專利名稱：一種智能電網無線傳感器系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及傳感器，尤其涉及一種智能電網無線傳感器系統。屬于電子領域。
背景技術：
智能電網技術未來將取得飛速發展，其中數字傳感器是關鍵性的部件之一，通過在輸電線路上部署傳感器實現整體實時監控、受損害目標識別以及損傷區域定位等功能，才能提升對輸電設備的全方位管理。智能電網建設需要高度集成的大量線路數據傳感器。只有感知線路的電壓、電流和溫度等基本信息，電網才有可能進行智能控制。只有解決了用量較大的傳感器問題，才能保證整個智能電網建設的成功。目前這些傳感器未能實現集成化，體積大，生產調試校準工作量大，成本高。另外，幾乎都是單參數檢測，無法實現智能化、高精度、復合多參數、集中小型化和長壽命。
實用新型內容本實用新型克服現有技術的不足之處，提供一種智能電網無線傳感器系統，由無線傳感器節點(I)和數據采集器節點(2)組成。二者能夠通過射頻進行通信。無線傳感器節點(I)包括數據采集模塊(5)、微處理器模塊(6)、射頻模塊(7)、GPS模塊(8)和感應取電模塊(9);無線傳感器節點(I)采用開合互感型電壓電流傳感元件。無線傳感器節點(I)采用感應取電模塊(9)給整個無線傳感器節點(I)供電。無線傳感器節點(I)采用三維角度傳感器，通過X軸、Y軸和Z軸方向角度的變化換算出檢測線路舞動、風偏、覆冰和傾斜參數。數據采集器節點(2)包括射頻模塊(10)、微處理器(11)、GPRS模塊
(12)和電源模塊(13)。數據采集器節點(2)帶有兩個無線模塊，并且工作于不同頻段。數據采集模塊(5)是多路A/D轉換電路，能夠同時接收7路模擬信號，并處理成數字信號；微處理器模塊(6)和(11)采用具有休眠模式的低功耗16位微處理器。分別實現兩個傳感器節點的數據運算、編解碼和發送接收工作；射頻模塊(7)和(10)是一對同頻雙向收發模塊，實現兩個傳感器節點的無線數據傳輸；GPS模塊(8)提供時間基準；感應取電模塊(9)從電力導線上直接獲取電能為無線傳感器節點(I)提供電源；GPRS模塊(12)把數據采集器節點(2)處理后的電網監測參數通過GSM網絡發送給監控中心(4)。本實用新型的工作過程是無線傳感器節點(I)采集電網輸配電線路實時電壓、電流、溫度和三維角度參數，由微處理器模塊(6)處理后發送至數據采集器節點(2)，數據采集器節點(2)將接收到的數據中繼放大，通過GSM網絡(3)傳輸到控制中心(4)，由控制中心(4)解碼處理并運算后輸出線路的實時電壓、電流、溫度、風偏、舞動、覆冰和傾斜數據，實現對電網輸配電線路的實時監控。進一步地，本實用新型的特點之一是無線傳感器節點(I)采用感應取電技術，能實現線路傳感器的長久穩定運行。除了上面所描述的目的、特點和優點外，本實用新型還有其他的特征和優點。下面參照附圖作進一步詳細的說明。
附圖用來提供對本實用新型的進ー步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。圖I為本實用新型的系統圖。其中無線傳感器節點⑴；數據采集器節點⑵；GSM網絡(3);控制中心(4)。圖2為傳感器系統的內部結構圖。其中無線傳感器節點(I);數據采集模塊(5)；微處理器模塊(6);射頻模塊(7) ;GPS模塊⑶；感應取電模塊(9)。數據采集器節點⑵；射頻模塊(10);微處理器(11) ;GPRS模(12)塊；電源模塊(13)。
具體實施方式
以下結合附圖，對優選實施例做詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性 的。圖2示出了本實用新型是由無線傳感器節點⑴和數據采集器節點⑵組成；在本實施例中，無線傳感器節點(I)帶有7路參數傳感元件，分別采集電網輸配電線路的實時電壓、電流、溫度和三維角度參數。輸配電線路電壓電流數據傳感元件由于輸電線路電壓電流變化范圍大，要求傳感器有足夠大的動態范圍，同時由輸電線電壓電流包含的頻譜很寬，還要求傳感器具有較寬的頻帶(幾Hz到幾十MHz)、良好的瞬態響應和線性度，因此本實施例采用開合互感型電壓電流傳感元件。輸配電線路溫度傳感元件由于輸電線路在實際應用時所處的地區環境溫差很大，同時溫度變化差異也很大，對所選溫度傳感器的要求就比較高。本實施例選用PT100來檢測溫度參數。輸配電線路舞動、風偏、覆冰和傾斜參數的監測由于本傳感器系統的無線傳感器節點(I)采用固定懸掛在導線的的安裝方式，傳感器的三維角度會隨著導線的運動狀態發生相應的變化，因此該傳感器系統采用角度傳感器來測量導線的三維角度，同時數據中心根據發來的X軸、Y軸和Z軸方向角度的變化來判定導線所處的狀態，并換算出上面線路舞動、風偏、覆冰和傾斜四個參數。進ー步地，上述開合互感型電壓電流傳感元件、PT100和三維角度傳感元件統ー集成安裝在在無線傳感器節點(I)當中，除了 PT100的金屬感溫部分露出接觸被測導線感應溫度外，其余元件都密封在無線傳感器節點(I)內部，實現防潮和位置固定。無線傳感器節點(I)可以在戶外場合下實用，不需要對傳感器進行防護和專門的調校。感應取電模塊(9)采用自主研發的高壓感應取電設計方案。由特殊設計的開ロ高導磁環固定在高壓導線上，感應線圈固定纏繞在開ロ高導磁環上。線圈在高壓導線周圍的交變中感應出交變電流，輸出電壓至限幅穩壓電路并輸出一定幅度的電壓；AD/DC整流電路把限幅限壓后的電壓轉換成直流電，它可以把直流電存儲至儲能元件以做備用，也可直接把電能輸送至后續電源模塊。微處理器模塊(6)采用TI公司的MSP403F149低功耗單片機，它包含代碼存儲器、數據存儲器、運算控制、外圍模塊等。它把AD/DA功能集成在芯片內部，因此不需外接AD/DA轉換器，便可以直接把采集的模擬信號進行數字化處理。MSP403F149單片機專為用于低功耗的場合實用，其主要是因為其具有不同種的工作模式。MSP403F149單片機采用了低功耗的能量策略，根據其特殊設計專有的控制方案。當微處理處于低能耗的睡眠模式時，感應取電模塊為儲能原件存儲電能，當微處理器處于參數檢測的時刻時，儲能元件為后續電路提供電能。由于無線傳感器節點(I)大部分時間處于睡眠狀態，因此儲能元件里的電能不會出現枯竭的可能。射頻模塊(7)和(10)選用GVIM公司的N608射頻模塊，它具有超低功耗偵聽電流7uA，休眠電流60nA ;組網深度8級中繼(9跳)；功率可調；有12X262bytes數據緩沖區；支持跳頻、固定頻率兩種工作模式；支持SmartNode協議傳輸、數據透明傳輸；網絡結構支持點對點、點對多點、多級中繼；支持接口有I路UART串口、2路I/O 口、或4路I/O 口或4路10位A/D轉換；可擴展接口有1 -485、1 -232、^8、0 卡。GPS模塊⑶采用用韓國產一體化SIRF2e/LP芯片組的模塊，該芯片采用TTL電平數據輸出，性能優秀。另外該芯片的成本低。
·[0023]GPRS模塊(12)選用MC55模塊，由MC55模塊內置的TCP/I P協議枝，由AT指令控制使應用程序很容易接入網絡。這一方案的優點在于它不需應用程序，這樣最小化地減小將網絡連接成一個新的或已經存在的應用程序所需的成本和時間，實現數據的無線撥號GPRS連接。電源模塊(13)采用太陽能+蓄電池的工作模式。平時由太陽能供電，陰雨天時由蓄電池輸出電能給數據采集器節點(2)供電。下面結合本實施例說明本實用新型的工作方式是無線傳感器節點⑴通過內部集成的開合式電壓電流檢測元件、PT100和三維角度傳感元件，采集電力線路上的實時電壓、電流、溫度、三維角度參數，并將采集到的參數數據通過MSP403F149處理后發送至射頻模塊(7)。
射頻模塊(7)將上述數據流通過無線發送到數百米外的數據采集器節點
(2)。數據采集器節點(2)接收無線傳感器節點(I)發出的參數數據，并通過GSM網絡(3)把輸配電線路狀態參數數據送至控制中心(4)。控制中心(4)解碼處理后實現對電網輸配電線路的實時監控。數據中心根據發來的X軸、Y軸和Z軸方向角度的變化來判定導線所處的狀態，并換算出線路的線路風偏、線路舞動、線路覆冰和傾斜參數。實現了無線采集輸配網線路的實時運行參數的目的。通過上面的描述可以看出，本實用新型公開的一種智能電網傳感器系統，具有壽命長達五年以上，免維護，工作穩定可靠的優點。廣泛用于未來智能電網的前端數據采集場
口 o本實施例構成的無線傳感器系統，在實用中可以根據用戶需求減少或增加功能，同時可以將此思路發展到不同領域。可以理解的是，對于本領域的技術人員來說，可以根據本實用新型的技術構思做出其他各種相應的改變和變形，而所有的這些改變和變形都應屬于本實用新型權利要求的保護范圍。
權利要求1.一種用于智能電網輸配電線路實時監測的無線傳感器系統，由無線傳感器節點(I)和數據采集器節點(2)組成，無線傳感器節點(I)采集電網輸配電線路實時電壓、電流、溫度和三維角度參數，由微處理器模塊(6)處理后發送至數據采集器節點(2)，數據采集器節點⑵將接收到的數據中繼放大，通過GSM網絡(3)傳輸到控制中心(4)，由控制中心(4)解碼處理并運算后輸出線路的實時電壓、電流、溫度、風偏、舞動、覆冰和傾斜數據。
2.根據權利要求I所述的無線傳感器系統，其特征在干所述的無線傳感器節點(I)包括數據采集模塊(5)、微處理器模塊出)、射頻模塊(7)、GPS模塊(8)和感應取電模塊(9)。
3.根據權利要求I所述的無線傳感器系統，其特征在干所述的數據采集器節點(2)包括射頻模塊(10)、微處理器(11)、GPRS模塊(12)和電源模塊(13)。
4.根據權利要求I所述的無線傳感器系統，其特征在干所述的無線傳感器節點(I)采用開合互感型電壓電流傳感元件。
5.根據權利要求I所述的無線傳感器系統，其特征在干所述的無線傳感器節點(I)采用感應取電模塊(9)給整個無線傳感器節點(I)供電。
6.根據權利要求I所述的無線傳感器系統，其特征在干所述的無線傳感器節點(I)采用三維角度傳感器，通過X軸、Y軸和Z軸方向角度的變化換算出檢測線路舞動、風偏、覆冰和傾斜參數。
7.根據權利要求I所述的無線傳感器系統，其特征在于所述的微處理器模塊(6)采用具有休眠模式的低功耗16位微處理器。
8.根據權利要求I所述的無線傳感器系統，其特征在干所述的數據采集器節點(2)帶有兩個無線模塊，并且工作于不同頻段。
專利摘要本實用新型公開了一種智能電網無線傳感器系統，尤其涉及一種基于無線傳感網絡，用于智能電網的輸配電線路實時監測的智能傳感器系統。由無線傳感器節點(1)和數據采集器節點(2)組成。無線傳感器節點(1)采集電網輸配電線路實時電壓、電流、溫度和三維角度參數，通過微處理器模塊(6)處理后發送至采集器節點(2)，數據采集器節點(2)將接收到的數據中繼放大，通過GSM網絡(3)傳輸到控制中心(4)。由控制中心(4)解碼處理并運算后輸出線路的實時電壓、電流、溫度、風偏、舞動、覆冰和傾斜數據。本實用新型解決了輸配電線傳感器的多參數同時檢測、集成化和小型化難題，廣泛應用于智能電網在線監測領域中。
文檔編號H04W84/18GK202565472SQ20122005600
公開日2012年11月28日 申請日期2012年2月21日 優先權日2012年2月21日
發明者李學洪, 吳衛華, 唐健, 楊瑞景, 李勇輝, 張鳳國 申請人:興義供電局, 張鳳國