專利名稱：應用無線傳感器網(wǎng)絡的輸電線路導線狀態(tài)在線監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于輸變電設備狀態(tài)在線監(jiān)測技術領域，涉及一種輸電線路導線狀態(tài) 在線監(jiān)測裝置，具體涉及一種應用無線傳感器網(wǎng)絡的輸電線路導線狀態(tài)在線監(jiān)測裝置。
背景技術：
無線傳感器網(wǎng)絡WSN (Wireless Sensor Network)是指大量的靜止或移動的傳感 器以自組織和多跳的方式構成的無線網(wǎng)絡，其目的是協(xié)作地感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡覆 蓋地理區(qū)域內(nèi)感知對象的監(jiān)測信息并報告給相關用戶，它具有支持ZigBee網(wǎng)絡協(xié)議、組網(wǎng) 靈活、配置快捷、網(wǎng)絡自動恢復能力、感知數(shù)據(jù)流巨大、雙向傳送數(shù)據(jù)和控制命令、可快速部 署、無人值守、功耗低、成本低等優(yōu)點。無線傳感器網(wǎng)絡是基于IEEE802. 15. 4技術標準和ZigBee網(wǎng)絡協(xié)議而設計的，無 線傳感器網(wǎng)絡集傳感器、執(zhí)行器、控制器和通信裝置于一體，集傳感與驅(qū)動控制能力、計算 能力、通信能力于一身。由這些微型傳感器構成的無線傳感器網(wǎng)絡能夠?qū)崟r監(jiān)測、感知和采 集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)的各種監(jiān)測對象信息，并對這些信息進行處理，傳送給需要這些信息的 用戶。盡管無線傳感器網(wǎng)絡的技術特點也決定了其面臨著通信能力有限、電源能量有 限、計算存儲能力有限、受限的無線傳輸帶寬、安全性較差等挑戰(zhàn)，目前無線傳感器網(wǎng)絡在 溫濕度監(jiān)控、壓力過程控制數(shù)據(jù)采集、流量過程控制數(shù)據(jù)采集、工業(yè)監(jiān)控、樓宇自動化、數(shù)據(jù) 中心、制冷監(jiān)控、設備監(jiān)控、社區(qū)安防、環(huán)境數(shù)據(jù)檢測、倉庫貨物監(jiān)控等方面得到了廣泛的應用。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種應用無線傳感器網(wǎng)絡的輸電線路導線狀態(tài)在線監(jiān) 測裝置，通過在輸電線路導線上布置無線傳感器網(wǎng)絡，實時采集導線的狀態(tài)信息(導線監(jiān)測 點處的溫度、位移加速度、角度等)，從而實現(xiàn)對輸電線路導線狀態(tài)的實時監(jiān)測。本實用新型所采用的技術方案是，一種應用無線傳感器網(wǎng)絡的輸電線路導線狀態(tài) 在線監(jiān)測裝置，包括桿塔監(jiān)測分機，桿塔監(jiān)測分機上安裝有無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點，無 線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點組建無線傳感器網(wǎng)絡，無線網(wǎng)絡中還有無線傳感器網(wǎng)絡路由器節(jié) 點及無線傳感器網(wǎng)絡終端節(jié)點。本實用新型的特點還在于，其中的桿塔監(jiān)測分機設置有兩個或兩個以上，每個桿塔監(jiān)測分機上安裝有無線傳 感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點，無線傳感器網(wǎng)絡中有無線傳感器網(wǎng)絡路由器節(jié)點及無線傳感器網(wǎng)絡 終端節(jié)點。其中的無線傳感器網(wǎng)絡路由器節(jié)點，包括無線ZigBee模塊，無線ZigBee模塊上分 別連接有三軸加速度傳感器、角度傳感器及溫度傳感器。其中的無線傳感器網(wǎng)絡終端節(jié)點，包括無線ZigBee模塊，無線ZigBee模塊上分別連接有三軸加速度傳感器、角度傳感器及溫度傳感器。本實用新型在線監(jiān)測裝置的有益效果是，(1)首次在輸電線路導線狀態(tài)監(jiān)測中采用無線傳感器網(wǎng)絡，實現(xiàn)了對輸電線路導 線狀態(tài)的全方位、多參量監(jiān)測，大大提高了監(jiān)測的精度。(2)采用無線ZigBee技術，通過ZigBee節(jié)點方便地組網(wǎng)，實現(xiàn)了低成本、低耗電、 網(wǎng)絡節(jié)點多、傳輸距離遠的無線傳感器網(wǎng)絡。(3)基于無線射頻芯片CC2430設計標準的無線ZigBee傳輸模塊，整個無線ZigBee 模塊接口電路采用兩排12腳標準的排針，將CC2430單片機所有的21個IO引腳以及電源 引腳、復位引腳全部引出，在應用中就可以根據(jù)實際情況進行相應的IO功能定義，大大增 強了無線ZigBee模塊的通用性以及互換性。(4)基于溫度傳感器DS18B20、角度傳感器CXTA02、加速度傳感器ADXL330以及無 線ZigBee傳輸模塊，本實用新型設計了一種無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，包括協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由 器節(jié)點以及終端節(jié)點三種類型。(5)在無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點上成功移植了 MSSTATE_LRWPAN協(xié)議棧，從而可以組建 星形網(wǎng)絡以及較為復雜的樹狀網(wǎng)絡。(6)采用各種低功耗、超低功耗的傳感器和無線射頻芯片，大大降低了系統(tǒng)的功 耗，在保證系統(tǒng)連續(xù)、長期、穩(wěn)定工作的前提下，本實用新型實現(xiàn)了通過兩節(jié)1. 5V干電池給 無線傳感器網(wǎng)絡路由器節(jié)點以及終端節(jié)點供電。

圖1是本實用新型在線監(jiān)測裝置一種實施例的結構示意圖；圖2是本實用新型在線監(jiān)測裝置中無線傳感器網(wǎng)絡路由器節(jié)點及無線傳感器網(wǎng) 絡終端節(jié)點的結構示意圖；圖3是本實用新型在線監(jiān)測裝置中無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點的程序流程圖；圖4是本實用新型在線監(jiān)測裝置中無線傳感器網(wǎng)絡路由器節(jié)點及無線傳感器網(wǎng) 絡終端節(jié)點的程序流程圖。圖中，1.桿塔監(jiān)測分機，2.無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點，3.無線傳感器網(wǎng)絡路由 器節(jié)點，4.無線傳感器網(wǎng)絡終端節(jié)點，5.無線單片機，6.三軸加速度傳感器，7.角度傳感 器，8.溫度傳感器，9.無線ZigBee模塊。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進行詳細說明。本實用新型應用無線傳感器網(wǎng)絡的輸電線路導線狀態(tài)在線監(jiān)測裝置一種實施例 的結構，如圖1所示，包括桿塔監(jiān)測分機1，桿塔監(jiān)測分機1上安裝有無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器 節(jié)點2，無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點2組建的無線傳感器網(wǎng)絡中有多個無線傳感器網(wǎng)絡路 由器節(jié)點3及一個無線傳感器網(wǎng)絡終端節(jié)點4，此監(jiān)測裝置可以設置有多組。無線傳感器網(wǎng)絡路由器節(jié)點3及無線傳感器網(wǎng)絡終端節(jié)點4的結構，如圖2所示， 包括無線ZigBee模塊9，無線ZigBee模塊9上分別連接有三軸加速度傳感器6、角度傳感 器7及溫度傳感器8，無線ZigBee模塊9包括無線單片機5，無線單片機5的引腳13、引腳
414、引腳15、引腳16、引腳17和引腳18分別與溫度傳感器8的引腳2、角度傳感器7的引腳 2、引腳3、三軸加速度傳感器6的引腳8、引腳10和引腳12相連接，無線單片機5的引腳44 與電容Cl串聯(lián)，電容Cl另一端接地，無線單片機5的引腳43與電容C2串聯(lián)，電容C2另一 端接地，引腳44與引腳43之間并聯(lián)晶振1 ；無線單片機5的引腳19與電容C5串聯(lián)，電容 C5另一端接地，無線單片機5的引腳21與電容C4串聯(lián)，電容C4另一端接地；無線單片機 5的引腳32分別與電感L2的一端以及印刷板微波傳輸線的一端相連接，電感L2的另一端 與無線單片機5的引腳34相連接，印刷板微波傳輸線的另一端分別與電感L2的另一端、引 腳34以及電感L3的一端相連接，電感L3的另一端與電容C3串聯(lián)，電容C3與外部天線相 連接。其中，三軸加速度傳感器6采用三軸加速度傳感器ADXL330，溫度傳感器8采用單總 線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，角度傳感器7采用二維傾角傳感器CXTA02。三軸加速度傳感器ADXL330功耗低、靈敏度高，最大測量范圍為+/_3g，X軸和Y軸 的帶寬為0. 5 1600Hz，Z軸帶寬為0. 5 550Hz，可提供模擬電壓輸出，能測量出任意時 刻輸電線路導線沿X軸、Y軸和Z軸三個方向的位移加速度分量。DS18B20是一種單總線系統(tǒng)的數(shù)字溫度傳感器，僅需要一根線就可以與外部微處 理器進行通訊，并且多個DS18B20可以并聯(lián)在三根線上，實現(xiàn)多點測溫。DS18B20可測量溫 度范圍為-55°C +125°C，轉換溫度時間小于ls，具有線路簡單、體積小、精度高的特點。CXTA02是一種雙軸傾角傳感器，它主要采用高穩(wěn)定性的硅微機械電容傾角傳感 器，以模擬信號方式輸出傾斜角度值，可測量角度范圍為_75°C +75°C，工作電流為4mA， 具有高精度、小尺寸、價格低廉、抗惡劣環(huán)境、易于安裝等優(yōu)點。ZigBee射頻芯片采用TI公司的低功耗芯片CC2430，工作時的電流損耗為27mA，在 接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27 mA和25 mA。ZigBee通信模塊基于TI公司的低功耗芯片CC2430，采用了非平衡天線和與其相 連接的非平衡變壓器。非平衡變壓器由電感Li、電感L2和印刷板微波傳輸線組成，能滿足 RF輸入/輸出匹配電阻(50 Ω )的要求，為了進一步提高無線傳輸距離，增加了外部天線，該 接收天線由電容C3、電感L3和外部天線接口構成；晶振1、電容Cl和電容C2為無線單片 機提供32. 768ΚΗζ的時鐘源；晶振2、電容C4和電容C5為無線單片機提供32Μ的時鐘源。 加速度傳感器三個方向的加速度輸出引腳12、10和8分別接到無線單片機的模擬輸入引腳 18、17和16上，實現(xiàn)了無線單片機對加速度傳感器產(chǎn)生的信號數(shù)據(jù)的采集，角度傳感器兩 個方向的角度輸出引腳2和3分別接到無線單片機的模擬輸入引腳15和14，實現(xiàn)了無線單 片機對角度傳感器產(chǎn)生的信號數(shù)據(jù)的采集；溫度傳感器信號引腳2接到無線單片機的普通 輸入引腳13上，實現(xiàn)了無線單片機對溫度傳感器產(chǎn)生的信號數(shù)據(jù)的采集。無線傳感器網(wǎng)絡 協(xié)調(diào)器節(jié)點由桿塔監(jiān)測分機提供電源，無線傳感器網(wǎng)絡路由器節(jié)點3以及無線傳感器網(wǎng)絡 終端節(jié)點4由兩節(jié)串聯(lián)的1. 5伏電池提供3伏電源。本實用新型中各個無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點為了降低功耗，上電后就處于睡眠狀態(tài) (低功耗狀態(tài))，當接收到主控單元發(fā)送的采集傳感器值的命令后，即刻從休眠模式轉到主 動模式，開始采集監(jiān)測點處輸電線路導線三個方向的位移加速度值、兩個方向的角度值以 及溫度值，并將采集的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給主控單元，發(fā)送成功后各無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點再 次轉入低功耗睡眠模式。無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點2的軟件流程圖如圖3所示，無線傳 感器網(wǎng)絡路由器節(jié)點3以及無線傳感器網(wǎng)絡終端節(jié)點4的軟件流程圖如圖4所示。[0032]無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點2安裝在桿塔監(jiān)測分機1上，由桿塔監(jiān)測分機1給其 供電，上電后無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點2組建一個低速率的無線傳感器網(wǎng)絡，并且給成 功入網(wǎng)的其他無線傳感器網(wǎng)絡路由器節(jié)點3以及無線傳感器網(wǎng)絡終端節(jié)點4分配一個16 位的網(wǎng)內(nèi)地址；實時、定時給無線網(wǎng)絡中的傳感器節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)采集命令，同時實時接收網(wǎng) 絡中無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，并將接收的數(shù)據(jù)信息傳送給桿塔監(jiān)測分機；無線傳感器網(wǎng)絡路由器節(jié)點3和無線傳感器網(wǎng)絡終端節(jié)點4在成功加入無線傳感 器網(wǎng)絡后，實時響應無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點2發(fā)送的數(shù)據(jù)采集命令，實時、定時采集溫 度傳感器DS18B20、加速度傳感器ADXL330以及傾角傳感器CXTA02的數(shù)據(jù)，并向協(xié)調(diào)器節(jié)點 發(fā)送采集的數(shù)據(jù)信息。此外路由器節(jié)點在整個網(wǎng)絡的工作中還起著數(shù)據(jù)中繼傳輸?shù)淖饔?；桿塔監(jiān)測分機1在本實用新型中主要完成對無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點2發(fā)送的 數(shù)據(jù)的接收、處理、存儲以及數(shù)據(jù)的轉發(fā)，同時為無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點2提供穩(wěn)定的 電源；各無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點都具有獨立的控制器和電源，所有的無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點 (協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點以及終端節(jié)點)基于協(xié)議棧中的樹狀路由算法共同組成一個低速 率、大數(shù)據(jù)量的無線傳感器網(wǎng)絡。本實用新型的工作過程為在兩個桿塔之間的一段輸電線路導線上布置若干個無 線傳感器網(wǎng)絡路由器節(jié)點3以及無線傳感器網(wǎng)絡終端節(jié)點4，在桿塔監(jiān)測分機1上布置一個 無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點2，各無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點共同組成樹狀的無線傳感器網(wǎng)絡，該 傳感器網(wǎng)絡中，路由器節(jié)點和終端節(jié)點定時/實時響應協(xié)調(diào)器節(jié)點的指令，發(fā)送各自采集 的導線狀態(tài)信息(溫度、位移加速度、角度)，同時各無線傳感器網(wǎng)絡路由器節(jié)點2還負責該 傳感器網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)的中繼傳輸功能。協(xié)調(diào)器節(jié)點一方面負責整個網(wǎng)絡的維護工作，另一方 面將接收的數(shù)據(jù)發(fā)送給桿塔監(jiān)測分機1，進行數(shù)據(jù)的處理、存儲以及轉發(fā)。本實用新型應用無線傳感器網(wǎng)絡的輸電線路導線狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，采用無線 ZigBee技術，通過建立無線傳感器網(wǎng)絡實時/定時采集輸電線路導線上各監(jiān)測點處三個方 向的位移加速度值、兩個方向的角度值以及溫度值，實現(xiàn)了對輸電線路導線狀態(tài)的直接、高 效、低成本的監(jiān)測。
權利要求一種應用無線傳感器網(wǎng)絡的輸電線路導線狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其特征在于，包括桿塔監(jiān)測分機(1)，桿塔監(jiān)測分機(1)上安裝有無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點(2)，無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點(2)組建的無線傳感器網(wǎng)絡中有無線傳感器網(wǎng)絡路由器節(jié)點(3)及無線傳感器網(wǎng)絡終端節(jié)點(4)。
2.根據(jù)權利要求1所述的應用無線傳感器網(wǎng)絡的輸電線路導線狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，其 特征在于，所述的桿塔監(jiān)測分機(1)設置有兩個或兩個以上，每個桿塔監(jiān)測分機(1)上安裝 有無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點(2)，無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點(2)組建的無線傳感器網(wǎng) 絡中有無線傳感器網(wǎng)絡路由器節(jié)點(3)及無線傳感器網(wǎng)絡終端節(jié)點(4)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的應用無線傳感器網(wǎng)絡的輸電線路導線狀態(tài)在線監(jiān)測裝 置，其特征在于，所述的無線傳感器網(wǎng)絡路由器節(jié)點(3)，包括無線ZigBee模塊(9)，無線 ZigBee模塊(9)上分別連接有三軸加速度傳感器(6)、角度傳感器(7)及溫度傳感器(8)。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的應用無線傳感器網(wǎng)絡的輸電線路導線狀態(tài)在線監(jiān)測 裝置，其特征在于，所述的無線傳感器網(wǎng)絡終端節(jié)點(4)，包括無線ZigBee模塊(9)，無線 ZigBee模塊(9)上分別連接有三軸加速度傳感器(6)、角度傳感器(7)及溫度傳感器(8)。
專利摘要本實用新型公開的一種應用無線傳感器網(wǎng)絡的輸電線路導線狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，包括桿塔監(jiān)測分機，桿塔監(jiān)測分機上安裝有無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點，無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器節(jié)點組建的無線傳感器網(wǎng)絡中有無線傳感器網(wǎng)絡路由器節(jié)點及無線傳感器網(wǎng)絡終端節(jié)點。本實用新型應用無線傳感器網(wǎng)絡的輸電線路導線狀態(tài)在線監(jiān)測裝置，采用無線ZigBee技術，通過建立無線傳感器網(wǎng)絡實時/定時采集輸電線路導線上各監(jiān)測點處三個方向的位移加速度值、兩個方向的角度值以及溫度值，實現(xiàn)了對輸電線路導線狀態(tài)的直接、高效、低成本的監(jiān)測。
文檔編號G01C9/00GK201654168SQ201020141329
公開日2010年11月24日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權日2010年3月26日
發(fā)明者黃官寶, 黃新波 申請人:西安工程大學