一种基于光感应的船舶电网诊断系统及诊断方法

技术领域

本发明涉及船舶电气技术领域，具体涉及一种基于光感应的船舶电网诊断系统及诊断方法。

背景技术

在现代船舶系统中，供电电网为其主要的控制网络之一，尤其是远洋船舶中，供电电网的故障不仅会造成巨额的经济损失，甚至还会危害到船员的生命安全。虽然现用的船舶电网都配备有断路报警、短路报警以及过载报警等报警功能，但此类报警都是在故障发生后才被激活，系统并不具备在故障发生前，进行预报警的功能。

因此，开发一种具有在线诊断功能的船舶电网实时监控系统，对减少电网的故障尤为重要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于光感应的船舶电网诊断系统及诊断方法，在故障发生前进行预报警，减少损失，提升安全性能，本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于光感应的船舶电网诊断系统，该系统包括包括上位机、路由器、若干Zigbee子站、若干个Zigbee节点、若干监测模块，上位机和路由器之间连接，Zigbee节点之间相互通信连接，在信号覆盖范围内Zigbee节点与任意一个Zigbee子站通信连接；监测模块在信号覆盖范围内与任意一Zigbee节点通信连接。

进一步地，Zigbee节点用以接收与之建立通信连接的监测模块发送的数据；Zigbee子站用以接收与之建立联系的Zigbee节点发送的数据；路由器用以接收任意一Zigbee子站发送的数据；上位机用以接收路由器发送的数据并对数据进行处理。

进一步地，监测模块包括传感器、模拟开关、模数转换器、单片机、Zigbee通信模块、电源；传感器、模拟开关、模数转换器、单片机、Zigbee通信模块依次连接，电源为监测模块供电。

进一步地，传感器包括环境光传感器、温度传感器、湿度传感器；传感器用以监测环境信息并将环境信息以模拟信号的形式发送至模数转换器；模数转换器用以接收传感器发送的模拟信号并将模拟信号转换成数字信号后发送至单片机；单片机用以将接收到的来自模数转换器的数字信号进行处理后发送至Zigbee通信模块；Zigbee通信模块用以将接收到的来自单片机的数字信号发送至与之建立通信连接的Zigbee节点。

进一步地，上位机和路由器之间有线连接，路由器和Zigbee子站之间有线连接。

进一步地，Zigbee节点与Zigbee子站之间无线连接，Zigbee节点之间无线连接，监测模块与Zigbee节点之间无线连接。

进一步地，Zigbee节点间形成网状网络拓扑形式的网络构架。

进一步地，有线连接采用的通信协议为TCP/IP网络协议。

进一步地，无线连接采用的通信协议为Zigbee通信协议。

一种船舶电网诊断方法，该方法基于前述的一种基于光感应的船舶电网诊断系统，在每个待监测点至少设置一个监测模块，该方法包括以下步骤：

S1、环境光传感器、温度传感器和湿度传感器分别将电网处的监测数据以模拟信号的形式时时传送至模数转换器；

S2、模数转换器将接收到的模拟信号转换成数字信号后传送至单片机；

S3、单片机对接收到的数据进行处理，包括将接收到的数据与预制安全值比较，判断接收到的数据是否在安全值范围内，并将判断结果、接收数据以及对应单片机编号发送到Zigbee通信模块；

S4、Zigbee通信模块将接收到的数据发送至已经成功建立通信连接的Zigbee节点；

S5、Zigbee节点将接收到的数据发送至已经成功建立通信连接的Zigbee子站；

S6、Zigbee子站将接收到的数据发送至路由器；

S7、路由器将接收到的数据发送至上位机；

S8、上位机对接收到的数据进行处理、显示。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1、通过本发明的诊断系统和诊断方法可以在电网隐患发生前进行预警，提前采取措施以消除隐患，降低故障、隐患的发生概率。

2、发明使用Zigbee无线通信协议，使用网状拓扑的组网形式，具备自组网功能，只要在信号覆盖范围内，任意一个节点的撤出，都不会影响到Zigbee节点网络系统的完整性。

3、通过本发明的温度传感器、湿度传感器和环境光传感器分别监测，一旦环境光传感器监测超出设定的安全值，则立即采取措施解决；若环境光传感器监测未超出设定的安全值，仅温度传感器、湿度传感器或者温度传感器和湿度传感器的监测超出设定的安全值，则采取措施提前干预，避免发生安全事故。

附图说明

图1是本发明的基于光感应的船舶电网诊断系统连接示意图。

图2是本发明中监测模块连接示意图。

图3是本发明中监测模块元件分布图。

图4是本发明中监测模块安装示意图。

图中，1、印制电路板；2、湿度传感器；3、温度传感器；4、环境光传感器；5、模拟开关；6、模数转换器；7、单片机；8、Zigbee通信模块；9、电源；10、监测模块；11、Zigbee节点；12、Zigbee子站；13、路由器；14、上位机；15、待监测点。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步描述：

一种基于光感应的船舶电网诊断系统，如图1-4所示，包括上位机14、路由器13、若干Zigbee子站12、若干个Zigbee节点11、若干个监测模块10，上位机14和路由器13之间采用有线连接，通信协议为TCP/IP网络协议；路由器13和若干Zigbee子站12之间也通过有线连接，通信协议为TCP/IP网络协议；Zigbee子站12和Zigbee节点11之间无线连接，通信协议为Zigbee通信协议，在信号范围内，任意一个Zigbee节点11都可以与任意一个Zigbee子站12进行连接；Zigbee节点11间的连接方式为无线连接，通信协议为Zigbee通信协议，Zigbee节点11之间相互通信连接，形成网状拓扑的组网形式，具备自组网功能，在信号覆盖范围内，任意一个Zigbee节点11撤出都不会影响到Zigbee节点网络系统的完整性。监测模块10可与信号覆盖范围内任意一个Zigbee节点11建立通信连接。

监测模块10包括湿度传感器2、温度传感器3和环境光传感器4、模拟开关5、模数转换器6、单片机7、Zigbee通信模块8、电源9，湿度传感器2、温度传感器3和环境光传感器4分别与模拟开关5连接，模拟开关5、模数转换器6、单片机7和Zigbee通信模块8依次连接，电源9为监测模块10供电。其中，环境光传感器4的型号为OPT3001DNPR，湿度传感器2的型号为SHT30，温度传感器3的型号为SHT30，模拟开关5的型号为TMUX1029，模数转换器6的型号为ADS9234R，单片机7的型号为msp430f149。

使用时，监测模块10安装在待检测点15处，本实施例中将监测模块10安装在电控柜中，待监测点15处于以环境光传感器4中心线的120°监测范围内，湿度传感器2和温度传感器3分别安装在环境光传感器4的两侧，环境光传感器4、湿度传感器2和温度传感器3以及模拟开关5均安装在印制电路板上1，环境光传感器4安装在印制电路板1的中心位置。

一种船舶电网诊断方法，应用上述的基于光感应的船舶电网诊断系统，包括以下步骤：

S1、在电控柜内，每个电控柜内至少设置一个监测模块10，环境光传感器4用以监测电控柜内亮度变化，一般电控柜内亮度变化是由于电控柜内产生电火花导致的；温度传感器3用以监测电控柜内的温度数据，温度超出安全值则说明温度异常，需要采取措施，比如散热；湿度传感器2用于监测电控柜内的湿度，湿度超出安全值后需要采取通风干燥措施，湿度越大越容易产生电火花；环境光传感器4、温度传感器3和湿度传感器2分别将电网处的监测数据以模拟信号的形式时时传送至模数转换器6；

S2、模数转换器6将接收到的模拟信号转换成数字信号后传送至单片机7；

S3、单片机7对接收到的数据进行处理，包括将接收到的数据与预制安全值比较，判断接收到的数据是否在安全值范围内，并将判断结果、接收数据以及对应单片机编号发送到Zigbee通信模块8；具体的，当环境光传感器4监测到的数据超出安全值，则说明电控柜内产生电火花，产生预警；若环境光传感器4监测到的数据在安全值范围内，仅湿度传感器2或者温度传感器3监测到的数据或者湿度传感器2和温度传感器3监测到的数据超出安全值，则尚未产生电火花，但是可能会产生电火花，因此也会产生预警；环境光传感器4所导致的预警的优先级高于湿度传感器2和温度传感器3所导致的预警。

S4、Zigbee通信模块8将接收到的数据发送至已经成功建立通信连接的Zigbee节点11。

S5、Zigbee节点11将接收到的数据发送至已经成功建立通信连接的Zigbee子站12。

S6、Zigbee子站12将接收到的数据发送至路由器13。

S7、路由器13将接收到的数据发送至上位机14。

S8、上位机14对接收到的数据进行处理，并将处理结果显示在上位机的人机界面上；若环境光传感器4监测的数据产生预警，则应立即采取安全措施；若湿度传感器2监测的数据产生预警，则应采取干燥通风处理；若温度传感器3监测的数据产生预警，则应采取散热处理。

本实施例只是对本发明的进一步解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改，但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。