專利名稱：基于Zigbee技術(shù)的電力庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及為電力部門帶電作業(yè)工具庫房提供環(huán)境溫濕度監(jiān)測和控制的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在電力行業(yè)中，帶電作業(yè)工具存放環(huán)境對于溫濕度的要求較高。因?yàn)榇娣怒h(huán)境的溫濕度太高或太低，會導(dǎo)致帶電作業(yè)工具失效，嚴(yán)重影響帶電操作人員的安全。傳統(tǒng)的工作方式是通過溫度計(jì)、濕度計(jì)來采集溫度和濕度，通過人工加熱、加濕、通風(fēng)和降溫來控制溫濕度，這樣不但控制精度低、實(shí)時性差，而且操作人員勞動強(qiáng)度大。本公司早期的庫房控制系統(tǒng)采用RS485通訊方式，此系統(tǒng)在一定程度上解決了帶電作業(yè)工具庫房管理人員勞動強(qiáng)度大的問題，保證了帶電作業(yè)工器具的安全。但是采用傳統(tǒng)的RS485通訊的庫房,布線難度大,后期檢修維護(hù)工作強(qiáng)度大。而zigbee無線通訊技術(shù)可以解決上述難題。Zigbee技術(shù)簡介根據(jù)Zigbee聯(lián)盟于2005年6月27日公布的第一份“Zigbee”規(guī)范“Zigbee Specification V1. O” 中的定義,Zigbee 技術(shù)是一組基于 IEEE802. 15. 4 無線研制開發(fā)的有關(guān)組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的通訊技術(shù)。該標(biāo)準(zhǔn)同時同隊(duì)和確認(rèn)了在IEEE802. 15. 4的物理層(PHY)上和介質(zhì)訪問控制層(MAC)網(wǎng)絡(luò)層及支持的應(yīng)用服務(wù)。而組建Zigbee聯(lián)盟的長期目標(biāo)就是在于能建立基于互操作平臺和配置文件的可伸縮、低成本嵌入式基礎(chǔ)架構(gòu)。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中存在三種邏輯設(shè)備類型Coordinator (協(xié)調(diào)器)，Router (路由器)和End-Device (終端設(shè)備)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)由一個Coordinator以及多個Router和多個End-Device 組成。Zigbee自身有以下優(yōu)勢(I)低成本，通過大幅簡化協(xié)議(不到藍(lán)牙的1/10)，降低了對通信控制器的要求，按預(yù)測分析，以8051的8位微控制器測算，全功能的主節(jié)點(diǎn)需要32KB代碼，子功能節(jié)點(diǎn)少至4KB代碼，而且Zigbee免協(xié)議專利費(fèi)。每塊芯片的價格大約為2美元。(2)短時延，Zigbee的響應(yīng)速度較快，一般從睡眠轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)只需15 ms，節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)只需30 ms，進(jìn)一步節(jié)省了電能。相比較，藍(lán)牙需要3 10s、WiFi需要3s。
(3)高容量，Zigbee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個主節(jié)點(diǎn)管理若干子節(jié)點(diǎn)，最多一個主節(jié)點(diǎn)可管理254個子節(jié)點(diǎn)；同時主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最多可組成65000個節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。(4)高安全,Zigbee提供了三級安全模式,包括無安全設(shè)定、使用接入控制清單(ACL)防止非法獲取數(shù)據(jù)以及采用高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES 128)的對稱密碼，以靈活確定其安全屬性。(5)免執(zhí)照頻段，采用直接序列擴(kuò)頻在工業(yè)科學(xué)醫(yī)療(ISM)頻段，2. 4GHz (全球)、915 MHz (美國)、868 MHz (歐洲)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述不足，提供一種基于Zigbee技術(shù)的電力庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，采用無線組網(wǎng)技術(shù)，無需繁瑣的布線，設(shè)備安裝更簡單。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本實(shí)用新型提供的方案是一種基于Zigbee技術(shù)的電力庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，包括溫濕度監(jiān)測終端、溫濕度調(diào)節(jié)終端、具有Zigbee協(xié)調(diào)器功能的控制板，溫濕度監(jiān)測終端和溫濕度調(diào)節(jié)終端按照Zigbee協(xié)議與控制板進(jìn)行無線通信。而且，所述無線通信采用頻段為2. 4GHz的Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)。而且，所述溫濕度監(jiān)測終端和/或溫濕度調(diào)節(jié)終端與控制板之間的無線通信由路由器進(jìn)行中轉(zhuǎn)。而且，所述控制板是ARM控制板。而且，所述ARM控制板的主控CPU是HI3515型，并且運(yùn)行Linux系統(tǒng)。而且，所述溫濕度監(jiān)測終端包括溫濕度傳感器和無線MCU，所述溫濕度調(diào)節(jié)終端包括調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、控制單元和無線MCU。而且，所述溫濕度監(jiān)測終端、溫濕度調(diào)節(jié)終端和控制板均具有獨(dú)立的看門狗電路。而且，所述溫濕度傳感器是SHTlO型。而且，所述無線MCU的CPU是CC2530型。而且，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括加熱器、除濕機(jī)和排風(fēng)扇。本實(shí)用新型采用Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)，設(shè)備安裝和庫房布線方式更簡單，只需要電源線即可；通訊抗干擾能力和防沖突能力更強(qiáng)，每個設(shè)備都配置有獨(dú)立的硬件看門狗，大大提高了安全性和可靠性；尤其是采用國際通用免費(fèi)ISM頻段2. 4GHz的Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)，大大降低了使用成本。

圖1是本實(shí)用新型的原理框圖。圖2是溫濕度監(jiān)測終端的原理框圖。圖3是溫濕度調(diào)節(jié)終端的原理框圖。圖4是本實(shí)用新型實(shí)施示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。本實(shí)施例提供一種基于Zigbee技術(shù)的電力庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1所示，包括溫濕度監(jiān)測終端、溫濕度調(diào)節(jié)終端、具有Zigbee協(xié)調(diào)器功能的控制板，溫濕度監(jiān)測終端和溫濕度調(diào)節(jié)終端按照Zigbee協(xié)議與控制板進(jìn)行無線通信。上述無線通信采用頻段為2. 4GHz的Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)。上述溫濕度監(jiān)測終端和/或溫濕度調(diào)節(jié)終端可以有多個，多個前述終端可通過Zigbee路由器與控制板進(jìn)行無線通信，或者直接和控制板進(jìn)行無線通信。若不需路由，則系統(tǒng)具有代碼量小、功耗低的優(yōu)點(diǎn)；若增配路由功能，可以增加通訊距離。該路由器功能可以配置于終端上。上述控制板是ARM控制板。ARM控制板發(fā)送讀取溫濕度命令給溫濕度采集單元(每個溫濕度采集器在網(wǎng)絡(luò)中有唯一的地址)，讀取各個點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)。完成數(shù)據(jù)采集后對執(zhí)行器件發(fā)出相應(yīng)命令。[0028]上述ARM控制板的主控CPU是HI3515型，并且運(yùn)行Linux系統(tǒng)。該控制板的主要功能1、發(fā)送讀取溫度、濕度的命令給溫濕度采集器，采集各個點(diǎn)的溫度、濕度數(shù)據(jù)后，進(jìn)行運(yùn)算處理，然后發(fā)送控制指令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)；2、實(shí)時的和各個溫度采集器和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行通信，當(dāng)通信連接中斷后，產(chǎn)生報警信息。上述溫濕度監(jiān)測終端如圖2所示，包括溫濕度傳感器和無線MCU。無線MCU接收到控制板的監(jiān)測溫濕度命令后，溫濕度傳感器采集庫房內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)并且送回到控制板。上述溫濕度調(diào)節(jié)終端如圖3所示，包括調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、控制單元和無線MCU。當(dāng)無線MCU接收到控制板的命令后，控制單元控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)執(zhí)行動作，如打開、關(guān)閉等，并且把調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)當(dāng)前的狀態(tài)返回給控制板。上述溫濕度監(jiān)測終端、溫濕度調(diào)節(jié)終端和控制板均具有獨(dú)立的看門狗電路。所謂“看門狗”，又叫watchdog timer,是一個定時器電路。在由單片機(jī)構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，由于外部干擾，單片機(jī)控制的系統(tǒng)無法繼續(xù)工作，會造成整個系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果。硬件看門狗是利用了一個定時器，來監(jiān)控主程序的運(yùn)行，也就是說在主程序的運(yùn)行過程中，我們要在定時時間到之前對定時器進(jìn)行復(fù)位如果出現(xiàn)死循環(huán)，或者說PC指針不能回來。那么定時時間到后就會使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗電路使單片機(jī)可以在無人狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作，大大提高了系統(tǒng)安全性和可靠性。上述溫濕度傳感器采用Sensirion傳感器公司推出的新型集成數(shù)字式溫濕度傳感器SHT10，該傳感器將溫濕度采集、A/D轉(zhuǎn)換器及數(shù)字接口無縫結(jié)合，使傳感器具有體積小、響應(yīng)速度快、接口簡單，可以通過2wire和CPU直接連接。上述無線MCU的CPU采用TI公司的CC2530型。CC2530是TI推出的完整的用于2. 4GHz IEEE 802. 15. 4/Zigbee RF4E/Zigbee和能源應(yīng)用的第二代片上系統(tǒng)解決方案，此芯片內(nèi)部集成了業(yè)界增強(qiáng)型的8051CPU，結(jié)合了德州儀器的業(yè)界領(lǐng)先的黃金單元ZigBee協(xié)議棧。上述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括加熱器、除濕機(jī)和排風(fēng)扇，或其他調(diào)節(jié)濕度和溫度的設(shè)備。本實(shí)用新型的整體施工結(jié)構(gòu)如圖4所示，溫濕度傳感器分別于庫房的各個點(diǎn)，ARM控制板采集各個點(diǎn)的溫濕度數(shù)據(jù)后，進(jìn)行運(yùn)算處理后，發(fā)出控制命令給執(zhí)行機(jī)構(gòu)(加熱器、除濕機(jī)和排風(fēng)扇)，來保證庫房內(nèi)合適的溫度、濕度。此設(shè)計(jì)為電力部門帶電作業(yè)工具庫房提供環(huán)境溫濕度的檢測和控制。不僅可以用于電力部門，對溫濕度要求較高的庫房糧倉等場所也十分適用。
權(quán)利要求1.一種基于Zigbee技術(shù)的電力庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于包括溫濕度監(jiān)測終端、溫濕度調(diào)節(jié)終端、具有Zigbee協(xié)調(diào)器功能的控制板，溫濕度監(jiān)測終端和溫濕度調(diào)節(jié)終端按照Zigbee協(xié)議與控制板進(jìn)行無線通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Zigbee技術(shù)的電力庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述無線通信采用頻段為2. 4GHz的Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于Zigbee技術(shù)的電力庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述溫濕度監(jiān)測終端和/或溫濕度調(diào)節(jié)終端與控制板之間的無線通信由路由器進(jìn)行中轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于Zigbee技術(shù)的電力庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述控制板是ARM控制板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于Zigbee技術(shù)的電力庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述ARM控制板的主控CPU是HI3515型，并且運(yùn)行Linux系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于Zigbee技術(shù)的電力庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述溫濕度監(jiān)測終端包括溫濕度傳感器和無線MCU，所述溫濕度調(diào)節(jié)終端包括調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、控制單元和無線MCU。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于Zigbee技術(shù)的電力庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述溫濕度監(jiān)測終端、溫濕度調(diào)節(jié)終端和控制板均具有獨(dú)立的看門狗電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于Zigbee技術(shù)的電力庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述溫濕度傳感器是SHTlO型。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于Zigbee技術(shù)的電力庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述無線MCU的CPU是CC2530型。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于Zigbee技術(shù)的電力庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括加熱器、除濕機(jī)和排風(fēng)扇。
專利摘要本實(shí)用新型涉及為電力部門帶電作業(yè)工具庫房提供環(huán)境溫濕度監(jiān)測和控制的系統(tǒng)。本實(shí)用新型提供的方案是一種基于Zigbee技術(shù)的電力庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)，包括溫濕度監(jiān)測終端、溫濕度調(diào)節(jié)終端、具有Zigbee協(xié)調(diào)器功能的控制板，溫濕度監(jiān)測終端和溫濕度調(diào)節(jié)終端按照Zigbee協(xié)議與控制板進(jìn)行無線通信。本實(shí)用新型采用Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)，設(shè)備安裝和庫房布線方式更簡單，只需要電源線即可；通訊抗干擾能力和防沖突能力更強(qiáng)，每個設(shè)備都配置有獨(dú)立的硬件看門狗，大大提高了安全性和可靠性；尤其是采用國際通用免費(fèi)ISM頻段2.4GHz的Zigbee無線組網(wǎng)技術(shù)，大大降低了使用成本。
文檔編號G05D27/02GK202870661SQ20122054712
公開日2013年4月10日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者張立勇, 史春生, 王玉波 申請人:遼寧省電力有限公司遼陽供電公司