本實(shí)用新型涉及高壓開關(guān)柜領(lǐng)域，特別是一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)的高壓開關(guān)柜溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電力行業(yè)的發(fā)展直接影響著國(guó)家的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的穩(wěn)定和人民群眾的生活質(zhì)量，配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)各行各業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著決定性的意義。一旦電網(wǎng)的某一環(huán)節(jié)發(fā)生故障，不僅會(huì)造成電氣設(shè)備的損壞，還可能會(huì)影響整個(gè)電網(wǎng)的正常輸配電，造成一定區(qū)域的停電，嚴(yán)重影響工業(yè)，醫(yī)療，教育等行業(yè)，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還有可能危及電網(wǎng)工作人員的安全。因此，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是重中之重。

隨著經(jīng)濟(jì)和科技的迅速進(jìn)步，現(xiàn)代電力系統(tǒng)的電能傳輸距離越來(lái)越遠(yuǎn)，輸電電壓越來(lái)越高，對(duì)電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備提出更多的要求，運(yùn)行條件也越來(lái)越嚴(yán)格。只有運(yùn)行的各個(gè)指標(biāo)都在嚴(yán)格的閾值內(nèi)，才能保證輸配電的穩(wěn)定安全。

電氣設(shè)備的眾多故障中很大一部分都是由于溫度或濕度過(guò)高而引起的，由于溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備機(jī)械強(qiáng)度降低或者電阻增大，會(huì)導(dǎo)致其機(jī)械壽命或者電氣壽命大幅降低，絕緣材料過(guò)熱時(shí)可能導(dǎo)致絕緣等級(jí)降低，使部件損壞。因此必須將電氣設(shè)備的溫度控制在允許溫升范圍內(nèi)。濕度過(guò)大可能造成凝露，爬電，閃絡(luò)等現(xiàn)象。因此對(duì)于電氣設(shè)備的溫濕度監(jiān)控有重要意義。

高壓開關(guān)柜在電力行業(yè)應(yīng)用廣泛。由于其結(jié)構(gòu)相對(duì)封閉，容易造成溫升過(guò)高而難于散熱，造成局部過(guò)熱，特別是在大電流的運(yùn)行期間，由于觸點(diǎn)溫升過(guò)高而導(dǎo)致的故障發(fā)生頻率很高，存在的問(wèn)題主要一般集中在觸頭和母排的溫度超出閾值，造成熔焊等問(wèn)題，某些元件溫度過(guò)高可能導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度下降等問(wèn)題或燒壞設(shè)備；在較為潮濕的地區(qū)，潮濕氣體一旦進(jìn)入就很難排出，由于開關(guān)柜內(nèi)外、柜體的溫濕度差異很可能導(dǎo)致凝露現(xiàn)象的發(fā)生，從而引起電氣設(shè)備的腐蝕，從而會(huì)造成絕緣能力下降，并影響其機(jī)械和電氣性能，不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失外，甚至可能會(huì)導(dǎo)致絕緣件表面產(chǎn)生爬電現(xiàn)象和閃絡(luò)現(xiàn)象而引發(fā)事故。

綜上所述，高壓開關(guān)柜溫濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理可能由于溫濕度過(guò)高而引起的事故有巨大作用，對(duì)于超出溫濕度閾值的開關(guān)柜及時(shí)處理和檢修，排除可能出現(xiàn)危險(xiǎn)和重大事故的可能性，既減少了檢修人員的工作量，也使電網(wǎng)的安全運(yùn)行提供了保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實(shí)用新型的目的是提供一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)的高壓開關(guān)柜溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠?qū)﹂_關(guān)柜環(huán)境的溫濕度進(jìn)行監(jiān)控。

本實(shí)用新型采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)的高壓開關(guān)柜溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體包括溫濕度采集節(jié)點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心，所述溫濕度采集節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)Zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，所述中心節(jié)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)中心之間通過(guò)串口傳輸數(shù)據(jù)；所述溫濕度采集節(jié)點(diǎn)包括單片機(jī)以及與其相連的溫濕度傳感器、LCD液晶顯示屏、無(wú)線模塊終端，所述無(wú)線模塊終端與天線相連；所述中心節(jié)點(diǎn)包括無(wú)線模塊協(xié)調(diào)器，所述無(wú)線模塊協(xié)調(diào)器通過(guò)串口與所述監(jiān)控中心相連，所述無(wú)線模塊協(xié)調(diào)器與天線相連；所述監(jiān)控中心包括計(jì)算機(jī)；所述監(jiān)控中心包括計(jì)算機(jī)；所述無(wú)線模塊終端、單片機(jī)、LCD液晶顯示屏、溫濕度傳感器均連接有電源。

進(jìn)一步地，所述溫濕度傳感器型號(hào)為SHT11。

進(jìn)一步地，所述單片機(jī)型號(hào)為PIC16F877A。

進(jìn)一步地，所述溫濕度采集節(jié)點(diǎn)設(shè)置于溫濕度采集現(xiàn)場(chǎng)，所述溫濕度采集現(xiàn)場(chǎng)包括高壓開關(guān)柜的母線室、斷路器手車室、電纜室以及繼電器儀表室。

進(jìn)一步地，所述溫濕度傳感器設(shè)置于高壓開關(guān)柜的柜體內(nèi)，所述天線設(shè)置于柜體外。

較佳的，本實(shí)用新型的溫濕度采集節(jié)點(diǎn)放置于溫濕度采集現(xiàn)場(chǎng)，單片機(jī)及溫濕度傳感器置于高壓開關(guān)柜的柜體內(nèi)，用于溫濕度的實(shí)時(shí)測(cè)量，無(wú)線芯片及天線置于柜體外，用以減少電磁干擾及發(fā)射效率。在高壓開關(guān)柜的母線室、斷路器手車室、電纜室和繼電器儀表室中各放置一個(gè)溫濕度采集節(jié)點(diǎn)，分別對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行監(jiān)控。單片機(jī)將溫濕度數(shù)據(jù)在LCD顯示并串口發(fā)送到無(wú)線芯片。通過(guò)Zigbee技術(shù)將溫濕度數(shù)據(jù)從溫濕度采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送到中心節(jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)串口把數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)。通過(guò)對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，例如1號(hào)開關(guān)柜的A部分的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)可在發(fā)回的數(shù)據(jù)前添加1A字符，即可了解數(shù)據(jù)的來(lái)源。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠?qū)﹂_關(guān)柜的溫濕度環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)原理框圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中單片機(jī)最小系統(tǒng)示意圖。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中CC2530芯片及其外圍電路示意圖。

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中溫濕度傳感器原理示意圖。

圖5為為本實(shí)用新型實(shí)施例中LCD液晶顯示屏模塊的原理示意圖。

[主要組件符號(hào)說(shuō)明]

圖中：S是溫濕度傳感器，M是單片機(jī)，B是電源，L是液晶顯示屏LCD，E是無(wú)線模塊終端，C是無(wú)線模塊協(xié)調(diào)器，A1和A2是天線，P是PL2303串口-USB芯片，PC是計(jì)算機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1至圖5所示，本實(shí)施例提供了一種基于無(wú)線傳感網(wǎng)的高壓開關(guān)柜溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具體包括溫濕度采集節(jié)點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控中心，所述溫濕度采集節(jié)點(diǎn)與中心節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)Zigbee技術(shù)實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)，所述中心節(jié)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)中心之間通過(guò)串口傳輸數(shù)據(jù)。

本實(shí)施例的系統(tǒng)采用一對(duì)多的結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)采用星型拓?fù)洌總€(gè)開關(guān)柜放置多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，一個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)（中心節(jié)點(diǎn)）接收多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)即可監(jiān)控多個(gè)開關(guān)柜的溫濕度。

每個(gè)溫濕度采集節(jié)點(diǎn)包括單片機(jī)M、傳感器S、LCD模塊L和無(wú)線終端E，通過(guò)電源B對(duì)節(jié)點(diǎn)的每個(gè)部分供電。如圖1所示，單片機(jī)接收溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，在LCD上顯示實(shí)時(shí)溫濕度的數(shù)值后，再通過(guò)串口發(fā)送到無(wú)線芯片。溫濕度傳感器采用SHT11，液晶顯示屏采用LCD1602、無(wú)線芯片通過(guò)Zigbee技術(shù)進(jìn)行信息傳輸。溫濕度傳感器SHT11將傳感原件與信號(hào)處理電路集成到一塊微型電路板上，內(nèi)部的溫度傳感器和濕度傳感器將模擬信號(hào)傳遞給運(yùn)算放大器，再由14位的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)SCK和DATA線輸出標(biāo)定的數(shù)字信號(hào)，溫度傳感器SHT11在出廠前，都會(huì)在恒濕或恒溫環(huán)境巾進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)系數(shù)存儲(chǔ)在校準(zhǔn)寄存器中；在測(cè)量過(guò)程中，校準(zhǔn)系數(shù)會(huì)自動(dòng)校準(zhǔn)來(lái)自傳感器的信號(hào)。單片機(jī)采集溫濕度前先對(duì)傳感器進(jìn)行初始化，并進(jìn)行通信連接，設(shè)置寄存器，設(shè)置溫度數(shù)據(jù)為12位，濕度數(shù)據(jù)為8位。之后先發(fā)送讀取濕度的命令0x05，由于傳感器采集和處理溫濕度信號(hào)分別需要一定的時(shí)間，因此SHT11應(yīng)答后延遲20ms，單片機(jī)再分別接收數(shù)據(jù)的高位和低位，接下來(lái)發(fā)送采集溫度的命令0x03，SHT11應(yīng)答后延遲80ms，接下來(lái)分別接收數(shù)據(jù)的高位和低位，接收到溫濕度數(shù)據(jù)后，由于能隙材料PTAT研發(fā)的溫度傳感器具有極好的線性，可用進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，濕度傳感器是電容性聚合體測(cè)濕敏感元件。由于氣體的相對(duì)濕度在很大程度上依賴于溫度，因此在測(cè)量相對(duì)濕度時(shí)，應(yīng)盡可能保證所有測(cè)量同一濕度的傳感器在同一溫度下工作。在做測(cè)試時(shí)，應(yīng)保證被測(cè)的傳感器與參考傳感器在同樣溫度。線性補(bǔ)償公式和溫度補(bǔ)償公式，由此計(jì)算得出溫濕度的數(shù)值，單位分別為攝氏度和相對(duì)濕度。分別將溫濕度數(shù)據(jù)在LCD上面顯示。通過(guò)異步串行通信將溫濕度數(shù)據(jù)發(fā)送到無(wú)線終端節(jié)點(diǎn)。

在本實(shí)施例中，無(wú)線通信部分采用Zigbee技術(shù)，終端和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)分別采用CC2530芯片，下載了協(xié)調(diào)器程序的芯片充當(dāng)協(xié)調(diào)器，是網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)，下載了終端節(jié)點(diǎn)程序的芯片作為無(wú)線通信的發(fā)送端，直接與單片機(jī)進(jìn)行串口通信。組網(wǎng)過(guò)程如下：模塊上電后，下載了協(xié)調(diào)器程序的模塊負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立，PANID設(shè)為0xFFFF，協(xié)調(diào)器生成一個(gè)隨機(jī)的不與其他網(wǎng)絡(luò)重復(fù)的數(shù)值作為網(wǎng)絡(luò)ID，開始組建網(wǎng)絡(luò)。建立網(wǎng)絡(luò)后等待其他節(jié)點(diǎn)的加入。終端模塊完成初始化后尋找可加入的網(wǎng)絡(luò)，找到網(wǎng)絡(luò)后向協(xié)調(diào)器發(fā)送入網(wǎng)請(qǐng)求幀，請(qǐng)求加入網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器收到請(qǐng)求幀后會(huì)接收或拒絕入網(wǎng)請(qǐng)求，并給允許入網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，如果網(wǎng)絡(luò)需要覆蓋更大的范圍，可以設(shè)置路由器節(jié)點(diǎn)，組成多跳網(wǎng)絡(luò)。組網(wǎng)成功后再進(jìn)行其他程序的執(zhí)行。

在本實(shí)施例中，CC2530芯片的運(yùn)行基于輪轉(zhuǎn)查詢操作系統(tǒng)，將需要執(zhí)行的任務(wù)進(jìn)行注冊(cè)、編碼，通過(guò)各個(gè)任務(wù)的回調(diào)函數(shù)在操作系統(tǒng)中執(zhí)行各個(gè)任務(wù)。終端節(jié)點(diǎn)要將硬件層的串口函數(shù)初始化和注冊(cè)，并將其添加到操作系統(tǒng)的任務(wù)處理函數(shù)中。收到單片機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)后，通過(guò)調(diào)用無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)送的函數(shù)將其發(fā)送到空中，發(fā)送不成功要重新發(fā)送。途中符號(hào)A表示天線，天線的應(yīng)用使得無(wú)線通信的范圍更大，效率更高。協(xié)調(diào)器需要調(diào)用串口發(fā)送數(shù)據(jù)的函數(shù)，一旦協(xié)調(diào)器收到無(wú)線數(shù)據(jù)包，將數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)，串口將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送到電腦，即完成了溫濕度數(shù)據(jù)從單片機(jī)到計(jì)算機(jī)的整個(gè)通信過(guò)程。

在本實(shí)施例中，在協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)（中心節(jié)點(diǎn)）接收到數(shù)據(jù)后，通過(guò)串口發(fā)送到計(jì)算機(jī)，通過(guò)PL2303芯片將串口數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為USB格式。在計(jì)算機(jī)可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、保存、處理。

在上述實(shí)例實(shí)施中，利用無(wú)線傳感技術(shù)，將溫濕度采集模塊采集的信息通過(guò)無(wú)線通信方式傳送到監(jiān)測(cè)中心，使得溫濕度采集節(jié)點(diǎn)的設(shè)置變得靈活方便，省去了布線的麻煩。

值得一提的是，本實(shí)用新型保護(hù)的是硬件結(jié)構(gòu)，至于控制方法通信方法等不要求保護(hù)。以上僅為本實(shí)用新型實(shí)施例中一個(gè)較佳的實(shí)施方案。但是，本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方案，凡按本實(shí)用新型方案所做的任何均等變化和修飾，所產(chǎn)生的功能作用未超出本方案的范圍時(shí)，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。