一種用于變電站端子箱溫濕度監(jiān)控的通信管理的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于變電站端子箱溫濕度監(jiān)控的通信管理機(jī)，包括MCU微處理器模塊、SP3232芯片、電源模塊、顯示及狀態(tài)指示模塊、GPRS通信模塊、SIM卡模塊和ZigBeeRF模塊，MCU微處理器模塊分別與SP3232芯片、GPRS通信模塊、ZigBeeRF模塊和顯示及狀態(tài)指示模塊電連接，通過(guò)架設(shè)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)和溫濕度監(jiān)控終端的連接通道，通過(guò)ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與溫濕度監(jiān)控終端的信息通信，既克服了現(xiàn)場(chǎng)布線難、維護(hù)量大等問(wèn)題，又降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀?；而通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)通信，解決了現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有通信線路的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)端子箱的運(yùn)行環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)視和對(duì)加熱器、除濕機(jī)遠(yuǎn)程控制的目的。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電站端子箱溫濕度信息、并通過(guò)利用GPRS 無(wú)線公網(wǎng)和ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ殴芾頇C(jī)。 一種用于變電站端子箱溫濕度監(jiān)控的通信管理機(jī)

【背景技術(shù)】
[0002] 變電站端子箱是室外電氣設(shè)備與室內(nèi)測(cè)控、保護(hù)、通信等設(shè)備連接的中間環(huán)節(jié)。在 變電站端子箱潮濕時(shí)，易導(dǎo)致直流二次回路對(duì)地絕緣電阻下降甚至絕緣電阻下降到零，從 而造成直流正或負(fù)電源接地。目前部分變電站端子箱都配備有凝露傳感器，根據(jù)物體表面 溫度和界面氣體的相對(duì)濕度而檢測(cè)出濕潤(rùn)的水分。但是，如果不對(duì)其運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，一 旦加熱器無(wú)法工作，給電力系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)影響。
[0003] 現(xiàn)有的變電站端子箱溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可分為有線通信型和無(wú)線通信型。有線 通信型變電站端子箱溫濕度監(jiān)控可把數(shù)據(jù)傳輸給遠(yuǎn)端監(jiān)控平臺(tái)，但有線通信存在布線困難 且維護(hù)量大等問(wèn)題；無(wú)線通信型的變電站端子箱溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)多為監(jiān)控節(jié)點(diǎn)直接通 過(guò)GPRS無(wú)線公網(wǎng)與遠(yuǎn)端監(jiān)控平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，但由于溫濕度監(jiān)控節(jié)點(diǎn)過(guò)多，多個(gè)GPRS節(jié) 點(diǎn)與監(jiān)控主站連接易造成數(shù)據(jù)多并發(fā)問(wèn)題和后期成本的增加。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型的目的在于改變以往變電站端子箱溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的通信現(xiàn)狀， 提供一種用于變電站端子箱溫濕度監(jiān)控的通信管理機(jī)，通信管理機(jī)通過(guò)ZigBee無(wú)線傳感 器網(wǎng)絡(luò)接收各溫濕度監(jiān)控終端上傳的溫濕度值，統(tǒng)一管理和存儲(chǔ)，并統(tǒng)一通過(guò)GPRS無(wú)線公 網(wǎng)發(fā)送至遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)，避免了布線困難等問(wèn)題，且通過(guò)一個(gè)GPRS節(jié)點(diǎn)與遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)連 接避免了數(shù)據(jù)多并發(fā)問(wèn)題和節(jié)約了成本。
[0005] 本實(shí)用新型，包括MCU微處理器模塊、SP3232芯片、電源模塊、顯示及狀態(tài)指示模 塊、GPRS通信模塊、SM卡模塊和ZigBee RF模塊，MCU微處理器模塊分別與SP3232芯片、 GPRS通信模塊和ZigBee RF模塊電連接，顯示及狀態(tài)指示模塊的輸入端分別與GPRS通信模 塊、ZigBee RF模塊和MCU微處理器模塊的輸出端連接，GPRS通信模塊與SM卡模塊電連 接，電源模塊為GPRS通信模塊提供電壓為3. 75V的電源，為其它模塊提供電壓為3. 3V的電 源。
[0006] 本實(shí)用新型，所述MCU微處理器模塊選用Rabbit公司工業(yè)級(jí)RCM6700系列單片 機(jī)，該單片機(jī)擁有一個(gè)USB接口、一個(gè)以太網(wǎng)口及6個(gè)高速UART接口，串口也叫串行接口， UART接口是串行接口，6個(gè)高速UART接口為串口 A、串口 B、串口 C、串口 D、串口 E、串口 F ; 其中，串口 A與SP3232芯片電連接提供RS-232通信接口，作為調(diào)試及程序下載口；串口 C 與ZigBee RF模塊電連接，ZigBee RF模塊再與溫濕度監(jiān)控終端無(wú)線連接；串口 E與GPRS 通信模塊電連接，串口 B、串口 D、串口 F和USB接口及以太網(wǎng)口均為空置。
[0007] 本實(shí)用新型，所述ZigBee RF模塊選用型號(hào)為digi公司的XBEE模塊，MCU微處理 器通過(guò)ZigBee RF模塊及ZigBee天線與溫濕度監(jiān)控終端交換數(shù)據(jù)，其接收內(nèi)容為各溫濕度 監(jiān)控終端上傳的溫濕度值，其下發(fā)內(nèi)容為加熱板和除濕機(jī)啟停的控制命令。
[0008] 本實(shí)用新型，所述GPRS通信模塊采用中興ME3000 GPRS模塊，GPRS模塊通過(guò)I/O 接口與SM卡模塊連接，讀取SM卡的信息，GPRS通信模塊通過(guò)GPRS天線再與遠(yuǎn)方監(jiān)控平 臺(tái)無(wú)線連接，實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)交換，包括集中上發(fā)給遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)的溫濕度值 以及接收遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)的控制命令，MCU模塊通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)AT命令控制GPRS通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù) 據(jù)傳送。
[0009] 本實(shí)用新型，采用GPRS無(wú)線公網(wǎng)單點(diǎn)遠(yuǎn)程通信并結(jié)合ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)短 距離多點(diǎn)通信的方式用于變電站端子箱溫濕度監(jiān)控。
[0010] 本實(shí)用新型，采用ZigBee RF模塊為數(shù)據(jù)無(wú)線通信模塊，基于IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn) 的ZigBee協(xié)議，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為Mesh架構(gòu)，模塊配置成協(xié)調(diào)器方式，負(fù)責(zé)組建并管理ZigBee網(wǎng) 絡(luò)。
[0011] 本實(shí)用新型，采用每隔兩分鐘上傳心跳包來(lái)監(jiān)測(cè)變電站端子箱溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的 通信連接情況，若未收到確認(rèn)幀則重連來(lái)確保變電站端子箱溫濕度監(jiān)控通信的可靠性。
[0012] 本實(shí)用新型，通過(guò)架設(shè)遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)和溫濕度監(jiān)控終端的連接通道，通過(guò)ZigBee 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與溫濕度監(jiān)控終端的信息通信，既克服了現(xiàn)場(chǎng)布線難、維護(hù)量大等問(wèn) 題，又降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀?；而通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)通信，解決了現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有通 信線路的問(wèn)題。通信管理機(jī)的自診斷自重連功能保證了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通信的可靠性，從而實(shí)現(xiàn) 了對(duì)端子箱的運(yùn)行環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)視和對(duì)加熱器、除濕機(jī)遠(yuǎn)程控制的目的。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為實(shí)施例一種用于變電站端子箱溫濕度監(jiān)控的通信管理機(jī)結(jié)構(gòu)原理方框圖； 圖2為通信管理機(jī)與遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)和溫濕度監(jiān)控終端通過(guò)GPRS和ZigBee網(wǎng)絡(luò)連接的結(jié)構(gòu) 原理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014] 參照附圖，一種用于變電站端子箱溫濕度監(jiān)控的通信管理機(jī)，包括MCU微處理器 模塊、SP3232芯片、電源模塊、顯示及狀態(tài)指示模塊、GPRS通信模塊、SM卡模塊和ZigBee RF模塊，MCU微處理器模塊分別與SP3232芯片、GPRS通信模塊和ZigBee RF模塊電連接， 顯示及狀態(tài)指示模塊的輸入端分別與GPRS通信模塊、ZigBee RF模塊和MCU微處理器模塊 的輸出端連接，GPRS通信模塊與SIM卡模塊電連接，電源模塊為GPRS通信模塊提供電壓為 3. 75V的電源，為其它模塊提供電壓為3. 3V的電源。各模塊的結(jié)構(gòu)及功能如下：
[0015] 1、MCU微處理器模塊：選用Rabbit公司工業(yè)級(jí)RCM6700系列單片機(jī)，該單片機(jī)擁 有一個(gè)USB接口、一個(gè)以太網(wǎng)口及6個(gè)高速UART接口，串口也叫串行接口，UART接口是串 行接口，6個(gè)高速UART接口為串口 A、串口 B、串口 C、串口 D、串口 E、串口 F ;其中，串口 A與 SP3232芯片（RS-232串口通訊模塊)電連接提供RS-232通信接口，作為調(diào)試及程序下載口； 串口 C與ZigBee RF模塊電連接，ZigBee RF模塊通過(guò)ZigBee天線再與溫濕度監(jiān)控終端無(wú) 線連接；GPRS通信模塊采用中興ME3000 GPRS模塊，串口 E與GPRS通信模塊電連接，GPRS 通信模塊通過(guò)GPRS天線再與遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)無(wú)線連接，實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)交換，包 括集中上發(fā)給遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)的溫濕度值以及接收遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)的控制命令，MCU模塊通過(guò) 標(biāo)準(zhǔn)AT命令控制GPRS通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，串口 B、串口 D、串口 F和USB接口及以太網(wǎng) 口均為空置。
[0016] 2、電源模塊：將KKT200V交流電壓轉(zhuǎn)換成5V直流電壓，在經(jīng)過(guò)帶隔離的DC-DC變 換器分別轉(zhuǎn)成3. 3V和3. 75V直流電源，供給其他模塊使用，其中GPRS通信模塊的供電電壓 為3. 75V，其他模塊的供電電壓為3. 3V。
[0017] 3、MCU模塊板載的實(shí)時(shí)時(shí)鐘確保上傳數(shù)據(jù)附帶精確時(shí)間，芯片內(nèi)置1MB SRAM存儲(chǔ) 器和4MB Serial Flash板載存儲(chǔ)器分別用于程序運(yùn)行和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包括溫濕度監(jiān) 控終端上傳的溫濕度數(shù)據(jù)，用以防止突然斷電導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失以及遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)隨時(shí)查詢(xún)參 數(shù)。
[0018] 4、顯示及狀態(tài)指示模塊可以顯示每個(gè)溫濕度監(jiān)控終端的溫濕度值以及相應(yīng)的地 址信息，系統(tǒng)供電、GPRS模塊及ZigBee RF模塊的運(yùn)行狀態(tài)可以通過(guò)狀態(tài)指示燈直接顯示， 具體包括：系統(tǒng)供電狀態(tài)、GPRS連接狀態(tài)、TCP連接狀態(tài)、GPRS信號(hào)狀態(tài)、ZigBee通信狀態(tài)。
[0019] 5、GPRS通信模塊采用中興ME3000模塊，MCU模塊采用串口 E與中興ME3000模塊 連接，實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)交換，包括集中上發(fā)給遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)的溫濕度值以及接 收遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)的控制命令。MCU模塊通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)AT命令控制GPRS通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。
[0020] 6、GPRS模塊通過(guò)I/O接口與SM卡模塊連接，讀取SM卡的信息，并通過(guò)GPRS天 線實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)方設(shè)備的信息交互。
[0021] 7、MCU模塊采用串口 C與ZigBee RF模塊連接，MCU (微處理器）通過(guò)ZigBee RF 模塊與溫濕度監(jiān)控終端交換數(shù)據(jù)，其接收內(nèi)容為各溫濕度監(jiān)控終端上傳的溫濕度值，其下 發(fā)內(nèi)容為加熱板和除濕機(jī)啟停的控制命令。
[0022] 8、ZigBee RF模塊為數(shù)據(jù)無(wú)線通信模塊，采用基于IEEE 802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee 協(xié)議，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用Mesh架構(gòu)，ZigBee通信采用免費(fèi)的2. 4GHz信道，通過(guò)2. 4GHz的ZigBee 天線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。ZigBee RF模塊配置成協(xié)調(diào)器方式，負(fù)責(zé)組建并管理ZigBee網(wǎng)絡(luò)。
[0023] 9、MCU模塊通過(guò)每隔兩分鐘發(fā)送一個(gè)心跳包到遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)來(lái)監(jiān)測(cè)GPRS連接狀 態(tài)，若未收到遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)的確認(rèn)幀，則重新連接GPRS，確保GPRS掉線后及時(shí)連上。
[0024] 本實(shí)施例，其工作流程為：通信管理機(jī)上電后，通過(guò)電源模塊把交流電壓轉(zhuǎn)換成直 流低壓分別給GPRS模塊、ZigBee RF模塊和微處理器上電。微處理器上電后開(kāi)始多任務(wù) 同時(shí)運(yùn)行，微處理器將主站IP地址配置到GPRS模塊中，GPRS模塊上電自動(dòng)向主站申請(qǐng)連 接，待主站對(duì)連接響應(yīng)后，主站和通信管理機(jī)便建立起透明的數(shù)據(jù)連接。同時(shí)微處理器通過(guò) ZigBee RF模塊接收溫濕度監(jiān)控終端上傳的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、存儲(chǔ)和處理，5分鐘后 (時(shí)間可設(shè))將最新數(shù)據(jù)統(tǒng)一通過(guò)GPRS模塊傳送到主站，同時(shí)微處理器每隔兩分鐘通過(guò)GPRS 模塊向主站發(fā)送心跳包。
[0025] 本實(shí)用新型，所涉及的英文或縮寫(xiě)的含義為：GPRS :分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)；ZigBee : 一種低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)；UART :通用異步收發(fā)傳輸器；TCP :傳輸控制協(xié)議； IEEE :電氣和電子工程師協(xié)會(huì)；Mesh :無(wú)線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于變電站端子箱溫濕度監(jiān)控的通信管理機(jī)，其特征在于：包括MCU微處理器 模塊、SP3232芯片、電源模塊、顯示及狀態(tài)指示模塊、GPRS通信模塊、SM卡模塊和ZigBee RF模塊，MCU微處理器模塊分別與SP3232芯片、GPRS通信模塊和ZigBee RF模塊電連接， 顯示及狀態(tài)指示模塊的輸入端分別與GPRS通信模塊、ZigBee RF模塊和MCU微處理器模塊 的輸出端連接，GPRS通信模塊與SIM卡模塊電連接，電源模塊為GPRS通信模塊提供電壓為 3. 75V的電源，為其它模塊提供電壓為3. 3V的電源。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信管理機(jī)，其特征在于：所述MCU微處理器模塊選用 Rabbit公司工業(yè)級(jí)RCM6700系列單片機(jī)，該單片機(jī)擁有一個(gè)USB接口、一個(gè)以太網(wǎng)口及6個(gè) 高速UART接口，6個(gè)高速UART接口為串口 A、串口 B、串口 C、串口 D、串口 E、串口 F ;其中，串 口 A與SP3232芯片電連接提供RS-232通信接口，作為調(diào)試及程序下載口；串口 C與ZigBee RF模塊電連接；串口 E與GPRS通信模塊電連接，串口 B、串口 D、串口 F和USB接口及以太 網(wǎng)口均為空置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信管理機(jī)，其特征在于：所述ZigBee RF模塊選用型號(hào)為 digi公司的XBEE模塊，MCU微處理器通過(guò)ZigBee RF模塊及ZigBee天線與溫濕度監(jiān)控終 端交換數(shù)據(jù)，其接收內(nèi)容為各溫濕度監(jiān)控終端上傳的溫濕度值，其下發(fā)內(nèi)容為加熱板和除 濕機(jī)啟停的控制命令。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通信管理機(jī)，其特征在于：所述GPRS通信模塊采用中興 ME3000 GPRS模塊，GPRS模塊通過(guò)I/O接口與SM卡模塊連接，讀取SM卡的信息，GPRS通 信模塊通過(guò)GPRS天線再與遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)無(wú)線連接，實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)的數(shù)據(jù)交換，包括 集中上發(fā)給遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)的溫濕度值以及接收遠(yuǎn)方監(jiān)控平臺(tái)的控制命令，MCU模塊通過(guò)標(biāo) 準(zhǔn)AT命令控制GPRS通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK203909603SQ201420352913
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】黃思玉, 黃少楊, 何啟平, 蔡永華 申請(qǐng)人:廣東德煌電力設(shè)備有限公司