msp430系列的单片机作为数据采集器的核心控制器，型号为 msp430f5438，具有超低功耗的特点。
32.系统还包括传感器模块2、键盘输入模块、显示屏输出模块3、电源模块4、zigbee温度采集模块5、 adc模块6、can总线模块7、上位机8、时钟模块9以及存储模块10，所述传感器模块2包括一个以上的温度传感器单元。
33.上述的键盘输入模块为2x2矩阵键盘，adc模块6包括一个以上的信号处理adc12单元，用于将模数转换是将模拟电量转化成数字电量。zigbee温度采集模块5包括一个以上的cc2530收发模块，can总线控制器的型号为msp2510，由mt公司生产，带有spi接口，在此称为第一spi接口。此外，通信模块的型号为rs485，rs485通信模块负责与上位机的数据交互将来自单片机的包括温度信息，电池电压信息、告警信息、频率信号、模拟信号、弧光信号，主站复归命令信息并按照103规约定时发给上位机。
34.显示屏输出模块3采用128x64点阵lcd显示屏。
35.所述传感器模块2连接adc模块6，所述adc模块6连接zigbee温度采集模块5，所述单片机1分别连接键盘输入模块、显示屏输出模块3、电源模块4、zigbee温度采集模块5、adc模块6、can总线模块7、上位机8、时钟模块9以及存储模块10；
36.所述can总线模块7包括can总线控制器和通信模块，所述can总线模块7通过第一
spi接口与单片机1连接。
37.所述单片机1具有第二spi接口，所述单片机1通过第二spi接口与zigbee温度采集模块5连接。
38.本实施例的时钟模块9采用低成本、高精度i2c实时时钟ds3231，它保存了年、月、日、时、分、秒以及星期。时钟能自动修正大小月闰年等特殊情况的日期，其数据和地址通过i2c双向总线传输。该实时时钟还有一个重要的特点，就是电源断电后仍能精确的计时，直到它恢复供电，片上的复位功能会重新启动系统微处理器。
39.本实施例中，其采用atmel公司生产的at25c010eeprom，容量为128字节，8脚封装。予以说明， eeprom是一种带电可擦写可编程只读存储器，与flash不同的是，eeprom是按字节擦除。它具有掉电后不会丢失数据、即插即用的优点。
40.本实用新型的采集系统在无线传感器网络中嵌入相应的温度传感器，并且以中央控制器msp430系列的单片机作为数据采集器的核心控制器，型号为msp430f5438。系统工作时，无线温度传感器时时采集监测点的温度，将温度转化为数字信号后，将采集的温度数据通过zigbee温度采集模块传输至单片机，同时，单片机利用can总线模块传输至监测中心的上位机显示，提供给工作人员进行分析，可以达到实时监测厂站、矿井的线路安全的目的。同时，就地显示模块和键盘输入模块能够快捷的获得实时信息。相比传统方式，无线传感器网络监测系统可以实现远程数据采集、远程控制、无人值守作业等功能，节省大量的人力物力，随时获取厂站各项运行参数，提高生产精度，实现对厂站工作状况的实时监测。
41.鉴于以上特点，本系统能够克服厂站电力系统所处的恶劣环境，针对设备故障和不正常工作状态能够及时的就地获得相关信息，同时也可以将数据安全的上传网络，为厂站电力系统的安全监测提供了更安全可靠的监测方式。
42.通过无线发射模块，传输给数据采集器。数据采集器则利用微处理技术实现温度的就地显示，同时利用can网传给通讯服务器，进一步扩展了温度采集器的通信功能，使其能无缝接入各种系统中。
43.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式；但本实用新型的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。