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基于物联网的电源智能监控系统设计

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以家庭电源为例,利用物联网提供的新思想、新方法对电源监控系统进行智能化的优化设计.主要采用物联网的三层体系结构,对电源监控系统进行分层设计,提高了系统的智能化与稳定性,具有一定的市场推广价值.

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基于物联网的电源智能监控系统设计

郑丽娜

(呼伦贝尔学院，内蒙古呼伦贝尔021008)

摘要：以家庭电源为例。利用物联网提供的新思想、新方法对电源监控系统进行智能化的优化设计。主要采用物联网的

三层体系结构，对电源监控系统进行分层设计，提高了系统的智能化与稳定性．具有一定的市场推广价值。

关键词：物联网：电源系统：智能监控

中图分类号：1M

文献标识码：A

文章编号：1002-087

X(2017)03-0493-02

system power

ZHENGLi．na

basedon Internet of

Intelligent monitoring

Things

Inner

(HulunbuirCollege，Hulunbuir

Mongolia 021008，China)

Abstract：Wm _family

as an

new

Things

the

ideas and new methods

Intemet

Things

power

example。the

The

provided

were

architecture of Intemet of

was

power monitoring system

optimized．

three-layer

adopted

the

_intelligenceand

the

with

the

system

hierarchically design

power monitoring system，which

stabil耐of

improved

certain

market value．

words：Intemet of

Key

Things；power system；intelligent

monitoring

管理。

随着生活水平的提高，人们对电的依赖性越来越大。而随

着现代化电子设备的飞速发展，人们的生活已经离不开电子

设备。这种趋势造成了人们一方面对电源的需求量越来越大，

另一方面人们对于电源的电能质量要求越来越高。为了满足

人们对电源的高质量要求，设计一种电源的监控系统势在必

行。传统的电源监控系统主要的监控思想为现场采集、现场监

控和现场处理。该模式在电源监控系统发展之初具有高效、稳

定的特点。但是随着电源系统的发展，其自身固有的缺陷逐渐

暴露。该监控系统只适合在现场进行监控，难以满足远程监控

管理的需求。虽然其检测精度比人工检测有了很大的提高，但

现在物联网的应用中大多为三层体系结构：感知层、传输

层和应用层。本系统便是根据物联网的经典体系结构对电源

管理系统进行设计，提出了如图1所示的系统结构。

应

用

层

监控中心

用户客户蛸系统

^?o

传

输

层

是信息传输路径设计的缺陷使得监测精度与实时性受到较大

的影响。

针对这些问题，提出一种新型的电源监控系统变得重要

而且现实。笔者以现有的电源监控系统为核心框架，结合物联

网技术的特点提出一种基于物联网的电源监控系统。该系统

最大限度地克服了传统电源监控系统的不足，提升了信息采

集检测的精度和远程监控的能力，使系统更具智能化。

各种数据采集传感嚣(电压传感嚣等)

各种设备定位传感嚣(GPs等)

同关

感

知

层

图1

基于物联网的系统整体结构

1系统的整体设计

1．1基于物联网的系统结构

分层的系统结构一方面使系统的设计、实现以及维护更

加便捷，另一方面这种结构化的设计使系统具有更好的鲁棒

性。如图1，本系统的整体结构与物联网应用的传统结构相似，

共分为三层。在应用层主要是监控中心和用户的客户端系统，

在这里可以便捷地将采集到的数据进行显示、汇总以及通过

命令的下达实现对现场设备的控制。在传输层本系统主要采

用了两种信息传输方式：在数据的远程传输中采用的是

GPRS，在底层的信息采集与控制端采用ZigBee协议。感知层

物联网自从被提出之日开始便被认定为下一代计算机网

络。随着物联网技术的发展，物联网给我们带来了全新的技术

处理方法和研究思路：物联网顾名思义便是物物相连的网络，

通过红外技术、RFⅢ、GPS等设备按照一定的协议将任何物体

进行互联以达到通信的目的，从而实现对物体的智能化控制

收稿日期：2016--08-27

作者简介：每爵一(1983一)。女．湖北省人。硬士。讲彝．主要研究

方向为电子信息技术。

201 7．3 V01．41 No．3

493

万方数据

主要负责信息的采集以及接收高层下达的命令，主要的设备

包括各种高精度的信息采集传感器和传输网关。

式大致相同，但是对于收发流程的处理却有着巨大的差别。

GPRS是通过无线的公共网络进行数据收发的，这就注定其具

有不确定性。受到网络环境的影响，GPRS网络的时延不能确

定，网络环境好时时延几乎可以忽略不计，但是当网络环境差

时则会出现网络阻塞的时间长达数十秒。当GPRS信号中断

重新连接时则又会产生更长、更不确定的时延。为了对网络时

延进行有效的监控，本系统设计了如图3的数据收发机制17]。

1．2现场信息采集结构设计

在系统的设计过程中除了要设计一个高效的系统结构，

还需要对底层的信息采集端进行结构化设计。底层的信息采

集端便是系统的感知层，其作为系统后续数据处理的信息来

源，直接对系统的实用性产生影响。本系统通过比较分析，设

计了如图2所示的无线传感器节点的结构图。

图2

传感节点结构

如图2所示，本系统中的传感器负责采集电压、电流、温

度以及湿度等信息，同时完成数模转换的功能。处理单元则是

图3 GPRS数据收发流程

采用TI公司的MSP430F149，可以实现对节点收发信息的控

制。数据收发单元则是采用无线模块实现无线收发的功能，采

用的芯片是符合IEEE802．15．4协议体系的CC2530。

如图3所示，当进行数据发送时，首先会判断GPRS模块

是否正常工作，如果不正常工作则要重启，然后将进程挂起，

如果正常工作就要开始读取数据，接受后判断GPRS是否正

常工作，否则要重新连接GPRS，如果是则要通过GPRS进行

数据的发送，如果发送成功则进入下一个发送周期，否则重发

该数据。

需要说明的是在现场信息采集的模块采用的是星型网络

结构，每个电源单元具有一个相对独立的网络。在该网络中有

且仅有一个核心节点(协调节点)，用于搭建以及控制整个网

络，其他的终端节点通过广播的方式经由路由节点进行信息

的传输。在传达高层命令时，协调节点也是通过广播进行命令

信息的传送。

当进行数据接收时第一步同样是进行GPRS的初始化工

作，GPRS进程被挂起后便开始接受数据。接收到数据后首先

会判断该数据是否为发送数据的返回状态信息，假如是则将

数据返回至发送进程便可。如果不是则说明是高层的控制数

据，经由协调器节点以广播的形式传送到每一个终端节点。

2基于GPRS的远程通信设计

2．1

GPRS网络说明及模块选择

Packet Radio

GPRS是General

Service的缩写，全称为通

3总结

用分组无线业务。GPRS网络是在GSM网络的基础上发展起

来的，它的出现大大提高了GSM网络的网络容量和通信速

度。目前，GPRS网络使用的频段有1 900、1 800和900]VIHz，

电源系统的智能监控设计对于电源系统的发展有着极为

重要的意义，本课题以传统电源监控系统为基础，提出了一种

基于物联网的电源智能监控系统。该系统采用物联网经典的

三层体系结构，实现了系统的模块化、结构化设计。笔者通过

对系统的整体结构和现场信息采集模块的具体架构进行设

计，提高了系统的精度和稳定性。同时针对GPRS网络的特

点，笔者设计了一种高效、可靠的数据接收机制，实现了数据

的稳定传输。

同时GPRS采用结合频分多址(FDMA)和时分多tlk(TDMA)f取j

种多址技术。

由于GPRS网络的实现十分复杂，故本系统采用国产的

华为品牌的EM310GSM／GPRS通讯模块。该模块工作的频段

800

为900和1

MHz，能够满足日常的电源系统的控制需求。

此外该模块还使用支持两线、四线和八线串口的标准串口通

信，使用部分扩展的AT指令。该模块需要扩展SIM卡作为用

户的网络识别标志。该模块可以与MC52I等模块进行兼容，因

此，不需要做更多的硬件修改，只要进行少量的软件参数调整

便可以实现系统的升级换代。

参考文献：

[1]王文亮，申健．智能建筑供配电监控系统的设计与实现[J]．电源技

术，2010(7)：7-9．

[2]

2．2

田苏青，杨根科，田作华．一种基于的燃料电池远程监控系统[J]．

微型电脑应用，2009(5)：24．25．

GPRS的信息收发设计

GPRS数据的接收与现场的自组网络ZigBee数据传输形

201 7．3 V01．41 NO．3

494

万方数据

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