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基于物联网的电力设备监测管理系统设计与实现

发布时间:2022-11-21 14:52
目 录
摘 要 I
Abstract II
第 1 章 绪 论 1
1.1课题研究背景及意义 1
1.2物联网技术国内外发展现状 2
1.3电力设备管理国内外研究现状 3
1.4本文主要研究内容及结构 5
第 2 章 系统总体设计思路及关键技术 6
2.1系统需求分析 6
2.2系统总体设计思路 7
2.3系统的关键技术 8
231 RFID射频识别技术 8
2.3.2NB-IoT 技术 9
2.3.3B/S 架构概述 10
2.3.4数据库平台技术 11
2.3.5TCP/IP 协议 12
2.4 本章小结 12
第3章 感知标签硬件设计与软件设计 13
3.1感知标签总体设计方案 13
3.2感知标签主要模块选型 14
3.2.1主控单元分析与选型 14
3.2.2NB-IoT模块分析与选型 15
3.2.3RFID模块分析与选型 16
3.3感知标签各模块硬件电路设计 17
3.3.1主控单元硬件电路设计 17
3.3.2NB-IoT模块硬件电路设计 18
3.3.3感知单元硬件电路设计 20
3.3.4RFID模块硬件电路设计 22
3.3.5供电单元硬件电路设计 23
3.4感知标签软件设计 23
3.4.1感知标签软件整体设计 23
III
3.4.2RFID 模块软件设计 24
3.4.3感知单元软件设计 25
3.4.4NB-IoT 模块软件设计 28
3.5本章小结 30
第4章 监测管理平台设计 31
4.1开发软件选用 31
4.2平台功能设计 31
4.2.1用户管理模块设计 32
4.2.2设备管理模块设计 34
4.2.3数据查询模块设计 34
4.3服务器架构设计 36
4.4数据库设计 37
4.5本章小结 41
第 5 章 系统测试与验证 42
5.1感知标签的研制 42
5.2监测管理平台配置 43
5.2.1创建 Web 工程 43
5.2.2搭建 Spring 环境 43
5.3网络通信功能测试 44
5.4系统功能验证 46
5.4.1用户管理 46
5.4.2标签管理 47
5.4.3数据查询 4 7
5.4.4设备管理 49
5.4.5实时告警 52
5.5本章小结 53
54
参考文献 55
攻读硕士学位期间发表的学术论文 59
东北电力大学学位论文原创性声明和使用权限 60
《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和《中国学位论文全文数据库》投稿声明 61
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IV
第 1 章 绪 论
1.1课题研究背景及意义
自第二次工业革命以来,电能在人们日常生活中扮演重要角色,因此电力稳定生产变 得愈发重要,电力系统发生故障导致停电会对国民的生活带来严重影响。21 世纪初,北美 地区出现大范围停电,此事件严重影响了当地交通运转和居民的生活质量,同时造成了巨 大的负荷和经济损失[1];2005 年,莫斯科停电对工业、交通、商业以及人们的生活造成了 严重影响;2006 年,我国郑州市发生大规模停电,导致多例电器烧毁和电梯困人等事件, 人们的日常生活受到了极大影响。上述典型的大规模停电事件更加反映出了电能对城市运 转和国民生活的重要性,电能是目前工业、农业、科学研究以及国民生活等各领域的重要 能源。电能安全生产同样重要,需保证电能的正常使用和质量,电能生产主要包括发电、 输电、变电和配电等流程,整个流程通过电力系统实现[2],电力系统是保证国家经济和社 会发展的重要能源产业,电力系统的重要性不言而喻。电力设备是电力系统中的重要组成 部分,电力设备的正常运行对电力正常生产起决定性作用,电力系统中电力设备种类较多 且分布较为广泛,因此对电力设备的有效管理十分重要,对电力设备进行采购、设备运维 和设备报废等全生命周期管理也成为各大电力企业研究的课题[3]。
同时,对电力设备所在环境乃至多参量的监测也十分重要[4]。电力设备构造复杂且使 用的绝缘材料易受环境因素的影响[5],一般情况下,电力设备表面材料在未采取保护措施 的情况下会受到周围恶劣温度环境的影响,高温可引起电力设备壳体材料的热分解、龟裂 以及老化,严重则可能导致变脆和脱落,低温可引起电源低电压不工作的情况,较为剧烈 的温度变化则会导致壳体表面的形变[6],这些现象都会对设备的功能和性能有一定的不良 影响。另外湿度对其影响同样严重,当周围环境湿度较高且昼夜温差比较大时,空气中大 量水汽会附着于设备壳体表面,从而导致设备发生“泛潮”的情况,此种情况会使设备表 面形成原电池,发生腐蚀,从而引起电导率下降且易发生故障。在高温高湿的环境下,设 备上的金属材料易发生腐蚀的现象,从而导致故障,因此对电力设备周围环境温湿度以及 壳体表面温度进行监测显得尤为重要[7]。
物联网技术具有很大的发展潜力,其是一种先进的信息化技术[8]。物联网是在计算机 与互联网之后最具发展前景的信息技术,其主要具有对参量感知、传递以及处理的能力。 物联网技术的发展有利于电力系统的智能化改造,同时电力系统为物联网技术提供了很大 的应用空间。
传统的电力设备管理存在准确性不高、滞后性强以及兼容性差等缺点,从而导致工作 人员无法及时且准确地掌握电力设备的相关信息以及运行状态,此类情况对电力企业正常
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运转有着严重的不良影响,相比下,电力设备管理系统智能化会使电力设备管理更加高效 且准确[9],从而保证电力设备可靠地运行。
目前各电力企业投入大量精力在优化电力设备管理系统研究上,大力推动物联网相关 技术与电力系统相结合,从而实现电力系统的智能化管理,其中 RFID(Radio Frequency Identification)射频识别技术成为智慧电力设备管理方面的核心技术[10],将RFID标签作为 电力设备的唯一标识进行使用,相比于条形码, RFID 标签的识别距离更远、识别速度更 快并可非接触地读取相关数据, RFID 射频识别技术为电力企业在电力设备管理方面提供 了技术支撑。综上所述,对电力设备进行全生命周期管理和环境监测可有效避免故障的发 生,从而保证电力安全有效生产,鉴于目前 RFID 标签仅作为标识使用且不具备数据采集 能力,因此开发一套电力设备监测管理系统意义重大且具有一定的工程应用价值,结合 RFID 射频识别技术、传感器技术以及无线通信等物联网技术实现标识和感知的结合,既 能作为标识便于管理,又能对温度、湿度以及其他参量进行监测。
1.2物联网技术国内外发展现状
美国教授Kevin Ashton于1991年最早提出物联网的概念[11], “物联网”于2005年在国 际电信联盟发布的报告中正式被定义[12]。物联网是延伸到实物的互联网,可理解为互联网 概念的延伸[13]。全球许多国家都对物联网投入了大量精力进行研究,其中美国、欧盟以及 日韩在各技术领域投入大量人力和物力,主要包括传感器、无线通信和GPS等技术。
国外很重视物联网的研究。由于物联网与人们生产生活息息相关,因此可促进经济发 展,美国在 2009 年金融危机后对其展开大量研究。各高校和研究所投入大量精力对其展 开研究且设立了专门的实验室,许多诸如微软、 T1 半导体以及英特尔等大公司也对物联网 进行相关的研究, IBM 公司提出的“智慧地球”已成为战略方案。美国相关委员会在 2018 年举办“SMART物联网法案”听证会,同年第一个物联网安全法案被通过。目前美国在物 联网上具有很高的技术水平且在军事、农业、工业以及医疗等多领域使用物联网技术。欧 盟意在物联网技术研究上占据主导地位且在欧洲物联网研究上投入大量资金,分析出物联 网发展的四个阶段且对其主要技术进行研究和应用。日本对物联网的研究起步较早并提出 工业与物联网相结合的方案,在2009年公布了其相关战略“u-Japan”。韩国与日本同一时 期对其投入研究。韩国将物联网视为重要战略目标且在多领域对物联网技术进行分析研 究,发布相关战略“ U-Korea”。
我国在物联网技术研究方面基本与国际发展同步,大量高校和科研单位也投入诸多精 力对其进行研究。温家宝总理在 2009 年提出了关键策略“感知中国”,物联网在 2010年被 写入政府报告且被视为重点发展对象,其发展提升到国家战略层面,因此政府出台了很多 促进物联网发展的相关策略。无锡在物联网发展中起到重要作用,被视为首个物联网之城。 各大企业也对物联网技术投入研究,腾讯公司在2014年推出“QQ物联智能硬件开放平台”,
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百度公司在2016年推出“天工”物联网平台,阿里巴巴公司在2017年推出Link平台,同年 移动发布自己的物联网平台OneNET,我国在多领域已使用到物联网技术。
目前仍在大力推动物联网技术的发展,政府通过出台相关政策鼓励高校和科研单位投 入物联网技术的研究并对物联网产业进行布局,在如此的发展现状下,物联网技术在很多 领域得到了广泛的应用,主要包括智能家居[14, 15]、智能物流[16, 17]、智慧农业[18, 19]、智能交 通[20]以及智能电网[21, 22]等。随着物联网技术的不断发展,越来越多的电力企业利用物联网 相关技术来解决电力设备的管理问题。
1.3电力设备管理国内外研究现状
国外早在上世纪 70 年代就开始对电力设备管理进行理论研究,由于国外计算机技术 发展较早,因此国外对电力设备管理系统的研究起步较早,最初将当时的OA办公系统应 用在电力企业,完成了电力企业由纸质化办公到无纸化办公的转变。国外对电力设备管理 的研究可分为四个阶段,主要包括事后维修、预防维修、生产维修以及综合管理等。事后 维修是指对出现故障的设备进行维修,缺乏预判性。预防维修是指定期对设备进行检测, 具有一定预判性。生产维修是指在设备出厂时就为后期维修做好准备工作,综合管理是指 对设备从出厂到报废整个周期进行管理。将电力系统与物联网技术相结合已成为一大趋势 [23, 24],电力设备管理系统在国外的应用十分广泛,大量企业和研究人员对其进行研究。
Ashburton 电力公司利用过程控制理论和模型将电力设备全生命周期管理方法全部应 用在每一个环节,根据设备管理的需求提供决策支持,该系统在电力设备管理中得到广泛 应用且取得良好的效果。
Powerlink公司研发的设备全生命周期管理系统在设备的投资、运行和维修等不同阶段 制定了特有的管理策略,从而优化了流程并节约成本。
NG 公司研发出网络化管理系统,将设备管理的流程进行进一步优化,使电力设备管 理更加准确和高效。
Trappey 等[25]开发了一款智能工程资产管理系统,主要应用于变压器等电力设备,优 化了原有的工程资产管理策略,实现对设备整个生命周期内的管理且可对一些关键参数进 行监测。
Wan 等[26]对资产性能管理进行了研究,利用移动工具、工业互联网以及大数据等技术 对设备进行有效管理和状态监测,通过此管理系统来最大限度地提高电力设备管理的效率 和可靠性。
Choobineh 等[27]对资产管理系统的框架进行了优化,主要应用在工业的微电网领域, 提出了环境温度对设备的影响,系统具备对周围环境温度监测的功能,从而延长设备的使 用寿命。
早期我国的电力企业对电力设备的管理方式主要有两种,分别是纸质档案和条形码。
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纸质档案方式是工作人员将设备信息、巡检信息、维修信息以及报废信息等管理信息通过 手写的方式完成记录。此种方式由于很难形成一个完整的工作流程,很容易出现错记和漏 记的情况,因此这种方式很难保证信息的真实性。条形码方式是工作人员利用扫描枪去扫 描设计好的条形码来完成记录[28],由于条形码易受周围环境影响且易损坏或被移动,会出 现扫描枪无法识别,工作人员无法记录的情况,故障情况还是需要由工作人员手写记录, 因此无法保证其信息的准确性。随着电力设备的不断发展与更新,对电力设备的有效管理 变得愈发重要[29],近年来我国对电力行业的信息化建设投入了大量精力,各高校、科研单 位以及电力企业都对电力设备管理系统进行了大量研究,目前我国电力行业发展迅速且信 息化水平不断提升[30]。
徐磊[31]针对实际电力设备管理需求,采用射频识别和云计算等物联网技术设计了智能 电网设备管理系统,该系统主要包括设备台账、工作票管理、检修管理以及缺陷管理等功 能模块,实现了电力设备的无纸化管理。该系统解决了电力设备在台账信息、检修以及故 障等管理上信息闭塞的问题,相比于纸质化管理和人工手写盘点的方式,该系统出现错记 和漏记的情况会减少且相关记录不会丢失,该系统在电力设备管理上更加高效,为电力设 备管理系统开发提供了一定参考基础。
莫小向等[32]针对目前较为简单的管理流程,尤其在设备新增、维修以及更换上的信息 记录不完全等问题,利用 RFID 电子标签设计了设备状态信息采集与管理系统。该系统主 要通过 RFID 标签和读写器来提供设备的相关信息[33],实现了设备的台账信息查询、缺陷 查询以及现场检查等功能,优化了已有的管理流程,对电力设备的精益管理起重要作用。
赵永柱等[34]将RFID与电力设备互相关联,RFID作为电力设备的唯一身份标识,根据 电力资产管理流程、技术特点以及业务要求,对电网资产精益化管理进行了研究。在已有 的 PMS 和 ERP 系统的基础上,利用 RFID 将独立的信息数据进行有效地融合,实现了电 力设备从规划设计、采购到报废等各阶段的信息记录,从而完成设备的全生命周期管理。
随着对电力设备全生命周期管理系统研究的深入,相关系统已在较多电力企业中得到 使用,为了对相关系统体系建设情况进行评价,孙军芳等[35]主要分析并研究了相关评价系 统的架构,全生命周期管理主要包括对设备的新增、入库、调拨、出库以及报废等过程的 管理。详细介绍了评价系统的架构,为电力设备管理系统的研发提供了规范且具备一定的 参考借鉴价值。
吴欣等[36]在其他相关系统的基础上,将RFID技术、ZigBee通信技术以及三维技术相 结合设计了固定资产管理系统。该系统主要由RFID模块、ZigBee通信模块、主节点、PC 通信以及可视化模块组成,与之前电力设备管理系统的不同在于,完成电力设备的管理同 时增加了电力设备定位功能且能可视化显示,进一步加强了电力设备的管理水平,提高工 作效率,为后续对电力设备管理系统的研究提供了思路。
通过以上对电力设备管理系统的研究现状介绍可知,无论国内国外,对电力设备管理 系统的研究从未停止,目前已得到大量的应用,目前的电力设备管理系统多数采用 RFID
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标签作为电力设备的标识,不具备参量感知的能力且是离线的,不能较好地完成电力设备 的数据交互。因此,开发一套基于物联网技术的电力设备监测管理系统就作为本文的重点 研究内容。
1.4本文主要研究内容及结构
本文主要基于目前电力设备管理的发展与现状,对此提出一种既可实现电力设备的全 生命周期管理又具备一定状态参量感知能力的感知标签,从而实现电力设备的在线物联, 基于射频识别和无线通信等物联网技术,对感知标签进行硬件和软件设计并完成开发,为 方便感知标签的数据显示,开发出电力设备监测管理平台,监测管理平台可对感知参量进 行实时显示且支持对电力设备的相关信息进行记录,因此通过该系统可完成电力设备的全 生命周期管理,同时可对温湿度、位移、姿态等参量进行监测。本文的结构安排如下:
第 1 章,介绍了课题的研究背景和意义,物联网技术和电力设备管理在国内外的研究 现状,对其研究现状进行分析,总结出实际需解决的问题并具有针对性地提出本文的主要 研究内容及结构安排。
第2章,针对目前研究现状,整理出系统的实际需求并设计了一种既可实现电力设备 全生命周期管理又具备一定状态参量感知能力的系统。首先提出系统的总体设计思路,然 后对设计方案中所运用的技术进行详细介绍,关键技术主要包括RFID技术、NB-IoT技术、 B/S架构、数据库平台技术和TCP/IP协议等。
第3 章,主要介绍系统的硬件部分-感知标签的硬件设计和软件设计,感知标签实现 电力设备的标识和状态感知的一体化,不但可以实现电力设备全寿命周期管理,还可以对 电力设备周围环境和所处状态信息进行监测。首先提出感知标签的整体设计方案并对主控 单元、NB-IoT模块和RFID模块等主要模块进行选型并绘制出各模块的电路原理图,然后 进行感知标签的软件设计,提出整体软件设计流程,再对各模块进行软件设计,从而实现 各模块相应的功能。
第4 章,主要介绍系统的软件部分-电力设备监测管理平台的设计方案,监测管理平 台设计主要包括开发环境的搭建、平台功能设计、服务器架构设计以及数据库设计,并详 细列出了主要功能模块的数据表。
第5 章,在前期的设计基础上,完成感知标签和电力设备监测管理平台的研制,进行 系统相关的配置,搭建测试环境,首先对系统的网络通信能力进行测试,保证感知标签与 电力设备监测管理平台之间的良好通信和连接,然后对系统的各功能模块进行验证,最终 将系统实现的功能界面进行展示。
第 2 章 系统总体设计思路及关键技术
通过第一章所描述的电力设备管理系统的现状,针对目前所存在的问题,本文设计了 一种既可实现电力设备的全生命周期管理且具备一定状态参量感知能力的系统。本章对系 统的需求进行具体分析,从而提出系统的总体设计思路并给出系统的整体架构,然后介绍 了设计方案中涉及的关键技术。
2.1系统需求分析
在电力设备管理任务中,人工手写、条形码和 RFID 标签这三种方式被广泛使用[37], 前两种方式易出现人为错记漏记的情况,RFID标签多数是被动离线的[38],需要加装读写 器才能读取相关数据,不具备主动上传数据的能力,仅作为标识使用,为更好地实现电力 设备管理,本文设计了一种既可实现电力设备的全生命周期管理且具备一定状态参量感知 能力的系统。为完成上述目标,通过对相关业务流程的调查和了解并对相关资料进行分析 和整理,确定了系统需求。具体需求如下,系统需求逻辑如图 2-1 所示。
 
 
图 2-1 系统需求逻辑
(1) 用户管理 工作人员需要注册自己的账号和密码,只有正确输入账号和密码才能进入该系统,以
此来保证该系统的安全运行和规范管理。该系统可供不同权限的工作人员使用,从而完成 电力设备相应的管理工作。
(2) 数据可视化及告警 对电力设备状态参量有一定的感知能力,可采集其参量数据并对数据进行可视化显
示,显示方式可通过数据列表和图表。当采集参数超出相应阀值时会实时告警,在前端界 面显示相关的报警信息,及时提醒监控人员,使其能够尽快地做出相应的处理。
(3)数据存储查询
保存每一次所采集的参量数据以及报警信息,保存的数据可以用来对事故原因分析及
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安全措施制定。
(4)设备台账管理
系统应存有电力设备完善的档案,包括名称、生产厂家、生产日期、安装日期以及安 装位置等基础信息,工作人员可登录系统对相关信息进行查询,从而实现科学设备管理。
( 5)设备检修及报废管理
系统应存有电力设备的巡检、维修以及报废等信息,工作人员对巡检,维修结果进行 处理,对有故障的电力设备进行故障单的处理及提交,可有效地保证电力设备的正常运行, 避免故障带来的一系列损失,对使用年限较长以及故障未修复的电力设备进行报废处理, 主要填写设备名称、操作人、操作时间、报废类型和报废原因等主要信息,以便于相应权 限的工作人员对其进行报废处理,从而做到故障的预防。
2.2系统总体设计思路
该系统主要分为硬件和软件两部分,硬件部分为感知标签,作为电力设备的身份标识 以及对其周围温湿度、姿态和定位等状态参量进行采集,感知标签主要由 STM32RCT6、 NB-IoT模块、RFID模块、供电单元以及各类传感器组成。软件部分为电力设备监测管理 平台,该平台可对感知标签采集的数据进行处理并显示,具有数据图表和数据查询等功能, 此外,平台支持对电力设备的台账、运维和退役报废等各时期的信息进行记录,从而实现 基于感知标签的电力设备全寿命周期管理。感知标签既可以通过手持机对其进行数据的写 入和读取,从而完成通信,也可以通过 NB-IoT 模块进行数据上传,从而与监测管理平台 完成通信,实现感知数据的实时显示,相关工作人员可通过该平台对电力设备进行相应的 管理和监测。系统整体架构如图 2-2 所示。
 
感知标签
图 2-2 系统整体架构图
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2.3系统的关键技术
物联网技术是按照约定的协议并利用射频识别、信息收集以及多传感器等技术将实物 相关信息上传到互联网,从而实现实物识别、监控和管理的一种网络技术,物联网以射频 识别为基础,实现万物互联。本系统利用TCP/IP协议并搭载射频识别和NB-IoT通信等主 要技术来实现电力设备的监测和管理。
2.3.1RFID射频识别技术
RFID 射频识别技术[39],通常又称电子标签,该技术最早起源于英国,最初飞机识别 领域应用了该技术,直到上世纪60年代,逐渐在各领域中得到应用,RFID技术是一种自 动识别技术且具有非接触特性,它通过无线电来实现信息通信并可读取目标标签的数据。 电子标签具有保密性好、使用寿命长、信息量大等特点[40],并且不受周围环境的影响,只 要在读写器无线电磁信号覆盖的区域内便可完成数据交互,与条形码、二维码以及光学字 符等识别技术相比,电子标签更具优势且成本较低,因此应用更为广泛,目前, RFID 标 签已广泛应用于图书馆管理[41]、门禁系统[42]、物流管理[43]、资产管理[44]等领域,下文主要 对常规RFID系统的组成、原理及特点进行详细介绍。
(1) RFID 系统组成
一个完整的 RFID 系统主要包括电子标签、阅读器和终端服务器等三个部分,其中最 基础的部分是电子标签和阅读器。
电子标签按能量获取方式可分为有源标签和无源标签两种,电子标签内部结构主要包 括天线、模拟和数字电路及存储单元等,无源标签无外部电源且读写识别距离较近,有源 标签需外接电源且读写距离相比无源标签更远,电子标签存储容量可达 2048 位,基于小 型化、结构稳定、耐久性好等特点,在电力企业中广泛应用于不同的工作场景,主要有电 力资产管理、电力设备追踪以及无人巡检等,不同的应用场景需要使用不同种类的电子标 签,从而实现不同的功能。
阅读器是介于电子标签和终端平台的中间设备,主要具有对电子标签信息的读取和写 入两大功能,阅读器内部结构主要包括核心处理器、电源模块、天线、收发通道以及信号 处理器等,通过阅读电子标签来得到设备信息,再通过Wi-Fi和GPRS等无线通信技术上 传给终端平台,从实现信息交互。
(2) RFID 系统工作原理
RFID 系统工作原理主要包括标签和阅读器之间的通信机制和标签的能量获取原理等 两个方面, RFID 系统是一个可以完成数据交互的系统,阅读器读取标签的数据并通过电 磁耦合来给标签提供能量。电子标签具体工作原理如下。
采用阅读器对标签进行数据读取时,阅读器天线发送信号,电子标签进入信号区域内 则被激活,同时进行数据上传,上传的数据由终端软件系统进行处理,终端软件系统又被
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称为中间件系统。中间件系统主要由后台服务器和前端界面组成, RFID 中间件指介于硬 件与固件组件之间的软件层,各层之间通过网络完成交互,主要处理相关通信协议和调用 请求。中间件系统的作用主要是对标签与阅读器之间的数据进行处理和管理,从而方便访 问和查询相关的数据。中间件系统是阅读器与企业应用之间的桥梁,保证了数据的准确性 和流动性,电子标签和阅读器可工作在可用的不同频率下,电子标签频率的选择取决于具 体的应用需求。RFID系统架构与工作原理如图2-3所示。
 
图 2-3 RFID 系统架构与工作原理图
(3)RFID射频识别技术特点
RFID 识别技术目前能够得到广泛应用取决于它的性能特点,相比于条形码更具优势, 主要对 RFID 与条形码在环境适应性、读写性、识别能力以及数据处理等方面进行了对比 与分析,RFID与条形码性能对比如表2-1所示。基于RFID技术的性能特点,将RFID技 术应用在电力设备监测管理系统中,从而改善设备管理中错记漏记的情况。
表 2-1 RFID 与条形码技术性能对比表
RFID识别技术 条形码技术
环境适应性 环境适应性强,可在恶劣环境下识别 环境适应性差,恶劣环境下易被腐蚀
可随时读写,查询和更新数据,可远
读写性 距离读写 只可读
识别能力强,可一次识别多个,可远 识别能力弱,一次只能识别一个,需近
识别能力 距离读写 距离识别
数据储存容量 数据储存容量大 数据存储容量小
成本
保密性
可重复性 可重复读写,再利用 只能用一次
数据处理 智能化处理 机械式处理
 
2.3.2NB-IoT 技术
通信带宽的局限性使终端设备很难以无线通信的方式与公网建立连接,为解决该问 题,窄带物联网(NB-IoT)被大量的研究并得以发展[45], NB-IoT技术是一种无线通信技 术,基于蜂窝网络且射频带宽仅为180kHz, NB-IoT与蓝牙、ZigBee等无许可频谱的技术 大不相同,也与LoRa等通信技术有所不同,NB-IoT技术具有许可频谱,通过运营商来获 取网络[46]。3GPP(3rd Generation Partnership Project)是一个针对通信技术研究的组织,其 对通信技术设计最新目标是实现通信成本低、续航长、能够支持多种设备及通信范围大。
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NB-IoT技术目前具备几大优势:省略多余的AT指令并可使设备进入PSM状态,从而保 证设备的低功耗运行,提高设备的续航能力;提高设备的适配度来满足更多设备的需求, 从而降低成本;扩展20dB链路预算来加大覆盖范围。由于NB-IoT传输速率相对较低且上 下行的峰值速率未超过250kbit/s[47]。因此更适用于智能抄表、智能预警及智慧电网等流量 需求相对较低的应用场景, 3GPPTR45.820 定义了 NB-IoT 技术的主要业务类型, NB-IoT 技术业务类型如表 2-2 所示。
表2-2 NB-IoT技术业务类型
业务类型 适合的应用 上行数据规模 下行数据规模 发送频率
 
完整的信息采集系统包括终端、 NB-IoT 模组和后台服务器, NB-IoT 模组将采集数据 上传到后台服务器,NB-IoT是基于运营商的一种技术,需要基站提供网络环境,目前国内 外有多家企业对其进行支持和推广,除移动和联通等运营商外,还有华为和高通等科技公
司。 NB-IoT 技术网络结构如图 2-4所示。
 
图 2-4 NB-IoT 基本网络结构图
目前我国的移动、联通和电信等三大运营商都建有自己的NB-IoT基站并对其进行定 期的维护,保证良好的网络环境,搭载NB-IoT模组的终端设备,需要插入符合规格的SIM 流量卡,得到运营商的许可授权后,便可通过 NB-IoT 基站入网,完成与后端服务器的连 接,上传数据,从而完成通信。基于以上NB-IoT技术特点,采用NB-IoT技术实现系统的 数据通信功能。
2.3.3B/S 架构概述
B/S (Browser/Server)是浏览器/服务器架构[48],用户在使用B/S架构系统时不需要安 装客户端,通过浏览器即可直接使用,更节省内存且方便随时登录。 C/S(Client/Server) 是客户机/服务器架构[49],与B/S架构相比[50],用户使用C/S架构系统时需要安装客户端。
- 10 - B/S 架构可视作为一种特殊的 C/S 架构,相较 C/S 架构, B/S 架构具有更好的可伸缩性和 使用性。系统升级时只需对后台服务器进行升级,更加方便, B/S 架构对服务器有更高的 要求, C/S 架构则需要对各个客户端进行升级,稳定性和安全性更高, B/S 架构和 C/S 架 构具体性能对比如表2-3 所示。
表2-3 B/S架构和C/S结构综合性能比较
B/S结构 C/S结构
客户端情况 不需要安装客户端,有web浏览器即可 需要安装专门的客户端
硬件环境 可以直接放在广域网上 通常用于局域网中
响应速度 响应速度较慢 响应速度快,只有一层交互
只需升级服务器且无需升级客户端,维护成本 每次升级需升级多个客户 维护成本
较低 端,维护成本较高
~由于电力企业中,使用管理系统的工作人员并不全是计算机领域的专业人员,基于对 B/S架构和C/S架构性能的对比及分析,采用B/S架构作为本系统的基本模式,B/S架构 如图 2-5 所示。
 
 
 
客户机2
 
图 2-5 B/S 架构图
2.3.4数据库平台技术
数据库本质上是一个包含大量数据以及数据之间关系的集合,数据库通常包含多条由
大量字段(Field)组成的记录(Record),其中包括数据的运算关系与逻辑。实际应用中需 通过数据库创建很多数据表,对这些数据库进行管理的系统被称为数据库管理系统
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(Database Management System DBMS),该系统主要包括后端服务器和前端客户机等两部 分。本系统采用MySQL来完成数据的分析和存储,MySQL是一种关系数据库管理系统[51], 支持将数据根据需求保存在不同的数据表中,对数据的统计采用SQL语言,目前MySQL 数据库在企业中得到广泛应用,大部分中小型企业开发系统时也采用 MySQL 来进行数据 分析处理。数据库管理系统通常被安置在多个数据库上,其中这些数据库中的数据只对应 一个系统,每次只供一个用户使用, MySQL 数据库允许多个线程同时进行,实现了可多 个用户同时访问的功能。
2.3.5TCP/IP 协议
本系统硬件终端与服务器之间的数据传输通过 TCP/IP( Transmission Control Protocol/Internet Protocol)协议来实现。TCP/IP即传输控制协议或互联网协议。TCP/IP协 议主要包括应用层、传输层、网络层以及网络接口层等四个组成部分,是一种网络中最基 础的数据交换协议,TCP/IP协议层次分布如图2-6所示。
 
 
图 2-6 TCP/IP 层次分布图
(1)网络接口层:TCP/IP协议模型中的最底层并十分重要,主要功能是向用户提供 最基础的数据传送服务。
(2)网络层:主要功能是数据传输,便于每个数据包都能到达目的点。
(3)传输层:每个节点之间的数据在此层完成数据传输且主要使用TCP和UDP(User Datagram Protocol)等协议。
(4)应用层:应用程序的数据传输在此层完成。
2.4 本章小结
本章根据系统需求提出了总体设计方案,根据系统的整体架构,本系统主要可分为硬 件部分和软件部分,分别为感知标签和电力设备监测管理平台,对RFID技术、NB-IoT技 术、B/S架构、数据库和TCP/IP协议等系统中用到的关键技术进行介绍,为后文的具体方 案设计与实现提供技术思路。
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第 3 章 感知标签硬件设计与软件设计
感知标签是系统的重要组成部分,该标签实现对电力设备的标识和状态感知的一体 化,不但可以实现电力设备全寿命周期管理,还可以对电力设备周围环境和所处状态信息 进行监测。本章首先对标签的总体方案进行设计并给出了总体结构框图,根据标签的总体 设计方案对各模块进行器件的选型、具体的硬件电路设计和软件设计。
3.1感知标签总体设计方案
感知标签主要由主控单元、NB-IoT模块、RFID模块、感知单元和供电单元组成。通 过主控芯片搭载各模块的传感器完成相应的功能。该标签的硬件整体结构如图 3-1所示。 主要模块论述如下:
 
感知 单元 主控 单元
 
图 3-1 感知标签整体结构示意图
(1)主控单元:主控单元是感知标签的核心单元,主控单元搭载感知单元的各传感 器模块,通过 IIC 与 UART 接口驱动各传感器模块完成相应的数据采集,从而实现相应的 功能,采集的数据经处理后通过NB-IoT模块完成数据的上传。
(2)NB-IoT 模块:搭建起感知标签与远程监测管理平台的桥梁,将控制芯片采集的 电力设备振动,实时地理位置以及周围温湿度环境等数据进行实时上传,便于通过远程监 测平台完成监控。
(3)RFID 模块: RFID 模块作为电力设备的唯一标识,关联对应的电力设备且存储 设备的相关信息,与主控单元相连完成射频与控制部分的桥接,实现设备 ID 和各传感器 采集参量的耦合。
(4)感知单元:感知单元主要由定位模块、姿态监测模块和温湿度监测模块组成。 定位模块实现对电力设备的位置监测,通过相应经纬度定位到具体位置。姿态监测模块对
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(5)供电单元:为感知标签提供电能供应,设计相关的供电方案来确保供电的可靠 性。
3.2感知标签主要模块选型
3.2.1主控单元分析与选型
STM32F1系列基础型单片机由STM公司研发推出,主要应用于工业、医疗和消费市 场等。STM公司主要投入ARM Cortex-M微控制器研发和嵌入式应用研究且在该领域内有 绝对优势,其中 STM32F1 系列单片机具有功耗低、集成度高以及性能高等特点,同时 STM32F1 系列单片机价格合理,这些特点使其得到了大量应用。
在设计前期通过对感知标签的评估,根据 STM32F1 系列单片机硬件资源表,在能够 满足功能的同时考虑到芯片成本及功耗等问题,选用留有足够余量且不造成过多芯片资源 浪费的芯片型号,因此本文设计的感知标签选用STM32F103RCT6作为主控芯片°STM32F1
系列单片机硬件资源如下表3-1所示。
表 3-1 STM32F1 系列单片机硬件资源表
型号 Flash(kBytes) RAM(kBytes) 引脚数
STM32F103C8T6 64 20 48
STM32F103CBT6 128 20 48
STM32F103RBT6 128 20 64
STM32F103RCT6 256 48 64
STM32F103RDT6 384 64 64
STM32F103RET6 512 512 64
STM32F103RCT6芯片是基于ARM Cortex-M3内核的微控制器,STM32F103RCT6拥
有丰富的资源,能够满足感知标签的温度、湿度和振动等参量的采集功能需求,芯片引脚 如图3-2所示,芯片资源及特性具体如下:
类别:高度集成电路; 运行速度和内核频率:运行速度达到 90DMIPs 且比 ARM7TDMI 快接近 35%,同时可 节省45%的代码;内核频率为72MHz;
通讯接口和设备资源:SPI、USB、IIC、USART及CAN等;3个12位ADC、2个12 位 DAC 及 PWM 定时器等;具有复位电路和振荡器,支持低功耗模式;
程序存储容量及工作电压:SRAM 48K字节,FLASH 256K字节;2.0 —3.6V。
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VBAT
PC13/RTC
PC14/OSC32
PC15/OSC32
PDO/OSC1N
PD1/OSCOUT
NRST
PC0/ADC10
PC1/ADCU
PC2/ADC12
PC3/ADC13
VSSA
VDDA
PAO/WKUP
PA1/ADC1
PA2/U2JIX
PA3/U2 RX
VSS
VDD
PA4/SP11 NSS
PA5/SP11SCK
PA6/SP11_MISO
PA7/SP11 MOS1
PC4/ADC14
PC5/ADC15
PB0/ADC8
PB1/ADC9
PB2/BOOT1
PB10/U3 TX
PB11/U3RX
VSS
VDD
STM32RCT6
图 3-2 STM32F103RCT6 芯片引脚图
3.2.2NB-IoT 模块分析与选型
随着NB-IoT技术的发展,开始衍生出各种NB-IoT模块,不同型号的NB-IoT模块有 不同的产品特性和应用场景。目前市场上常用的 NB-IoT 通信模块有移远通信的 BC26、 BC95、 BC20 模块。根据硬件设计需求,本文从功耗、工作温度范围、供电电压、输出功 率、数据传输速率以及支持协议几个方面进行综合对比,其各型号参数如表3-2所示。
表 3-2 NB-IoT 模块参数对比
BC26 BC95 BC20
低功耗 3.5uA 5uA 3.7uA
工作温度范围 -35-75 °C -40-85C -35-75C
供电电压 2.1-3.63V 3.1-4.2V 2.1-3.63V
输出功率 23dBm±2dB 23dBm±2dB 23dBm±2dB
数据传输速率 16.7Kbit/s 15.625Kbit/s 16.7Kbit/s
支持协议 UDP/TCP/LwM2M/MQTT UDP/CoAP UDP/TCP/LwM2M/MQTT
如上表可以看出,这三款NB-IoT模块的主要参数指标相差不多,在同等指标下,BC20 相比于 BC26 和 BC95 可支持协议相对更多且内置低功耗算法,其可尽量减小 BC20 上传 数据时的功耗。超宽的温度范围和低功耗使其能适应各种环境下的应用且具有良好的效 果。 BC20 模块凭借着丰富的外部接口、多种网络协议以及低功耗等特点适用于较多应用
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场景比如:物流追踪和行车记录等。综上, BC20 模块工作温度范围满足感知标签的设计 需求,并且能实现感知标签的无线通信功能,降低了硬件复杂度,因此选用BC20模块来 实现系统的无线通信功能。
3.2.3RFID模块分析与选型
RFID标签具有很多类型,按照工作频率,RFID标签可分为低频、高频以及超高频。 按照获取能量方式, RFID 标签可分为无源标签、半有源标签以及有源标签。各频率的标 签也具有不同的工作机理和使用场合。
低频标签的频率范围为100 —500kHz,其中125kHz和133kHz这两种频率的标签被广 泛使用,低频标签一般捕获阅读器发送的无线电波来获取能量,无需额外的能量供应,大 部分属于无源标签。目前低频标签在动物识别、容器识别以及设备识别等领域应用十分广 泛。
高频标签的频率范围为10—15MHz,其中13.56MHz频率被广泛使用,按照工作频率 范围,通常称此类为高频标签,由于高频标签的工作原理与能量获取方式和低频标签相同, 所以也可将其划分在低频标签类别中。高频标签由于体积较小,因此通常将其做成卡片的 形式来使用,高频标签目前在电子车票、校园卡、物业管理以及大厦门禁系统等领域得到 广泛应用。
超高频标签的频率范围为433 —950MHz,其中433.92MHz和868 —950MHz等频率范 围应用较为广泛,超高频标签按照能量获取方式可划分为两类,有源与无源,通过阅读器 对其进行唤醒和读写,对标签进行读写需要在阅读器天线辐射场辐射范围内,有一定的识 别距离,随着读写距离的扩大,实际使用中也有可能在同一个读写范围内同时出现多个电 子标签的情况,目前此种多标签同时读写的情况已成为RFID系统的主要特点。超高频标 签主要用作物流领域、铁路车辆自动识别、近距离通信与工业控制领域中。各频率 RFID 标签参数如表3-3所示。
表 3-3 各频率标签参数对比
低频(LF) 高频(HF) 超高频(UHF)
频率 100—500kHz 10—15MHz 433—950MHz
125kHz 433MHz
常见频段 135kHz 13.56MHz 868—950MHz
传输功率 72dBuA/m 42dBuA/m 10mW—4W
读取方式 电磁感应 电磁感应 微波共振
综上述对各类标签原理和特点的分析,无源的超高频标签可以满足电力设备监管系统
的需求,本系统选用NXP的超高频SL3S4011芯片来完成RFID模块的设计。
 
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3.3感知标签各模块硬件电路设计
3.3.1主控单元硬件电路设计
主控单元的设计是整个感知标签设计的核心部分,选用芯片为STM32F103RCT6,其 通过IIC、SPI以及串口等通信接口与各传感器模块进行通信,主控芯片电路主要包括时钟 电路、复位电路和程序下载电路等,STM32F103RCT6单片机的整体接线电路如图3-3所 示。
 
STM32F103RCT6
GND
图 3-3 STM32F103RCT6 电路原理图
1)时钟电路
芯片需外接两个时钟电路来满足时钟输入要求,两个时钟电路按所 用晶振频率大小分为高速和低速,所用晶振频率分别为 8MHz 和 32.768MHz, 8MHz 和 32.768MHz的晶振分别与两个20pF和10pF的电容并联。高速和低速两种时钟电路如图3-4
 
图 3-4 时钟电路图
( 2)复位电路 复位电路主要起到让单片机和该感知标签上的所有元器件回到初始状态且从初始状 态重新开始工作的作用。本次研究采用手动复位的方式,其中 SW1 作为复位按键来执行 手动复位的操作,串联一个阻值为10kQ的电阻,其作用是控制复位引脚的灌电流,防止 其过大,按下按键进行复位时,复位引脚由高电平转为低电平。
(3)程序下载电路
STM32F103RCT6芯片支持JTAG和SWD两种方式的程序下载,其中SWD下载电路 需要3个引脚接口,JTAG下载模式需要20个引脚接口,基于在高速模式工作时SWD比 JTAG更加稳定,所以本设计采用SWD模式实现程序的调试和烧录。
3.3.2NB-IoT 模块硬件电路设计
NB-IoT模块主要的功能是实现感知标签与监测平台之间的通信,将传感单元采集的参 数进行上传,该模块选用的是BC20。主控模块通过BC20专属的AT指令控制其三种工作 模式,分别为Connected. Idle和PSM。BC20模组的TXD和RXD引脚分别与主控模块的 PA3 和 PA2 引脚相连,采用串口通信方式完成通信, VCC 引脚为模组提供电能供应, PWRKEY引脚连接PC1, RESET复位引脚连接PC2。由于BC20主串口的TXD和RXD 电压域为1.8V,需要经TXS0108EPWR进行电平转换后再与单片机对应引脚相连, TXS0108EPWR电平转换电路如图3-5所示。
 
BC20模块电路主要包括天线电路和SIM卡接口电路,天线是信号传输的基础,天线 有不同的工作频段,各频段所对应的接受和发射频率如表3-4所示。
表3-4 NB-IoT模组天线工作频率表
频段 接受频率 发射频率
B1 2110MHz-2170MHz 1920MHz— 1980MHz
B3 1805MHz-1880MHz 1710MHz—1785MHz
B5 869MHz-894MHz 824MHz— 849MHz
B8 925MHz —960MHz 880MHz—915MHz
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国内的NB-IoT天线的工作频段主要运行在电信的B5和移动的B8频段,目前大部分 低频天线为保证其性能都需要模组预留充足的天线空间,本设计选用移远通信公司研发的 天线,BC20通过引脚41接入天线,BC20通过外部接口实现通信,BC20电路原理图如图 3-6 所示。
 
图 3-6 BC20 电路原理图
NB-IoT 通信模块需要外部接入 SIM 卡来提供网络,目前国内移动、联通以及电信等 运营商的SIM卡均可与BC20的接口相连,SIM卡中含有入网的基本信息且对模组能否成 功入网起决定性作用, SIM 卡的稳定性是选择时考虑的关键因素, BC20 需设计接口电路 与SIM卡连接,SIM卡接口电路如图3-7所示。
 
图 3-7 SIM 卡接口电路原理
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如上图,其中SIM卡共有六个引脚,分别为GND、VCC、I/O、RST和CLK等,GND 接地,VCC与BC20的SIM_VDD相连进行供电,I/O与BC20的SIM_DATA引脚相连完 成数据的传输,RST与BC20的SIM_RST相连完成复位操作,CLK与BC20的SIM_CLK 相连为芯片提供工作频率。通过在 SIM_DATA、 SIM_VDD、 SIM_CLK 和 SIM_RST 上并 联33pF电容来降低射频干扰,保证SIM卡稳定工作,在SIM_VDD上并联低于1uF的电 容来保证电源供电的稳定性。
3.3.3感知单元硬件电路设计
(1)定位模块 由于电力设备较多且分布广泛,因此需对电力设备位置进行监测,设备发生故障时可 尽快锁定故障位置,地理位置定位功能可通过振动信号触发,对有异常振动的设备进行位 置上传。定位参量采集选用GPS/北斗定位模块ATK-1218-BD,其支持双模定位且体积较 小,便于集成。ATK-1218-BD基于NMEA-0183协议传输数据帧,其中$GNGGA、$GNGSA 和$GNVTG分别代表定位信息、卫星信息和速度信息,ATK-1218-BD性能参数如表3-5所 示。
表 3-5 ATK-1218-BD 性能参数
参数 数值或指标
接收特性 167 通道,支持
WAAS,EGNOS 等
追踪灵敏度 -165dBm
定位精度 2.5mCEP
通信协议 NMEA-0183
工作温度 -40°C—+85°C
ATK-1218-BD定位模块与主控模块采用串口通信,其中TXD和RXD引脚为数据引脚, ATK-1218-BD与主控模块与主控模块的引脚PB11和PB10相连进行通信。ATK-1218-BD 接口电路如图3-8所示。
GND
 
图3-8 ATK-1218-BD连接电路图
 
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(2)姿态监测模块
由于在运行电力设备分布较为分散,有些电力设备面临一定的盗窃问题,电力设备被 盗会对居民生活和企业用电带来不可估量的恶劣影响,也对电力企业带来大量的财产损 失,因此需对电力设备进行姿态监测,姿态异常,工作人员通过监测管理平台会收到报警 信息,从而起到防盗功能。通过振动信号来判断其姿态,振动参量的采集选用 ADXL345 三轴加速度传感器,其可通过SPI (3线或4线)或IIC数字接口进行采集,ADXL345与 主控模块采用SPI方式通信。SDA和SDO是串行数据输入与输出,分别与主控单元的PA7 和 PA6 引脚相连, CS 与 PA4 引脚相连。 ADXL345 接口电路如图 3-9 所示。
 
 
图 3-9 ADXL345 连接电路图
( 3)温湿度监测模块
电力设备使用的材料、器件比较多样以及构造也较为复杂,所处环境温湿度的急剧变 化或者长期处在高温高湿的环境下,都可能造成设备物理尺寸的变形和金属材料较为严重 腐蚀的现象并进而导致设备的功能下降或失效,因此为保证电力设备正常运行需对周围表 面环境温湿度进行监测。通过对传感器的测量范围、测量精度、工作温度以及功耗等性能 参数进行考虑,温湿度参量的采集选用 SHT31 温湿度传感器。 SHT31 具有信号处理能力 较强、传输可靠性高和稳定性好等特点,提供IIC接口且支持CRC传输校验。其性能参数 如表 3-6 所示。
表 3-6 SHT31 传感器性能参数
供电电压 +2.4V—5.5V
温度测量范围 -40—125 °C
温度测量精度 ±0.3°C
湿度测量范围 0-100%RH
湿度测量精度 ± 2%RH
功耗 2uA
通信方式 IIC
SHT31与主控模块采用IIC方式通信,SHT31传感器主要包括四个引脚,SDA、SCL、 VCC和GND。其中,VCC提供电源,GND接地,SDA与主控模块的PC11引脚相连,SCL 与PC12引脚相连,SDA用于和主控制器之间的数据通信,SCL用于与主控制器同步时钟。
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SHT31 接口电路如图 3-10所示。
vcc
 
GND
图 3-10 SHT31 连接电路图
3.3.4RFID模块硬件电路设计
感知标签需安装在电力设备的表面,电力设备周围环境属于典型的多金属环境, RFID 模块采用NXP的超高频SL3S4011芯片,在多金属环境下射频信号的强度受到严重影响, 从而缩短了电子标签的可识读距离,同时还有电磁干扰,因此对 SL3S4011 芯片进行抗金 属设计。
由于微带天线结构简单、制作成本低、重量轻、抗金属等诸多优点,因此 RFID 标签 抗金属设计采用微带天线技术来设计其主要结构。微带天线的接地面为金属表面,辐射面 与 SL3S4011 芯片的辐射引脚相连, SL3S4011 芯片的接地引脚通过短路截线与天线的地相 连,从而使标签具备一定的抗金属能力。RFID抗金属微带天线结构如图3-11所示。
 
 
图3-11 RFID抗金属微带天线结构图
SL3S4011芯片具有独立的IIC通信接口且支持UHF EPCglobal Generation-2射频标准 协议,通过 IIC 通信接口,主控模块可对其进行访问、读写配置命令数据和运行数据等功 能操作,从而实现控制与射频部分的桥接,抗金属RFID标签实物如图3-12所示。
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图3-12 RFID标签实物图
3.3.5供电单元硬件电路设计
由于电力设备多位于户外,感知标签安装在电力设备上,因此感知标签采用 18650锂 离子电池进行独立供电,并采用电压检测传感器,对感知标签电量进行监测,电量过低会 进行报警提醒更换。感知标签的各模块需要的电压等级分别为5V或者3.3V,需要进行升 降压处理,采用充放电管理模块实现电池组的充放电管理,稳定输出电压对感知标签的各 模块进行供电。稳压电路如图3-13所示。
VCC5
VR1
GND
GND
GND
 
图3-13 +5V稳压电路
3.4感知标签软件设计
3.4.1感知标签软件整体设计
感知标签有多种被唤醒方式,有异常振动时,感知标签自动唤醒,也可通过手持设备 或监测平台对其进行唤醒,感知标签被唤醒后,首先进行各传感器模块的自检,自检未通 过,则对故障信息进行上报,自检通过,则各传感器采集相应参量,主要包括温度、湿度、 加速度以及电量等,采集的数据若存在异常,则将异常数据存写在RFID模块的USER区 域中,根据间隔时间进行数据上报。采集的数据正常,则进行实时上传,感知标签通过 NB-IoT模块上报各传感器参量、设备编号以及时间戳等信息并且通过NB-IoT模块完成时 间同步,从而保证上传时间戳的准确性,由于定位模块与 NB-IoT 模块功耗相对较大,设 置一个时间间隔,在无异常情况下每到时间进行位置信息采集和数据上传,当有异常时则 进行数据的实时采集和上传,从而降低功耗,感知标签软件整体设计流程如图3-14所示。
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图 3-14 软件整体设计流程图
 
3.4.2RFID 模块软件设计
为完成RFID射频与控制部分的桥接从而实现设备ID和各传感器采集参量的耦合,则 需要一个准确的读写起始信号,在SL3S4011芯片BANK 01 EPC区域的200H至20FH地 址处设置一个特殊的中断寄存器,通过射频信号来读或写此寄存器时,双界面 RFID 单元 的SCL引脚将产生中断信号,构建射频通道和数字通道联系。中断信号作为精准的读写起 始信号,可用于控制单元的唤醒信号,支撑相关装置超低功耗运行,从而实现射频部分和 控制部分的桥接。中断信号时序图如图 3-15所示。
UHF ^-Write DL Reg Write DL Re^
Command Command^
SCL
tsCL write
UHF /Read dl Reg Read dl Reg>
、、Command『 、Command/
SCL
tSCL read
图 3-15 中断信号时序
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3.4.3感知单元软件设计
( 1 )定位模块
定位模块采用ATK-1218-BD,首先初始化ATK-1218-BD,初始化结束后读取所在位 置的GPS数据,随后对判断是否为$GNRMC数据,对符合的数据进行解析,主控模块通 过串口接收数据,ATK-1218-BD 一直上传$GNRMC数据,主控模块可直接接收。GPS数 据采集程序设计流程如图 3-16 所示。
 
图3-16 GPS数据采集流程图
( 2)姿态监测模块
姿态监测模块采用ADXL345,采集设备的倾角和姿态等参量数据,当采集参量超出 预设阀值,则会触发报警。由于电力设备所处环境会存在振动和机械噪声,因此为解决现 场振动和机械噪声对姿态参量的影响,需对采集参量进行滤波处理来提高姿态参量的准确 度。
滤波处理采用 Kalman 滤波,其是一种基于状态空间法并且可使系统状态达到最小线 性均方误差的最优估计,可以达到降低噪声对系统影响的效果, Kalman 滤波具有计算速度 快和不占用内存等特点,目前得到了广泛的工程应用。
首先初始化 ADXL345 传感器,随后传感器进行自检,自检未通过则传回错误信息, 自检通过即读取当前的x、y和z三个轴的加速度值,采集的加速度经卡尔曼滤波后,通过 各轴倾角与加速度值的关系计算出准确的x、y和z三个轴的角度值,从而达到对姿态监测 的效果,姿态采集程序设计流程如图 3-17 所示。
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x、y 和 z 三个轴的角度值与加速度值的关系如公式(3-1)所示。
 
式中,a、P> 9分别为x、z、y三个轴与重力加速度的夹角;al、卩1、91分别为x、z、 y 三个轴与水平方向的夹角。卡尔曼方程如公式(3-2)所示。
X (k | k -1) = AX (k -11 k -1) + Bu(k)
P(k | k -1) = AP(k-1| k -1)AT + Q
< X(k | k) = X(k | k — 1) + Kg(k) - (Z(k) — HX(k | k -1)) (3-2)
Kg(k) = P(k | k — 1)Ht / (HP(k | k — 1)Ht + R)
P(k | k) = (I — Kg(k)H)P(k | k — 1)
式中,A是状态转移矩阵,由于感知标签采集的加速度值与上一时刻的值相同,所以 A=1。u(k)是k时刻对系统的控制量,无控制量时,u(k)=0。H是观测矩阵,由于ADXL345 直接采集加速度值,所以 H=1。
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利用Matlab建立设计的Kalman滤波器仿真模型,Q为过程噪声方差,R为测量噪声 方差,通过调整Q和R的值来调整模型预测值与测量值的权值,通过测试,当Q=1x10-6 和R=4x10-4时达到较好的滤波效果,滤波前后波形对比如图3-18所示。
I I I I I I I I I ] T
滤波前
0.8 - ■滤波后-
 
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
时间/ms
图 3-18 滤波前后对比图
(3)温湿度监测模块
温度检测模块采用SHT31,传感器初始化后进行自检,随后读取温湿度值并且对数据 进行实时上传,定义全局变量,直接读取调用,主控模块接收温湿度数据,温湿度数据采 集程序设计流程如图 3-19 所示。
 
图 3-19 温湿度采集流程图
 
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3.4.4NB-IoT 模块软件设计
感知标签采集的各参量数据通过NB-IoT模块BC20上传到监测管理平台,NB-IoT模 块上电后首先需进行初始化,确保入网成功,随后进行数据的上传。初始化是将模组重新 入网的过程,主要包括网络查询、附着以及激活等流程。STM32通过调用模块的AT指令 来完成操作,NB-IoT模块将对应的返回值实时地发送到STM32。BC20初始化AT指令如 表 3-7 所示。
表 3-7 BC20 初始化 AT 指令表
AT 指令 说明
AT+CGSN=1 查询设备号
AT+CIMI 判断SIM卡是否读卡成功以及查询SIM卡号
AT+CSQ 查询信号质量
AT+CGATT 查询网络激活状态
AT+CEREG 查询网络附着状态
AT+QBAND 查看BC20支持频段
AT+CGPADDR 显示分配IP地址
NB-IoT 模块通过串口二与 STM32 单片机相连来完成数据交互, BC20 初始化流程如 图 3-20 所示。
 
 
图 3-20 BC20 通信初始化流程图
NB-IoT模块首先进行上电初始化,主要查看模块是否开机成功,通过发送指令“AT” 进行查询,返回值为“OK”,则说明模块成功开机。模块开机完成后,需检测SIM卡是否 识别成功以及是否正常完成初始化,通过发送指令“ AT+CIMI”进行检查,返回值为IMSI
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号,则说明 SIM 卡可用且初始化成功。识别到卡后,需对信号质量进行查询,通过发送指 令“AT+CSQ”进行查询,查询结果CSQ大于12,则说明信号质量良好。信号质量查询完 成后,需查询网络附着状态,通过发送指令“AT+CEREG”进行查询,第二位数据返回值 为1或者5,则说明网络附着成功。最后查看网络是否激活,通过发送指令“AT+CGATT” 进行查询,返回值为1,则说明模块入网成功,模块完成整个初始化流程。
NB-IoT 模块在完成初始化且成功连接网络后,将对云服务器发送请求来完成数据的上 传。采用建立Socket的方式来完成采集数据的上传。BC20与云服务器建立连接且完成数 据上传主要的TCP/IP AT指令如表3-8所示。
表 3-8 BC20 上传数据 AT 指令表
AT指令 说明
AT+QIOPEN 打开 Socket
AT+QICLOSE 关闭 Socket
AT+QISTATE 查询 Socket 状态
AT+QIDNSGIP 转换域名为 IP 地址
AT+QIDNSCFG 配置DNS服务器地址
AT+QISEND 发送数据
NB-IoT模块在完成初始化后,通过发送指令“ AT+QIOPEN”创建并打开Socket,向 服务器发送请求,请求通过并建立连接后,通过发送指令“AT+QISEND ”上传数据,数据 发送成功则实现模块的数据上传,发送失败则进入循环重新发送数据。 BC20 数据上传流 程如图 3-21 所示。
 
 
图 3-21 BC20 数据上传流程图
BC20根据以上流程进行通信,通过相应的AT指令完成代码的编写,设计的感知标签
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NB-IoT模块实现通信的部分核心代码如图3-22所示。
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195
196
197
198
199
200
201
Bl
void BC2 0_ConTCP(void)
3.5 本章小结
int errcount: =0:
Uarr2_SendSt:r ("AT+CGSN=l\r\n")://TCP Socket delay_m3(300);
Clear_Buffer();
printf ("socket number = ?d\r\n"f socketnull);
memset(atstr, 0,BUFLEN);
OLED_SliowString(0f 3, "CONNECT TO
sprintf(atstr,™aT+QIOPEN=lf %d,\"TCP\",1234,0\r\n”,socketnum,SERVERIP,SERVERPORT); Uart2_SendStr(atstr);//发送socketIP和端口后面跟对应数据长度以及教据 delay ms(300);
strx=3tr3tr( (const char *) buf_uart2. buf, (cons t char*) "+QIOPEN: 返回 OK
errcount = 0;
while (strx=NULL)
errcount++;
3trx=3tr3tr ((const char*) buf_uart2. buf, (const char*) ™ +<JIOPEN: 0, CT); / / 返回ok if (errcount>100) //防止死循环
errcount break;
图 3-22 BC20 通信实现代码
本章首先结合上一章所列物联网相关技术对感知标签的总体方案进行了设计并给出 了硬件总体结构框图,然后对感知标签的主控单元、NB-IoT模块和RFID模块等主要模块 进行了分析与选型,并完成感知标签的各模块的硬件电路设计,包括主控单元的最小系统 电路、数据传输模块以及各类传感器接口电路等硬件电路设计,最后完成感知标签的软件 设计。
- 30 -
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
第 4 章 监测管理平台设计
监测管理平台功能主要可分为两部分,一部分是为上文设计的感知标签所采集电力设 备的相关参数进行数据处理及显示,一部分是对感知标签所关联的电力设备,实现电力设 备台账信息、设备运维、退役报废等全生命周期管理,从而实现电力设备的监测管理。下 文提出监测管理平台的设计方案。
4.1开发软件选用
监测管理平台所采用的工具主要包括数据库、集成开发环境和服务器。平台服务器端 采用JavaEE语言进行开发并且选用IntelliJ IDEA作为集成开发环境。存储数据的工具采用 MySQL,当前比较常用的数据库包括MySQL、SQL Server、Oracle,相比于其他两种数据 库,MySQL更加高效且支持大型数据处理,现如今MySQL数据库的应用十分广泛。监测 管理平台的开发在Windows系统下进行,选用Tomcat作为平台开发的容器,Tomcat作为 一种 Web 服务器,除 Web 服务功能外还具备一部分应用服务器的功能,例如用户事务的 处理和JNDI数据连接等。Tomcat服务器具有稳定性高、运行速度快、配置相对简单、要 求性低和具有较好的可移植性。IntelliJ IDEA运行界面如图4-1所示。
 
图 4-1 IntelliJ IDE 界面
 
4.2平台功能设计
电力设备监测管理平台主要由五个功能模块组成,经过前期收集的需求并且进行整理 和分析后,对平台各功能模块进行详细的设计。平台功能可分为两个主要方面,分别为对 感知标签采集的参量进行可视化显示和实现电力设备的全生命周期管理。具体的平台功能
- 31 - 模块划分为:模块一为用户管理,包括用户登录、账号注册和密码修改,对用户按相应权 限进行管理;模块二为基础信息管理,主要包括标签管理,对感知标签所安装的电力设备 和安装位置等信息进行记录;模块三为数据查询,包括数据图表展示和历史数据查询,对 感知标签采集的参量进行显示并对其历史数据进行存储;模块四为设备管理,包括台账管 理、巡检管理、维修管理、维修反馈和报废管理,对电力设备的台账、运维和报废等信息 进行记录,从而实现全生命周期管理;模块五为告警管理,主要告警参量有温湿度、姿态 和感知标签电量等。功能模块划分如图 4-2 所示。下文对用户管理模块、设备管理模块以 及数据查询模块等主要模块的设计流程进行详细描述。
 
 
4.2.1用户管理模块设计
(1)用户登录
工作人员使用监测管理平台时,首先需要进行登录,只有输入正确的账号和密码才可 进入到监测管理平台进行查询和记录电力设备相关信息等操作,监测管理平台可供不同岗 位以及不同权限的工作人员进行登录,当遇到输入数据库未录入或者不存在的账号,账号 和密码不正确或者不匹配等情况时,平台会提示错误信息,此时工作人员可以选择重新输 入账号和密码,重新登录平台,也可选择不重新登录从而放弃进入该平台,监测管理平台 用户登录流程如图 4-3 所示。
- 32 -
 
 
(2)密码修改
该平台用户管理模块具备密码修改功能,工作人员可根据自己需求进行密码修改,首 先需要登录账号,然后输入修改后的新密码,新密码输入具有格式要求,主要包括密码长 度、具有特殊字符以及字符格式等,新密码符合相关格式要求则修改成功,不符合要求可 重新修改,也可以选择放弃修改,监测管理平台密码修改流程如图 4-4 所示。
 
图 4-4 密码修改工作流程
 
- 33 -
4.2.2设备管理模块设计
设备管理主要包括设备的基础台账、巡检、维修以及报废等信息的记录,由不同权限 的工作人员共同完成整个设备管理流程,设备出厂有使用年限,超出使用年限的设备直接 进行报废处理,对在使用年限内的设备进行定期地巡检,若有故障则进行记录,对被标记 为故障的设备进行维修,维修后修改报修单,对维修结果进行反馈,故障修复的设备继续 使用,故障未修复,工作人员可以建议报废,对设备进行报废处理,设备管理具体业务逻 辑流程如图 4-5 所示。
 
图 4-5 设备管理流程图
 
4.2.3数据查询模块设计
数据查询模块主要为感知标签所采集数据进行可视化显示,数据可视化即将采集的数 据以图表和曲线的形式进行显示,使数据更直观且方便查看,前端设计采用 echarts 技术来 完成数据可视化的需求,首先引入echarts文件并将其初始化,然后将其引入到DOM容器, 制定图表的配置项并引入数据,最终将引入的数据进行可视化处理,以提前准备好的图表 形式显示在前端页面上,数据图表展示前端页面设计主要部分程序如图 4-6 所示。
- 34 -
var myChart = echarts.initCdocument.getElementByldrmYChart']); war myChart2 = echarts.inlt(document.getElementByldt'myChart2')); var myChart3 - echarts.inlt(document.getElementByldt'myChart3')); myChart.setOption(option);
myChart2.setOption(option);
myChart3.setoption(option);
$(window). resize(function()-{
myChart.resizef);
myChart2.resize(); myChart3.resizeC);
})
var map;
var marker;
((function () {
map = new BMap.Map(,,container,');
var point = new BMap.Point(116.404, 39.915);
map.centerAndZoom(point, 15);
marker = new BMap. Marker (point); // 创建标注
map.addOverlay(marker);
$('#type').val("ZDBHei").triggerCchange'); getDataO;
setrntervaKgetData, ie*ieee);
});
function getDataO ■{
var type - $("#type").val();
if (type == "")■[
js.alert择传感器! ",-{icon:2});
return;
图 4-6 数据图表展示前端程序代码
前端向后端服务器发送请求,服务器收到请求后,controller调用
 
 
 
pPostMapping(value
@ResponseBody
public Object loadData(Map map, String zdbh, HttpServletRequest request) {
SimpleDateFormat sdf = new SimpleDateFormat( pattern: "yyyy-MM-dd 时间稱式化
Calendar calendar=Calendar.getlnstonceO;
Date date=new DateO;
calendar.set!ime(date);
calendar.set(Calendar.D4Y_GF_W0WTK, calendar.get(Calendar.M¥_OF_WTH) - 1);
Date d2 = calendar.getTlme();
If(StrlngUtlls.isBlonfc(zdbh)){
return
Lssjb cgqxxbl = new LssjbO; cgqxxbl.setZdbh(zdbh); cgqxxbl.setUpdateDate_gte(d2); cgqxxbl.setUpdateDate_lte(date);
cgqxxbl.getSqlMapO.getOrderf).setOrderByC update_date asc"); List<Lssjb> cgqxxbs = IssjbService.findList(cgqxxbl);
Stringd table =new String[cgqxxbs.size()];
doublet] vl =new double[cgqxxbs.size()]; doublet] v2 =new double[cgqxxbs.size()]; doublet] v5 =new double[cgqxxbs.size()]; int i=B; int t=B;
if(cgqxxbs.size() == 0){
map. putC'datax/',table);
map.put("vl",vl); map.put("v2",v2);
map.put("v3"rv3); map.putC'vl.
map.put("v2 map.put("v3 map.putC'vl map.put("v5 return JSON.toJSGWStringCmap);
图 4-7 数据图表展示后端程序代码
4.3服务器架构设计
本系统选择JavaEE语言对后台服务器进行开发,JavaEE具有稳定性强、可伸缩性强、 运行效率高等特点,目前在企业得到广泛应用,并且 JavaEE 兼容目前主流通用框架和第 三方接口。
后台服务器的开发采用了 Spring、Mybatis和Shiro三个框架,其中三个框架具备不同 的功能, Shiro 框架可与 Spring 框架完美融合,主要对系统进行权限管理,控制用户的注 册、登录及权限等相关业务, Spring 框架是一个容器框架,基于 MVC 架构,其中包括模 型层、视图层和控制层,模型层主要实现系统的业务逻辑,控制层根据用户的请求为其显 示相应的视图,视图层是完成与用户交互的界面,通常有Beetl和HTML等方式,基于此 架构实现了业务逻辑与前端显示的分离。Mybatis框架主要功能是对接数据库,开发过程 中通过 MySQL 构建数据库表,通过 JDBC, Mybatis 框架与数据库完成连接,采用 Spring、 Mybatis 和 Shiro 三种框架的组合方案,可有效提高系统的扩展性和稳定性,系统服务器端 设计架构如图 4-8 所示。
视图请求 JavaEE服务器 \|—1/
组合请求 Shiro (权限管理)
HTTP
组合请求 Z Json数据 视图
数据请求 Controller(控制层)
组合请求 HTTP
 
Service(业务逻辑)
组合请求 Spring框架
Mybatis 框架 \|—1/
图 4-8 服务器端设计架构图
为保证前端页面与服务器更高效地交互,采用Ajax传输方式,通过HTTP协议完成与 服务器之间的信息传输,该系统面向多级用户,提供给电力企业不同岗位的工作人员以及 拥有不同权限的人使用,由于HTTP属于无状态协议,为使登录更加安全,当有工作人员 进行登录时,相关信息通常保留在Cookie。为与客户端建立唯一标识,当登录操作成功后, 服务器向客户端发送SessionlD,从而完成保存相关信息的要求,当客户端收到SessionlD 后,服务器会将客户端相关信息保存在Cookie,此后每次由客户端向服务器发送相关请求 时,会将SessionlD 一同发送到服务器,由此来进行识别且判断该客户端是否有相关权限。
- 36 -
 
客户端发送的请求通过权限审核后,将请求发到SpringMVC,控制层根据请求显示其相应 的视图,SpringMVC请求处理流程如图4-9所示。服务器通过POST方式接收相关信息及 数据,创建Socket长连接,从而实现本地服务器接收感知标签所采集的实时数据的功能。
 
图 4-9 SpringMVC 请求处理流程图
 
4.4数据库设计
本文监测管理平台的数据库设计主要设计了 9张表,主要分为监测数据和电力设备全 生命周期管理相关信息两个类别, 9 张表分别为:电力设备台账信息表、巡检信息表、维 修信息表、报废信息表、感知标签信息表、历史监测数据信息表、告警信息表、编码代码 表以及配置信息表。
电力设备台账信息表为电力设备的基本台账信息,包括电力设备的名称、编号、规格 型号、生产厂家、生产日期及安装位置等信息。电力设备台账信息如表 4-1 所示。
表 4-1 电力设备台账信息表
序号 字段名称 字段描述 字段类型 长度 允许空
1 id varchar 64
2 sbmc 设备名称 varchar 30
3 sbbh 设备编号 varchar 30
4 gghx 规格型号 varchar 30
5 sccj 生产厂家 varchar 30
6 scrq 生产日期 date
7 azrq 安装日期 date
8 azwz 安装位置 varchar 20
9 xjzq 巡检周期(天) int 10,0
10 sysm 使用寿命(年) int 10,0
11 sbzt 设备状态 varchar 20
12 bqmh 标签编号 varchar 64
13 xjrq 最近一次巡检日期 date
14 txbs 提醒标识 varchar 10
15 gzts 故障提醒标识 varchar 10
16 bftxbs 报废标识 varchar 10
- 37 -
 
巡检信息表为电力设备巡检管理模块的信息表,主要包括设备名称、设备编号、巡检
类型、巡检周期、巡检日期以及巡检备注等信息。电力设备巡检信息如表 4-2 所示。
表 4-2 巡检信息表
序号 字段名称 字段描述 字段类型 长度 允许空
1 id varchar 64
2 sbmc 设备名称 varchar 30
3 sbbh 设备编号 varchar 30
4 gghx 规格型号 varchar 30
5 bqbh 标签编号 varchar 64
6 xjlx 巡检类型(例行|点检) varchar 255
7 xjzq 巡检周期(天) int 10,0
8 sbzt 设备状态 varchar 20
9 bz 巡检备注 varchar 255
10 xjrq 巡检日期 date
11 jlzt 记录状态 varchar 10
维修信息表为电力设备维修管理模块的信息表,主要包括设备名称、设备编号、故障 上报时间、故障上报人、处理时间、处理人、故障描述以及维修结果等信息。电力设备维 修信息表如表 4-3 所示。
表 4-3 维修信息表
序号 字段名称 字段描述 字段类型 长度 允许空
1 id varchar 64
2 sbmc 设备名称 varchar 30
3 sbbh 设备编号 varchar 30
4 gghx 规格型号 varchar 30
5 bqmh 标签编号 varchar 64
6 gzsbsj 故障上报时间 datetime
7 gssbr 故障上报人 varchar 10
8 gzms 故障描述 varchar 255
9 clsj 处理时间 datetime
10 clr 处理人 varchar 10
11 clyj 维修结果 varchar 255
12 wxzt 维修状态 varchar 10
 
 
报废信息表为电力设备报废管理模块的信息表,主要包括设备名称、设备编号、报废
类型、报废原因、操作时间以及操作人等信息。电力设备报废信息表如表 4-4 所示。
表 4-4 报废信息表
序号 字段名称 字段描述 字段类型 长度 允许空
1 id varchar 64
2 sbmc 设备名称 varchar 30
3 sbbh 设备编号 varchar 30
4 gghx 规格型号 varchar 30
5 bqbh 标签编号 varchar 64
6 bflx 报废类型 varchar 10
- 38 -
 
 
表 4-4 报废信息表(续表)
序号 字段名称 字段描述 字段类型 长度 允许空
7 bsyy 报废原因 varchar 255
8 czsj 操作时间 datetime
9 czr 操作人 varchar 10
感知标签信息表主要信息为感知标签采集并上传的数据信息,主要包括电力设备的壳 体温度以及所处环境的温湿度、定位信息的经纬度、姿态信息的三个轴的角度值以及感知 标签的电量等参数信息。感知标签信息表如表 4-5所示。
表 4-5 感知标签信息表
序号 字段名称 字段描述 字段类型 长度 允许空
1 id varchar 32
2 bqbh 标签编号 varchar 255
3 bqmc 标签名称 varchar 255
4 add 安装地址 varchar 255
5 ext1 温度 varchar 255
6 ext2 湿度 varchar 255
7 ext3 电压 varchar 255
8 ext4 经度 varchar 255
9 ext5 维度 varchar 255
10 ext6 MPU_X varchar 255
11 ext7 MPU_Y varchar 255
12 ext8 MPU_Z varchar 255
13 online 在线状态 varchar 255
14 ext9 RFID 标签 varchar 255
15 ext10 绑定标识(1 已绑定) varchar 255
16 update_date 更新时间 datetime
17 jext3 基准电压 varchar 255
18 jext4 基准经度 varchar 255
19 jext5 基准维度 varchar 255
20 jext6 基准 MPU_X varchar 255
21 jext7 基准 MPU_Y varchar 255
22 jext8 基准 MPU Z varchar 255
历史监测数据信息表主要信息为感知标签采集并上传的数据的历史信息,通过该表可 以查询之前上传的参数如温湿度、定位信息的经纬度、监测姿态的三个轴的角度值以及感 知标签的电量等并可以查看其上传时间。感知标签信息表如表 4-6 所示。
表 4-6 历史监测数据信息表
序号 字段名称 字段描述 字段类型 长度 允许空
1 id varchar 64
2 bqbh 标签编号 varchar 10
3 zdmc 标签名称 varchar 10
4 v1 温度 double 8,2
5 v2 湿度 double 8,2
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表 4-6 历史监测数据信息表(续表)
序号 字段名称 字段描述 字段类型 长度 允许空
6 v3 电压(V) double 8,2
7 v4 经度 double 12,8
8 v5 维度 double 12,8
9 v6 MPU_X double 8,2
10 v7 MPU_Y double 8,2
11 v8 MPU_Z double 8,2
12 update date 更新时间 datetime
 
 
告警信息表为感知标签所监测参数的阀值告警模块的信息表,主要包括告警内容、告
警类型、告警时间以及确认时间等信息。告警信息表如表 4-7所示。
表 4-7 告警信息表
序号 字段名称 字段描述 字段类型 长度 允许空
1 id varchar 64
2 sbmc 设备名称 varchar 30
3 sbbh 设备编号 varchar 30
4 bqbh 标签编号 varchar 64
5 gljx 告警类型 varchar 20
6 gjnr 告警内容 varchar 255
7 qrzt 确认状态(未确认|已确认) varchar 10
8 gjsj 告警时间 datetime
9 qrsj 确认时间 datetime
编码代码表如表 4-8 所示。
 
 
表 4-8 编码代码表
序号 字段名称 字段描述 字段类型 长度 允许空
1 id varchar 64
2 type varchar 20
3 xlh int 10,0
4 update date datetime
配置信息表如表 4-9 所示。
 
 
表 4-9 编码代码表
序号 字段名称 字段描述 字段类型 长度 允许空
1 id varchar 32
2 name 配置名称 varchar 255
3 key 配置项 varchar 255
4 value 配置值 varchar 255
5 bz 备注 varchar 255
6 create_date 创建时间 datetime
7 update_date 更新时间 datetime
8 type 类型 varchar 255
9 xlh 显示顺序 int 10,0
- 40 -
4.5本章小结
本章根据系统需求对电力设备监测管理平台进行了详细的设计与开发,监测管理平台 设计主要包括开发环境的搭建、前端功能设计、后端服务器设计和数据库设计,详细列出 了主要功能的数据表,以此来实现感知标签数据从云平台的转接及可视化和电力设备全生 命周期管理等功能。
- 41 -
第 5 章 系统测试与验证
本章在上两章完成的感知标签和监测管理平台设计的基础上,研制出感知标签并对其 系统进行配置,为保证系统运行的可靠性,对整套系统进行测试,同时对系统预设的功能 进行验证和分析并将其实现的功能进行展示。
5.1感知标签的研制
感知标签的主控芯片使用的是STM32F103RCT6,该系统需实现的功能较多,主控芯 片需要连接许多的外部传感器模块,因此需要进行合理的引脚分配来实现所设计的相应功 能,在完成感知标签前,通过使用 STM32F103RCT6 开发板搭载相关传感器进行相关功能 的调试,从而确保能够实现设计的功能。在完成前期的相应调试之后,通过第三章的总体 设计思路以及电路设计完成PCB电路板的制作,选择合适的元器件并按各个元器件的焊接 要求完成相应元器件的焊接,完成感知标签的研制。将该感知标签安装在电力设备的表面, 即可对电力设备壳体温度、周围环境温湿度以及姿态等参量进行采集和监测,也可实现电 力设备的标识,监测数据和电力设备从生产到报废等阶段的相关信息通过电力设备监测管 理平台进行远程监测。感知标签实物如图 5-1 所示。
 
图 5-1 感知标签实物图
目前 RFID 标签广泛应用于电力资产管理和物流管理等管理系统中,在系统中起到身 份标识的作用,本系统将传统的 RFID 标签与物联网技术相结合开发出一款具有感知通信 能力的标签,即感知标签,感知标签与传统的 RFID 标签相比,具有更强的性能,在其原 有功能基础上增加了网络通信、定位、感知参量采集和报警等功能,本章对感知标签的网
- 42 -
络通信、感知监测、实时告警等功能进行详细测试及介绍,感知标签采集的相关参数通过
电力设备监测管理平台显示。感知标签与RFID性能参数对比如表5-1所示。
表 5-1 感知标签与 RFID 性能参数对比表
类型 感知标签 RFID 标签
网络功能 NB-IoT
通信模式 NB-IoT/GPRS/RFID RFID
定位 北斗/GPS
感知参量 温湿度、位移、姿态
报警监测 实时告警
 
5.2监测管理平台配置
5.2.1创建 Web 工程
监测管理平台采用IntelliJ IDEA开发工具来开发Java Web应用程序,对Shiro、Spring 和 Mybatis 框架进行相应配置并集成,导入 jar 包,包管理采用 maven 方式进行,其中工 程目录主要包括 src 和 webroot 两部分, Java 源码文件放置在 src, B/S 所需的资源和 jar 文 件以及系统配置信息放置在webroot,项目功能目录如图5-2所示。
v fe" BS20220107dian_li_she_beiJian_ce_mysqI57 [jeesite-web]
> ■ .idea
7 ■ src
v ■ main
v ・java
v Cl com.jeesite.modules
>El basetools
>Hbfgl
>El csxxb
>El desktop
>Bgjgi
>El I 詢 ex
>El nettyServer
>El sbgl
>El tools
>El user
>Bl wxgl
>El如
>Bl zdxxb
■ Application
图 5-2 项目功能目录
5.2.2搭建 Spring 环境
监测管理平台开发基于JeeSite框架,对基本业务流程进行开发,JeeSite是一个快速开 发平台,基于 Spring Boot、Spring MVC、Apache Shiro、MyBatis 和 Beetl 等经典技术的组 合。集成框架时,按照官方要求对相关配置文件进行配置,主要配置文件包括 application.yml 和logback-spring.xml,主要对Spring MVC视图层进行配置,完成前端页面的显示,具体 配置如图 5-3 所示。
- 43 -
12 server:
port: 86
-i servlet:
context-path: /
tomcat:
url-encodlng: UTF-8
18 #表单请求数嘉的最大大小
max-http-form-post-size: 20MB
20| # #进程的最大连接数
21| #当Nginx为https, tomcat为http时,设量该选项为true
schemeHttps: false
23Q
24#数据库连接
25pdbc:
26I # Mysql数据库配置
type: mysql
driver: com.mysql.cj.jdbc.Driver
url: jdbc:mysq'L://127.a.6.1:3588/dlsbjk?useSSL=false&useUnico(le=true&characterEncoding=utf-8SizeroDateTlmeBehavior=C0NVERT_T0_NlJLLGserverTlmezone=Asla/Shanghai username: root
password: 123321
testSql: SELECT 1
33
34spring:
35»应用程序勒称
application:
name: jeesite-web
38 & S环境名称(•注意;不可设宣为test它是单元測试专用的名称〉
t profiles:
active: default
图 5-3 application.yml 配置文件
5.3网络通信功能测试
感知标签通过 NB-IoT 模组将采集的参数进行上传,网络通信功能测试首先对感知标 签的入网和传输进行测试,然后再测试平台的数据接收能力。测试感知标签的入网和传输 能力采用MCU的预留串口,以串口转USB的形式与电脑进行连接,通过串口调试工具显 示和查看其通信状态,调试并打印出数据采集与传输结果,串口调试结果如图5-4所示。
■友善串□调试助手
文件(B 钳⑥视囲M 工BCD控制© 帮助但I
just close old socket
AT+CGSN=1
+CGSN: 862177042712730
OK
socket number = 0
AT+QIOPEN=lJ0J"TCP","gz.aeert.com",19174,1234,0
OK
读取蛊湿度…•
读取加速度传感器值•…
读取当前电池电压••
读取GPS定位信,息•…
Client&ZDBH01&23.43&51.26&0. Q7&-5.941&-1.247&78.185&0.. OGOGO&end 向服务器发送涓息…. 消息:Client&ZDBH01&23.43&51.26&0.07&-5.941&-1.247&78.185&0.0000080.00000&end# 长度:72 向服务器发送消息•••
5&e.e&e&e&e.eeeQe&end#
OK
SEND OK
BH01&23.43&51.26&G.G7&-5.941&-1.247&78-1 犊取温湿度-•.
读取加速度传感器值-…
读取当前电池电压…
读取GPS定位信息...
Client&ZDBH01&23.48&51.31&0.07&- 5.737&-1.225&77.985&0.00000&0.00000&end 向服务器发送涓息•… 消息:Client&ZDBH01&23.48&51.31&0.07&-5.7374-1.225S77.985&0.0000080.00000&end# 长度:72
发送 I
-3
| Alithon
图 5-4 串口调试结果图
系统运行的稳定性很大程度上取决于系统的通信质量,在对感知标签的数据传输能力
进行测试后,对平台的数据接收能力进行测试。感知标签基于NB-IoT模组采用Socket长
连接方式实现数据上报功能,再通过腾讯云平台将数据通过HTTP协议推送到监测管理平 台。在测试过程中需要将监测管理平台与云平台连接起来,从而调试程序,因此需要公网 IP 地址及其对应的服务器。由于开发阶段采用该项目部署方式来调试较为不便,因此利用 内网穿透工具小蝴蝶,将测试主机的内网IP映射到公网地址上,从而实现本地主机的应用 服务。在云服务器上填写要映射的IP地址,通过验证后建立连接,则开始向监测管理平台 推送数据,测试过程中监测管理平台在收到数据后会将其打印在 IntelliJ IDEA 的 console 界面上。程序接收数据结果如图 5-5 所示。
 
Rebel Run:崎 Application
 
图 5-5 程序接收数据结果图
数据接收功能的好坏取决于信息传输的可靠性和有效性等两个方面,因此需要提高数 据传输速率和接收的准确性。监测终端进行数据传输,最终到达第三方平台数据库过程中 的丢包率是衡量系统的数据接收能力的主要标准,丢包率过大则表明系统的数据传输和接 收可能存在程序阻塞、网络不稳定和网络延迟等问题,因此在系统调试过程中需要尽可能 降低数据传输和接收过程中的丢包率。本次测试将感知标签分三个阶段依次向监测管理平 台发送1000、 500和100条数据,时间间隔设为30秒,每30秒发送一次,监测管理平台 具有历史数据查询功能,对上传的数据进行记录,待数据全部发送完毕后通过监测管理平 台对数据进行统计,对接收量与发送量进行对比,数据接收统计如表5-2所示,通过测试 结果可以看出,系统的丢包率较低且不到 1%,说明系统具备较好的数据接收能力,达到 了系统的需求标准。
表 5-2 数据接收测试表
感知标签上传数据量 监测管理平台接收数据量 丢包率
1000条 995条 0.5%
500 条 448 条 0.4%
100条 100条 0%
 
- 45 -
 
5.4系统功能验证
5.4.1用户管理
工作人员使用电力设备监测管理平台之前需要先注册自己的账号,正式使用该平台 时,需要录入正确的账号和密码才可进入该平台,从而完成对电力设备的监测及管理等相 关工作,登录遇到问题时可点击联系管理员选项来解决登录问题。电力设备监测管理平台 登录界面如图 5-6 所示。
 
 
 
图 5-6 登录界面
该平台支持不同权限的工作人员进行登录,在用户管理模块下,管理员用户可以查看 录入成功用户的相关信息,主要包括姓名、编号、电子邮箱以及手机号码等,不但可以通
过编号和姓名对用户进行搜索,更加简单高效,还可以对普通用户的账号进行新增、删除、
重置以及角色分配等操作。用户管理界面如图 5-7 所示。
 
图 5-7 用户管理界面
当工作人员需要对平台账号的密码重置时,可以通过密码修改模块来修改密码,修改
账号密码时,首先需要输入旧密码,然后输入新密码,格式正确会提示修改成功。用户密 码修改界面如图 5-8 所示。
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图 5-8 密码修改界面
 
5.4.2标签管理
电力设备监测管理系统的硬件部分为上文所设计的感知标签,一个感知标签关联一个 电力设备,具有唯一的标签编号,系统的软件部分根据感知标签会生成唯一的设备编号, 实现关联绑定,实现电力设备的身份标识,以此来实现电力设备的监测管理。将感知标签 安装在电力设备上,该平台具有标签管理功能,可以对感知标签的安装地址、标签编号以 及初始状态等基础信息进行查看,初始经纬度为所关联电力设备的所在位置的经纬度,初 始状态主要包括经纬度和基准电压,基准电压为感知标签的初始电量,监测管理系统具有 感知标签电量的监测功能,同时也具有感知标签的添加和删除功能。标签管理界面如图 5-9 所示。
 
图 5-9 标签管理界面
 
5.4.3数据查询
数据查询模块主要是对感知标签采集的各参数进行展示,实现对电力设备周围环境温 湿度、设备姿态以及地理位置等参量进行监测。为了数据展示的更简洁直观,电力设备监 测管理平台的数据展示分为数据图表和数据列表两种方式,数据图表展示模块实现了数据 的可视化,以图标和曲线的方式将数据更直观地显示出来,历史数据查询以表格的形式对
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数据进行展示。
(1)数据图表展示 该模块实现数据的图表展示,更加直观,界面可以选择感知标签,对不同的电力设备 进行查看,主要显示参数有温度、湿度、电压、姿态和位置,电压为感知标签电源电量, 经实际验证,各传感器的误差在合理范围内,保证了采集数据的准确性。数据图表展示界 面如图 5-10 所示。
 
图 5-10 数据图表展示界面
(2)历史数据查询 历史数据查询模块的作用为对感知标签采集的数据进行存储,通过该模块可以查询电 力设备状态的历史数据,数据后带有数据的更新时间,从而实现了实时监测,查询数据时 可以通过感知标签名称和编号进行搜索查询,使设备监测变得更加高效。历史数据查询界 面如图 5-11 所示。
电力设备监测置理平台 X
S3理员 *首页
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0历史数据宜询箴理
A用户管理
B基础(8息艺理 < 终端名称: is® IS
终《胳称, ss MPU.X MPU.Y MPU.Z 童吶司
OoO数tg宜询 v 1 ZDBHO1 25.31 20.26 3.24 126.50973 43.82938 -15.58 -341 77.68 2022-03-01 2...
題历皱据s® 2 ZDBHO1 25.51 20.12 3.24 12650973 43&93S -15.01 -327 77.73 2022-03-01 2...
z数据图衷展示 3 ZDBHO1 2529 18.80 3.24 12650973 43.82938 -1526 -3.31 77.80 2022-03-01 2...
a设备管理 < 4 ZDBHO1 2521 19.16 3.24 126.50973 4342938 -15.46 -3.36 77.79 2022-03-01 2...
圉告< 5 ZDBHO1 25.58 20.76 3.24 126.50973 43.82938 -15.11 -321 78.03 2022-03-01 2...
6 ZDBHO1 25.52 20.05 3.24 126.50973 43&938 -15.10 -326 77.85 2022-03-01 2...
7 ZDBHO1 25.34 19.96 3.23 126.50973 43.82938 -14.94 -327 77.69 2022-03-01 2...
8 ZDBHO1 25.48 21.07 3.24 126.50973 43.82938 -15.24 •132 77.75 2022-03-01 2...
9 ZDBHO1 25.50 19.10 3.24 126.50973 43.82938 -14.99 -327 77.75 2022-03-01 2...
10 ZDBHO1 25.33 19.43 3.24 12650973 43.82938 -15.32 -3.32 77.80 2022-03-01 Z”
11 ZDBHO1 25.50 18.34 3.24 126.50973 43.82938 -14.85 -3.19 77.89 2022-03-01 2...
12 ZDBHO1 25.55 19.63 3.24 126.50973 43.82938 -14.99 -326 77.78 2022-03-01 2“
1 2 3 4 5 6 7 222 > 当炉1页, 每页20条,共4431条
图 5-11 历史数据查询界面
 
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5.4.4设备管理
(1)台账管理
电力设备台账管理功能是该平台的重要组成部分,工作人员可以通过该功能模块在所 属权限下对企业所属电力设备的台账信息进行创建和编辑,台账信息主要包括电力设备的 规格型号、关联的标签编号、生产厂家、生产日期、安装日期以及安装位置等。每个感知 标签有唯一的标签编号,在对应的标签编号栏录入编号来实现感知标签与电力设备的对 应。
设备的台账信息录入完成后,需要通过审批流程完成对设备信息建立的闭环和确认。 当设备信息审批通过后,将在平台界面生成一条正式的设备台账数据,供工作人员查询、 统计和修改。同时,平台还可以利用设定的平台台账信息模板建立设备台账信息,通过导 入功能快捷完成设备信息台账的录入。设备的台账信息录入完成后,工作人员可随时对信 息进行查看并可通过搜索关键字来快速地完成电力设备信息的查询和统计。台账管理界面 如图 5-12 所示。
 
图 5-12 台账管理界面
工作人员可通过台账管理录入界面对电力设备的基础信息进行录入和修改,形成设备 档案体系,实现科学管理。台账管理录入界面如图 5-13 所示。
 
图 5-13 台账管理录入界面
 
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(2)巡检管理
电力设备巡检管理功能主要是对电力设备的巡检信息进行管理,对电力设备进行定期 的巡检可有效地预防故障的发生,从而保障电力设备安全和稳定地运行。电力设备巡检管 理模块主要信息包括:设备名称、设备编号、标签编号、设备状态、巡检类型、巡检日期 以及巡检备注等,设备状态分为正常和故障,巡检类型分为点检和周期巡检。对应权限的 工作人员在完成巡检任务后可以通过该功能模块来完成相应电力设备的巡检记录,对正常 运行的设备进行巡检记录填写,若设备出现故障或存在安全隐患,则需对其进行标定并填 写故障描述,平台会对其进行审核,审核通过后会对该电力设备进行相应的维修管理。巡 检管理界面如图 5-14 所示。
 
品维修反馈
圉告警管理
图 5-14 巡检管理界面
3)维修管理
电力设备维修管理功能主要实现对电力设备的维保相关工作的管理,该功能模块主要 包括设备名称、故障上报人、故障上报时间、故障描述、处理人、处理时间等信息。巡检
后被标定为故障的设备,平台审核通过后,对应权限的工作人员会对其进行维修处理,维
修时需修改报修单并填写维修状态,注明该设备处于正在维修的状态。维修管理界面如图
5-15 所示。
I电力设备监测管理平台 U 管ss J
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A用户曽理 <
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DtC数抿查询 < 设备名称 设备编号 规ffiS号 mhiSA 3»«3 述 JibSA 帥结果 翱状态 圖乍
1 1号变压器 DLSB-2022Q ... SG-50KVA 6325562850 2021-02-01... 李工 9
0设备管理
代细簷理
 
品维修反馈
遡告警管理
图 5-15 维修管理界面
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(4)维修反馈 电力设备维修反馈功能主要是对维修管理功能所修改且上传的报修单进行处理,针对 经过维修处理的此前存在故障的电力设备,对维修结果进行反馈并填写维修后的状态,维 修状态分为两种,主要包括已修复和建议报废。该功能模块主要包括:设备名称、处理故 障单、维修状态以及维修结果等信息,同时,工作人员可以通过设备名称或者标签编号对 想要查询的电力设备进行搜索,可以对故障设备更快地进行处理。维修反馈界面如图 5-16 所示。
I电力设备监测管理平台
堆修反馈 X
A用户管理 < 0维修管理管理
£基础信息管理 < 血数据蜀S < 设备名称: 标签编号: [外理故品单■
设备名称 igft^ 规格鳄 上蹄司 Sffl上报人 故隐描述 维修结果
1 1号变压器 DLSB-2O22O... SG-50KVA 6325562850 2021-02-01... 李工 9
匚设备童理
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G巡綁里
 
品维修反馈
0报废爸理
圉告善童理
图 5-16 维修反馈界面
工作人员对电力设备进行维修处理后,通过修改故障单来完成维修反馈信息的填写。 故障单处理界面如图 5-17 所示。
电力设备监测管理平台 gSm X
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A用户管理 <
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□设备管理 SG-50KVA 6325562850
ShSfftf可: 2021-02-02 09:00 s| StHA: ML
c巡检管理
y维修管埋 品维修反馈
0
輛状态: 已仙
週告警管理 已翳
 
图 5-17 故障单处理界面
(5)报废管理 电力设备报废管理功能主要对需报废处理的电力设备进行管理,设备报废类型包括故 障原因报废即经检修后工作人员建议报废和到达报废年限。报废管理界面主要包括:设备 名称、操作人、操作时间、报废类型和报废原因等信息。对应权限的工作人员可通过该界 面对符合报废条件的电力设备进行报废处理,同时可通过报废录入界面进行添加,具有增 删改查功能。报废管理界面如图 5-18 所示。
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图 5-18 报废管理界面
工作人员可通过报废管理录入界面对满足报废条件的电力设备进行报废处理,报废管 理录入界面如图 5-19 所示。
 
 
 
图 5-19 报废管理录入界面
5.4.5实时告警
对感知标签进行实时告警测试,实时告警参量主要包括温湿度、姿态和位移等,模拟
实际环境,配置系统的预设阀值,温度上限为50。。湿度上限为85%,通过电力设备监测
管理平台监测其报警情况如图 5-20和 5-21所示,结果表明系统的温湿度告警功能正常。
 
 
 
图 5-20 温度告警测试结果
 
 
设备编号: 告警逸 融詐 ▼叙状态: -m
标签编号 告警内容 触状态 告罰间 滅时间
DLSB-202201-0006 6325562850 亦告警 谿湿g [85.10%] ,理过阈值,请及时核查! 未确认 2022-01-26 05:36:49
DLSB-202201-0006 6325562850 蹄湿g [85.10%]. ,葩阈值,请及 未瑞认 2022-01-26 05:35:49
DLSB-202201-0006 6325562850 趣湿§ [85.10%] ,廷过阈值,请及时核查! 未稱认 2022-01-26 05:34:49
DLSB-202201-0006 6325562850 设备湿度[85.10%], ■逐过阈值,请及时核查! 未确认 2022-01-26 05:33:49
DLSB-202201-0006 6325562850 设备湿g [85.10%] ■童过阈值,请及时核查! 未确认 2022-01-26 05:32:49
DLSB-202201-0006 6325562850 设备湿度【85.10%】. ,揑过阈值,请及时逢 未歸认 2022-01-26 05:31:48
DLSB-202201-0006 6325562850 诙湿§ [85.10%], .愛过阈值,请及时核查! 未确认 2022-01-26 05:30:48
DLSB-202201-0006 6325562850 设备湿[85.10%] .逐过阈值,请及时核查! 未确认 2022-01-26 05:29:48
DLSB-202201-0006 6325562850 轴湿® [85.10%], .疑过阈值,请及时核查! 未确认 2022-01-26 05:28:48
DLSB-202201-0006 6325562850 设备湿§【85.10%】 .超过阈值,请及 未确认 2022-01-2605:27:43
图 5-21 湿度告警测试结果
姿态监测告警,通过三轴加速度传感器采集三个角度,通过三个角度的变化来实现姿 态的监测,配置系统的预设阀值,首先将感知标签平稳放置,随后对其进行倾斜来测试感 知标签的姿态告警功能,通过电力设备监测管理平台监测其报警情况如图 5-22 所示,测试 结果表明系统的姿态告警功能正常。
设备编号: 告粵理:舷告警三翩雄: "I »
标签编号 告警内容 确认状态 告罰间 術认时间
DLSB-202201-0006 6325562850 设备蹄最大祐度[15¥] 菲确认 2022-01-26 01:02:05
DLSB-202201-0006 6325562850 设备嗨最大角度[153s] 未确认 2022-01-26 01:01:04
DLSB-202201-0006 6325562850 设备蹄最大祐度[15¥] 菲确认 2022-01-26 01:00:04
DLSB-202201-0006 6325562850 设备嗨最大角度[153s] 未确认 2022-01-26 00:59:04
DLSB-202201-0006 6325562850 设制鞠最大角度[153J ,融齟请及 未确认 2022-01-26 00:57:14
DLSB-202201-0006 6325562850 确告警 设备嗨最大角度【153°] ,融阈值,请及63^! 未确认 2022-01-26 00:56:14
DLSB-202201-0006 6325562850 设制鞠最大角度[153J ,融齟请及 未确认 2022-01-26 00:55:14
DLSB-202201-0006 6325562850 确告警 设备嗨最大角度【153°] ,融阈值,请及63^! 未确认 2022-01-26 00:54:13
DLSB-202201-0006 6325562850 设备刚最大角度[153c] ,融闹值, 未确认 2022-01-26 00:53:13
DLSB-202201-0006 6325562850 设备爾最大角度【153°] ,融阈值,请及 未确认 2022-01-26 00:52:15
 
图 5-22 姿态告警测试结果
5.5本章小结
本章根据系统设计方案研制出感知标签和电力设备监测管理平台,进行系统相关的配 置,搭建测试环境,对系统预设功能进行调试与功能验证,将系统实现的功能界面进行展 示。经验证本系统既实现了电力设备全生命周期管理,又能对设备周围环境温湿度、姿态、 地理位置等参数进行有效监测。
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结 论
本文基于目前领域发展现状整理出系统实际需求,根据系统需求设计并实现了一套基 于物联网技术的电力设备监测管理系统,解决了传统电力设备管理方式下,由于人为造成 的错记漏记等情况。该系统主要可分为硬件和软件两部分,硬件部分为感知标签,软件部 分为电力设备监测管理平台,本文研究工作总结如下:
(1) 对电力设备监测管理系统的关键技术进行分析和研究,确定总体设计方案。完 成感知标签的总体设计,感知标签主要由主控单元、NB-IoT模块、RFID模块、传感单元 和供电单元组成。基于物联网技术,通过温湿度、标识、定位、振动等多参量传感器,在 感知标签内部实现感传一体,实现电力设备的身份标识与感知参量的有机结合。
(2) 完成电力设备监测管理平台开发环境的搭建、前端功能设计、后端服务器设计 和数据库设计,详细列出了电力设备台账信息表、巡检信息表、维修信息表、报废信息表、 感知标签信息表、历史监测数据信息表、告警信息表、编码代码表以及配置信息表,对平 台进行配置,实现了电力设备监测管理平台的功能。
(3) 完成感知标签和电力设备监测管理平台的研制,对系统进行测试,首先测试了 感知标签的网络通信功能,并统计了有效的数据接收数量,符合系统需求,该通信能力可 以完成电力设备物联,对各传感器采集的参量与实际数值进行对比,采集误差符合实际需 求,电力设备监测管理平台的各功能模块均可正常使用,该系统既实现了电力设备管理, 又可对其状态参量进行监测。
随着物联网技术的不断推进,电力设备管理任务的信息化水平会不断提升,本文虽实 现了一套电力设备监测管理系统,但后续仍有待进一步改进的内容,具体内容如下:
(1) 目前感知标签的低功耗设计已符合实际需求,随着物联网技术的发展,对感知 标签的功耗可进一步进行控制。
(2) 对电力设备监测管理平台界面进行优化,使界面更加美观。
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