一种基于无线传感网的高压开关柜温湿度监测系统的制作方法

本实用新型涉及高压开关柜领域，特别是一种基于无线传感网的高压开关柜温湿度监测系统。

背景技术：

电力行业的发展直接影响着国家的经济、社会的稳定和人民群众的生活质量，配电网的稳定运行对各行各业的正常运转有着决定性的意义。一旦电网的某一环节发生故障，不仅会造成电气设备的损坏，还可能会影响整个电网的正常输配电，造成一定区域的停电，严重影响工业，医疗，教育等行业，造成巨大的经济损失，还有可能危及电网工作人员的安全。因此，电网的安全稳定运行是重中之重。

随着经济和科技的迅速进步，现代电力系统的电能传输距离越来越远，输电电压越来越高，对电力系统中电气设备提出更多的要求，运行条件也越来越严格。只有运行的各个指标都在严格的阈值内，才能保证输配电的稳定安全。

电气设备的众多故障中很大一部分都是由于温度或湿度过高而引起的，由于温度过高会导致电气设备机械强度降低或者电阻增大，会导致其机械寿命或者电气寿命大幅降低，绝缘材料过热时可能导致绝缘等级降低，使部件损坏。因此必须将电气设备的温度控制在允许温升范围内。湿度过大可能造成凝露，爬电，闪络等现象。因此对于电气设备的温湿度监控有重要意义。

高压开关柜在电力行业应用广泛。由于其结构相对封闭，容易造成温升过高而难于散热，造成局部过热，特别是在大电流的运行期间，由于触点温升过高而导致的故障发生频率很高，存在的问题主要一般集中在触头和母排的温度超出阈值，造成熔焊等问题，某些元件温度过高可能导致绝缘强度下降等问题或烧坏设备；在较为潮湿的地区，潮湿气体一旦进入就很难排出，由于开关柜内外、柜体的温湿度差异很可能导致凝露现象的发生，从而引起电气设备的腐蚀，从而会造成绝缘能力下降，并影响其机械和电气性能，不仅会造成经济损失外，甚至可能会导致绝缘件表面产生爬电现象和闪络现象而引发事故。

综上所述，高压开关柜温湿度的实时监测系统的研究对于及时发现和处理可能由于温湿度过高而引起的事故有巨大作用，对于超出温湿度阈值的开关柜及时处理和检修，排除可能出现危险和重大事故的可能性，既减少了检修人员的工作量，也使电网的安全运行提供了保障。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于无线传感网的高压开关柜温湿度监测系统，结构简单，能够对开关柜环境的温湿度进行监控。

本实用新型采用以下方案实现：一种基于无线传感网的高压开关柜温湿度监测系统，具体包括温湿度采集节点、中心节点与监控中心，所述温湿度采集节点与中心节点之间通过Zigbee技术实现组网，所述中心节点与监测中心之间通过串口传输数据；所述温湿度采集节点包括单片机以及与其相连的温湿度传感器、LCD液晶显示屏、无线模块终端，所述无线模块终端与天线相连；所述中心节点包括无线模块协调器，所述无线模块协调器通过串口与所述监控中心相连，所述无线模块协调器与天线相连；所述监控中心包括计算机；所述监控中心包括计算机；所述无线模块终端、单片机、LCD液晶显示屏、温湿度传感器均连接有电源。

进一步地，所述温湿度传感器型号为SHT11。

进一步地，所述单片机型号为PIC16F877A。

进一步地，所述温湿度采集节点设置于温湿度采集现场，所述温湿度采集现场包括高压开关柜的母线室、断路器手车室、电缆室以及继电器仪表室。

进一步地，所述温湿度传感器设置于高压开关柜的柜体内，所述天线设置于柜体外。

较佳的，本实用新型的温湿度采集节点放置于温湿度采集现场，单片机及温湿度传感器置于高压开关柜的柜体内，用于温湿度的实时测量，无线芯片及天线置于柜体外，用以减少电磁干扰及发射效率。在高压开关柜的母线室、断路器手车室、电缆室和继电器仪表室中各放置一个温湿度采集节点，分别对各个部分进行监控。单片机将温湿度数据在LCD显示并串口发送到无线芯片。通过Zigbee技术将温湿度数据从温湿度采集节点发送到中心节点，中心节点通过串口把数据发送到上位机。通过对每个节点进行编号，例如1号开关柜的A部分的数据采集节点可在发回的数据前添加1A字符，即可了解数据的来源。

与现有技术相比，本实用新型结构简单，能够对开关柜的温湿度环境进行监控。

附图说明

图1为本实用新型的系统原理框图。

图2为本实用新型实施例中单片机最小系统示意图。

图3为本实用新型实施例中CC2530芯片及其外围电路示意图。

图4为本实用新型实施例中温湿度传感器原理示意图。

图5为为本实用新型实施例中LCD液晶显示屏模块的原理示意图。

[主要组件符号说明]

图中：S是温湿度传感器，M是单片机，B是电源，L是液晶显示屏LCD，E是无线模块终端，C是无线模块协调器，A1和A2是天线，P是PL2303串口-USB芯片，PC是计算机。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1至图5所示，本实施例提供了一种基于无线传感网的高压开关柜温湿度监测系统，具体包括温湿度采集节点、中心节点与监控中心，所述温湿度采集节点与中心节点之间通过Zigbee技术实现组网，所述中心节点与监测中心之间通过串口传输数据。

本实施例的系统采用一对多的结构，网络采用星型拓扑，每个开关柜放置多个传感器节点，一个协调器节点（中心节点）接收多个传感器节点发送的数据即可监控多个开关柜的温湿度。

每个温湿度采集节点包括单片机M、传感器S、LCD模块L和无线终端E，通过电源B对节点的每个部分供电。如图1所示，单片机接收温湿度传感器的数据并进行处理，在LCD上显示实时温湿度的数值后，再通过串口发送到无线芯片。温湿度传感器采用SHT11，液晶显示屏采用LCD1602、无线芯片通过Zigbee技术进行信息传输。温湿度传感器SHT11将传感原件与信号处理电路集成到一块微型电路板上，内部的温度传感器和湿度传感器将模拟信号传递给运算放大器，再由14位的A/D转换器转化为数字信号，通过SCK和DATA线输出标定的数字信号，温度传感器SHT11在出厂前，都会在恒湿或恒温环境巾进行校准，校准系数存储在校准寄存器中；在测量过程中，校准系数会自动校准来自传感器的信号。单片机采集温湿度前先对传感器进行初始化，并进行通信连接，设置寄存器，设置温度数据为12位，湿度数据为8位。之后先发送读取湿度的命令0x05，由于传感器采集和处理温湿度信号分别需要一定的时间，因此SHT11应答后延迟20ms，单片机再分别接收数据的高位和低位，接下来发送采集温度的命令0x03，SHT11应答后延迟80ms，接下来分别接收数据的高位和低位，接收到温湿度数据后，由于能隙材料PTAT研发的温度传感器具有极好的线性，可用进行温度转换，湿度传感器是电容性聚合体测湿敏感元件。由于气体的相对湿度在很大程度上依赖于温度，因此在测量相对湿度时，应尽可能保证所有测量同一湿度的传感器在同一温度下工作。在做测试时，应保证被测的传感器与参考传感器在同样温度。线性补偿公式和温度补偿公式，由此计算得出温湿度的数值，单位分别为摄氏度和相对湿度。分别将温湿度数据在LCD上面显示。通过异步串行通信将温湿度数据发送到无线终端节点。

在本实施例中，无线通信部分采用Zigbee技术，终端和协调器节点分别采用CC2530芯片，下载了协调器程序的芯片充当协调器，是网络的中心节点，下载了终端节点程序的芯片作为无线通信的发送端，直接与单片机进行串口通信。组网过程如下：模块上电后，下载了协调器程序的模块负责网络的建立，PANID设为0xFFFF，协调器生成一个随机的不与其他网络重复的数值作为网络ID，开始组建网络。建立网络后等待其他节点的加入。终端模块完成初始化后寻找可加入的网络，找到网络后向协调器发送入网请求帧，请求加入网络。协调器收到请求帧后会接收或拒绝入网请求，并给允许入网的节点进行编号，如果网络需要覆盖更大的范围，可以设置路由器节点，组成多跳网络。组网成功后再进行其他程序的执行。

在本实施例中，CC2530芯片的运行基于轮转查询操作系统，将需要执行的任务进行注册、编码，通过各个任务的回调函数在操作系统中执行各个任务。终端节点要将硬件层的串口函数初始化和注册，并将其添加到操作系统的任务处理函数中。收到单片机发送过来的数据后，通过调用无线数据发送的函数将其发送到空中，发送不成功要重新发送。途中符号A表示天线，天线的应用使得无线通信的范围更大，效率更高。协调器需要调用串口发送数据的函数，一旦协调器收到无线数据包，将数据存入缓冲区，串口将缓冲区的数据发送到电脑，即完成了温湿度数据从单片机到计算机的整个通信过程。

在本实施例中，在协调器节点（中心节点）接收到数据后，通过串口发送到计算机，通过PL2303芯片将串口数据格式转化为USB格式。在计算机可对数据进行显示、保存、处理。

在上述实例实施中，利用无线传感技术，将温湿度采集模块采集的信息通过无线通信方式传送到监测中心，使得温湿度采集节点的设置变得灵活方便，省去了布线的麻烦。

值得一提的是，本实用新型保护的是硬件结构，至于控制方法通信方法等不要求保护。以上仅为本实用新型实施例中一个较佳的实施方案。但是，本实用新型并不限于上述实施方案，凡按本实用新型方案所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。