基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位方法及其裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位方法及其裝置，屬于電能表檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，其通過電能表檢驗(yàn)裝置對電能表提供標(biāo)準(zhǔn)電壓電流，然后通過無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)測試電能表表面溫升檢測區(qū)域的溫度，并將該溫升信息通過無線網(wǎng)傳輸給上位機(jī)；最后再通過上位機(jī)接收無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)發(fā)送的溫度信息，并將其中的溫度分別與溫度閾值25℃進(jìn)行作差值比較，當(dāng)差值在-2℃至2℃之間時(shí)，判定該溫度為存疑溫度以及該溫度所在的電能表表面溫度檢測區(qū)域?yàn)榇嬉蓞^(qū)域，本發(fā)明不僅能夠快捷、檢測電能表表面溫升數(shù)據(jù)，而且能夠精確定位電能表表面溫升位置。
【專利說明】基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位方法及其裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能夠通過無線傳感網(wǎng)精確檢測定位電能表溫升方法及其裝置，屬于電能表檢測【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]智能電能表溫升檢測項(xiàng)目按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17215.211-2006(等同國際標(biāo)準(zhǔn)IEC62052-11-2003)中7.2條，具體要求為“儀表每一電流線路通以額定最大電流，每一電壓線路(以及那些通電周期比其熱時(shí)間常數(shù)長的輔助電壓線路)加載1.15倍參比電壓，外表面的溫升在環(huán)境溫度為40°C時(shí)應(yīng)不超過25K。在2h的試驗(yàn)期間，儀表不應(yīng)受到風(fēng)吹或直接的陽光照射?！?br> 目前測量智能電能表溫升有2種基本方法。一種是通過平面紅外熱像儀測量，但平面熱像儀是非接觸式的，存在較大誤差，且不能長期在40°C時(shí)，無法對多表位進(jìn)行同時(shí)測量；另一種方法是通過接觸式溫度計(jì)(如溫度巡檢儀)等進(jìn)行測量，將多條溫度傳感器與智能電能表表面粘貼連接，進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，這樣帶來的問題是對多表位多溫度測量點(diǎn)測量，有很多的連線，測量過程十分繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種能夠快捷、檢測電能表外表面溫升以及精確定位電能表表面溫升位置的基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位方法及其裝置。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位方法，包括以下步驟:步驟一，在恒溫恒濕室內(nèi)設(shè)置一個(gè)以上的電能表，并對電能表進(jìn)行編號區(qū)分；對每個(gè)電能表的6個(gè)表面按各自面分成一個(gè)以上的溫度檢測區(qū)域，并將該溫度檢測區(qū)域進(jìn)行編號區(qū)分；步驟二，通過電能表檢驗(yàn)裝置對電能表提供標(biāo)準(zhǔn)電壓電流；步驟三，通過無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)測試溫度檢測區(qū)域的溫度，并將該溫度信息通過無線網(wǎng)傳輸給上位機(jī)；步驟四，上位機(jī)接收無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)發(fā)送的溫度信息，并將其中的溫度分別與溫度閾值進(jìn)行作差值比較，當(dāng)差值在_2°C至2°C之間時(shí)，判定該溫度為存疑溫度以及該溫度所在的溫度檢測區(qū)域?yàn)榇嬉蓞^(qū)域。
[0005]進(jìn)一步地:對具有存疑區(qū)域的電能表進(jìn)行I次以上更換無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)檢測，并對同一電能表的同一溫度檢測區(qū)域檢測到的溫度取算術(shù)平均值，將該平均值與溫度閾值進(jìn)行比較，當(dāng)平均值大于閾值，判定該溫度檢測區(qū)域所在的電能表不合格。
[0006]優(yōu)選的:所述電能表檢驗(yàn)裝置給電能表提供標(biāo)準(zhǔn)電壓電流為電能表最大額定電流和1.15倍電能表參比電壓；所述恒溫恒濕室內(nèi)的環(huán)境溫度為40°C，濕度為常態(tài)環(huán)境濕度；所述無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)的每次采樣周期不長于3秒，且整個(gè)檢測時(shí)間為2小時(shí)。
[0007]優(yōu)選的:所述電能表的個(gè)數(shù)為50個(gè)；所述每個(gè)面相對應(yīng)的溫度檢測區(qū)域的個(gè)數(shù)為50個(gè)，所述溫度檢測區(qū)域均勻分布于電能表表面；所述溫度信息包括溫度檢測區(qū)相對應(yīng)的溫度、電能表的編號以及溫度檢測區(qū)域編號；所述溫度閾值的大小為25°C;更換無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)次數(shù)為3次。
[0008]本發(fā)明的另一個(gè)目的，還提供一種基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位裝置，包括內(nèi)部設(shè)有電能表支架的恒溫恒濕室，所述電能表支架用于安裝電能表，且所述電能表的6個(gè)表面各分別均勻分布設(shè)置一個(gè)以上的溫度檢測區(qū)域，以及設(shè)置于所述恒溫恒濕室外部的無線接收模塊、上位機(jī)以及電能表檢驗(yàn)裝置，所述電能表檢驗(yàn)裝置的一端、無線接收模塊均與上位機(jī)相連，且所述電能表檢驗(yàn)裝置的另一端與電能表相連，且所述上位機(jī)通過電能表檢驗(yàn)裝置給電能表提供標(biāo)準(zhǔn)電壓電流；還包括無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)，所述無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)用于測試溫度檢測區(qū)域的溫度，并將該溫度信息通過無線網(wǎng)傳輸給上位機(jī)；所述無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)包括微控制單元，以及分別連接所述微控制單元的無線通訊模塊、Flash存儲模塊、溫度采集模塊、電源模塊；所述溫度采集模塊包括一個(gè)以上的溫度傳感器，且所述溫度傳感器設(shè)置于溫度檢測區(qū)域上；其中所述溫度采集模塊用于溫度檢測區(qū)域的溫度檢測，并將溫度傳送給微控制單元；所述Flash存儲模塊用于存儲溫度傳感器的無線地址配置信息，所述無線地址配置信息為電能表的編號以及溫度檢測區(qū)域編號，并將該無線地址配置信息發(fā)送給微控制單元；所述微控制單元用于接收溫度采集模傳送的溫度，用于接收Flash存儲模塊傳送的無線地址配置信息，經(jīng)過邏輯運(yùn)算，將溫度與無線地址配置信息對應(yīng)起來形成溫度信息，并將該溫度信息發(fā)送給無線通訊模塊；所述無線通訊模塊用于將溫度信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給無線接收模塊；所述電源模塊用于給微控制單元提供電源；所述無線接收模塊用于接收無線通訊模塊傳送的溫度信息，并將該溫度信息傳送給上位機(jī)；所述上位機(jī)用于接收無線接收模塊發(fā)送的溫度信息，并將其中的溫度分別與溫度閾值進(jìn)行作差比較，當(dāng)差值在_2°C至2°C之間時(shí)，判定該溫度為存疑溫度以及該溫度所在的溫度檢測區(qū)域?yàn)榇嬉蓞^(qū)域。
[0009]優(yōu)選的:所述上位機(jī)對具有存疑區(qū)域的電能表進(jìn)行I次以上更換無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)檢測，并對同一電能表的同一溫度檢測區(qū)域檢測到的溫度取算術(shù)平均值，將該平均值與溫度閾值進(jìn)行比較，當(dāng)平均值大于閾值，判定該溫度檢測區(qū)域所在的電能表不合格。
[0010]優(yōu)選的:所述電源模塊包括鋰電池電源模塊、電量米集模塊、DC-DC模塊、充電模塊；所述鋰電池電源模塊均與充電模塊、電量采集模塊的一端、DC-DC模塊的一端連接，同時(shí)所述電量采集模塊、DC-DC模塊的另一端與微控制單元連接；所述DC-DC模塊用于給微控制單元提供直流穩(wěn)壓電流；所述電量采集模塊用于測量鋰電池電源模塊的電量，并將該電量信息發(fā)給微控制單元，所述微控制單元將該電量信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送給上位機(jī)顯示出來；所述充電模塊用于給鋰電池電源模塊充電。
[0011 ] 優(yōu)選的:所述電能表檢驗(yàn)裝置給電能表提供標(biāo)準(zhǔn)電壓電流為電能表最大額定電流和1.15倍電能表參比電壓；所述恒溫恒濕室內(nèi)的環(huán)境溫度為40°C，濕度為常態(tài)環(huán)境濕度；所述無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)的每次采樣周期不長于3秒，且整個(gè)檢測時(shí)間為2小時(shí)；所述電能表的個(gè)數(shù)為50個(gè)；所述每個(gè)面相對應(yīng)的溫度檢測區(qū)域的個(gè)數(shù)為50個(gè)，所述溫度檢測區(qū)域均勻分布于電能表表面；所述溫度閾值的大小為25°C ;更換無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)次數(shù)為3次。
[0012]優(yōu)選的:所述溫度傳感器均通過不同的GPIO 口與微控制單元連接。
[0013]有益效果:本發(fā)明提供的一種基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位方法及其裝置，相比現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果: 1.由于通過無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)測試溫度檢測區(qū)域的溫度，并將該溫度信息通過無線網(wǎng)傳輸給上位機(jī)，因此其能夠?qū)﹄娔鼙淼谋砻嫔系臏囟葯z測區(qū)域檢測，因此測量通過接觸式測量，因此其結(jié)果比平面熱像儀是非接觸式的測量結(jié)果精度可靠，同時(shí)其采用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，因此其比接觸式溫度計(jì)測量方便，同時(shí)減少數(shù)據(jù)之間的實(shí)線傳輸，降低了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，因而結(jié)構(gòu)簡單。
[0014]2.由于通過無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)測試溫度檢測區(qū)域的溫度，并將該溫度信息通過無線網(wǎng)傳輸給上位機(jī)；然后通過上位機(jī)接收無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)發(fā)送的溫度信息，并將其中的溫度分別與溫度閾值進(jìn)行作差比較，當(dāng)差值在_2°C至2°C之間時(shí)，判定該溫度為存疑溫度以及該溫度所在的溫度檢測區(qū)域?yàn)榇嬉蓞^(qū)域。因此其能夠很快的確定出哪一個(gè)電能表以及該電能表的哪個(gè)面上的溫度檢測區(qū)域。
[0015]3.由于每個(gè)電能表的6個(gè)表面按各自面分成一個(gè)以上的溫度檢測區(qū)域，所述無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)檢測溫度檢測區(qū)域的溫度，因此其比通過在同一個(gè)平面不同的點(diǎn)(溫度檢測區(qū)域)同時(shí)測量，進(jìn)一步的減少因?yàn)闇y量而造成的誤差，因而其測量結(jié)果更精確。
[0016]4.由于所述上位機(jī)對具有存疑區(qū)域的電能表進(jìn)行I次以上更換無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)檢測，并對同一電能表的同一溫度檢測區(qū)域檢測到的溫度取算術(shù)平均值，將該平均值與溫度閾值進(jìn)行比較，當(dāng)平均值大于閾值，判定該溫度檢測區(qū)域所在的電能表不合格，因此其通過重復(fù)檢測，剔除了存在因?yàn)閭鞲衅髡`差造成測量電能表結(jié)果出錯(cuò)的影響，因而其測量結(jié)果進(jìn)一步的得到提聞。
[0017]5.由于所述溫度傳感器均通過不同的GPIO 口與微控制單元連接，因此每塊無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)檢測中的50個(gè)溫度傳感器分別與微控制單元的50個(gè)GPIO 口相連接，而不是將50個(gè)溫度傳感器掛在一根總線下連接到微控制單元；這是因?yàn)橹髟谙到y(tǒng)的實(shí)際使用過程中，如果50個(gè)溫度傳感器都使用同一個(gè)GPIO 口進(jìn)行控制，其中有一路傳感器損壞，用戶將無法辨別具體是哪一路傳感器發(fā)生異常，因此50個(gè)溫度傳感器連接在一根總線上會增加傳感器更換的難度，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)很好的解決了該問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為一種基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為無線溫度傳感裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為溫度測量電路設(shè)計(jì)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0020]一種電能表溫升精確檢測定位方法，如圖1-3所示，一種基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位方法，包括以下步驟:步驟一，在恒溫恒濕室內(nèi)設(shè)置一個(gè)以上的電能表，并對電能表進(jìn)行編號區(qū)分；對每個(gè)電能表的6個(gè)表面按各自面分成一個(gè)以上的溫度檢測區(qū)域，并將該溫度檢測區(qū)域進(jìn)行編號區(qū)分；步驟二，通過電能表檢驗(yàn)裝置對電能表提供標(biāo)準(zhǔn)電壓電流；步驟三，通過無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)測試溫度檢測區(qū)域的溫度，并將該溫度信息通過無線網(wǎng)傳輸給上位機(jī)；步驟四，上位機(jī)接收無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)發(fā)送的溫度信息，并將其中的溫度分別與溫度閾值進(jìn)行作差值比較，當(dāng)差值在_2°C至2°C之間時(shí)，判定該溫度為存疑溫度以及該溫度所在的溫度檢測區(qū)域?yàn)榇嬉蓞^(qū)域。
[0021]對具有存疑區(qū)域的電能表進(jìn)行I次以上更換無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)檢測，并對同一電能表的同一溫度檢測區(qū)域檢測到的溫度取算術(shù)平均值，將該平均值與溫度閾值進(jìn)行比較，當(dāng)平均值大于閾值，判定該溫度檢測區(qū)域所在的電能表不合格。
[0022]所述電能表檢驗(yàn)裝置給電能表提供標(biāo)準(zhǔn)電壓電流為電能表最大額定電流和1.15倍電能表參比電壓；所述恒溫恒濕室內(nèi)的環(huán)境溫度為40°C，濕度為常態(tài)環(huán)境濕度；所述無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)的每次采樣周期不長于3秒，且整個(gè)檢測時(shí)間為2小時(shí)。
[0023]所述電能表的個(gè)數(shù)為50個(gè)；所述每個(gè)面相對應(yīng)的溫度檢測區(qū)域的個(gè)數(shù)為50個(gè)，所述溫度檢測區(qū)域均勻分布于電能表表面；所述溫度信息包括溫度檢測區(qū)相對應(yīng)的溫度、電能表的編號以及溫度檢測區(qū)域編號；所述溫度閾值的大小為25V ;更換無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)次數(shù)為3次。
[0024]一種基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位裝置，如圖1所示，包括內(nèi)部設(shè)有電能表支架的恒溫恒濕室，所述電能表支架用于安裝電能表，且所述電能表的6個(gè)表面各分別均勻分布設(shè)置一個(gè)以上的溫度檢測區(qū)域，以及設(shè)置于所述恒溫恒濕室外部的無線接收模塊、上位機(jī)以及電能表檢驗(yàn)裝置，所述電能表檢驗(yàn)裝置的一端、無線接收模塊均與上位機(jī)相連，且所述電能表檢驗(yàn)裝置的另一端與電能表相連，且所述上位機(jī)通過電能表檢驗(yàn)裝置給電能表提供標(biāo)準(zhǔn)電壓電流。
[0025]如圖2、3所示，還包括無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)，所述無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)用于測試溫度檢測區(qū)域的溫度，并將該溫度信息通過無線網(wǎng)傳輸給上位機(jī)；所述無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)包括微控制單元，以及分別連接所述微控制單元的無線通訊模塊、Flash存儲模塊、溫度采集模塊、電源模塊；所述溫度采集模塊包括一個(gè)以上的溫度傳感器，且所述溫度傳感器設(shè)置于溫度檢測區(qū)域上；其中所述溫度采集模塊用于溫度檢測區(qū)域的溫度檢測，并將溫度傳送給微控制單元；所述Flash存儲模塊用于存儲溫度傳感器的無線地址配置信息，所述無線地址配置信息為電能表的編號以及溫度檢測區(qū)域編號，并將該無線地址配置信息發(fā)送給微控制單元；所述微控制單元用于接收溫度采集模傳送的溫度，用于接收Flash存儲模塊傳送的無線地址配置信息，經(jīng)過邏輯運(yùn)算，將溫度與無線地址配置信息對應(yīng)起來形成溫度信息，并將該溫度信息發(fā)送給無線通訊模塊；所述無線通訊模塊用于將溫度信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給無線接收模塊；所述電源模塊用于給微控制單元提供電源；所述無線接收模塊用于接收無線通訊模塊傳送的溫度信息，并將該溫度信息傳送給上位機(jī)；所述上位機(jī)用于接收無線接收模塊發(fā)送的溫度信息，并將其中的溫度分別與溫度閾值進(jìn)行作差比較，當(dāng)差值在_2°C至2°C之間時(shí)，判定該溫度為存疑溫度以及該溫度所在的溫度檢測區(qū)域?yàn)榇嬉蓞^(qū)域。
[0026]所述上位機(jī)對具有存疑區(qū)域的電能表進(jìn)行I次以上更換無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)檢測，并對同一電能表的同一溫度檢測區(qū)域檢測到的溫度取算術(shù)平均值，將該平均值與溫度閾值進(jìn)行比較，當(dāng)平均值大于閾值，判定該溫度檢測區(qū)域所在的電能表不合格。
[0027]所述電源模塊包括鋰電池電源模塊、電量采集模塊、DC-DC模塊、充電模塊；所述鋰電池電源模塊均與充電模塊、電量采集模塊的一端、DC-DC模塊的一端連接，同時(shí)所述電量采集模塊、DC-DC模塊的另一端與微控制單元連接；所述DC-DC模塊用于給微控制單元提供直流穩(wěn)壓電流；所述電量采集模塊用于測量鋰電池電源模塊的電量，并將該電量信息發(fā)給微控制單元，所述微控制單元將該電量信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送給上位機(jī)顯示出來；所述充電模塊用于給鋰電池電源模塊充電。
[0028]所述電能表檢驗(yàn)裝置給電能表提供標(biāo)準(zhǔn)電壓電流為電能表最大額定電流和1.15倍電能表參比電壓；所述恒溫恒濕室內(nèi)的環(huán)境溫度為40°C，濕度為常態(tài)環(huán)境濕度；所述無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)的每次采樣周期不長于3秒，且整個(gè)檢測時(shí)間為2小時(shí)；所述電能表的個(gè)數(shù)為50個(gè)；所述每個(gè)面相對應(yīng)的溫度檢測區(qū)域的個(gè)數(shù)為50個(gè)，所述溫度檢測區(qū)域均勻分布于電能表表面；所述溫度閾值的大小為25°C ;更換無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)次數(shù)為3次。
[0029]所述溫度傳感器均通過不同的GPIO 口與微控制單元連接。
[0030]實(shí)例
為了便于說明本發(fā)明，本發(fā)明通過上述方法做了一個(gè)實(shí)例，在該實(shí)例中，每個(gè)面相對應(yīng)的溫度檢測區(qū)域的個(gè)數(shù)只有I個(gè)，因此每個(gè)無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)上的溫度傳感器為6個(gè)，分別對應(yīng)于每個(gè)電能表的每個(gè)面。
[0031]節(jié)點(diǎn)總體設(shè)計(jì)
基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位裝置主要是由帶溫度傳感器的無線傳感節(jié)點(diǎn)組成，是一種典型的無線傳感網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)場合中的應(yīng)用。本項(xiàng)目中的無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)需要滿足以下要求:
(1)溫度測量范圍(室溫?+100)°C、測量精度±1°C ；
(2)傳感節(jié)點(diǎn)至少能夠采集6路溫度通道的信號，采樣周期不長于3秒；
(3)無線傳感節(jié)點(diǎn)需要在采集到數(shù)據(jù)后的I秒內(nèi)將數(shù)據(jù)發(fā)送到中心節(jié)點(diǎn)；
(4)同時(shí)檢測多(如50)塊電能表的溫升數(shù)據(jù)，無線數(shù)據(jù)的通訊需穩(wěn)定可靠；
(5)無線傳感終端節(jié)點(diǎn)由電池供電，無線通訊網(wǎng)絡(luò)必須具有相對較低的功耗；
(6)在電池電量過低時(shí)，用戶不需要取下電池可直接對電池進(jìn)行充電；
(7)當(dāng)溫度傳感器損壞時(shí)，傳感器的更換需簡單方便。
[0032]2節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
無線傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的要求之一就是在滿足用戶的需求同時(shí)具有良好的拓展性，終端節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，終端節(jié)點(diǎn)的硬件電路由MCU、無線通訊模塊、IXD顯示模塊、Flash存儲模塊、溫度采集模塊、電量采集模塊、DC-DC模塊、充電模塊構(gòu)成。MCU作為終端節(jié)點(diǎn)的核心，控制整個(gè)終端節(jié)點(diǎn)的正常運(yùn)行；無線通訊模塊作為終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)之間通訊的橋梁，對整個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的正常通訊運(yùn)行提供了硬件支持。LCD顯示單元用于顯示終端節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，如溫度數(shù)據(jù)、鋰電池電量、系統(tǒng)異常狀態(tài)等，考慮終端節(jié)點(diǎn)的能量效率，系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)LCD處于關(guān)閉狀態(tài)；Flash存儲單元主要用于存儲終端節(jié)點(diǎn)的地址配置，使得終端節(jié)點(diǎn)與對應(yīng)電能表在邏輯上相綁定；溫度采集模塊主要用于采集電能表的溫度；終端節(jié)點(diǎn)的能源都來源于鋰電池，考慮到單節(jié)鋰電池的電壓一般在3.6V-4.2V，為了給電路提供一個(gè)穩(wěn)定的電壓，則需要一款低壓降的DC-DC直流穩(wěn)壓模塊；電量采集模塊的主要功能是測量終端節(jié)點(diǎn)鋰電池電量，方便用戶對節(jié)點(diǎn)電池電量的觀測；USB接口單元在終端節(jié)點(diǎn)中具有雙重作用，對鋰電池充電單元提供能量來源和為終端節(jié)點(diǎn)的配置提供接口。
[0033]終端節(jié)點(diǎn)的軟件結(jié)構(gòu)包括由中斷程序組成的前臺程序和由輪詢系統(tǒng)組成的后臺程序兩部分組成。前臺程序具體為無線射頻(RF)接收中斷程序、USB接收數(shù)據(jù)中斷程序、定時(shí)器T3中斷程序、PO 口外部中斷程序和Pl 口外部中斷程序。在終端節(jié)點(diǎn)中，USB接口主要用于接收檢測軟件的地址配置；RF接收中斷的主要作用為接收應(yīng)答幀、數(shù)據(jù)幀和命令幀，并將RF接收的數(shù)據(jù)從寄存器讀取到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，供后臺程序處理；定時(shí)器T3中斷程序主要用于給溫度的采集提供周期信號。前臺程序通過掩碼的方式提供相應(yīng)的程序狀態(tài)標(biāo)志位供后臺輪詢系統(tǒng)查詢，輪詢系統(tǒng)通過判斷程序狀態(tài)標(biāo)志位，進(jìn)而執(zhí)行相應(yīng)的程序。
[0034]關(guān)鍵技術(shù)
3.1無線通訊電路設(shè)計(jì)
節(jié)點(diǎn)硬件平臺的核心是一款帶有MCU頻段為2.4GHz的射頻SOC芯片CC2531f256。MCU和射頻電路設(shè)計(jì)原理圖如圖3所示，該電路的設(shè)計(jì)主要包括電源電路，射頻電路和處理器接口電路三部分。
[0035]CC2531f256的能量來自于底板提供的3.3V電壓，但需要對這一電壓進(jìn)行穩(wěn)定性處理，首先電源經(jīng)過一個(gè)值為ImH的電感，以減少交流、高頻信號的干擾，同時(shí)CC2531f256的8個(gè)電源引腳分別連接了 IOOnf的電容以保證電源電壓穩(wěn)定性。CC2531f256的射頻信號采取差分信號，其最佳負(fù)載是69+j29 Ω，阻抗匹配電路需要根據(jù)這一數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，采用50Ω的單鞭天線，阻抗匹配電路采用的巴倫電路，巴倫電路是由成本較低的電容和電感組成。處理器接口電路給母板提供了 USB接口和GPIO 口，以完成USB通訊、溫度采集和電池電量采集等功能，在USB接口電路中，通過驅(qū)動能力為20mA的GPIO 口 P1_0，驅(qū)動1.5K的上拉電阻，以通知上位機(jī)對USB設(shè)備的巡檢和識別，同時(shí)在USB的USB_N與USB_P中都分別連接了 47pF的電容和阻值為33 Ω的電阻，以保USB信號的質(zhì)量。
[0036]在無線通訊模塊的PCB繪制中，最大的困難來自于巴倫電路的繪制，巴倫電路PCB的設(shè)計(jì)，直接影響到無線通訊的性能。除了巴倫電路的設(shè)計(jì)對外，影響無線通訊模塊射頻性能另外一個(gè)重要因素就是PCB的電磁兼容性(EMC)設(shè)計(jì)。電能表溫升檢測系統(tǒng)無線通訊模塊的EMC設(shè)計(jì)主要考慮了以下幾個(gè)方面:
1.保證地線的完整和均勻性。在布線時(shí)盡量將大塊的地線區(qū)域進(jìn)行分割從而使得地線在電路板上能夠均勻分布，頂層板與底層的地線之間辦采用大量過孔連接；
2.巴倫電路附近不布線，以減少普通信號與射頻信號之間的相互干擾；并且構(gòu)成巴倫電路的電容和電感都采用0402的封裝，以較少封裝尺寸對射頻信號的影響；
3.采用的32MHZ的晶振下方有地線并且盡量接近射頻芯片，以提高晶振的精度；
4.信號線和電源線都需進(jìn)行處理，相鄰信號線的粗細(xì)相同并且走線平行，電源線通過加粗處理并且與濾波電容和電感連接的方式以保證電源信號的質(zhì)量。
[0037]3.2溫度采集電路設(shè)計(jì)
電能表溫升檢測系統(tǒng)中溫度傳感器采用的是數(shù)字芯片DS18B20，其測量范圍、測量精度、測量速度和重復(fù)性都可以滿足本系統(tǒng)的需求[3] AS18B20雖為一款單總線設(shè)備，但是本系統(tǒng)中使用的6塊DS18B20并沒有掛在一根總線下，而是分別于MCU的6個(gè)GPIO 口相連接，主要是考慮到在系統(tǒng)的實(shí)際使用過程中，傳感器的損壞而導(dǎo)致的更換不方便的問題。如果6塊DS18B20都使用同一個(gè)GPIO 口進(jìn)行控制，其中有一路傳感器損壞，用戶將無法辨別具體是哪一路傳感器發(fā)生異常，因?yàn)?塊DS18B20連接在一根總線上會增加傳感器更換的難度。在硬件設(shè)計(jì)中，DS18B20與MCU連接，DS18B20采用標(biāo)準(zhǔn)的3線式接法。在對DS18B20供電時(shí)，采用了一個(gè)MOSFET開關(guān)器件來控制DS18B20的供電，以降低DS18B20不工作時(shí)的能量損耗。
[0038]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟一，在恒溫恒濕室內(nèi)設(shè)置一個(gè)以上的電能表，并對電能表進(jìn)行編號區(qū)分；對每個(gè)電能表的6個(gè)表面按各自面分成一個(gè)以上的溫度檢測區(qū)域，并將該溫度檢測區(qū)域進(jìn)行編號區(qū)分；步驟二，通過電能表檢驗(yàn)裝置對電能表提供標(biāo)準(zhǔn)電壓電流；步驟三，通過無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)測試溫度檢測區(qū)域的溫度，并將該溫度信息通過無線網(wǎng)傳輸給上位機(jī)；步驟四，上位機(jī)接收無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)發(fā)送的溫度信息，并將其中的溫度分別與溫度閾值進(jìn)行作差值比較，當(dāng)差值在_2°C至2°C之間時(shí)，判定該溫度為存疑溫度以及該溫度所在的溫度檢測區(qū)域?yàn)榇嬉蓞^(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位方法，其特征在于:對具有存疑區(qū)域的電能表進(jìn)行I次以上更換無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)檢測，并對同一電能表的同一溫度檢測區(qū)域檢測到的溫度取算術(shù)平均值，將該平均值與溫度閾值進(jìn)行比較，當(dāng)平均值大于閾值，判定該溫度檢測區(qū)域所在的電能表不合格。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位方法，其特征在于:所述電能表檢驗(yàn)裝置給電能表提供標(biāo)準(zhǔn)電壓電流為電能表最大額定電流和1.15倍電能表參比電壓； 所述恒溫恒濕室內(nèi)的環(huán)境溫度為40°C，濕度為常態(tài)環(huán)境濕度；所述無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)的每次采樣周期不長于3秒，且整個(gè)檢測時(shí)間為2小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位方法，其特征在于:所述電能表的個(gè)數(shù)為50個(gè)；所述每個(gè)面相對應(yīng)的溫度檢測區(qū)域的個(gè)數(shù)為50個(gè)，所述溫度檢測區(qū)域均勻分布于電能表表面；所述溫度信息包括溫度檢測區(qū)相對應(yīng)的溫度、電能表的編號以及溫度檢測區(qū)域編號；所述溫度閾值的大小為25°C ;更換無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)次數(shù)為3次。
5.一種基于權(quán)利要求1所述的基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位裝置，其特征在于:包括內(nèi)部設(shè)有電能表支架的恒溫恒濕室，所述電能表支架用于安裝電能表，且所述電能表的6個(gè)表面各分別均勻分布設(shè)置一個(gè)以上的溫度檢測區(qū)域，以及設(shè)置于所述恒溫恒濕室外部的無線接收模塊、上位機(jī)以及電能表檢驗(yàn)裝置，所述電能表檢驗(yàn)裝置的一端、無線接收模塊均與上位機(jī)相連，且所述電能表檢驗(yàn)裝置的另一端與電能表相連，且所述上位機(jī)通過電能表檢驗(yàn)裝置給電能表提供標(biāo)準(zhǔn)電壓電流；還包括無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)，所述無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)用于測試溫度檢測區(qū)域的溫度，并將該溫度信息通過無線網(wǎng)傳輸給上位機(jī)；所述無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)包括微控制單元，以及分別連接所述微控制單元的無線通訊模塊、Flash存儲模塊、溫度采集模塊、電源模塊；所述溫度采集模塊包括一個(gè)以上的溫度傳感器，且所述溫度傳感器設(shè)置于溫度檢測區(qū)域上；其中所述溫度采集模塊用于溫度檢測區(qū)域的溫度檢測，并將溫度傳送給微控制單元；所述Flash存儲模塊用于存儲溫度傳感器的無線地址配置信息，所述無線地址配置信息為電能表的編號以及溫度檢測區(qū)域編號，并將該無線地址配置信息發(fā)送給微控制單元；所述微控制單元用于接收溫度采集模傳送的溫度，用于接收Flash存儲模塊傳送的無線地址配置信息，經(jīng)過邏輯運(yùn)算，將溫度與無線地址配置信息對應(yīng)起來形成溫度信息，并將該溫度信息發(fā)送給無線通訊模塊；所述無線通訊模塊用于將溫度信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞給無線接收模塊；所述電源模塊用于給微控制單元提供電源；所述無線接收模塊用于接收無線通訊模塊傳送的溫度信息，并將該溫度信息傳送給上位機(jī)；所述上位機(jī)用于接收無線接收模塊發(fā)送的溫度信息，并將其中的溫度分別與溫度閾值進(jìn)行作差比較，當(dāng)差值在_2°C至2°C之間時(shí)，判定該溫度為存疑溫度以及該溫度所在的溫度檢測區(qū)域?yàn)榇嬉蓞^(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位方法，其特征在于:所述上位機(jī)對具有存疑區(qū)域的電能表進(jìn)行I次以上更換無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)檢測，并對同一電能表的同一溫度檢測區(qū)域檢測到的溫度取算術(shù)平均值，將該平均值與溫度閾值進(jìn)行比較，當(dāng)平均值大于閾值，判定該溫度檢測區(qū)域所在的電能表不合格。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電能表溫升精確檢測定位方法，其特征在于:所述電源模塊包括鋰電池電源模塊、電量采集模塊、DC-DC模塊、充電模塊；所述鋰電池電源模塊均與充電模塊、電量采集模塊的一端、DC-DC模塊的一端連接，同時(shí)所述電量采集模塊、DC-DC模塊的另一端與微控制單元連接；所述DC-DC模塊用于給微控制單元提供直流穩(wěn)壓電流；所述電量采集模塊用于測量鋰電池電源模塊的電量，并將該電量信息發(fā)給微控制單元，所述微控制單元將該電量信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送給上位機(jī)顯示出來；所述充電模塊用于給鋰電池電源模塊充電。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位方法，其特征在于:所述電能表檢驗(yàn)裝置給電能表提供標(biāo)準(zhǔn)電壓電流為電能表最大額定電流和1.15倍電能表參比電壓；所述恒溫恒濕室內(nèi)的環(huán)境溫度為40°C，濕度為常態(tài)環(huán)境濕度；所述無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)的每次采樣周期不長于3秒，且整個(gè)檢測時(shí)間為2小時(shí)；所述電能表的個(gè)數(shù)為50個(gè)；所述每個(gè)面相對應(yīng)的溫度檢測區(qū)域的個(gè)數(shù)為50個(gè)，所述溫度檢測區(qū)域均勻分布于電能表表面；所述溫度閾值的大小為25°C ;更換無線溫度傳感節(jié)點(diǎn)次數(shù)為3次。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于無線傳感網(wǎng)的電能表溫升精確檢測定位方法，其特征在于:所述溫度傳感器 均通過不同的GPIO 口與微控制單元連接。
【文檔編號】G01R35/04GK103983939SQ201410199653
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】趙波, 馬宇明, 陳道升, 李博, 趙敏 申請人:江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院