[发明专利]一种测量变压器振动信号的无线传感器及低功耗工作方法

说明书

本发明公开了属于低功耗无线通信技术领域的一种测量变压器振动信号的无线传感器及低功耗工作方法。该无线传感器包括传感器接口模块、信号调理模块、数据处理模块、电源模块、存储模块和无线通信模块；其中，传感器接口模块对应的传感器包括IEPE加速度传感器、电流电压互感器和温度传感器；信号调理模块包括模拟信号滤波电路、差分放大电路和模数转换电路；电源模块包括数字部分电源和模拟部分电源；存储模块包括处理器芯片内部闪存和外部存储器SD卡。本发明无线传感器采用事件驱动机制和异常唤醒机制相结合的无线通信模式，在硬件电路上实现了最大程度地复用，减低了电源噪声对信号分析的影响，节约了系统功耗。

技术领域

本发明涉及低功耗无线通信技术领域，尤其涉及一种测量变压器振动信号的无线传感器及低功耗工作方法。

背景技术

物联网技术利用无线通信协议以及传感技术将各种终端设备与互联网连接，构造了一个可以实现万物互联的网络。物联网技术的不断更新使得集数据采集、分析和无线传输等功能的智能无线传感器广泛应用于电力设备状态监测。然而现在大多数前端传感装置大多布置在荒郊野外，采用电池供电没有能量补给，存在能量匮乏和在线监测周期短的弊端。

电力变压器作为电力系统最基本的组成成分，其运行状态直接决定电网能否安全、可靠和稳定地运行。一台250MVA/500KV规格的变压器价格就在1000万人民币左右。若是一台正在投入运行的变压器，因为在线实时监测装置没能及时测量其异常状态数据，导致变压器发生重大故障甚至爆炸事故。不仅会造成严重的经济损失更有可能导致人员伤亡并出现大规模的停电事故。由变压器理论可知，变压器在线运行时其振动信号与铁心和绕组的压紧程度、位移和变形状况密切相关。变压器故障早期缺陷可以通过智能传感装置采集振动、电压和电流等信号提前发现，避免故障累积造成重大事故。然而变压器的振动信号需要高频率高精度采集并因此产生大量的数据。智能无线传感器在进行数据采集、处理和无线传输等方面会产生巨大的能量损耗。因此，开展智能无线传感器低功耗技术研究十分重要，保证节点能量受限的智能无线传感能够长时间地监测变压器的运行状态。

为此，本发明旨在解决以下几个问题：当前智能无线传感器高频率高精度采集变压器振动信号存在硬件能耗高的问题；当前智能无线传感器采用IEEE 802.15.4无线通信协议传输大量振动数据存在数据重传、传输速率慢和侦听能耗高的问题；智能无线传感器在实时监测变压器运行状况时既要保证良好的监测性能又要以较低的功耗维持长时间在线监测的矛盾。

发明内容

本发明的目的是提出一种测量变压器振动信号的无线传感器及低功耗工作方法。

测量变压器振动信号的无线传感器，其特征在于，所述无线传感器包括传感器接口模块、信号调理模块、数据处理模块、电源模块、存储模块和无线通信模块；

其中，传感器接口模块对应的传感器包括IEPE加速度传感器、电流电压互感器和温度传感器；信号调理模块包括模拟信号滤波电路、差分放大电路和模数转换电路；电源模块包括数字部分电源和模拟部分电源；存储模块包括处理器芯片内部闪存和外部存储器SD卡；

所述无线传感器采用主处理器STM32F407和从处理器CC2530的双处理器模块化设计。

所述无线传感器的工作模式分为正常工作模式、保持工作模式和低电压工作模式，且每种工作模式均分为正常工作状态和休眠状态。

所述无线传感器采用锂电池供电，并利用太阳能电池板和变压器中性线无源取能线圈对锂电池充电。

所述工作模式的划分方法如下：若锂电池的电压不低于3.7V，则为正常工作模式；若锂电池的电压低于3.7V且不低于3.5V，则为保持工作模式；若锂电池的电压低于3.5V，则为低电压工作模式。