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基于无线传感器网络的开关柜温度监测系统方案
作者：重庆勤智科技有限公司
来源：RFID世界网
日期：2010-12-01 10:37:51
摘要：系统由温度传感器、温度巡检仪、无线传输设备、无线监测服务器（接收设备）及其管理软件组成。
一、概述
当开关柜长时间运行时，柜内没有特别的通风方式，特别是夏季，柜内温度较高，而目前又没有测温的措施，所以变电站值班人员并不知道柜内温度情况，采取盲运行方式，因此不能即时发现和解决可能存在的问题。
传统的检测方法是通过 RS232 或者RS485 等串行总线将温度信息发给监测中心，由监测中心做出处理的决定。该方法虽然简单，但是串行总线传输方法受串行线路等因素影响，传输距离有限；而且需要长距离布线，维修和维护都比较困难。基于无线传感器网络，利用成熟的无线传输技术，在保持系统可靠性的同时，保证了系统的先进性。无需长距离的复杂布线，每个无线局域网络模块安装灵活，改动安装位置无需重新布线；同时由于除电力电缆以外，无需其他线路的布线，所以也就更加安全、可靠。另外，将多个电缆接头连接成网络后，便于统一管理，实现管理的网络化、自动化。
二、基于无线传感器网络的开关柜温度监测系统
2.1、系统概述
本系统设计目标分三步，首先设计无线传感器网络的终端采集设备，包括温度传感器选型和采集电路及处理算法实现；然后根据变电站特点设计无线传感器终端设备的安装；最后通过对无线传感器网络的优化，将其应用到电力电缆接头故障监测中，使得电缆故障的监测自动化、无线化、网络化和安全化。
2.2、系统构成
系统由温度传感器、温度巡检仪、无线传输设备、无线监测服务器（接收设备）及其管理软件组成。采用新兴无线传感器网络的组网技术的无线测温系统，实现了对变电站开关柜的温度进行实时在线检测，经过与电力自动化系统连接，在中心监控室内就可以监视运行状态，真正做到了远距离遥测，当被测点温度超过预先设定的阀值时，就发出报警信号及时提醒有关人员采取措施。
2.3、系统特点
系统具有实时在线监测、测量精度可达±0.5℃的准确性；用户可根据自己的需求设置参数的灵活性；不论是产品、还是工具及其维护，都具有系统安全性和可靠性；实现无线设备间自动组网形成 MESH 网络拓扑；实现温度定时采集方式等功能特点。
2.4、系统功能模块简介
传感器部分
温度探头：采用外加金属壳保护套的 Cu50 热电阻，测量范围-20℃ － +100℃，精度±0.2℃。由于外加金属保护套，一方面可以在安装的时候保护温度探头；另一方面由于金属具有较好的导热特性，所以能够起到传导热量的目的。
无线网终端设备
无线网终端设备是本系统的核心，负责本系统的温度数据采集及传输。本系统配置温度传感器接口，实现超温报警。当无线网终端设备去掉温度检测功能之后，并配置相应的软件系统，就可以成为无线中继接点和无线控制终端，所以无线网终端设备（测温）、无线中继接点、无线控制终端设备硬件上具备通用性。
③温度巡检仪
温度巡检仪负责采集温度，并通过RS485 传输送出温度值。该巡检仪接口丰富，可适应多种工业环境报警或其它报警要求。面板有四个LED 显示。可配置温度传感器实现断电超温等声光报警，超温报警来电启动空调系统。控制手段丰富：光电隔离方式 2 路继电器输出ITU（常开型）；设置方式灵活、简洁： 3 个按键，分别是功能键、加1及减1键，用来设定温湿度的上下限。
无线网络接口数据传输：由于采用最新的2.4G 无线通讯方式，通讯距离可达100m，通过无线网络路由，可以将传输距离增加到几百米，甚至更远；以太网方式数据传输。在具有以太网接口的机房，可通过10M/100M 网口把从无线网采集到的温度通过Web 方式发布。
⑤防紧急事件处理
机房内部可安装紧急按钮，如遇紧急事件的发生，可人工启动报警装置，通知监控中心。
⑥控制中心的设备
控制中心设备提供两种方案备选：
第一种方案：配置一台PC机，并开发Windows上的图形化软件及Web服务软件。
第二种方案：使用嵌入式Web服务器方案
传统Web服务器以具有高运算处理能力和海量存储容量的工作站或PC机为硬件工作平台，以非实时操作系统为软件工作平台，其上运行的是大型复杂的服务器程序，典型的如基于Windows NT的IIS（Internet Information Server）、基于Unix 的Apache Web Server 等。虽然功能强大，但同时由于设备的软硬件平台过庞大而复杂，需专人维护，也限制了其的广泛使用。基于嵌入式技术的嵌入式Web服务器的出现为解决以上问题开辟了一条崭新途径。
本方案Web服务器以32位嵌入式处理器为硬件工作平台，以嵌入式多任务操作系统（linux）为软件工作平台，配以动态网页、CGI等技术，在嵌入式服务器上运行小型精简的服务器程序。而对于远端用户来说，访问嵌入式Web服务器和访问大型的服务器几乎没有差别。嵌入式服务器具备的小型化、设备功能专一而稳定等优势，可以作为Web服务器端的一个备选方案。
当开关柜长时间运行时，柜内没有特别的通风方式，特别是夏季，柜内温度较高，而目前又没有测温的措施，所以变电站值班人员并不知道柜内温度情况，采取盲运行方式，因此不能即时发现和解决可能存在的问题。
传统的检测方法是通过 RS232 或者RS485 等串行总线将温度信息发给监测中心，由监测中心做出处理的决定。该方法虽然简单，但是串行总线传输方法受串行线路等因素影响，传输距离有限；而且需要长距离布线，维修和维护都比较困难。基于无线传感器网络，利用成熟的无线传输技术，在保持系统可靠性的同时，保证了系统的先进性。无需长距离的复杂布线，每个无线局域网络模块安装灵活，改动安装位置无需重新布线；同时由于除电力电缆以外，无需其他线路的布线，所以也就更加安全、可靠。另外，将多个电缆接头连接成网络后，便于统一管理，实现管理的网络化、自动化。
二、基于无线传感器网络的开关柜温度监测系统
2.1、系统概述
本系统设计目标分三步，首先设计无线传感器网络的终端采集设备，包括温度传感器选型和采集电路及处理算法实现；然后根据变电站特点设计无线传感器终端设备的安装；最后通过对无线传感器网络的优化，将其应用到电力电缆接头故障监测中，使得电缆故障的监测自动化、无线化、网络化和安全化。
2.2、系统构成
系统由温度传感器、温度巡检仪、无线传输设备、无线监测服务器（接收设备）及其管理软件组成。采用新兴无线传感器网络的组网技术的无线测温系统，实现了对变电站开关柜的温度进行实时在线检测，经过与电力自动化系统连接，在中心监控室内就可以监视运行状态，真正做到了远距离遥测，当被测点温度超过预先设定的阀值时，就发出报警信号及时提醒有关人员采取措施。
2.3、系统特点
系统具有实时在线监测、测量精度可达±0.5℃的准确性；用户可根据自己的需求设置参数的灵活性；不论是产品、还是工具及其维护，都具有系统安全性和可靠性；实现无线设备间自动组网形成 MESH 网络拓扑；实现温度定时采集方式等功能特点。
2.4、系统功能模块简介
传感器部分
温度探头：采用外加金属壳保护套的 Cu50 热电阻，测量范围-20℃ － +100℃，精度±0.2℃。由于外加金属保护套，一方面可以在安装的时候保护温度探头；另一方面由于金属具有较好的导热特性，所以能够起到传导热量的目的。
无线网终端设备
无线网终端设备是本系统的核心，负责本系统的温度数据采集及传输。本系统配置温度传感器接口，实现超温报警。当无线网终端设备去掉温度检测功能之后，并配置相应的软件系统，就可以成为无线中继接点和无线控制终端，所以无线网终端设备（测温）、无线中继接点、无线控制终端设备硬件上具备通用性。
无线网终端外形参考图
③温度巡检仪
温度巡检仪负责采集温度，并通过RS485 传输送出温度值。该巡检仪接口丰富，可适应多种工业环境报警或其它报警要求。面板有四个LED 显示。可配置温度传感器实现断电超温等声光报警，超温报警来电启动空调系统。控制手段丰富：光电隔离方式 2 路继电器输出ITU（常开型）；设置方式灵活、简洁： 3 个按键，分别是功能键、加1及减1键，用来设定温湿度的上下限。
温度巡检仪参考图
无线网络接口数据传输：由于采用最新的2.4G 无线通讯方式，通讯距离可达100m，通过无线网络路由，可以将传输距离增加到几百米，甚至更远；以太网方式数据传输。在具有以太网接口的机房，可通过10M/100M 网口把从无线网采集到的温度通过Web 方式发布。
⑤防紧急事件处理
机房内部可安装紧急按钮，如遇紧急事件的发生，可人工启动报警装置，通知监控中心。
⑥控制中心的设备
控制中心设备提供两种方案备选：
第一种方案：配置一台PC机，并开发Windows上的图形化软件及Web服务软件。
实时监测到现场温度连续变化的情况，以曲线图或柱状图的形式显示
第二种方案：使用嵌入式Web服务器方案
传统Web服务器以具有高运算处理能力和海量存储容量的工作站或PC机为硬件工作平台，以非实时操作系统为软件工作平台，其上运行的是大型复杂的服务器程序，典型的如基于Windows NT的IIS（Internet Information Server）、基于Unix 的Apache Web Server 等。虽然功能强大，但同时由于设备的软硬件平台过庞大而复杂，需专人维护，也限制了其的广泛使用。基于嵌入式技术的嵌入式Web服务器的出现为解决以上问题开辟了一条崭新途径。
本方案Web服务器以32位嵌入式处理器为硬件工作平台，以嵌入式多任务操作系统（linux）为软件工作平台，配以动态网页、CGI等技术，在嵌入式服务器上运行小型精简的服务器程序。而对于远端用户来说，访问嵌入式Web服务器和访问大型的服务器几乎没有差别。嵌入式服务器具备的小型化、设备功能专一而稳定等优势，可以作为Web服务器端的一个备选方案。
