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基于物联网感知技术的电源监控系统设计

更新时间：2019-12-24 09:52:56 大小：1002K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：物联网感知技术电源监控系统 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

针对传统的电源监控系统结构复杂、功能单一等缺点,以小型通信基站电源系统为模型,提出了基于物联网感知技术的电源监控系统.本系统中,利用布置在电源周围以及电源电路上的各种传感器实现电池运行状态的参数采集,并且将采集到的海量数据进行数据的清洗、压缩和融合.同时利用MSP430F149微处理器实现现场信息的高速处理.

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囫啊—百豳脚里望筮至

基于物联网感知技术的电源监控系统设计

方赓

(南京科技职业学院，江苏南京210048)

摘要：针对传统的电源监控系统结构复杂、功能单一等缺点，以小型通信基站电源系统为模型，提出了基于物联网感知

技术的电源监控系统。本系统中，利用布置在电源周围以及电源电路上的各种传感器实现电池运行状态的参数采集，并

且将采集到的海量数据进行数据的清洗、压缩和融合。同时利用MSP430F149微处理器实现现场信息的高速处理。

关键词：物联网；信息感知；电源

文献标识码：A

中图分类号：TM

文章编号：1002一087× (2017)01—0159一02

Power

andcontr01

based on intemet of

system things

monitoring

technology

FANGGeng

(Nanjmg Polytechnic hstitute，Nanjmg Jiangsu 2l0048，china)

af the

smaII

Abstract：

Of tradjtiOnaI

structure，

the

function and sO On，

sjngIe

Airning

disadVantages

cOmpIex

taking

communication base statiOn

for the

based

pOwer suppIy system

mOdel，

technology

pOwer mOn．tOring system

was

On Internet Of

awareness

fon^，ard．

In this

the

around the

pOwer suppIy

and

things

put

system，

arrangement

circuit of

status Of variOus sensors wasused tO realize the

battery parameter acqujsitiOn，

suppIy

running

power

0n a_largenumber of data

the data

and fusion． At the same

cIeaning， compression

MSP430F149

time，

gathered

_{micrOprocessor}wasused tO realize the InfOrmatiOn

wOrds：Intemet Of

high speed prOcessing．

Key

things；informatiOn awareness：pOwer

电源系统的工作状态关系到整个系统的运行。如果出现

电源系统故障而不能及时发现修复，轻则影响系统的正常工

作，严重则会造成线路烧毁、设备损坏。电源被广泛应用于变

电站、通信基站、邮局、金融等各行各业之中。随着我国电力事

业的发展，电力需求急剧扩张，用户对供电质量提出了越来越

高的要求。这就要求对不同场合的电源系统实现实时有效的

监控，以保障整个系统的正常工作。

传统的电力监控技术与管理手段已经不能适应新的形

式，必须使用智能的、专门的电源监控系统。现在市场上的电

源监控系统主要有以下不足：首先，电源监控系统使用过多的

图1

控制系统结构图

层次监控结构。该结构可以根据地理位置和需求关系进行分

层处理，本系统分为三层：现场监控单元、区域监控单元和主

监控室。

外围扩展模块，使得电路复杂，并且芯片功能相对单一，会对

系统的稳定性与可靠性造成一定的影响；其次，大多数的监控

系统针对的对象是变电站等大型系统，不适用于规模较小的

电源系统；最后，采用参数上传集中处理的机制而非最底层自

控处理，使得系统不能实时监控电能质量。针对这些不足，结

合小型通信基站电源的特点，本文提出一种基于物联网感知

技术的电源监控系统。

现场监控单元除了负责数据的采集与控制之外还可以通

过主从控制模式动态扩充可监控电源的容量。区域监控单元

则是负责接收采集信息从而根据电源工作状态做出相应的警

示处理。主控制室是整个系统的最高控制单元，所有电源的工

作状态信息全部会在主控制室显示，并且主控制室对该系统

具有最高控制权限。通过分层次的设计使得整个系统运行有

条不紊，成为一个有机整体。

1控制系统的整体结构

为了适应通信基站电源设备的本身特点，提高系统的鲁

棒性和电源模块修改的便捷性，本系统采用如图1所示的分

2物联网感知技术及其设计方案

物联网是信息领域的一次革命性的变革，物联网所提出

收稿日期：2016一07—31

作者简介：方赓(1975一)．男，江苏省人，高级工程师，讲师，硕士

主要研究方向为云计算及物联网技术。

的新型理念为传统问题的解决带来了全新的方案。物联网可

2017．1 V01．41 NO

万方数据

；

量望垫奎囫隧■跚

一．

高速处理。该芯片为16位超低功耗单片机，有5种低功耗模

式。在芯片中集成了A仍转换器等设备，最大限度地减少了外

部模块的接入，降低了电路的复杂性。在系统中为了提高系统

采集数据的精度、减少采集误差，采取了数据冗余的采集策

略。以电源的输出电压为例，在电源输出端布置了许多电压传

感器，众多的电压信息就会造成数据的冗余，因此需要对采集

信息进行预处理。物联网感知主要的任务除了数据的收集之

外还包括数据的清洗、压缩、聚集和融合等。经过这样预处理

的数据才可以有效传输和进行下一步的处理。传感器节点将

采集数据以无线传感器网络传送至协调器节点进行数据的预

处理。数据处理流程主要分为以下几步：

分为三层体系结构，自底往上分别是：感知层、网络层和应用

层。物联网感知技术广义上而言为物联网感知层应用技术，物

联网感知层主要负责现场信息的采集工作，是物联网的信息

支撑层。随着感知技术的更新迭代，现在的物联网感知技术主

要包括：传感器技术、射频识别技术(RFID)、微机电系统

(MEMsl、全球定位系统等。本系统采用的主要是传感器技术。

2．1数据采集模型

针对电源故障解决的紧迫性，需要对电源工作状态进行

实时不间断的信息采集。在本系统中，主要需要采集的信息包

括电源的输出电压、输出电流、输入电压、输入电流、温度等。

为了保障监控的实时性，本系统采用传感器定时自动上传采

集信息的机制。数据采集及传输模型如图2所示。

7＼?÷

(1)数据清洗：由于在数据的采集过程中不可避免地会产

生异常、错误和噪声数据等垃圾数据。数据清洗的主要任务是

§ p日、、)、

一

清洗这些被称为垃圾数据的“脏数据”。系统中根据感知数据

的变化规律和时空相关性采用基于概率统计的方法在传感器

终端节点进行数据清洗。主要方法是通过高斯分布来建立概

率分布模型，通过计算观测值在分布模型下的概率来判断离

群值进而达到数据清洗的目的。

(2)冗余去除：经过去除“脏数据”的采集信息经由无线

图2 数据传输模型

传感器网络传送至协调器节点。为了减少数据的传输量，在协

调器节点会对数据进行进一步处理，首先进行的是冗余信息

如图2所示．本系统通过布置在现场终端节点上的各种

传感器进行信息的采集，采集数据以无线传感器网络上传至

协调器节点，协调器节点对采集数据进行初步处理后以GPRs

传送至云端处理平台。主控室可以通过访问云处理平台来读

取现场信息和发送控制命令。

的去除。为了减少采集信息的误差，采集的信息具有较高的冗

余性，因此在协调器节点以求均值的方式进行数据冗余处理。

在本系统中，在固定时间间隔(o．2 s)内所采集的信息为冗余信

息。这些冗余信息通过求均值后只保留均值，这样一方面减少

了数据传输量，另一方面减少了采集误差。

2．2信号调理电路

(3)数据融合：在冗余去除中，固定时间间隔越大去除的

冗余数据越多，但是过大的时间间隔会造成系统采集误差加

大。因此需要对采集数据进行有效的数据融合以减少信息的

传输量。数据融合是对多源异构数据进行综合处理的过程，可

分为数据层的数据融合、特征层的数据融合和决策层的数据

融合。在数据采集端主要涉及的是数据层的数据融合。本系统

采用概率统计的方法[2】，通过局部感知数据的估计值来消除异

常、冗余数据。

电源设备的电压信号一般为高电压，但是传感器终端节

V以下，因此需要对

点使用的单片机电压需要严格控制在3．3

电压的输出信号做出如图3所示的调理。

3总结

本设计从通信基站电源设备出发，提出了基于物联网感

知技术的电源监控系统。该系统采用三层结构的控制框架，本

文主要说明了基于数据采集处理控制的现场控制单元。该系

统在底层数据采集端采用了传感器技术，通过传感器采集各

种电源设备的运行信息。采集到的信息经过数据处理之后再

图3 电压输出信号调整电路

该调理电路的电压变换是通过电阻实现的，如图3所示，

本电路以R1和R2构成了降压电路。但是该降压电路的输出

阻抗不能无限大，若将其直接连接到传感器终端节点会造成

采集精度的下降，因此在降压电路后增加了电压跟随器u1。

该跟随器可以有效提高降压电路的输出阻抗[1】。由于输出电压

进行数据的传输，经由区域控制单元将处理结果传送至主控

制室从而实现了对电源的监控。通过实验分析，本系统具有一

定的市场推广价值。

值可能存在双极性而终端节点只能单极性供电，故需要进行

单极性处理。本电路是在V4处添加直流偏置来实现单极性处

理，偏置电压由分压电阻来提供。为了避免输出电压由于意外

参考文献：

[1】黄艳玲，欧阳文霞，杨庆，等．电力系统实测过电压信号的特征量

V，在终端节点的输

情况造成输出尖峰从而使得电压高于3．3

提取与验证[J】．高电压技术，2013，39(1)：60．66．

a1．Distributed

入端添加起阻抗和保护作用的0PA4340芯片。

2．3数据处理

【2]XIAOJ，RmEIROA，Iu0 z，et

cornpressionestima．

Si弘al Proceed抽萨

矗on

sensor

ⅢEE

ne咖rks[J]．

Magazine，2006，23(4)：27—41．

using谢rless

本系统采用TI公司的MsP430F149主控芯片进行数据的

2017．1 VOI．41 NO．1

万方数据

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