基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括信號(hào)采集單元、第一控制單元、第二控制單元、電源模塊以及遠(yuǎn)程控制單元，第一控制單元和第二控制單元通過(guò)閃存模塊連接，電源模塊分別給，第一控制單元和第二控制單元供電，第一控制單元與遠(yuǎn)程控制單元連接。本發(fā)明能夠使系統(tǒng)以較低的硬件成本和較低的工作頻率完成數(shù)據(jù)的高速采集和運(yùn)算,系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能高壓開(kāi)關(guān)柜的計(jì)量、保護(hù)等功能，對(duì)短路和電流過(guò)沖的跳閘保護(hù)能在幾毫秒內(nèi)完成。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體地說(shuō)是一種基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，屬于高壓開(kāi)關(guān)柜裝備【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]高壓開(kāi)關(guān)柜是一種常用的高壓設(shè)備，是電網(wǎng)的重要組成部分。隨著智能電網(wǎng)的逐步推廣，智能聞壓開(kāi)關(guān)柜除具有傳統(tǒng)聞壓開(kāi)關(guān)柜的基本功能外，還具有智能操控功能、機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)功能、絕緣在線監(jiān)測(cè)功能和穩(wěn)定、快速及可靠的通信功能，以適應(yīng)智能電網(wǎng)的要求。目前，常用的智能高壓開(kāi)關(guān)柜大多功能單一，不能可靠地同時(shí)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)通信功能。
[0003]目前使用的高壓開(kāi)關(guān)柜主要采用人工巡檢和定期維修。但是這種定期檢修的方法影響供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性，因此智能電網(wǎng)背景下的檢修技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是自動(dòng)化、智能化的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。在一個(gè)高壓開(kāi)關(guān)柜中往往設(shè)有多個(gè)采集點(diǎn)，在實(shí)際巡查過(guò)程中往往因?yàn)楣ぷ髁看蠖z漏或重復(fù)采集某一個(gè)點(diǎn)，造成工作效率低，誤差率高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效、可靠的對(duì)電流、電壓以及溫度進(jìn)行監(jiān)控，確保高壓開(kāi)關(guān)柜的安全運(yùn)行。
[0005]為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括信號(hào)采集單元、第一控制單元、第二控制單元、電源模塊以及遠(yuǎn)程控制單元，所述第一控制單元包括第一控制芯片、以太網(wǎng)控制模塊、人機(jī)互動(dòng)接口以及與所述人機(jī)互動(dòng)接口相連的用戶(hù)鍵盤(pán)、顯示屏幕，所述以太網(wǎng)控制模塊與所述第一控制芯片相連，所述以太網(wǎng)控制模塊上具有以太網(wǎng)收發(fā)接口通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程控制單元通訊連接，所述人機(jī)互動(dòng)接口與所述第一控制芯片相連，用以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)管理；
所述第二控制單元包括第二控制芯片、跳閘保護(hù)輸出模塊以及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸入端通過(guò)Zigbee無(wú)線傳輸模塊與所述信號(hào)采集單元相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與所述第二控制芯片相連，所述第二控制芯片信號(hào)輸出端與所述跳閘保護(hù)輸出模塊相連，所述跳閘保護(hù)輸出模塊輸出跳閘保護(hù)信號(hào)控制安全保護(hù)閘的開(kāi)閉；
所述第一控制芯片與第二控制芯片之間通過(guò)閃存模塊雙向互聯(lián)，所述第一控制單元、第二控制單元分別由電源模塊單獨(dú)供電。
[0006]本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是:前述的基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述信號(hào)采集單元包括電壓信號(hào)采集模塊和溫度信號(hào)采集模塊。
[0007]前述的基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述以太網(wǎng)收發(fā)接口為RJ45接口。
[0008]前述的基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述閃存模塊為IDT7005雙口的內(nèi)存空間；雙口 RAM允許兩塊單片機(jī)共享同一數(shù)據(jù)內(nèi)存空間，因?yàn)殡p口 RAM的每個(gè)端口擁有獨(dú)立的控制總線、地址總線和數(shù)據(jù)總線，允許兩個(gè)CPU同時(shí)訪問(wèn)存儲(chǔ)器的不同地址空間。兩塊單片機(jī)共享同一數(shù)據(jù)存取地址空間，提供僅有幾十ns的訪問(wèn)速度，能夠滿(mǎn)足數(shù)據(jù)的高速讀寫(xiě)要求。
[0009]前述的基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述第一控制芯片采用89C2051單片機(jī)，所述第二控制芯片采用STC15F204EA單片機(jī)。
[0010]進(jìn)一步的，前述的基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述溫度信號(hào)采集模塊包括柜體溫度探測(cè)端、母線溫度探測(cè)端以及溫度信號(hào)采集端，所述柜體溫度探測(cè)端、母線溫度探測(cè)端和溫度信號(hào)采集端通過(guò)紅外信號(hào)連接。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明能夠使系統(tǒng)以較低的硬件成本和較低的工作頻率完成數(shù)據(jù)的高速采集和運(yùn)算，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能高壓開(kāi)關(guān)柜的計(jì)量、保護(hù)等功能，對(duì)短路和電流過(guò)沖的跳閘保護(hù)能在幾毫秒內(nèi)完成。通過(guò)Zigbee無(wú)線通信方式使得參數(shù)信號(hào)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)送、接收，工作人員可以隨時(shí)獲取溫度、電壓的大小變化信息，達(dá)到電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)的目的。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明閃存模塊的硬件電路圖。
[0014]圖3為本發(fā)明跳閘保護(hù)輸出模塊的硬件電路圖。
[0015]圖4為本發(fā)明電源模塊的硬件電路圖。
[0016]圖5為本發(fā)明模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的硬件電路圖。
[0017]圖6為本發(fā)明以太網(wǎng)控制模塊的硬件電路圖。
[0018]圖7為本發(fā)明鍵盤(pán)輸入模塊的硬件電路圖。
[0019]圖8為本發(fā)明溫度信號(hào)采集模塊的硬件電路圖。
[0020]圖9為本發(fā)明Zigbee無(wú)線傳輸模塊電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]實(shí)施例1
本實(shí)施例提供一種基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括信號(hào)采集單元、第一控制單元、第二控制單元、電源模塊以及遠(yuǎn)程控制單元，信號(hào)采集單元包括電壓信號(hào)采集模塊和溫度信號(hào)采集模塊，溫度信號(hào)采集模塊包括柜體溫度探測(cè)端、母線溫度探測(cè)端以及溫度信號(hào)采集端，柜體溫度探測(cè)端、母線溫度探測(cè)端和溫度信號(hào)采集端通過(guò)紅外信號(hào)連接；第一控制單元包括第一控制芯片、以太網(wǎng)控制模塊、人機(jī)互動(dòng)接口以及與人機(jī)互動(dòng)接口相連的用戶(hù)鍵盤(pán)、顯示屏幕，以太網(wǎng)控制模塊與第一控制芯片相連，以太網(wǎng)控制模塊上具有以太網(wǎng)收發(fā)接口通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程控制單元通訊連接，人機(jī)互動(dòng)接口與第一控制芯片相連，用以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)管理；第一控制單元對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，將換算的三相電流、電壓值顯示在液晶顯示器上，提供鍵盤(pán)接口和數(shù)據(jù)通信功能。系統(tǒng)的CPU芯片采用89C2051，因此第一控制單的元單片機(jī)硬件包括單片機(jī)最小工作系統(tǒng)、顯示電路、鍵盤(pán)電路和通信電路；
第二控制單元包括第二控制芯片、跳閘保護(hù)輸出模塊以及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸入端通過(guò)Zigbee無(wú)線傳輸模塊與信號(hào)采集單元相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與第二控制芯片相連，第二控制芯片信號(hào)輸出端與跳閘保護(hù)輸出模塊相連，跳閘保護(hù)輸出模塊輸出跳閘保護(hù)信號(hào)控制安全保護(hù)閘的開(kāi)閉；第二控制單元主要完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)保護(hù)的功能，相應(yīng)的其硬件部分也分為模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、雙口 RAM接口電路和跳閘保護(hù)信號(hào)輸出電路三部分。系統(tǒng)的CPU芯片采用STC15F204EA增強(qiáng)系列，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力較強(qiáng)，成本低；
第一控制芯片與第二控制芯片之間通過(guò)閃存模塊雙向互聯(lián)，第一控制單元、第二控制單元分別由電源模塊單獨(dú)供電。
[0022]閃存模塊的硬件電路連接如圖2所示，單片機(jī)通過(guò)PO 口與P2 口與RAM連接，高5位地址由P2.0?P2.4提供，低8位地址由PO尋址，尋址范圍為2000H?3FFHL為了實(shí)現(xiàn)PO 口能夠分時(shí)復(fù)用地址線和數(shù)據(jù)線，PO 口外接一塊74LS373芯片。另外P2.7為片選信號(hào)線，低電平有效；為單口 /雙口選擇端，這里直接接高電平；BUSY為內(nèi)存單元讀取忙信號(hào)端。
[0023]跳閘保護(hù)輸出模塊如圖3所示，跳閘動(dòng)作時(shí)，單片機(jī)P1.7輸出高電平，驅(qū)動(dòng)線性光耦TLP127中的發(fā)光二極管，輸出高電平。經(jīng)過(guò)三極管驅(qū)動(dòng)放大后吸合繼電器開(kāi)關(guān)，進(jìn)而向真空斷路器輸出斷路驅(qū)動(dòng)電壓。
[0024]電源模塊二次電壓的整流、穩(wěn)壓及濾波由電源模塊LH15-10A12完成，如圖4所示，并完成與監(jiān)測(cè)單元外圍電氣回路的線性隔離。LH15-10A12是專(zhuān)用的電源轉(zhuǎn)換模塊，輸入電壓可以從幾十伏到幾百伏不等。兩個(gè)輸出電壓端口分別為，最大電流可以達(dá)到650mA,最大負(fù)載功率為15w，因而可以直接作為模擬信號(hào)調(diào)理模塊運(yùn)放的電源；第二芯片的+5VVcc電源由7805線性穩(wěn)壓芯片提供。
[0025]為降低系統(tǒng)的軟件運(yùn)算負(fù)荷，模數(shù)轉(zhuǎn)換采用內(nèi)部時(shí)鐘，選用單極性轉(zhuǎn)換模式。MAX197的輸入輸出端口接到單片機(jī)的PO 口，實(shí)現(xiàn)向芯片的寫(xiě)命令字與讀轉(zhuǎn)換值。如圖5所示為模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路連接圖，圖中REF為參考電壓輸入腳，CS為片選信號(hào)，WR與RD為讀寫(xiě)控制腳，P2.0為HBEN高低位數(shù)據(jù)選讀控制線。
[0026]本系統(tǒng)以太網(wǎng)控制模塊的主要芯片是RTLSOlgAS芯片，硬件接線如圖6所示，在本實(shí)施例中采用RTL8019As的低5位(SA0_sA4)與MpUI的(Ao_A4)相連，sAS_sA7以及SAlO?SA19接地，SAS?SAg接高電平。讀信號(hào)線1RB接ΜΡΠ的RD，寫(xiě)信號(hào)1WB線接MPUI的WR，復(fù)位信號(hào)RSTDRV接74HC573的SQ，地址使能腳AEN接74HC138的YS。在管腳61、62上接兩個(gè)LED，讓它們分別以瞬時(shí)閃爍來(lái)指示網(wǎng)絡(luò)傳送是否正常。JP通過(guò)一個(gè)1KQ的電阻連接高電平，選擇RTL8019AS的工作模式為julnper模式。RTL8019AS提供了 8條中斷請(qǐng)求總線(創(chuàng)TO — INT7)，為了節(jié)約MPul引腳資源，本系統(tǒng)沒(méi)有接線，數(shù)據(jù)的接收采用軟件查詢(xún)的方式加以解決。除此之外還在其網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器的四根引腳TPOUT+、TPOUT-,TR州+、TP取一接外部脈沖變壓器20F00創(chuàng)，通過(guò)它與以太網(wǎng)相連，來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)通信的抗干擾能力。
[0027]本實(shí)施例選用T82C79M-2作為鍵盤(pán)輸入的芯片，硬件連接如圖7所示，T82C79M-2是一種通用可編程的鍵盤(pán)、顯示接口器件，單個(gè)芯片就能完成鍵盤(pán)輸入和LED自動(dòng)顯示控制兩種功能。內(nèi)含8個(gè)字符的鍵盤(pán)輸入FIFO，16個(gè)字節(jié)的顯示RAM。鍵盤(pán)部分提供的掃描方式，可以和具有64個(gè)按鍵或傳感器的陣列相連。能自動(dòng)清除開(kāi)關(guān)抖動(dòng)以及N鍵同時(shí)按下的保護(hù)。
[0028]對(duì)柜內(nèi)空氣溫度的測(cè)量，溫度傳感器可安裝在高壓開(kāi)關(guān)柜柜體上，通過(guò)溫度采集處理器ΜΡΠ來(lái)直接控制。對(duì)高壓母線溫度的測(cè)量，溫度傳感器安裝在母線上，通過(guò)溫度采集處理器ΜΡΠ來(lái)控制。高壓母線溫度數(shù)據(jù)在高壓側(cè)通過(guò)紅外發(fā)射器發(fā)送給低壓側(cè)的紅外接收器。硬件連接如圖8所示，ICl和石英晶體TXT產(chǎn)生高頻(37.5KHZ)方波作為紅外線發(fā)射器的載波，由MPU2(AT89C2051)的串行口 P3.1發(fā)出的數(shù)據(jù)，經(jīng)IC4反相后送入IC3調(diào)制；T1將其放大后由紅外線發(fā)射二極管Dl發(fā)射。
[0029]Zigbee無(wú)線傳輸模塊由芯片CC2430設(shè)計(jì)硬件電路，電路圖如圖9所示，CC2430芯片的主要特點(diǎn)如下:①高性能和低功耗的8051微控制器核。②集成符合IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHz的RF無(wú)線電收發(fā)機(jī)。③優(yōu)良的無(wú)線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾性。④在休眠模式時(shí)僅0.9 μ A的流耗，外部的中斷或RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機(jī)模式時(shí)少于0.6 μ A的流耗，外部的中斷能喚醒系統(tǒng)。⑤硬件支持CSMA/CA功能。⑥較寬的電壓范圍(2.0?3.6V)。⑦數(shù)字化的RSSI/LQI支持和強(qiáng)大的DMA功能。⑧具有電流監(jiān)測(cè)和溫度感測(cè)功能。
[0030]電壓監(jiān)測(cè)信號(hào)、和溫度監(jiān)測(cè)信號(hào)都輸入到AT89S52單片機(jī)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將處理后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)TXD引腳線輸入到CC2430的RD端口，從而將數(shù)據(jù)經(jīng)天線發(fā)送出去，達(dá)到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸?shù)哪康?，?shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)功能。
[0031]以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括信號(hào)采集單元、第一控制單元、第二控制單元、電源模塊以及遠(yuǎn)程控制單元，其特征在于:所述第一控制單元包括第一控制芯片、以太網(wǎng)控制模塊、人機(jī)互動(dòng)接口以及與所述人機(jī)互動(dòng)接口相連的用戶(hù)鍵盤(pán)、顯示屏幕，所述以太網(wǎng)控制模塊與所述第一控制芯片相連，所述以太網(wǎng)控制模塊上具有以太網(wǎng)收發(fā)接口通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程控制單元通訊連接，所述人機(jī)互動(dòng)接口與所述第一控制芯片相連，用以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)管理； 所述第二控制單元包括第二控制芯片、跳閘保護(hù)輸出模塊以及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的信號(hào)輸入端通過(guò)Zigbee無(wú)線傳輸模塊與所述信號(hào)采集單元相連，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與所述第二控制芯片相連，所述第二控制芯片信號(hào)輸出端與所述跳閘保護(hù)輸出模塊相連，所述跳閘保護(hù)輸出模塊輸出跳閘保護(hù)信號(hào)控制安全保護(hù)閘的開(kāi)閉； 所述第一控制芯片與第二控制芯片之間通過(guò)閃存模塊雙向互聯(lián)，所述第一控制單元、第二控制單元分別由電源模塊單獨(dú)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述信號(hào)采集單元包括電壓信號(hào)采集模塊和溫度信號(hào)采集模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述以太網(wǎng)收發(fā)接口為RJ45接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述閃存模塊為IDT7005雙口的內(nèi)存空間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述第一控制芯片采用89C2051單片機(jī)，所述第二控制芯片采用STC15F204EA單片機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Zigbee的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述溫度信號(hào)采集模塊包括柜體溫度探測(cè)端、母線溫度探測(cè)端以及溫度信號(hào)采集端，所述柜體溫度探測(cè)端、母線溫度探測(cè)端和溫度信號(hào)采集端通過(guò)紅外信號(hào)連接。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK104331010SQ201410629378
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月10日
【發(fā)明者】李雙全, 朱彬, 戴利國(guó) 申請(qǐng)人:鎮(zhèn)江邁能電氣科技有限公司