專利名稱：應(yīng)用于高壓輸電線路的無線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種應(yīng)用于高壓輸電線路的無 線監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)簡單標(biāo)量數(shù)據(jù)(如溫 度、濕度、光強(qiáng)等)的采集、傳輸與處理，還可以獲取信息量豐富的聲音、 圖像等多媒體數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)細(xì)粒度、精確信息的環(huán)境監(jiān)測，對(duì)感知區(qū)域進(jìn) 行全方位監(jiān)控，大大拓展了傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用領(lǐng)域，在國防安全、 科學(xué)研究、醫(yī)療看護(hù)、環(huán)境監(jiān)控等方面有著巨大的潛在應(yīng)用前景。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在高壓輸電線路的在線監(jiān)測中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。我 國高壓輸電線路分布范圍廣、線路長，尤其是"西電東送"工程，不但地形 地貌復(fù)雜，而且部分地區(qū)氣候條件比較惡劣，特別是在冬季，電纜上長時(shí)間 結(jié)有覆冰，給高壓電纜帶來的重量載荷越來越大，嚴(yán)重情況下會(huì)造成斷纜進(jìn) 而桿塔倒塌。另外，洪水沖刷、不良地質(zhì)、火災(zāi)、導(dǎo)線舞動(dòng)、導(dǎo)線懸掛異物、 線路周圍建筑施工、塔材被盜等各種因素都會(huì)對(duì)高壓輸電線路造成不同程度 的影響和破壞，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在電力行業(yè)，急需一種有力的 監(jiān)控、監(jiān)測手段對(duì)輸電線路環(huán)境參數(shù)及周邊狀況進(jìn)行全天候監(jiān)測，使輸電線 路運(yùn)行于可視可控之中。傳統(tǒng)的監(jiān)測手段是采用工作人員定期到現(xiàn)場進(jìn)行檢 查的方式進(jìn)行，這樣不僅消耗大量的人力和物力，而且不能及時(shí)監(jiān)測故障事 件，帶來一些不必要的工作延誤，甚至?xí)U(kuò)大故障范圍。現(xiàn)有的解決方案通
常使用移動(dòng)通信網(wǎng)(GPRS, CDMA)進(jìn)行標(biāo)量數(shù)據(jù)(如溫度、濕度、光強(qiáng)等) 的的傳輸，但這種方法存在如下問題
1. 可靠性差。其完全依賴移動(dòng)通信網(wǎng)，而移動(dòng)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有 限， 一般不會(huì)覆蓋到人跡罕至的地方。然而，高壓輸電線路，尤其是特高壓 輸電線路，通常距離遠(yuǎn)，跨越偏遠(yuǎn)的山區(qū)、沙漠等環(huán)境惡劣的地域，如我國 的西電東送工程的輸電線路。這些地方大都是移動(dòng)通信網(wǎng)覆蓋不到的區(qū)域。 另外，移動(dòng)通信網(wǎng)基站在受到如雪災(zāi)、地震等危害時(shí)，基站失效后會(huì)導(dǎo)致所 轄小區(qū)內(nèi)的所有用戶無法正常通信，而且基站的修復(fù)較困難，恢復(fù)通信所需 時(shí)間較長。
2. 難以實(shí)現(xiàn)多參數(shù)、全方位監(jiān)控，其擴(kuò)展性差。受移動(dòng)通信網(wǎng)接入的限 制，通常一個(gè)接入點(diǎn)只能監(jiān)測一種或一類參數(shù)，如微風(fēng)震動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)、絕緣
3子污穢監(jiān)測系統(tǒng)、泄漏電流監(jiān)測系統(tǒng)等。如果要監(jiān)測多個(gè)參數(shù)就需要增加接 入點(diǎn)數(shù)目，隨著監(jiān)測規(guī)模的增加，后端監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)就會(huì)很復(fù)雜，可擴(kuò)展性差。
3. 監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行成本高。使用移動(dòng)通信網(wǎng)產(chǎn)生大量的網(wǎng)絡(luò)使用費(fèi)，盡 管按流量收費(fèi)、價(jià)格呈下調(diào)趨勢，但是大規(guī)模、長時(shí)間的使用，其使用費(fèi)用 還是相當(dāng)可觀的。
4. 傳輸速率低。移動(dòng)通信網(wǎng)的有效傳輸速率只有幾十到一百多Kbps，
難以滿足高清晰圖片、視頻的傳輸需求，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜覆冰、絕緣子污穢 等狀態(tài)的監(jiān)測。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種性能可靠、傳輸 速率高、易于擴(kuò)展且運(yùn)行成本低的應(yīng)用于高壓輸電線路的無線監(jiān)測系統(tǒng)。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種應(yīng)用于高壓輸電線路的無線監(jiān)測系統(tǒng)，由采集終端、監(jiān)測子站、監(jiān)
測網(wǎng)關(guān)、互聯(lián)網(wǎng)及監(jiān)控中心連接構(gòu)成，采集終端通過Zigbee協(xié)議與監(jiān)測子站 相連接并構(gòu)成無線監(jiān)測子網(wǎng)，監(jiān)測子站之間以及監(jiān)測子站與監(jiān)測網(wǎng)關(guān)之間通 過WiFi協(xié)議相連接并構(gòu)成無線監(jiān)測骨干網(wǎng)，監(jiān)測網(wǎng)關(guān)通過互聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)控中心 相連接。
而且，所述的采集終端安裝在輸電電纜或輸電鐵塔上，所述的監(jiān)測子站 安裝在輸電鐵塔上，所述的監(jiān)測網(wǎng)關(guān)安裝在高壓變電站內(nèi)。
而且，所述的采集終端包括一采集終端控制電路，該采集終端控制電路 由主控模塊、傳感器模塊、Zigbee通信模塊及電源模塊構(gòu)成，主控模塊通過 I/O接口與傳感器模塊相連接，主控模塊通過SPI接口與Zigbee通信模塊相 連接。
而且，所述的傳感器模塊包括標(biāo)量傳感器和矢量傳感器。 而且，所述的監(jiān)測子站包括一監(jiān)測子站控制電路，該監(jiān)測子站控制電路 由主控模塊、WiFi通信模塊、Zigbee通信模塊及電源模塊構(gòu)成，主控模塊通 過MiniPCI接口與WiFi通信模塊相連接，主控模塊通過SPI接口與Zigbee 通信模塊相連接。
而且，所述的監(jiān)測網(wǎng)關(guān)包括一監(jiān)測網(wǎng)關(guān)控制電路，該監(jiān)測網(wǎng)關(guān)控制電路 由主控模塊、WiFi通信模塊、以太網(wǎng)模塊及電源模塊構(gòu)成，主控模塊通過 MiniPCI接口和WiFi通信模塊相連接，主控模塊通過SMC接口和以太網(wǎng)模塊 相連接。
而且，所述的無線監(jiān)測子網(wǎng)采用星型網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是
1.本無線監(jiān)測系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際需要，對(duì)高壓輸電線路進(jìn)行多種類型的 參數(shù)進(jìn)行采集和傳輸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整條輸電線路的全面監(jiān)測，為監(jiān)控中心進(jìn)采集、分析處理提供了全面的、翔實(shí)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
2. 本無線監(jiān)測系統(tǒng)可靠性高，其不依賴網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，能夠不受移動(dòng)通 信網(wǎng)覆蓋范圍的限制，通過自組織網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，當(dāng)某些節(jié)點(diǎn)受到災(zāi)害侵 襲無法正常工作時(shí)，幸存的節(jié)點(diǎn)依然有可能自組織成網(wǎng)絡(luò)，自愈性強(qiáng)，提高 了監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。
3. 本無線監(jiān)測系統(tǒng)能夠很方便地增加、減少監(jiān)測項(xiàng)目和監(jiān)測區(qū)域，根據(jù)
需要改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。
4. 本無線監(jiān)測系統(tǒng)在骨干網(wǎng)指甲采用IEEE 802. 11通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的 傳輸，其傳輸速度高、距離遠(yuǎn)，能夠支持多種類型數(shù)據(jù)，尤其是多媒體數(shù)據(jù) 的傳輸不僅能支持標(biāo)量小數(shù)據(jù)的傳輸，還能支持圖片、視頻等大數(shù)據(jù)量的 多媒體數(shù)據(jù)的傳輸。
5. 本無線監(jiān)測系統(tǒng)不使用移動(dòng)通信網(wǎng)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)的傳輸，降低了運(yùn)行 成本。
6. 本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，能夠?qū)Ω邏狠旊娋€路進(jìn)行多種類型的參數(shù)進(jìn)行 采集和傳輸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整條高壓輸電線路的全面監(jiān)測，具有性能可靠、傳輸 速率高、易于擴(kuò)展且運(yùn)行成本低的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的高壓輸電 線路監(jiān)測領(lǐng)域。


圖1是應(yīng)用于高壓輸電線路的無線監(jiān)測系統(tǒng)的連接示意圖2是采集終端的電路方框圖3是監(jiān)測子站的電路方框圖4是監(jiān)測網(wǎng)關(guān)的電路方框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例做進(jìn)一步詳述。
一種應(yīng)用于高壓輸電線路的無線監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1所示，由采集終端、 監(jiān)測子站5、監(jiān)測網(wǎng)關(guān)6、互聯(lián)網(wǎng)7及監(jiān)控中心8連接構(gòu)成，即由兩層無線監(jiān) 測網(wǎng)絡(luò)使用監(jiān)測網(wǎng)關(guān)通過互聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)控中心相連接，采集終端包括能夠采集 溫度等標(biāo)量數(shù)據(jù)的標(biāo)量采集終端1和能夠采集圖片等矢量數(shù)據(jù)的矢量采集終 端2。兩層無線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)包括無線監(jiān)測子網(wǎng)3和無線監(jiān)測骨干網(wǎng)4，無線監(jiān)測 子網(wǎng)由采集終端通過Zigbee協(xié)議與監(jiān)測子站相連接構(gòu)成，無線監(jiān)測骨干網(wǎng)由 監(jiān)測子站之間以及監(jiān)測子站與監(jiān)測網(wǎng)關(guān)之間通過WiFi協(xié)議相連接構(gòu)成，監(jiān)測 網(wǎng)關(guān)通過互聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)控中心相連接。其中
無線監(jiān)測子網(wǎng)采用星型網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，監(jiān)測子站作為匯聚節(jié) 點(diǎn)收集輸電線路上各種采集終端所感知的數(shù)據(jù)并向監(jiān)測網(wǎng)關(guān)傳輸。采集終端 既可以安裝在輸電電纜上通過感應(yīng)電纜上的電流/電壓為其供電，也可以安裝在輸電鐵塔上使用太陽能電源，采集終端既可以采集溫度、濕度、光強(qiáng)、振 動(dòng)、壓力等標(biāo)量數(shù)據(jù)，也可以采集圖片、視頻等矢量數(shù)據(jù)，所述的監(jiān)測子站 安裝在輸電鐵塔上由太陽能為其供電。
無線監(jiān)測骨干網(wǎng)可以采用任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，使用路由算法可以將 各個(gè)監(jiān)測子站收集的傳感器數(shù)據(jù)多跳轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)測網(wǎng)關(guān)，監(jiān)測子站之間及監(jiān)測 網(wǎng)站與監(jiān)測網(wǎng)關(guān)之間均通過WiFi協(xié)議進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，監(jiān)測網(wǎng)關(guān)通常安裝 在高壓變電站內(nèi)，監(jiān)測網(wǎng)關(guān)使用互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心。
在無線監(jiān)測系統(tǒng)中的采集終端包括一采集終端控制電路，該采集終端控
制電路由主控模塊、傳感器模塊、Zigbee通信模塊及電源模塊構(gòu)成，如圖2 所示，主控模塊通過I/O接口與傳感器模塊相連接，主控模塊通過SPI接口 與Zigbee通信模塊相連接。其中主控模塊采用Freescale的高性能低功耗 MPC8272芯片；傳感器模塊可以采用感知溫度等數(shù)據(jù)的標(biāo)量傳感器模塊，也可 以采用感知圖片等數(shù)據(jù)的矢量傳感器;Zigbee通信模塊采用Jennic5139芯片， 其集成了 MCU和射頻模塊，并支持IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)4Km的傳輸距 離；電源可以通過太陽能電源或感應(yīng)電纜上的電流/電壓為其供電。
在無線監(jiān)測系統(tǒng)中的監(jiān)測子站包括一監(jiān)測子站控制電路，如圖3所示， 該監(jiān)測子站控制電路由主控模塊、WiFi通信模塊、Zigbee通信模塊及電源模 塊構(gòu)成，主控模塊通過MiniPCI接口與WiFi通信模塊相連接，主控模塊通過 SPI接口與Zigbee通信模塊相連接。其中主控模塊采用Freescale的高性 能低功耗MPC8272芯片；Zigbee通信模塊采用Jennic5139芯片，其集成了 MCU和射頻模塊，并支持IEEE 802. 15.4標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)4Km的傳輸距離，電源可 以通過太陽能電源為其供電；WiFi通信模塊采用Ubiquiti Network的 XtreamRange2芯片，可支持兩塊帶有XtreamRange2芯片的無線網(wǎng)卡同時(shí)工作。 監(jiān)測子站采用基于IEEE 802.11協(xié)議的自組織網(wǎng)絡(luò)，能支持遠(yuǎn)距離(幾十公 里)傳輸，提供較高的網(wǎng)絡(luò)帶寬。
無線監(jiān)測系統(tǒng)中的監(jiān)測網(wǎng)關(guān)包括一監(jiān)測網(wǎng)關(guān)控制電路，如圖4所示，該 監(jiān)測網(wǎng)關(guān)控制電路由主控模塊、WiFi通信模塊、以太網(wǎng)模塊及電源模塊構(gòu)成， 主控模塊通過MiniPCI接口和WiFi通信模塊相連接，主控模塊通過SMC接口 和以太網(wǎng)模塊相連接。其中主控模塊采用Freescale的高性能低功耗MPC8272 芯片；WiFi通信模塊采用Ubiquiti Network的XtreamRange2芯片，可支持 兩塊帶有XtreamRange2芯片的無線網(wǎng)卡同時(shí)工作；以太網(wǎng)模塊采用Micrel 的KS8995芯片。監(jiān)測網(wǎng)關(guān)安裝在高壓變電站內(nèi)，由交流電源為其供電。
本實(shí)用新型所述的實(shí)施例是說明性的，而不是限定性的，因此本實(shí)用新 型并不限于具體實(shí)施方式
中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí) 用新型的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于高壓輸電線路的無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于由采集終端、監(jiān)測子站、監(jiān)測網(wǎng)關(guān)、互聯(lián)網(wǎng)及監(jiān)控中心連接構(gòu)成，采集終端通過Zigbee協(xié)議與監(jiān)測子站相連接并構(gòu)成無線監(jiān)測子網(wǎng)，監(jiān)測子站之間以及監(jiān)測子站與監(jiān)測網(wǎng)關(guān)之間通過WiFi協(xié)議相連接并構(gòu)成無線監(jiān)測骨干網(wǎng)，監(jiān)測網(wǎng)關(guān)通過互聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)控中心相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的應(yīng)用于高壓輸電線路的無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 在于所述的采集終端安裝在輸電電纜或輸電鐵塔上，所述的監(jiān)測子站安裝 在輸電鐵塔上，所述的監(jiān)測網(wǎng)關(guān)安裝在高壓變電站內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用于高壓輸電線路的無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的采集終端包括一采集終端控制電路，該采集終端控制電路 由主控模塊、傳感器模塊、Zigbee通信模塊及電源模塊構(gòu)成，主控模塊通過 I/O接口與傳感器模塊相連接，主控模塊通過SPI接口與Zigbee通信模塊相 連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的應(yīng)用于高壓輸電線路的無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 在于所述的傳感器模塊包括標(biāo)量傳感器和矢量傳感器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用于高壓輸電線路的無線監(jiān)測系統(tǒng)，其 特征在于所述的監(jiān)測子站包括一監(jiān)測子站控制電路，該監(jiān)測子站控制電路 由主控模塊、WiFi通信模塊、Zigbee通信模塊及電源模塊構(gòu)成，主控模塊通 過MiniPCI接口與WiFi通信模塊相連接，主控模塊通過SPI接口與Zigbee 通信模塊相連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用于高壓輸電線路的無線監(jiān)測系統(tǒng)，其 特征在于所述的監(jiān)測網(wǎng)關(guān)包括一監(jiān)測網(wǎng)關(guān)控制電路，該監(jiān)測網(wǎng)關(guān)控制電路 由主控模塊、WiFi通信模塊、以太網(wǎng)模塊及電源模塊構(gòu)成，主控模塊通過 MiniPCI接口和WiFi通信模塊相連接，主控模塊通過SMC接口和以太網(wǎng)模塊 相連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的應(yīng)用于高壓輸電線路的無線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征 在于所述的無線監(jiān)測子網(wǎng)采用星型網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于高壓輸電線路的無線監(jiān)測系統(tǒng)，由采集終端、監(jiān)測子站、監(jiān)測網(wǎng)關(guān)、互聯(lián)網(wǎng)及監(jiān)控中心連接構(gòu)成，采集終端通過Zigbee協(xié)議與監(jiān)測子站相連接并構(gòu)成無線監(jiān)測子網(wǎng)，監(jiān)測子站之間以及監(jiān)測子站與監(jiān)測網(wǎng)關(guān)之間通過WiFi協(xié)議相連接并構(gòu)成無線監(jiān)測骨干網(wǎng)，監(jiān)測網(wǎng)關(guān)通過互聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)控中心相連接。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，能夠?qū)Ω邏狠旊娋€路進(jìn)行多種類型的參數(shù)進(jìn)行采集和傳輸，實(shí)現(xiàn)了對(duì)整條高壓輸電線路的全面監(jiān)測，具有性能可靠、傳輸速率高、易于擴(kuò)展且運(yùn)行成本低的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的高壓輸電線路監(jiān)測領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G01R31/08GK201408239SQ20092009594
公開日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者周文濤, 張會(huì)建, 張力晨, 季 李, 石高濤, 趙增華, 陳建民, 韓雙立 申請(qǐng)人:天津市電力公司