專利名稱：一種無線多點(diǎn)均衡的低功耗電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，尤其涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無線多點(diǎn)均衡的低功耗電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國高壓電網(wǎng)設(shè)備的安全問題隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長而日漸突出，電力設(shè)備安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)成為了解決問題的關(guān)鍵。目前為保障電力設(shè)備安全運(yùn)行而采取的監(jiān)測(cè)方法主要有三種方式光纖監(jiān)測(cè)、紅外監(jiān)測(cè)、無線監(jiān)測(cè)。光纖監(jiān)測(cè)成本高，特別是在設(shè)備量眾多的35KV以下場(chǎng)合，不能普及應(yīng)用。紅外監(jiān)測(cè)無法在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，且不能測(cè)量非可視點(diǎn)的參數(shù)。因此目前電力設(shè)備安全監(jiān)測(cè)多采用電力無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這種監(jiān)測(cè)方法具有實(shí)施方便，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，簡單操作等優(yōu)點(diǎn)。已知的電力無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由多個(gè)監(jiān)測(cè)終端和至少一個(gè)集中器組成。在每一個(gè)監(jiān)測(cè)終端上僅連接一個(gè)傳感器，因此每個(gè)監(jiān)測(cè)終端每次只能采集到一個(gè)數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)終端將采集數(shù)據(jù)即時(shí)地上傳至集中器，集中器將接收的大量數(shù)據(jù)直接上傳至管理機(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。在現(xiàn)有方式的實(shí)施過程中，若傳感器單元損壞失效會(huì)導(dǎo)致整個(gè)監(jiān)測(cè)終端無法監(jiān)測(cè)，進(jìn)而出現(xiàn)采集區(qū)域的“盲點(diǎn)”，尤其在高處危險(xiǎn)或人不容易接觸到的位置，人為更換監(jiān)測(cè)終端麻煩且不易實(shí)施。此外，大量數(shù)據(jù)未經(jīng)“篩選”就直接經(jīng)集中器傳送給管理機(jī)，會(huì)容易造成數(shù)據(jù)冗余。同時(shí)終端設(shè)備處于實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)狀態(tài)會(huì)帶來不必要的能源浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的問題和不足之處，提出了一種無線多點(diǎn)均衡的低功耗電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括無線監(jiān)測(cè)終端、集中控制設(shè)備和配套的上層管理系統(tǒng)。本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于1)每個(gè)無線監(jiān)測(cè)終端連接至少兩個(gè)以上的傳感器單元。無線監(jiān)測(cè)終端將多個(gè)傳感器單元采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡對(duì)比，并將均衡值上傳至集中控制器。這樣當(dāng)其中一個(gè)傳感器單元失靈時(shí)其他傳感器單元仍可進(jìn)行正常工作，避免了由于傳感器單元損壞所帶來的更換終端設(shè)備的不便。2、無線監(jiān)測(cè)終端采用特殊調(diào)用機(jī)制，大部分時(shí)間處于低功耗待機(jī)狀態(tài)，僅在收到遠(yuǎn)程命令時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成工作狀態(tài)?；迷跓o線監(jiān)測(cè)終端將均衡數(shù)據(jù)無線發(fā)送給集中控制設(shè)備后，集中控制設(shè)備會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)按預(yù)設(shè)條件進(jìn)行選擇性的發(fā)送。減少了系統(tǒng)中的冗余數(shù)據(jù)，提高了安全監(jiān)測(cè)效率，且解決了無線監(jiān)測(cè)的低功耗問題。本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下一種無線多點(diǎn)均衡的低功耗電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括無線監(jiān)測(cè)終端、集中控制設(shè)備和上層管理軟件。所述無線測(cè)溫終端至少連接兩個(gè)傳感器單元，可以監(jiān)測(cè)電力設(shè)備上任意位置的溫濕度數(shù)據(jù)。無線監(jiān)測(cè)終端在安裝后自動(dòng)注冊(cè)入網(wǎng)，并按照一定規(guī)則與集中控制設(shè)備組成如圖1所示的無線星狀網(wǎng)絡(luò)，保持一個(gè)收斂的狀態(tài)。無線監(jiān)測(cè)終端采用特殊調(diào)用機(jī)制，僅在接收到遠(yuǎn)程命令后，自動(dòng)從低功耗待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換成工作狀態(tài)，且按照指定任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
所述集中控制設(shè)備是一種具有數(shù)據(jù)顯示功能、數(shù)據(jù)處理功能、通信功能于一體的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。該設(shè)備能夠智能地將多個(gè)監(jiān)測(cè)終端上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇性發(fā)送，將超出閾值(預(yù)先設(shè)定)的數(shù)據(jù)及發(fā)送該數(shù)據(jù)的終端地址在本地顯示，并發(fā)送至上層管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一分析與管理。所述無線監(jiān)測(cè)終端結(jié)構(gòu)原理如圖2所示，該設(shè)備包括微處理器單元，無線數(shù)據(jù)收發(fā)單元、多個(gè)傳感器單元、電源。傳感器單元，用于采集電力設(shè)備任意位置的溫濕度數(shù)據(jù)；微處理器單元，用于完成終端設(shè)備上的數(shù)據(jù)處理和邏輯運(yùn)算；無線數(shù)據(jù)收發(fā)單元，用于接收和發(fā)送射頻信號(hào)；電源，為各單元供電。所述微處理器單元采用MSP430F2132。所述無線數(shù)據(jù)收發(fā)單元采用CC2520芯片。 所述傳感器單元采用濕度傳感器和集成溫度傳感器TM112或熱電阻溫度傳感器PT1000。所述集中控制設(shè)備結(jié)構(gòu)原理如圖3所示，該設(shè)備主要包括微處理器單元、無線數(shù)據(jù)收發(fā)單元、電源、外部接口單元、IXD顯示屏。微處理器單元，用于完成監(jiān)測(cè)終端上的數(shù)據(jù)處理和邏輯運(yùn)算；無線數(shù)據(jù)收發(fā)單元，用于接收和發(fā)送射頻信號(hào)；存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)及相應(yīng)監(jiān)測(cè)終端設(shè)備的信息和狀態(tài)參數(shù)；外部接口單元，提供RS485、IC等外部設(shè)備接口，為數(shù)據(jù)輸入輸出提供條件；IXD顯示屏，顯示監(jiān)測(cè)終端溫濕度和對(duì)應(yīng)終端的地址，顯示電池用量、顯示網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)強(qiáng)弱、顯示時(shí)間；電源，為各單元提供電量。所述微處理器單元采用MSP430F5418。所述無線數(shù)據(jù)收發(fā)單元采用CC2520+CC2590 芯片。所述存儲(chǔ)單元采用EERP0M，是可擦寫的存儲(chǔ)器。本發(fā)明的軟件設(shè)計(jì)流程為無線監(jiān)測(cè)終端收到遠(yuǎn)程命令后，主動(dòng)向集中控制設(shè)備發(fā)送廣播入網(wǎng)協(xié)議，協(xié)議中有無線監(jiān)測(cè)終端唯一的3字節(jié)MAC標(biāo)識(shí)符，請(qǐng)求注冊(cè)入網(wǎng)。接收到集中控制設(shè)備的入網(wǎng)應(yīng)答后，根據(jù)應(yīng)答內(nèi)容配置相關(guān)參數(shù)。啟動(dòng)定時(shí)器，根據(jù)配置參數(shù)定時(shí)采集溫濕度，上傳數(shù)據(jù)，定時(shí)入網(wǎng)等操作。(若無線監(jiān)測(cè)終端發(fā)送N次入網(wǎng)請(qǐng)求無應(yīng)答，則進(jìn)入最低功耗關(guān)機(jī)狀態(tài)。)無線監(jiān)測(cè)終端進(jìn)入工作狀態(tài)后，終端設(shè)備上的多個(gè)傳感器單元開始采集數(shù)據(jù)，無線監(jiān)測(cè)終端的微處理器單元將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡對(duì)比，并將對(duì)比后的均衡值發(fā)送給集中控制設(shè)備。集中控制設(shè)備再將接收的數(shù)據(jù)與閾值比對(duì)，超出閾值范圍的數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)設(shè)備的地址一并上傳至管理系統(tǒng)。本發(fā)明的有益效果是1)本發(fā)明中的每個(gè)無線監(jiān)測(cè)終端上連接多個(gè)傳感器單元， 且采用多點(diǎn)均衡監(jiān)測(cè)方式；幻本發(fā)明中的無線監(jiān)測(cè)終端采用特殊調(diào)用機(jī)制，僅在收到遠(yuǎn)程命令后自動(dòng)轉(zhuǎn)換為工作狀態(tài)，其他情況下為低功耗待機(jī)狀態(tài)；幻本發(fā)明中的集中控制設(shè)備能夠智能地進(jìn)行選擇性數(shù)據(jù)發(fā)送，在將超出閾值(預(yù)先設(shè)定)范圍的數(shù)據(jù)及相應(yīng)設(shè)備地址在本地顯示的同時(shí)，發(fā)送至上層管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一分析與管理。本發(fā)明避免了由于單個(gè)傳感器的損壞造成采集“盲點(diǎn)”的現(xiàn)象，減少了系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)冗余，提高了監(jiān)測(cè)精度與監(jiān)測(cè)效率，解決了無線監(jiān)測(cè)過程中的低功耗問題。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)說明。圖1為本發(fā)明提供的無線組網(wǎng)2為本發(fā)明提供的監(jiān)測(cè)終端結(jié)構(gòu)原理示意3為本發(fā)明提供的集中控制設(shè)備結(jié)構(gòu)原理示意4為本發(fā)明提供的系統(tǒng)流程5本發(fā)明提供的無線監(jiān)測(cè)終端工作啟動(dòng)過程示意6為本發(fā)明提供的無線監(jiān)測(cè)終端運(yùn)行狀態(tài)流程7為本發(fā)明提供的接收數(shù)據(jù)幀處理示意8為本發(fā)明提供的發(fā)送數(shù)據(jù)幀處理示意圖
具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步明確本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)，以下結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的無線多點(diǎn)均衡的低功耗電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)做進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例圖1為本發(fā)明提供的無線組網(wǎng)星狀圖。如圖1所示，無線監(jiān)測(cè)終端以自動(dòng)組網(wǎng)的方式組成收斂的星狀網(wǎng)絡(luò)。其中無線監(jiān)測(cè)終端主動(dòng)發(fā)送注冊(cè)入網(wǎng)信息，若經(jīng)過N次后仍沒有接收到來自集中控制設(shè)備的應(yīng)答，即進(jìn)入最低功耗關(guān)機(jī)狀態(tài)。無線監(jiān)測(cè)終端與集中控制設(shè)備之間進(jìn)行2. 4GHz短距離無線傳輸。圖2為本發(fā)明提供的無線監(jiān)測(cè)終端結(jié)構(gòu)原理示意圖。如圖2所示，無線監(jiān)測(cè)終端主要由微處理器單元(1)、無線收發(fā)單元( 和傳感器單元C3)幾部分組成。其中微處理器單元(1)與無線收發(fā)單元( 之間進(jìn)行雙向通訊。圖中傳感器單元(1)包括溫度傳感器和濕度傳感器。溫度傳感器采用TMP112或PT1000兩種溫度傳感器任選其一。能夠隨意安裝在電力設(shè)備的任意連接位置，直接測(cè)量表面溫度，或深入到鏈接點(diǎn)處測(cè)溫。圖3為本發(fā)明提供的集中控制設(shè)備結(jié)構(gòu)原理示意圖。如圖3所示，集中控制設(shè)備由微處理器單元(5)、無線收發(fā)單元(6)、存儲(chǔ)單元(7)、外部接口單元(8)、LCD顯示屏(9)、電源(10)幾部分組成。其中微處理器單元(5)與無線收發(fā)單元(6)之間進(jìn)行雙向通訊。外部接口單元(8)包括RS485接口和IC接口，集中控制設(shè)備采用2種方式進(jìn)行組網(wǎng)，一種為 485連接方式組網(wǎng)，一種通過IC接口進(jìn)行無線組網(wǎng)。圖4為本發(fā)明提供的系統(tǒng)流程圖。如圖所示，管理系統(tǒng)向外發(fā)出遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)命令，無線監(jiān)測(cè)終端接到命令后進(jìn)行初始化，成功初始化后開始發(fā)送注冊(cè)入網(wǎng)信息。若注冊(cè)入網(wǎng)多次失敗則自動(dòng)進(jìn)入最低功耗待機(jī)狀態(tài)。若收到集中控制設(shè)備的應(yīng)答協(xié)議，注冊(cè)成功則開始配置參數(shù)且進(jìn)入工作狀態(tài)。進(jìn)入工作狀態(tài)后，無線監(jiān)測(cè)終端按所接收的任務(wù)啟動(dòng)溫濕度監(jiān)測(cè)入網(wǎng)任務(wù)，連接在無線監(jiān)測(cè)終端的多個(gè)傳感器單元開始采集數(shù)據(jù)。無線監(jiān)測(cè)終端對(duì)收集到的數(shù)據(jù)做出均衡判斷，并將得出的均衡數(shù)值上傳至集中控制設(shè)備。上傳數(shù)據(jù)由集中控制設(shè)備判斷是否超過預(yù)先設(shè)定的閾值范圍，如果超過則發(fā)送至管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分析和處理。圖5為本發(fā)明提供的無線監(jiān)測(cè)終端工作啟動(dòng)過程示意圖。如圖5所示，無線監(jiān)測(cè)終端接收到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)命令后，進(jìn)入自檢狀態(tài)，若自檢出問題，則進(jìn)入最低功耗狀態(tài)。若自檢沒有問題，則配置參數(shù)，按所接收的命令啟動(dòng)固定心跳和溫度變化監(jiān)測(cè)入網(wǎng)任務(wù)。圖6為本發(fā)明提供的無線監(jiān)測(cè)終端運(yùn)行狀態(tài)流程圖。如圖6所示，無線監(jiān)測(cè)終端絕大部分時(shí)間都處于休眠狀態(tài)，當(dāng)設(shè)有定時(shí)任務(wù)時(shí)，監(jiān)測(cè)終端將按照預(yù)設(shè)周期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采集周期到，監(jiān)測(cè)終端會(huì)喚醒，各傳感器單元采集一次數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)之間進(jìn)行對(duì)比，均衡值發(fā)送至集中控制設(shè)備。心跳周期到，監(jiān)測(cè)終端喚醒并采集數(shù)據(jù)，并將均衡數(shù)據(jù)發(fā)送給集中控制設(shè)備，用于網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)連接。無應(yīng)答則按照一定預(yù)設(shè)值進(jìn)行發(fā)送，在超過應(yīng)答次數(shù)閾值仍無應(yīng)答的情況下，無線監(jiān)測(cè)終端進(jìn)入最低功耗狀態(tài)。圖7、圖8為本發(fā)明提供的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)幀處理示意圖。如圖所示，數(shù)據(jù)接收將統(tǒng)一在無線收發(fā)單元中進(jìn)行，若程序被喚醒，則會(huì)檢查任務(wù)棧，若任務(wù)空閑，則會(huì)關(guān)閉無線收發(fā)單元，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，是否有任務(wù)成為是否待機(jī)的條件。在執(zhí)行時(shí)，一旦發(fā)生錯(cuò)誤，累積超過打開次數(shù)閾值，就會(huì)進(jìn)入最低功耗狀態(tài)，直至掉電復(fù)位。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低功耗電力無線多點(diǎn)均衡監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括無線監(jiān)測(cè)終端、顯示控制設(shè)備和上層管理軟件。其特征在于，該系統(tǒng)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)均衡監(jiān)控， 同時(shí)通過休眠喚醒機(jī)制實(shí)現(xiàn)低功耗?？梢詫?duì)無線監(jiān)測(cè)終端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，無線監(jiān)測(cè)終端采用休眠喚醒機(jī)制，無線監(jiān)測(cè)終端大部分時(shí)間處于最低功耗狀態(tài)，收到遠(yuǎn)程命令后，進(jìn)行多點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡對(duì)比后，按預(yù)設(shè)條件進(jìn)行選擇性的數(shù)據(jù)發(fā)送，這樣解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的低功耗問題，最大限度的節(jié)省能源，從而提高監(jiān)控效率。無線監(jiān)測(cè)終端絕大部分時(shí)間都是在休眠狀態(tài)，當(dāng)設(shè)有定時(shí)任務(wù)時(shí)，監(jiān)測(cè)終端將按照預(yù)設(shè)周期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采集周期到，監(jiān)測(cè)終端會(huì)喚醒并采集一次數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)將和上次歷史值進(jìn)行對(duì)比，絕對(duì)值大于預(yù)設(shè)比較值，則發(fā)送一次數(shù)據(jù)。心跳周期到，監(jiān)測(cè)終端喚醒并采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示控制設(shè)備，用于網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)連接。無應(yīng)答則按照一定閾值進(jìn)行發(fā)送，超過閾值無應(yīng)答則進(jìn)入最低功耗關(guān)機(jī)狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線監(jiān)測(cè)終端，其特征在于，該設(shè)備大部分時(shí)間處于最低功耗狀態(tài)，在接收到來自顯示控制設(shè)備的應(yīng)答時(shí)，采集并上傳數(shù)據(jù)至顯示控制設(shè)備。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線監(jiān)測(cè)終端，其特征在于，該設(shè)備能夠同時(shí)采集溫度、濕度等參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線監(jiān)測(cè)終端，其特征在于，溫度傳感器采用TMP112或 PTlOOO兩種溫度傳感器任選其一。能夠隨意安裝在電力設(shè)備的任意連接位置，直接測(cè)量表面溫度，或深入到鏈接點(diǎn)處測(cè)溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，公開了一種無線多點(diǎn)均衡的低功耗電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括無線監(jiān)測(cè)終端、集中控制設(shè)備和上層管理軟件。創(chuàng)新點(diǎn)在于1)每個(gè)無線監(jiān)測(cè)終端連接兩個(gè)以上傳感器單元。無線監(jiān)測(cè)終端將多個(gè)傳感器單元采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行均衡對(duì)比后，將均衡值上傳至集中控制設(shè)備。避免了由于傳感器單元損壞所帶來的更換終端設(shè)備的不便。2)無線監(jiān)測(cè)終端采用特殊調(diào)用機(jī)制，大部分時(shí)間處于低功耗待機(jī)狀態(tài)，僅在收到監(jiān)測(cè)命令后自動(dòng)轉(zhuǎn)換成工作狀態(tài)。3)集中控制設(shè)備會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)按預(yù)設(shè)條件進(jìn)行選擇性的發(fā)送。本發(fā)明減少了系統(tǒng)中的冗余數(shù)據(jù)，提高了安全監(jiān)測(cè)效率，且解決了無線監(jiān)測(cè)的低功耗問題。
文檔編號(hào)H04W84/18GK102340173SQ20101023222
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月21日
發(fā)明者何麗莉, 姜宇, 曹英暉, 胡成全, 陳瑩 申請(qǐng)人:吉林市曼博科技有限公司