專利名稱：輸電線路狀態(tài)監(jiān)測代理裝置的制作方法
技術領域：
輸電線路狀態(tài)監(jiān)測代理裝置技術領域[0001]本實用新型屬于輸變電線路狀態(tài)監(jiān)測領域，涉及一種輸電線路狀態(tài)監(jiān)測裝置，尤其是一種輸電線路狀態(tài)監(jiān)測代理裝置。
背景技術：
[0002]隨著國家智能電網(wǎng)建設的規(guī)劃及實施，在線監(jiān)測技術作為智能電網(wǎng)輸電環(huán)節(jié)的重點規(guī)劃項目，也在朝著智能化的方向發(fā)展。基于這一思想，目前市場上現(xiàn)有的監(jiān)測裝置及其系統(tǒng)不能滿足輸電線路智能監(jiān)測的要求。不同的廠家開發(fā)的同一類型的監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和存儲方式也不相同，導致信息交流困難，嚴重阻礙了同類型狀態(tài)監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)的全面分析和實時統(tǒng)計，不僅工作重復，工作量大，而且不利于技術開放和數(shù)據(jù)共享。實用新型內容[0003]本實用新型的目的是為了用國網(wǎng)公司提出的狀態(tài)監(jiān)測代理(即CMA)來代替原有監(jiān)測裝置和主站系統(tǒng)進行通訊。以標準的方式連接站內的各類狀態(tài)監(jiān)測裝置，接收它們所發(fā)出的標準化狀態(tài)信息，并對它們進行標準化控制，各狀態(tài)監(jiān)測裝置可以不分廠家和種類經(jīng)CMA接入到省網(wǎng)的數(shù)據(jù)中心，有利于數(shù)據(jù)共享和進一步分析判斷。本實用新型所采用的技術方案是基于S3C2440及嵌入式Linux的設計方案，包括依次連接的RS485通訊模塊、 GPRS模塊、2. 4G頻段ZigBee模塊、100M以太網(wǎng)模塊、2. 4G頻段Wifi模塊、ARM運算處理模塊、電源模塊，本裝置采用了 PHILPS公司SC16C2552芯片進行串口擴展。[0004]本實用新型的技術方案是一種輸電線路狀態(tài)監(jiān)測代理裝置，包括ARM運算處理模塊、Wifi模塊、以太網(wǎng)模塊、RTC時鐘模塊、電源控制模塊、RS485模塊、GPRS模塊、雙路 UART控制器和ZigBee模塊；所述Wifi模塊、以太網(wǎng)模塊、RTC時鐘模塊、電源控制模塊、 RS485模塊、GPRS模塊、雙路UART控制器和ZigBee模塊同時與ARM運算處理模塊雙向連接。[0005]電源控制模塊內設置有太陽能電池板、過放電過保護單元和蓄電池，太陽能電池板與過放電過保護單元單向連接，蓄電池與過放電過保護單元雙向連接。[0006]所述ARM運算處理模塊內置uClinux操作系統(tǒng)。[0007]所述的雙路UART控制器采用SC16C2552芯片實現(xiàn)串口擴展。[0008]ARM運算處理模塊控制Wifi模塊、以太網(wǎng)模塊、RTC時鐘模塊、電源控制模塊、 RS485模塊、GPRS模塊、雙路UART控制器和ZigBee模塊。[0009]所述的RTC時鐘模塊在上電時采用3. 3V供電，斷電后由法拉電容供電。[0010]本實用新型的特點還在于，其中的Wifi通訊模塊、ZigBee模塊、RS485通訊模塊， 用于CMA和監(jiān)測裝置之間的通信。[0011]其中的以太網(wǎng)模塊、GPRS模塊用于CMA和主站系統(tǒng)之間的通信。其中的電源模塊，通過不同的電源芯片對輸入電壓進行處理，獲得不同的穩(wěn)定電壓，為CMA的各個模塊提供穩(wěn)定的電能。[0012]其中的ARM核心板，用于處理、存儲監(jiān)測裝置上發(fā)的數(shù)據(jù)，判斷監(jiān)測數(shù)據(jù)是否達到報警值。另外，該模塊對整套儀器的各個部分的工作進行控制。[0013]本實用新型的有益效果是，[0014](1)采用各種低功耗、超低功耗的傳感器和微處理器芯片，大大降低了系統(tǒng)的功耗；采用太陽能加蓄電池充放電電路，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源，使得系統(tǒng)可以連續(xù)、長期、穩(wěn)定地在野外工作。[0015](2)功能強大，可以跨廠家接入多種類型的監(jiān)測裝置，包括桿塔傾斜、導線弧垂、導線溫度、微風振動、絕緣子風偏、導線覆冰、絕緣子污穢度、微氣象、導線舞動、圖像等監(jiān)測裝置。[0016](3)采用WIFI無線通信技術，降低了安裝成本，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?、并實現(xiàn)了遠距離傳輸?shù)墓δ?。[0017](4)采用GPRS無線通信技術進行數(shù)據(jù)傳輸與控制，避免了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式帶來的電纜施工，大大降低了施工的難度和系統(tǒng)安裝成本；系統(tǒng)既可連續(xù)安裝又可離散安裝。[0018](5)采用ZigBee技術，通過ZigBee節(jié)點方便地組網(wǎng)，實用了低成本、低耗電、網(wǎng)絡節(jié)點多、傳輸距離遠的無線加速度傳感器網(wǎng)絡和無線溫度傳感器網(wǎng)絡。


[0019]圖1是輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結構圖；[0020]圖2是CMA裝置結構圖； 圖3是CMA的電源管理框圖；[0022]圖4是CMA主動蘇醒后程序流程圖；[0023]圖5是監(jiān)測裝置自動采集模式CMA程序流程。[0024]其中1為ARM運算處理模塊；2為Wifi模塊；3為以太網(wǎng)模塊；4為RTC時鐘；5 為電源控制；6為RS485模塊；7為GPRS模塊；8為雙路UART控制器；9為ZigBee模塊；5_1 為太陽能電池板；5-2為過放電過保護單元；5-3為蓄電池。
具體實施方式
[0025]
以下結合附圖對本實用新型做進一步詳細描述[0026]參見圖1-5，CMA作為輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉發(fā)者和控制指令的發(fā)送中心， 必須要和不同廠家的狀態(tài)監(jiān)測裝置進行通信，實現(xiàn)對各種狀態(tài)監(jiān)測裝置的控制和調節(jié)、數(shù)據(jù)的存儲與轉發(fā)。因此CMA通訊接口繁多，報文格式復雜，數(shù)據(jù)量大。如圖1所示，CMA和監(jiān)測裝置之間通過Il接口互連，實現(xiàn)CMA與監(jiān)測裝置之間的自動發(fā)現(xiàn)交互、心跳交互、數(shù)據(jù)交互、讀配置交互、調節(jié)控制交互、自動上報交互和喚醒交互七個過程，對接收到的數(shù)據(jù)進行標準化處理，經(jīng)12 口發(fā)送到主站系統(tǒng)。圖1中的Il接口主要有以太網(wǎng)接口、RS485接口、 WIFI無線網(wǎng)絡、ZIGBEE無線網(wǎng)絡。12接口主要有以太網(wǎng)接口、無線公網(wǎng)(GPRS、)等，CMA根據(jù)現(xiàn)場的通信環(huán)境決定采用何種II、12通信接口與監(jiān)測裝置和主站系統(tǒng)通信由決定。[0027]本實用新型CMA的結構，如圖2所示，包括ARM運算處理模塊1、Wifi模塊2、以太網(wǎng)模塊3、RTC時鐘4、電源控制5、RS485模塊6、GPRS模塊7、雙路UART控制器8以及ZigBee 模塊9。[0028](1)電源模塊1[0029]由于監(jiān)測裝置安裝環(huán)境的特殊性，CMA裝置可采用的供電方式主要是太陽能加蓄電池，為了保證裝置長時間安全穩(wěn)定運行，低功耗設計便成了 CMA設計的重點之一。本實用新型中主要在電源和芯片休眠控制兩個方面來共同實現(xiàn)功耗的降低。[0030]根據(jù)圖3可知，本裝置中包含了多種通訊接口，而現(xiàn)場的通信環(huán)境并不要求所有的通訊接口同時工作，所以選擇了對GPRS模塊、Wifi模塊、ZigBee模塊、以太網(wǎng)等模塊采用可控電源芯片單獨供電的方式，如果根據(jù)安裝環(huán)境不需要某個模塊的功能，可通過MCU方便的控制相關的電源芯片停止工作，減少不必要的消耗；而需要增加某種通訊功能時，只需要通過12接口給CMA發(fā)送相關的指令，便可方便的恢復其模塊的供電。[0031]本實用新型中選擇TI公司高效率的開關電源芯片TPS5430和TPS62000進行電平轉換，其轉換效率高達90%以上。當TPS62000使能引腳被拉低后，電源芯片使能關閉，漏電流將小于luA，也就是可以完全關斷模塊電源，大幅降低整體功耗。[0032](2)雙路UART控制器[0033]由于CMA裝置中RS232調試口、RS485通訊模塊、GPRS模塊、ZigBee模塊都是通過串口與S3C2440通信，而S3C2440只包含3通道UART，所以本裝置采用了 PHILPS公司 SC16C2552芯片進行串口擴展，SC16C2552是帶16字節(jié)收發(fā)FIFO的雙UART器件，可實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)和串行數(shù)據(jù)的轉換，最高可處理5Mbit/s的串行數(shù)據(jù)，通過其數(shù)據(jù)總線控制邏輯及寄存器選擇邏輯，可很方便的實現(xiàn)串口的擴展。[0034](3) RTC 時鐘[0035]裝置RTC時鐘在上電時采用3. 3V供電，斷電后由法拉電容供電，具有蓄電量大，使用時間長，充放電電路簡單等優(yōu)點，可保證在裝置斷電的情況下RTC時鐘長時間正常工作。[0036](4) ARM運算處理模塊[0037]ARM運算處理模塊的核心是ARM芯片，本裝置采用三星公司的S3CM40芯片作為處理核心。ARM對采樣得到的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析和處理，做出儲存、查詢、運算、比較、 上報、報警等操作，此外該模塊協(xié)調控制整個監(jiān)測終端各個模塊的工作狀態(tài)。預先將監(jiān)測軟件寫入ARM內部程序存儲器中，在監(jiān)測終端開始工作時，由ARM對終端的各個模塊進行初始化操作；開始采集數(shù)據(jù)后，ARM通過不同的通信模塊獲取終端的信號，經(jīng)過程序的分析處理后，由以太網(wǎng)、GPRS或WIFI模塊發(fā)送到監(jiān)控中心。[0038](5)以太網(wǎng)模塊[0039]以太網(wǎng)是CMA與智能終端設備和CAG通信的主要方式之一，本模塊有兩個網(wǎng)口，均采用高速以太網(wǎng)接口芯片DM9000CIEP，集成10/100M物理層接口。以太網(wǎng)的基本結構可以分為總線型和星型，本實用新型的以太網(wǎng)結構采用星型結構，CMA與數(shù)據(jù)中心和智能終端設備之間可以相互傳輸數(shù)據(jù)。[0040](6) RS485 模塊[0041]此模塊使用SP;3491EN全雙工485芯片，連接到S3C2440的UARTl 口，通信線纜采用四芯屏蔽雙絞線，有效地減小傳輸過程中收到的干擾。[0042](7) zigbee 模塊[0043]此模塊采用MC13192芯片。ZigBee模塊有三種網(wǎng)絡結構(星型，樹型，網(wǎng)狀)，在這里選擇網(wǎng)狀結構，每一個監(jiān)測終端上的ZigBee模塊都為全功能設備工作模式。這種結構的網(wǎng)絡非常健壯，任意兩個節(jié)點間可以同時通過多條路由通道傳輸數(shù)據(jù)，在個別節(jié)點發(fā)生故障時，能夠通過其他節(jié)點建立新的路由通道，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。[0044](8) Wifi 模塊[0045]此模塊采用瑞丞科技USB接口 wifi模塊UG5681，提供Linux下驅動，接S3C2440 的 USBO Π。[0046](9) GPRS 模塊[0047]采用M580z GPRS模塊，模塊的UART 口連接到SC16C2552B芯片的UARTA上，UARTA 的中斷腳連接至EINT8，當有數(shù)據(jù)接收時，EINT8產生外部中斷喚醒ARM。RING引腳接EINT3， 撥電話時RING可產生中斷喚醒ARM。[0048]CMA對不同的監(jiān)測裝置應采用不同的輪詢周期，監(jiān)測裝置在輪詢的過程中，處于被動激活狀態(tài)，自身不主動蘇醒，如果被激活后2分鐘內沒有收到后續(xù)命令，則自行回到休眠狀態(tài)，其程序流程如圖4所示。[0049]監(jiān)測裝置自動采集模式下，監(jiān)測裝置主動蘇醒，通過發(fā)送激活命令喚醒CMA。CMA 蘇醒后對所有監(jiān)測裝置進行輪詢，獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)。當數(shù)據(jù)處理完畢后，向監(jiān)測裝置發(fā)送休眠命令，然后CMA也進入休眠模式，其程序流程如圖5所示。[0050]發(fā)送報文后，如在4秒內沒有收到響應數(shù)據(jù)報，或者響應表明接收失敗，裝置進入重發(fā)機制。在命令重發(fā)模式，CMA重復發(fā)送3次該命令報文，如果不成功則不再發(fā)送。CMA 記錄無法正常通訊的監(jiān)測終端，并將相關信息上傳。[0051]以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施方式
僅限于此，對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明由所提交的權利要求書確定專利保護范圍。
權利要求1.一種輸電線路狀態(tài)監(jiān)測代理裝置，其特征在于包括ARM運算處理模塊、Wifi模塊、以太網(wǎng)模塊、RTC時鐘模塊、電源控制模塊、RS485模塊、GPRS模塊、雙路UART控制器和 ZigBee模塊；所述Wifi模塊、以太網(wǎng)模塊、RTC時鐘模塊、電源控制模塊、RS485模塊、GPRS 模塊、雙路UART控制器和ZigBee模塊同時與ARM運算處理模塊雙向連接。
2.如權利要求1所述輸電線路狀態(tài)監(jiān)測代理裝置，其特征在于電源控制模塊內設置有太陽能電池板、過放電過保護單元和蓄電池，太陽能電池板與過放電過保護單元單向連接，蓄電池與過放電過保護單元雙向連接。
3.如權利要求1所述輸電線路狀態(tài)監(jiān)測代理裝置，其特征在于所述ARM運算處理模塊內置uClinux操作系統(tǒng)。
4.如權利要求1所述輸電線路狀態(tài)監(jiān)測代理裝置，其特征在于所述的雙路UART控制器采用SC16C2552芯片實現(xiàn)串口擴展。
5.如權利要求1所述輸電線路狀態(tài)監(jiān)測代理裝置，其特征在于ARM運算處理模塊控制 Wifi模塊、以太網(wǎng)模塊、RTC時鐘模塊、電源控制模塊、RS485模塊、GPRS模塊、雙路UART控制器和ZigBee模塊。
6.如權利要求1所述輸電線路狀態(tài)監(jiān)測代理裝置，其特征在于所述的RTC時鐘模塊在上電時采用3. 3V供電，斷電后由法拉電容供電。
專利摘要本實用新型公開了一種輸電線路狀態(tài)監(jiān)測代理裝置，包括S3C2440芯片，S3C2440芯片上連接有Wifi模塊、以太網(wǎng)模塊、RTC時鐘、電源控制模塊、RS485模塊、GPRS模塊、雙路UART控制器及ZigBee模塊。本實用新型輸電線路狀態(tài)監(jiān)測代理裝置，實現(xiàn)了用CMA代替原有監(jiān)測裝置和主站系統(tǒng)進行通訊。以標準的方式連接站內的各類狀態(tài)監(jiān)測裝置，接收它們所發(fā)出的標準化狀態(tài)信息，并對它們進行標準化控制。
文檔編號G08C17/02GK202276363SQ201120286120
公開日2012年6月13日 申請日期2011年8月10日 優(yōu)先權日2011年8月10日
發(fā)明者劉家兵, 張曉軍, 張景輝, 蔡偉, 趙隆, 黃新波 申請人:西安金源電氣股份有限公司