專利名稱：基于無線傳感器網絡的水電機組狀態(tài)在線監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于無線傳感器網絡的水電機組狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，對安裝 在水電機組各測點處的傳感器節(jié)點進行監(jiān)測，采集監(jiān)測區(qū)域的振動、擺度、溫度、壓力、流量 等信息，屬于電子信息領域。
背景技術：
傳感器由于體積或成本方面的要求，覆蓋范圍小、測量精確度較差，單個傳感器一 般只能覆蓋有限的監(jiān)測區(qū)域。若要準確、可靠地監(jiān)測物理世界必須要綜合多個傳感器的測 量值。無線傳感器網絡的產生與發(fā)展，使得將多種傳感器集成為一體，制造小型化、低成本、 多功能的傳感器節(jié)點成為可能。為了實現(xiàn)對物理世界遠程監(jiān)控，每個傳感器節(jié)點都需要具 有將其采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送給遠程監(jiān)控中心的能力。無線傳感器網絡是一種無基礎設施的網絡，綜合了傳感器、嵌入式計算、無線通 信、分布式信息處理、微電子制造和軟件編程等多項技術，是由大量無處不在的具有特定功 能的廉價微型傳感器節(jié)點通過自組織的無線通信方式而形成一個多跳的、自組織監(jiān)控網 絡，是能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務的“智能”網絡，能協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集網絡所 監(jiān)控區(qū)域內感興趣的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對這些監(jiān)測信息進行處理，獲得詳盡 準確的信息，然后傳送給用戶終端?，F(xiàn)有的水電機組狀態(tài)監(jiān)測裝置，無論是集中式還是分布式裝置，均需要將傳感器 提供的信號通過相應的有線電纜傳輸至數(shù)據(jù)處理中心，使用這種有線網絡存在以下缺陷；1.由于電纜的限制，不能實現(xiàn)發(fā)電機轉子狀態(tài)參數(shù)的接觸式監(jiān)測。2.水電機組需要監(jiān)測的參數(shù)眾多，需要在水電機組內部安裝成百上千個傳感器， 大量電纜線引出困難，不但增加了布線成本，還可能造成水電機組絕緣的損壞。3.機組內部的傳感器不可避免地會發(fā)生老化或出現(xiàn)故障，導致監(jiān)測參數(shù)的損失。4. 一般的監(jiān)測裝置設計完成后，增加或調整傳感器比較困難，傳感器配置的改變 有可能需要修改監(jiān)測軟件源程序。
發(fā)明內容本實用新型的目的是為克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種基于無線傳感器網絡的 水電機組狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，可實時、準確、全面了解水電機組的運行狀態(tài)。本實用新型采用的技術方案是無線傳感器節(jié)點設置于水電機組的測點處，分別 被配置為終端節(jié)點或路由節(jié)點并構成網絡，無線傳感器節(jié)點與網關設備之間通過無線傳 輸，網關設備與服務器連接，服務器連接公網GPRS Internet，公網GPRS Internet分別連接 主控中心的多個監(jiān)控計算機；每個所述無線傳感器節(jié)點由電源模塊、采集模塊、數(shù)據(jù)處理模 塊和通信模塊構成，電源模塊分別連接采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和通信模塊，數(shù)據(jù)處理模塊 和通信模塊互連，采集模塊的輸出連接數(shù)據(jù)處理模塊的輸入。本實用新型的有益效果是[0012]1、采用無線傳感器網絡技術對水電機組實施遠程、非接觸式、網絡化和實時在線 監(jiān)測，保障水電機組安全運行，工作人員可通過上網查詢，實時了解到水電機組的運行狀 況，這種監(jiān)測方式準確、實時、方便且實用性強。由于傳感器節(jié)點數(shù)量大，分布密度高，因此 傳感器網絡具有數(shù)據(jù)采集量大，精度高的特點。傳感器節(jié)點還具有計算能力、存儲能力和無 線通信能力。2、節(jié)點之間能夠自組織形成網絡，傳感器節(jié)點將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給自己的本簇節(jié) 點，由本簇節(jié)點進行數(shù)據(jù)處理后再發(fā)送給上一級簇頭節(jié)點，對采集來的數(shù)據(jù)進行處理，得出 所測參數(shù)的大小，并通過Sink (無線網關)節(jié)點送到監(jiān)控計算機，并接入Internet (因特 網)，水電機組監(jiān)控中心可以通過Internet訪問數(shù)據(jù)，還可以向無線傳感器網絡發(fā)布命令， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸，監(jiān)控中心配置監(jiān)控計算機并運行遠程監(jiān)控軟件為管理員提供對現(xiàn)場 水電機組的監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢和操作，實現(xiàn)在線監(jiān)測與控制。3、無線傳感器網絡允許節(jié)點有一定的故障率，網絡拓撲結構具有動態(tài)性且具有容 錯能力，一旦有傳感器失效，可通過協(xié)議來適應網絡拓撲結構的動態(tài)變化，網絡也將自動重 新組網，可以在節(jié)點間進行協(xié)同監(jiān)控，能夠保證監(jiān)測系統(tǒng)不間斷工作。
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。

圖1是本實用新型的無線傳感器節(jié)點原理圖。圖2是本實用新型的組網架構圖。圖3是圖1中電源模塊15電路原理圖。圖4是圖1中采集模塊14電路原理圖，圖4(a)是溫度采集單元，圖4(b)是電壓 采集單元，圖4(c)是電流采集單元。
具體實施方式
如圖1，本實用新型的采集數(shù)據(jù)的無線傳感器節(jié)點均安裝在監(jiān)測區(qū)域內水電機組 的振動、擺度、溫度、壓力、流量等信息采集點處。每個無線傳感器節(jié)點由電源模塊15、采集 模塊14、數(shù)據(jù)處理模塊13和通信模塊12構成，電源模塊15分別連接采集模塊14、數(shù)據(jù)處 理模塊13和通信模塊12，為各模塊提供電源。數(shù)據(jù)處理模塊13和通信模塊12互連，采集 模塊14的輸出連接數(shù)據(jù)處理模塊13的輸入。其中，采集模塊14包括振動、擺度、溫度、壓 力、流量等無線傳感器。數(shù)據(jù)處理模塊13中的芯片集成一個32位處理器，采用高度集成 2. 4GHz射頻電路和MAC協(xié)議的CPU，兼容2. 4GHz IEEE802. 15. 4收發(fā)器，內置的ROM存儲集 成了點對點通信和網狀網絡通信的完整協(xié)議，內置的RAM存儲可支持網絡路由和控制器功 能，內置的硬件MAC地址和高度安全的AES加密算法加速器減小功耗和處理器的負載，儲存 程序的E2PR0M。通信模塊12為Sink (無線網關)節(jié)點通信模塊，是GPRS發(fā)送模塊。上述節(jié)點裝置的各數(shù)據(jù)采集節(jié)點按無線傳感器網絡構建，不需要從檢測點鋪設通 信電纜至數(shù)據(jù)處理中心，網絡具有容錯能力，允許無線傳感器網絡節(jié)點有一定的故障率，一 旦有傳感器失效，網絡將自動重新組網，能夠保證監(jiān)測裝置不間斷工作。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集節(jié)點之間，主要通過多跳式路由通信方式傳輸和轉發(fā)控制命令以及 各采集節(jié)點的參數(shù)信息及節(jié)點位置信息，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集節(jié)點具有自動獲得最佳路由的算法和路由表的動態(tài)建立?？梢酝ㄟ^第三方網關設備無縫介入公網，實現(xiàn)控制中心和現(xiàn)場節(jié)點 的遠程通信。如圖2所示，現(xiàn)場的無線傳感器節(jié)點1 8分別被配置為一定數(shù)目的終端節(jié)點或 路由節(jié)點，并構成網絡，將各無線傳感器節(jié)點1 8安裝在水電機組的測點處，各無線傳感 器節(jié)點1 8搜集監(jiān)測區(qū)域的振動、擺度、溫度、壓力、流量等信息，終端節(jié)點主要負責數(shù)據(jù) 的采集，路由節(jié)點負責數(shù)據(jù)的中轉和傳輸，無線傳感器節(jié)點1 8與網關設備9之間通過 無線傳輸，將所有無線傳感器節(jié)點1 8采集的數(shù)據(jù)匯總傳輸?shù)骄W關設備9，然后通過網 關設備9將數(shù)據(jù)上傳至與其連接的服務器10，最后無縫接入與服務器10連接的公網GPRS InternetlO，公網GPRS Internet 10分別連接主控中心的多個監(jiān)控計算機16。各終端節(jié)點 可以自動根據(jù)網絡情況進行調整，并獲得最佳的路由傳輸路徑，確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸。服務 器10將獲取的數(shù)據(jù)通過GPRS方式發(fā)送到主控中心的各監(jiān)控計算機16，由主控中心進行統(tǒng) 一的數(shù)據(jù)處理和管理調度等工作。參照圖3，本裝置采用電池供電，通過電源BTI的ps7s533芯片進行穩(wěn)壓，并在電池 接入端并聯(lián)一個二極管D5防止電池反接燒毀電路。參照圖4，采集模塊14由溫度采集單 元、電壓采集單元和電流采集單元組成，圖4 (a) ,4(b) ,4(c)分別為溫度、電壓、電流采集單 元電路。圖4(a)的溫度采集主要采用熱敏電阻RT11，熱敏電阻RTll連接濾波電路，通過由 電阻R12和電容Cll組成的濾波電路將采集的模擬量通過ADC3 口轉換為數(shù)字量，進行后續(xù) 溫度和電壓的轉換關系，即溫度標定。如圖4(b)，電壓采集單元包括電流傳感器U6,電流傳感器U6分別連接接插件J5 和接插件J7，通過接插件J5將輸入信號接入電流傳感器U6,由接插件J7連接并提供電源， 通過電流傳感器U6的5腳將輸出的信號送至與其連接的處理模塊的ADCl進行標定。如圖4 (c)，電流采集單元包括電壓傳感器U7，電壓傳感器U7與運算放大器U9相 連接，電壓傳感器U7連接接插件J55和接插件J77，接插件J55通過J5接入采集信號，通過 接插件J77連接供電部分，由于采集的電壓超過了 U7所能處理的范圍，通過U9將采集端的 電壓降低，電壓傳感器U7的采集電壓通過串聯(lián)分壓之后送入運算放大器U9，與基準電壓相 減后輸出的電壓在運算放大器U9能處理的范圍內，然后將采集的模擬信號送到運算放大 器U9的AD 口進行AD轉換，然后進行標定。
權利要求一種基于無線傳感器網絡的水電機組狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，無線傳感器節(jié)點(1～8)設置于水電機組的測點處，分別被配置為終端節(jié)點或路由節(jié)點并構成網絡，其特征是；無線傳感器節(jié)點(1～8)與網關設備(9)之間通過無線傳輸，網關設備(9)與服務器(10)連接，服務器(10)連接公網GPRS Internet(10)，公網GPRS Internet(10)分別連接主控中心的多個監(jiān)控計算機(16)；每個所述無線傳感器節(jié)點(1～8)由電源模塊(15)、采集模塊(14)、數(shù)據(jù)處理模塊(13)和通信模塊(12)構成，電源模塊(15)分別連接采集模塊(14)、數(shù)據(jù)處理模塊(13)和通信模塊(12)，數(shù)據(jù)處理模塊(13)和通信模塊(12)互連，采集模塊(14)的輸出連接數(shù)據(jù)處理模塊(13)的輸入。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的水電機組狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征 是；采集模塊(14)由溫度采集單元、電壓采集單元和電流采集單元組成，溫度采集單元包 括熱敏電阻(RTll)連接電阻(R12)和電容(Cll)組成的濾波電路；電壓采集單元包括電流 傳感器(U6)分別連接第一接插件(J5)和第二接插件(J7)，第一接插件(J5)連接輸入信 號，第二接插件(J7)連接電源；電流采集單元包括電壓傳感器(U7)與運算放大器(U9)相 連接，電壓傳感器(U7)連接第三接插件(J55)和第四接插件(J77)，第三接插件(J55)連接 采集信號，第四接插件(J77)連接電源。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于無線傳感器網絡的水電機組狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征 是；數(shù)據(jù)處理模塊(13)中的芯片集成一個32位處理器，具有2. 4GHz射頻電路和MAC協(xié)議 的CPU、兼容2. 4GHz IEEE802. 15. 4收發(fā)器、內置的ROM存儲集成了點對點通信和網狀網絡 通信的完整協(xié)議、內置的RAM存儲可支持網絡路由、內置的硬件MAC地址、AES加密算法加 速器以及儲存程序的E2PR0M ；通信模塊(12)為GPRS發(fā)送模塊。
專利摘要本實用新型公開了一種基于無線傳感器網絡的水電機組狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，無線傳感器節(jié)點設置于水電機組的測點處，分別被配置為終端節(jié)點或路由節(jié)點并構成網絡，無線傳感器節(jié)點與網關設備之間通過無線傳輸，網關設備與服務器連接，服務器連接公網GPRSInternet，公網GPRS Internet分別連接主控中心的多個監(jiān)控計算機；每個所述無線傳感器節(jié)點由電源模塊、采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和通信模塊構成，電源模塊分別連接采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和通信模塊，數(shù)據(jù)處理模塊和通信模塊互連，采集模塊的輸出連接數(shù)據(jù)處理模塊的輸入。本實用新型為遠程、非接觸式、網絡化和實時在線監(jiān)測，節(jié)點之間能夠自組織形成網絡，數(shù)據(jù)采集量大且精度高。
文檔編號H04W84/18GK201716571SQ20102002235
公開日2011年1月19日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權日2010年1月21日
發(fā)明者吳迪, 張偉, 張學武, 江冰, 章盼, 胡鋼 申請人:河海大學常州校區(qū)