一種基于嵌入式無線網(wǎng)絡(luò)傳感的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于嵌入式無線網(wǎng)絡(luò)傳感的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括下位機、上位機；所述下位機包括：無線傳感器測量模塊、智能分析模塊、人機交互模塊、傳輸模塊和電源模塊；所述上位機部分包括用于接受下位機的傳輸裝置所傳送數(shù)據(jù)的通信模塊和用于儲存、分析數(shù)據(jù)的服務(wù)器模塊。本實用新型通過一種嵌入式感控單元和被控物理對象在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中高度集成交互的新型智能裝置，具有實時、魯棒、自治、高效和高性能等特點，可多決策和自主優(yōu)化。在電機和負(fù)荷的不確定性增加的情形下,易于實現(xiàn)多電機能耗的實時監(jiān)測,實現(xiàn)實時在線監(jiān)測，大大降低了系統(tǒng)的成本,實現(xiàn)軟件的高度復(fù)用。
【專利說明】
一種基于嵌入式無線網(wǎng)絡(luò)傳感的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電機效能監(jiān)測裝置的技術(shù)領(lǐng)域，特別是實現(xiàn)了一種基于嵌入式無線傳感網(wǎng)絡(luò)的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
【【背景技術(shù)】】
[0002]目前，整個能源消費量中70%是由工業(yè)所消費。我國工業(yè)生產(chǎn)過程中大量使用中小型電動機的拖動系統(tǒng)，而諸多電機中三相異步電機因其性價比較高，結(jié)實耐用，占據(jù)約90%的比例，通?？梢哉嫉狡髽I(yè)電能消耗的30%?40%，如果能對其能耗進(jìn)行實時監(jiān)測計算，可為國內(nèi)電機系統(tǒng)節(jié)能技改提供重要依據(jù)。我國將電機能效分為三級，能效一級為超高效電機，能效二級為高效電機，能效三級為普通電機。而高效電機的占有率不到市場的10%，國內(nèi)外各專家學(xué)者先后提出了各種提高電機能效的方案，美國、歐盟等國在電機產(chǎn)品領(lǐng)域也發(fā)布了相關(guān)法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]以上海電科系統(tǒng)能效檢測有限公司為例，該公司擁有先進(jìn)完備的現(xiàn)場能效檢測能力和設(shè)備，現(xiàn)場能效檢測系統(tǒng)可在各種復(fù)雜工況下，不停機不斷電不影響正常生產(chǎn)，對各類電機的電壓、電流、效率等參數(shù)進(jìn)行檢測，并根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)應(yīng)用專業(yè)分析軟件，對各類系統(tǒng)進(jìn)行診斷評估。國外的艾默生集團(tuán)已經(jīng)研制了遠(yuǎn)距離監(jiān)測、高精度的監(jiān)測儀器。
[0004]綜上，實現(xiàn)電機節(jié)點參數(shù)的綜合監(jiān)測，不僅需要充分考慮監(jiān)測終端測試設(shè)備的簡易性、便攜性，還需要考慮分布式節(jié)點數(shù)據(jù)的實時傳輸與統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理。然而，市面上的大部分電機效能監(jiān)測分析儀器將功能均集成在便攜式設(shè)備上，儀器設(shè)備的造價較高，而且沒有遠(yuǎn)程互聯(lián)功能，無法實現(xiàn)在線的實時監(jiān)測與設(shè)備運行優(yōu)化決策，而且產(chǎn)品與上位機的通訊基本上是一對一，沒有對便攜設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理的管理平臺，沒有真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化和共享化，更無法將各多電機節(jié)點進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)測并完成相關(guān)數(shù)據(jù)的智能分析。
【【實用新型內(nèi)容】】
[0005]本實用新型的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出一種基于嵌入式無線網(wǎng)絡(luò)傳感的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)，能夠在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境下，搭建整個系統(tǒng)的無線組網(wǎng)，保證下位機數(shù)據(jù)能有效地傳送給上位機，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行，從而大大減少布線上所帶來的困難，便于裝調(diào)測試，具有靈活的適應(yīng)性與擴展性。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提出了一種基于嵌入式無線網(wǎng)絡(luò)傳感的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括用于實時監(jiān)測電機節(jié)點的下位機、與下位機進(jìn)行通訊并匯總數(shù)據(jù)的上位機;所述下位機包括:用于對電機節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測的無線傳感器測量模塊、用于對所采集的信號進(jìn)行處理的智能分析模塊、用于設(shè)置參數(shù)及觀察計算結(jié)果的人機交互模塊、用于建立下位機與上位機之間數(shù)據(jù)通信連接的傳輸模塊和用于為各個模塊供電的電源模塊;所述上位機部分包括用于接受下位機的傳輸裝置所傳送數(shù)據(jù)的通信模塊和用于儲存、分析數(shù)據(jù)的服務(wù)器模塊;所述智能分析裝置以STM單片機芯片為核心，通過串口從無線傳感器測量獲取數(shù)字信號，并傳輸給電機效能運算模塊。
[0007]作為優(yōu)選，所述無線傳感器測量模塊包含用于連接并實時監(jiān)測電機節(jié)點電壓電流大小的鉗形互感器、用于進(jìn)行信號放大的信號調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、無線通信模塊和電源模塊;所述的鉗形互感器分別與轉(zhuǎn)接模塊連接，可以在分布式電機節(jié)點上快捷安裝;所述信號調(diào)理模塊包括信號跟隨模塊、反向求和模塊和反向放大模塊;所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊采用高精度外部AD;所述無線通信模塊與用于數(shù)字信號分析與處理的嵌入式模塊通過RS-232C接口相連。
[0008]作為優(yōu)選，所述人機交互模塊包括觸屏輸入模塊、彩屏輸出模塊;所述人機交互模塊通過STM單片機芯片來控制驅(qū)動芯片，進(jìn)而在薄膜晶體管液晶顯示器及投射式電容觸摸屏上實現(xiàn)顯示內(nèi)容及觸屏控制。
[0009]作為優(yōu)選，所述傳輸裝置為無線傳輸裝置;所述傳感器與下位機、上位機與下位機之間通過無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，可以避免安裝過程中進(jìn)行布線，進(jìn)而可快速地將上位機與一個或微電網(wǎng)內(nèi)的多個下位機及下位機與一個或多個傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接。
[0010]作為優(yōu)選，所述上位機包括用于接受下位機的傳輸裝置所傳送的數(shù)據(jù)的通信模塊和用于儲存、加工通訊模塊所獲得的數(shù)據(jù)的服務(wù)器模塊，實現(xiàn)多點監(jiān)控，包含各種歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)的查詢。
[0011]本實用新型的有益效果:本實用新型通過一種嵌入式感控單元和被控物理對象在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中高度集成交互的新型智能裝置，采用多維異構(gòu)的嵌入式計算網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)生產(chǎn)中電機設(shè)備互聯(lián)和信息融合，具有實時、魯棒、自治、高效和高性能等特點，可多決策和自主優(yōu)化。在電機和負(fù)荷的不確定性增加的情形下，實時獲取電力系統(tǒng)的電壓、電流、相位、功率、能耗等電量數(shù)據(jù)，易于實現(xiàn)多電機能耗的實時監(jiān)測。僅需知道電機系統(tǒng)設(shè)備的基本參數(shù)，結(jié)合無線傳感網(wǎng)絡(luò)與嵌入式技術(shù)完成電機速度二次估計分析，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)多電機效能的實時在線監(jiān)測，而且模塊化的軟硬件設(shè)計大大降低了系統(tǒng)的成本。輔以計算機終端實現(xiàn)部分功能軟件，不僅可以利用計算機終端的成熟硬件設(shè)備，還可以實現(xiàn)軟件的高度復(fù)用。
[0012]本實用新型的特征及優(yōu)點將通過實施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
【【附圖說明】】
[0013]圖1是本實用新型一種基于嵌入式無線網(wǎng)絡(luò)傳感的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是本實用新型一種基于嵌入式無線網(wǎng)絡(luò)傳感的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)的無線傳感器測量模塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3是本實用新型一種基于嵌入式無線網(wǎng)絡(luò)傳感的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)的上位機結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4是本實用新型一種基于嵌入式無線網(wǎng)絡(luò)傳感的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)的二次辨識算法流程圖。
【【具體實施方式】】
[0017]參閱圖1、圖2、圖3和圖4，本實用新型一種基于嵌入式無線網(wǎng)絡(luò)傳感的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括用于實時監(jiān)測電機節(jié)點的下位機、與下位機進(jìn)行通訊并匯總數(shù)據(jù)的上位機;所述下位機包括:用于對電機節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測的無線傳感器測量模塊、用于對所采集的信號進(jìn)行處理的智能分析模塊、用于設(shè)置參數(shù)及觀察計算結(jié)果的人機交互模塊、用于建立下位機與上位機之間數(shù)據(jù)通信連接的傳輸模塊和用于為各個模塊供電的電源模塊;所述上位機部分包括用于接受下位機的傳輸裝置所傳送數(shù)據(jù)的通信模塊和用于儲存、分析數(shù)據(jù)的服務(wù)器模塊;所述智能分析裝置以STM單片機芯片為核心，通過串口從無線傳感器測量模塊獲取數(shù)字信號，并傳輸給電機效能運算模塊。
[0018]所述無線傳感器測量模塊包含用于連接并實時監(jiān)測電機節(jié)點電壓電流大小的鉗形互感器、用于進(jìn)行信號放大的信號調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、無線通信模塊和電源模塊；所述的鉗形互感器分別與轉(zhuǎn)接模塊連接，可以在分布式電機節(jié)點上快捷安裝;所述信號調(diào)理模塊包括信號跟隨模塊、反向求和模塊和反向放大模塊;所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊采用高精度外部AD;所述無線通信模塊與用于數(shù)字信號分析與處理的嵌入式模塊通過RS-232C接口相連;所述人機交互模塊包括觸屏輸入模塊、彩屏輸出模塊;所述人機交互模塊通過STM單片機芯片來控制驅(qū)動芯片，進(jìn)而在薄膜晶體管液晶顯示器及投射式電容觸摸屏上實現(xiàn)顯示內(nèi)容及觸屏控制;所述傳輸裝置為無線傳輸裝置;所述傳感器與下位機、上位機與下位機之間通過無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，可以避免安裝過程中進(jìn)行布線，進(jìn)而可快速地將上位機與一個或微電網(wǎng)內(nèi)的多個下位機及下位機與一個或多個傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接;所述上位機包括用于接受下位機的傳輸裝置所傳送的數(shù)據(jù)的通信模塊和用于儲存、加工通訊模塊所獲得的數(shù)據(jù)的服務(wù)器模塊，實現(xiàn)多點監(jiān)控，包含各種歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)的查詢;所述的數(shù)字信號處理與智能分析裝置以STM32F407為核心，通過串口從無線傳感器測量模塊獲取數(shù)字信號，并傳輸給電機效能運算模塊，運算后，將得到的數(shù)據(jù)通過人機交互模塊進(jìn)行顯示并通過無線傳輸模塊傳輸給上位機，操作人員可以在下位機上查看分布式電機節(jié)點的工作狀態(tài)和操作下位機，并對微電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整和維護(hù);所述的電機效能運算模塊通過調(diào)用STM32F407芯片內(nèi)的數(shù)學(xué)計算方法等庫函數(shù)實現(xiàn);所述的無線傳輸模塊采用Zigbee無線傳輸模塊;所述觸屏輸入模塊可以設(shè)置參數(shù)和觀察計算結(jié)果;所述人機交互模塊通過STM32F4的FSMC接口來控制驅(qū)動芯片進(jìn)而在4.3寸TFTIXD上顯示內(nèi)容和觸屏控制；所述TFT-LCD即薄膜晶體管液晶顯示器，為4.3寸投射式電容觸摸屏；所述驅(qū)動芯片為幾19341控制器，并使用6了9147作為驅(qū)動IC;所述的鉗形互感器分別與轉(zhuǎn)接模塊連接，可以在電機節(jié)點上快捷安裝，并采用標(biāo)準(zhǔn)的儀器儀表接口方式與轉(zhuǎn)接模塊相連，操作靈活方便，擴展性較強;所述信號調(diào)理裝置包括依次連接的信號跟隨模塊、反向求和模塊和反向放大模塊;所述信號調(diào)理裝置通過信號跟隨模塊獲取傳感器裝置所收集的電機節(jié)點數(shù)據(jù)，在安全量程范圍內(nèi)，傳感器裝置的輸出信號是微弱的，若是直接將電壓電流測量傳感器的輸出信號傳遞給微處理器端口，則會導(dǎo)致測量誤差大、傳感器裝置靈敏度不高等問題，所以必須為電壓電流測量傳感器的輸出信號加以調(diào)理放大，在一定的測量范圍內(nèi)提高測量精度和傳感器裝置的靈敏度;數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊采用高精度AD7606，其可以分別對8個通道輸入信號進(jìn)行同步采樣，模擬輸入可以接受真雙極性輸入信號，內(nèi)置輸入鉗位保護(hù)、輸入信號縮放放大器，采樣保持放大器、高速ADC、數(shù)字濾波器以及高速并行和串行接口；所述無線通信模塊為采用基于IEEE 802.15.4 standard的以CC2530芯片為核心的Zigbee通信模塊;所述上位機包括用于接受下位機的傳輸裝置所傳送的數(shù)據(jù)的通信模塊、用于儲存、加工數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲、處理和查詢模塊、系統(tǒng)管理模塊以及圖形操作管理模塊;所述通信模塊為ZigBee無線通信模塊;所述數(shù)據(jù)存儲、處理和查詢模塊使用數(shù)據(jù)庫實現(xiàn);所述系統(tǒng)管理模塊以及圖形操作管理模塊使用MFC進(jìn)行編寫。
[0019]本實用新型工作過程:
[0020]本實用新型一種基于嵌入式無線網(wǎng)絡(luò)傳感的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)在工作過程中，通過下位機的傳感器裝置對電網(wǎng)的一個或多個節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)信號采樣，獲得實時的電網(wǎng)節(jié)點數(shù)據(jù)信號。因為通過電網(wǎng)節(jié)點數(shù)據(jù)獲取的數(shù)據(jù)信號較為微弱，不適合進(jìn)行加工處理，所以將電網(wǎng)節(jié)點數(shù)據(jù)通過信號調(diào)理裝置進(jìn)行信號放大，最后獲得可以進(jìn)行加工處理的放大信號。放大信號在數(shù)字信號處理與智能分析裝置進(jìn)行計算，使用二次辨識算法獲得電機的工作效率數(shù)據(jù)。下位機將數(shù)據(jù)通過傳輸裝置上傳到上位機。下位機與上位機之間的通訊方式可以是通過無線通信網(wǎng)絡(luò)。
[0021]本實用新型通過一種嵌入式感控單元和被控物理對象在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中高度集成交互的新型智能裝置，采用多維異構(gòu)的嵌入式計算網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)生產(chǎn)中電機設(shè)備互聯(lián)和信息融合，具有實時、魯棒、自治、高效和高性能等特點，可多決策和自主優(yōu)化。在電機和負(fù)荷的不確定性增加的情形下，實時獲取電力系統(tǒng)的電壓、電流、相位、功率、能耗等電量數(shù)據(jù)，易于實現(xiàn)多電機能耗的實時監(jiān)測。僅需知道電機系統(tǒng)設(shè)備的基本參數(shù)，結(jié)合無線傳感網(wǎng)絡(luò)與嵌入式技術(shù)完成電機速度二次估計分析，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)多電機效能的實時在線監(jiān)測，而且模塊化的軟硬件設(shè)計大大降低了系統(tǒng)的成本。輔以計算機終端實現(xiàn)部分功能軟件，不僅可以利用計算機終端的成熟硬件設(shè)備，還可以實現(xiàn)軟件的高度復(fù)用。
[0022]上述實施例是對本實用新型的說明，不是對本實用新型的限定，任何對本實用新型簡單變換后的方案均屬于本實用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于嵌入式無線網(wǎng)絡(luò)傳感的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:包括用于實時監(jiān)測電機節(jié)點的下位機、與下位機進(jìn)行通訊并匯總數(shù)據(jù)的上位機;所述下位機包括:用于對電機節(jié)點進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測的無線傳感器測量模塊、用于對所采集的信號進(jìn)行處理的智能分析模塊、用于設(shè)置參數(shù)及觀察計算結(jié)果的人機交互模塊、用于建立下位機與上位機之間數(shù)據(jù)通信連接的傳輸模塊和用于為各個模塊供電的電源模塊;所述上位機部分包括用于接受下位機的傳輸裝置所傳送數(shù)據(jù)的通信模塊和用于儲存、分析數(shù)據(jù)的服務(wù)器模塊;所述智能分析裝置以STM單片機芯片為核心，通過串口從無線傳感器測量模塊獲取數(shù)字信號，并傳輸給電機效能運算模塊。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于嵌入式無線網(wǎng)絡(luò)傳感的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述無線傳感器測量模塊包含用于連接并實時監(jiān)測電機節(jié)點電壓電流大小的鉗形互感器、用于進(jìn)行信號放大的信號調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、無線通信模塊和電源模塊;所述的鉗形互感器分別與轉(zhuǎn)接模塊連接，可以在分布式電機節(jié)點上快捷安裝;所述信號調(diào)理模塊包括信號跟隨模塊、反向求和模塊和反向放大模塊;所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊采用高精度外部AD;所述無線通信模塊與用于數(shù)字信號分析與處理的嵌入式模塊通過RS-232C接口相連。3.如權(quán)利要求1所述的一種基于嵌入式無線網(wǎng)絡(luò)傳感的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述人機交互模塊包括觸屏輸入模塊、彩屏輸出模塊;所述人機交互模塊通過STM單片機芯片來控制驅(qū)動芯片，進(jìn)而在薄膜晶體管液晶顯示器及投射式電容觸摸屏上實現(xiàn)顯示內(nèi)容及觸屏控制。4.如權(quán)利要求1所述的一種基于嵌入式無線網(wǎng)絡(luò)傳感的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述傳輸裝置為無線傳輸裝置;所述傳感器與下位機、上位機與下位機之間通過無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，可以避免安裝過程中進(jìn)行布線，進(jìn)而可快速地將上位機與一個或微電網(wǎng)內(nèi)的多個下位機及下位機與一個或多個傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)連接。5.如權(quán)利要求1所述的一種基于嵌入式無線網(wǎng)絡(luò)傳感的多機效能實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述上位機包括用于接受下位機的傳輸裝置所傳送的數(shù)據(jù)的通信模塊和用于儲存、加工通訊模塊所獲得的數(shù)據(jù)的服務(wù)器模塊，實現(xiàn)多點監(jiān)控，包含各種歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)的查詢。
【文檔編號】G01R31/34GK205608150SQ201620163993
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月3日
【發(fā)明人】于競哲, 李濟(jì)沅, 邱玉婷
【申請人】浙江大學(xué)