CN109164735A - 智慧网络及设备电力监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明的智慧网络及设备电力监控系统，包括中心交换机及与其经环形光纤或无线网络通信的监控装置，监控装置由外壳体和电路部分组成；监控装置经上、下级光纤接口由光纤连接成环形通信回路，电路部分由处理器及与其相连接的通路抉择模块、电压检测模块、无线模块和负载电压、电流、功率模块组成。本发明的智慧网络及设备电力监控系统，当一侧光纤断开后，可通过另一侧光纤通信，当两侧光纤断开后则通无线网络通信；具有实时监测电力负载电压、电流、功率、环境温湿度、门控状态并通过远程环形网络、无线网络控制空气断路器、漏电保护器等装置分闸、合闸并带有存储、快速分析的能力。

Description

智慧网络及设备电力监控系统

技术领域

本发明涉及一种智慧网络及设备电力监控系统，更具体的说，尤其涉及一种实时监测电力负载电压、电流、功率、环境温湿度、门控状态并通过远程环形网络、无线网络控制空气断路器、漏电保护器等装置分闸、合闸并带有存储、快速分析能力的智慧网络及设备电力监控系统。

背景技术

目前网络分布式系统的大量普及应用虽然方便了人们的生活，但分布式系统至今一直使用总线型连接方式，一旦有一点故障，则造成下级级联网络不正常，造成数据丢失。随着网络资源的丰富，光线铺设成本越来越低，租用运营商的网络成本已经不合适，而且随着运营商为了降低成本，单条通讯链路上的客户数量增加，通讯带宽随着接入数量的增加而降低，所以对于实时性要求比较高的用户来讲铺设独立的通讯光缆或者租赁专用光缆来组建专用网络，将有利于以后设备的运行通讯和降低运营成本。

再者随着设备分布越来越广，设备的维护已成为一大难题，现在大都靠人工维护，只能在设备出现问题时才能发现，到重新让设备重新投入使用，不但排查难度大、人力费用高且及时性也不好，关键点位的数据丢失会带了不可估量的损失。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种智慧网络及设备电力监控系统。

本发明的智慧网络及设备电力监控系统，包括中心交换机及与其经环形光纤或无线网络通信的多个智慧网络及设备电力监控装置，智慧网络及设备电力监控装置由外壳体和设置于外壳体中的电路部分组成；其特征在于：外壳体上设置有天线、下级光纤接口、上级光纤接口、第一供电口、操纵器通讯接口、空开上端检测口、负载电源入口和负载接口，所有的智慧网络及设备电力监控装置经上、下级光纤接口由光纤连接成环形通信回路，第一供电口外接直流电源；所述电路部分由处理器及与其相连接的通路抉择模块、电压检测模块、无线模块和负载电压、电流、功率模块组成，通路抉择模块连接有光纤状态监测模块，以对光纤通信回路是否可用进行检测，电压检测模块的检测端与空开上端检测口相连接，无线模块与天线相连接；

操纵器通讯接口与操纵器上的通讯接口相连接，以实现操纵器的控制及状态检测；空开上端检测口与空气断路器或漏电保护器的上端相连接，以检测空气断路器或漏电保护器输入端的电压状态；负载电源入口与空气断路器或漏电保护器的下端相连接，以实现交流电源的输入，输入的交流电经电路部分的负载电压、电流、功率模块检测后经负载接口输入至诸如摄像头、红绿灯、超速抓拍设备的负载设备。

本发明的智慧网络及设备电力监控系统，包括防雷器、蓄电池和电池充电器，防雷器与空气断路器或漏电保护器并联，电池充电器的输入端与空气断路器或漏电保护器的下端相连接，电池充电器的输出端与蓄电池的接线端相连接，操纵器上设置有为其提供工作电压的第二供电口，蓄电池的接线端与第一供电口、第二供电口均相连接。

本发明的智慧网络及设备电力监控系统，所述外壳体上设置有温湿度传感器接口和门控接口，电路部分设置有与处理器相连接的温湿度监测模块和门控检测模块，温湿度监测模块经温湿度传感器接口连接有温湿度传感器，门控检测模块经门控接口与门控开关相连接。

本发明的智慧网络及设备电力监控系统，所述外壳体上设置有固定操纵器以及空气断路器或漏电保护器的导轨挂钩，操纵器的操作杆与空气断路器或漏电保护器的操作杆同轴设置并相连接，以实现操纵器对空气断路器或漏电保护器的分闸、合闸控制。

本发明的智慧网络及设备电力监控系统，所述外壳体上还设置有与电路部分相连接的网络复位按键、运行指示灯、电源指示灯和多个第一网络接口，第一网络接口的数据经下级光纤接口或上级光纤接口进行数据收发。

本发明的智慧网络及设备电力监控系统，包括服务器和显示大屏，显示大屏和服务器均经中心交换机与各个智慧网络及设备电力监控装置相通信。

本发明的智慧网络及设备电力监控系统，所述处理器采用型号为STM32F103RDT6的芯片，光纤通信采用型号为W5500的芯片，负载电压、电流、功率模块由型号为HLW8032的功率芯片、采样电阻R79、限流电阻R74和R80、滤波电容C44和C45、光电耦合器PC817组成，采样电阻R79串于负载电源入口与负载接口之间，采样电阻R79的两端分别经R74和R80后接于HLW8032的V1P和V1N输入端，电容C44和C45串联后的两端分别接于HLW8032的V1P和V1N上，光电耦合器PC817的输入端接于HLW8032的输出端TX上，光电耦合器PC817的输出端接于处理器STM32F103RDT6的PC11/U4_RX/SDIO_D3引脚上。

本发明的有益效果是：本发明的智慧网络及设备电力监控系统，所有的智慧网络及设备电力监控装置上的上级、下级光纤接口连接在一起后，形成与中心交换机通信的环形光纤通信回路，同时每个监控装置上还设置有与中心交换机通信的无线模块和天线，当监控装置一侧的光纤通信断开后，可通过另一侧光纤回路与交换机继续通信，当两侧的光纤回路均断开后，则通过自身的无线模块与交换机通信，使得监控装置与交换机之间的通信不间断，确保了被监控设备的实时在线。

通过在电路部分设置电压、电流、功率模块，实现了对负载的电流、电压和功率数据监测，通过与历史数据比较，当电流、电压或功率发生异常时，则通过操纵器通讯接口对操纵器的控制，将空气断路器或漏电保护开关进行分闸，切断对负载设备的供电，确保了负载安全。进一步地，本发明的监控装置，还可对环境的温湿度参数、门控状态进行检测，以便对现场的温湿度参数和门控的开关状态进行采集和上传。

附图说明

图1为本发明的智慧网络及设备电力监控系统原理图；

图2为本发明中智慧网络及设备电力监控装置的机械结构图；

图3为本发明中智慧网络及设备电力监控装置的电路部分的原理图；

图4为本发明的智慧网络及设备电力监控系统与外围器件的连接示意图；

图5为本发明的电路部分中处理器的电路图；

图6为本发明的电路部分中负载电压、电流、功率模块的电路图；

图7、图8均为本发明的电路部分中电源部分的电路图；

图9为本发明的电路部分中可控型供电模块的电路图；

图10为本发明的电路部分中通讯模块的电路图；

图11为本发明的电路部分中光纤通信所采用的电路图。

图中：1外壳体，2导轨挂钩，3智慧网络及设备电力监控板，4天线，5网络复位按键，6第二网络接口，7操纵器通讯接口，8温湿度传感器接口，9门控接口，10运行指示灯，11电源指示灯，12下级光纤接口，13上级光纤接口，14第一网络接口，15第一供电口，16负载电源入口，17负载接口，18空开上端检测口，19可控型电源接口；20操纵器，21空气断路器或漏电保护器，22天线，23智慧网络及设备电力监控装置，24温湿度传感器，25门控开关，26蓄电池，27电池充电器，28电源进线，29上级设备光纤，30下级设备光纤，31第二供电口，32通讯口，33输入端，34输出端，35风扇，36防雷器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的智慧网络及设备电力监控系统原理图，其由服务器、显示大屏、中心交换机以及多个智慧网络及设备电力监控装置组成，智慧网络及设备电力监控装置（简称为监控装置）设置于待监控设备的箱体中，如监控设备箱体、交通信号灯控制箱、抓拍设备箱体等，其数量与所要监控的设备数据相关。监控装置通过上级设备光纤和下级设备光缆与相邻的监控装置通讯连接，这样，所有的监控装置与中心交换机就组成了环形的光纤通信回路，同时每个监控装置还具有无线通信功能。当监控装置一侧的光纤断开后，还可通过另一侧进行数据传输，当两侧的光纤通信均断开后，则启用无线模块与中心交换机进行通信，以保证数据传输的不间断，保证了对设备的实时监控目的。

如图1中所示，正常情况下2#监控装置经过1#监控装置的光纤与中心交换机进行通信，当2#监控装置左侧的光纤回路断开后，2#监控装置会经过3#、4#、5#、6#监控装置之间的光纤回路与中心交换机进行通信。当2#监控装置两侧的光纤回路均断开后，其则通过自身的无线模块与中心交换机进行数据传输，确保了通信的不间断性。服务区确保整个监控系统的正常运行，所采集的监控画面等信息可通过显示大屏显示出来。

智慧网络及设备电力监控装置由外壳体1及设置于其中的电路部分组成，如图2所示，给出了本发明中智慧网络及设备电力监控装置的机械结构图，所示的外壳体1上设置有导轨挂钩2、天线4、网络复位按键5、第二网络接口6、操纵器通讯接口7、温湿度传感器接口8、门控接口9、运行指示灯10、电源指示灯11、下级光纤接口12、上级光纤接口13、第一网络接口14、第一供电口15、负载电源入口16、负载接口17、空开上端检测口18、可控型电源接口19；壳体中设置有智慧网络及设备电力监控板3，电路部分就设置于智慧网络及设备电力监控板3上。导轨挂钩2固定于外壳体1的外表面上，操纵器20和空气断路器或漏电保护器21设置于导轨挂钩2上；天线4实现监控装置的无线通信，网络复位按键5用于重启网络连接。

监控装置通过上级光纤接口13和下级光纤接口12与相邻的监控装置或中心交换机进行光纤通信连接，这样就形成了环形的光纤通信回路。所示的第一网络接口14的数量为多个，多个第一网络接口14的数据收发均通过上级、下级光纤接口（13、12）来实现，所示的智慧网络及设备电力监控板3中上级、下级光纤接口（13、12）和第一网络接口14为一块单独的通信电路板，为了实现其余部分的通信，应将第一网络接口14中的一个与第二网络接口6相连接。

操纵器通讯接口7与操纵器20的通讯口相连接，以通过与操纵器20的通讯，实现对操纵器20的操作杆的控制以及状态检测。温湿度传感器接口8连接温湿度传感器后，可实现外围环境中温度和湿度的检测。门控接口9用于检测所在箱体的门控开关25的状态，运行指示灯10、电源指示灯11用于指示设备的运行状态。第一供电口15用于连接供监控设备工作的直流电源，负载电源入口16用于接入供负载工作的交流电源（如220V交流电），负载接口17接于负载上。空开上端检测口18与空气断路器或漏电保护器21（简称为开关）的上端相连接，用于对开关21的输入电压大小进行检测。可控型电源接口19为开关状态可控的电源接口（为220V交流电源接口），外界可控设备，如降温风扇等。

如图3所示，给出了本发明中智慧网络及设备电力监控装置的电路部分的原理图，所示的电路部分由处理器及与其相连接的通路抉择模块、门控检测模块、温湿度监测模块、电压检测模块、可控型供电模块、无线模块以及负载电压、电流、功率模块组成。处理器具有信号采集、数据运算和控制输出的作用，通路抉择模块连接有光纤状态监测模块，当光纤状态监测模块检测到通过光纤无法传输数据时，微处理器则控制通路抉择模块选取无线模块作为收据收发的通信回路。

门控检测模块的检测端与门口接口9相连接，以实现对门控开关25的状态检测。温湿度监测模块与温湿度传感器接口8相连接，负载电压、电流、功率模块的检测端接于负载电源入口16与负载电源接口17之间，以便对负载的电压、电流和功率进行测量，以评估负载是否处于安全运行的状态。电压检测模块的测量端与空开上端检测口18相连接，用于对输入至开关21输入端的电压大小进行检测。可控型供电模块的输出与可控型电源接口19的相连接，以形成可进行通断状态控制的接口。无线模块的信号收发端与天线4相连接，以实现无线信号的发射和接收。

如图4所示，给出了本发明的智慧网络及设备电力监控系统与外围器件的连接示意图，所示的外围器件包括防雷器36、操纵器20、空气断路器或漏电保护器（简称开关）21、电池充电器27、蓄电池26、门控开关25以及温湿度传感器24，所示的操纵器20上设置有供电口31和通讯口32，开关21的上端为交流电（220V）输入端，下端为交流电输出端。操纵器20和开关21均设置于导轨挂钩2上，操纵器20的操作杆与开关21的操作杆同轴设置并相连接，以便操纵器20控制开关21进行分闸、合闸。防雷器与开关21并联设置，实现对开关21的保护。

开关21的上端接于220V交流电上，下端输出接于负载电源入口16和电池充电器27的输入端33上，以便通过负载接口17对设备供电，开关21的上端还与空开上端检测口18相连接，以实现对输入电压大小的检测。电池充电器27的输出端34与蓄电池26的电源端相连接，同时蓄电池26的电源端还对第一供电口15、第二供电口31供电，这样，当操纵器20切断开关21的供电后，蓄电池26可继续保持对智慧网络及设备电力监控装置23和操纵器20的供电，使其具备UPS功能，实现了断电后的继续供电。

所示的门控接口9与门控开关25相连接，以检测门控开关25的开闭状态；温湿度传感器接口8连接有温湿度传感器24，以使对周围环境的温度和湿度的检测。监控装置可以实时监测负载电力情况，自我学习各负载电力数据，形成各自的电力使用数据库，实时分析当前电力情况，根据自身学习，初步分析设备的异常情况，发现异常情况且温湿度的异常变化和机箱门异常状态都会迅速通过光纤网络向服务器汇报，服务器通过中心交换机将设备异常推送至显示大屏并产生预警信息；即使装置上级设备连接和下级设备连接全部断掉，设备会通过自带的无线网络，将故障信息传至服务器，而不会产生任何丢失。

正常状态下，各模块将实时监测的数据传至处理器，处理器优先现在光纤网络传输数据至服务器；当有线网络完全断连的情况下，启动自身携带的无线网络，将数据传输至服务器，服务器再将信息传输至显示大屏产生预警信息；远程服务器也可以通过有线网络或无线网络，将操纵器的控制分闸、合闸指令，通过通路抉择模块或无线网络传输至处理器，处理器再通过操作器来控制开关的分闸、合闸操作。当处理监测到机箱温度超限时，可以驱动可控型供电模块送电给机箱风机，风机开始冷却箱内温度。

如图5所示，给出了本发明的电路部分中处理器的电路图，所示的处理器采用型号为STM32F103RDT6的芯片，如图6所示，给出了本发明的电路部分中负载电压、电流、功率模块的电路图，所示的负载电压、电流、功率模块由型号为HLW8032的功率芯片、采样电阻R79、限流电阻R74和R80、滤波电容C44和C45、光电耦合器PC817组成，采样电阻R79的阻值为2mΩ，采样电阻R79串于负载电源入口16与负载接口17之间，采样电阻R79的两端分别经R74和R80后接于HLW8032的V1P和V1N输入端，电容C44和C45串联后的两端分别接于HLW8032的V1P和V1N上，光电耦合器PC817的输入端接于HLW8032的输出端TX上，光电耦合器PC817的输出端接于处理器STM32F103RDT6的PC11/U4_RX/SDIO_D3引脚上。

如图7和图8所示，均给出了本发明的电路部分中电源部分的电路图，蓄电池26和电池充电器27的输出端34对外输出12V的直流电压，如图7所示，12V的直流电压经芯片XL1509-5E1的处理后，输出5V的直流电压。如图8所示，5V的直流电压经芯片BL8027的处理后，转化为3.3V的直流电压，以供电路之用。如图9所示，给出了本发明的电路部分中可控型供电模块的电路图，所示的可控型供电模块由光电耦合器MOC3063和型号为BTA16-600B晶闸管T1组成，光电耦合器MOC3063的输入端接于处理器的输出端，输出端对晶闸管T1的通断状态进行控制。如图10所示，给出了本发明的电路部分中通讯模块的电路图，通讯模块采用型号为SP3485的芯片，以实现操纵器通讯接口7与操控器20之间的RS485通讯。如图11所示，给出了本发明的电路部分中光纤通信所采用的电路图，所示的光纤通信采用信号为W5500的芯片来实现。

Claims (7)

1.一种智慧网络及设备电力监控系统，包括中心交换机及与其经环形光纤或无线网络通信的多个智慧网络及设备电力监控装置（23），智慧网络及设备电力监控装置由外壳体（1）和设置于外壳体中的电路部分组成；其特征在于：外壳体上设置有天线（4）、下级光纤接口（12）、上级光纤接口（13）、第一供电口（15）、操纵器通讯接口（7）、空开上端检测口（18）、负载电源入口（16）和负载接口（17），所有的智慧网络及设备电力监控装置经上、下级光纤接口（13、12）由光纤连接成环形通信回路，第一供电口外接直流电源；所述电路部分由处理器及与其相连接的通路抉择模块、电压检测模块、无线模块和负载电压、电流、功率模块组成，通路抉择模块连接有光纤状态监测模块，以对光纤通信回路是否可用进行检测，电压检测模块的检测端与空开上端检测口（18）相连接，无线模块与天线（4）相连接；

操纵器通讯接口与操纵器（20）上的通讯接口相连接，以实现操纵器的控制及状态检测；空开上端检测口与空气断路器或漏电保护器（21）的上端相连接，以检测空气断路器或漏电保护器输入端的电压状态；负载电源入口与空气断路器或漏电保护器的下端相连接，以实现交流电源的输入，输入的交流电经电路部分的负载电压、电流、功率模块检测后经负载接口（17）输入至诸如摄像头、红绿灯、超速抓拍设备的负载设备。

2.根据权利要求1所述的智慧网络及设备电力监控系统，其特征在于：包括防雷器（36）、蓄电池（26）和电池充电器（27），防雷器与空气断路器或漏电保护器（21）并联，电池充电器的输入端（33）与空气断路器或漏电保护器的下端相连接，电池充电器的输出端（34）与蓄电池的接线端相连接，操纵器（20）上设置有为其提供工作电压的第二供电口（31），蓄电池的接线端与第一供电口（15）、第二供电口（31）均相连接。

3.根据权利要求1或2所述的智慧网络及设备电力监控系统，其特征在于：所述外壳体（1）上设置有温湿度传感器接口（8）和门控接口（9），电路部分设置有与处理器相连接的温湿度监测模块和门控检测模块，温湿度监测模块经温湿度传感器接口连接有温湿度传感器，门控检测模块经门控接口与门控开关（25）相连接。

4.根据权利要求1或2所述的智慧网络及设备电力监控系统，其特征在于：所述外壳体（1）上设置有固定操纵器（20）以及空气断路器或漏电保护器（21）的导轨挂钩（2），操纵器的操作杆与空气断路器或漏电保护器（21）的操作杆同轴设置并相连接，以实现操纵器对空气断路器或漏电保护器的分闸、合闸控制。

5.根据权利要求1或2所述的智慧网络及设备电力监控系统，其特征在于：所述外壳体（1）上还设置有与电路部分相连接的网络复位按键（5）、运行指示灯（10）、电源指示灯（11）和多个第一网络接口（14），第一网络接口的数据经下级光纤接口（12）或上级光纤接口（13）进行数据收发。

6.根据权利要求1或2所述的智慧网络及设备电力监控系统，其特征在于：包括服务器和显示大屏，显示大屏和服务器均经中心交换机与各个智慧网络及设备电力监控装置（23）相通信。

7.根据权利要求1或2所述的智慧网络及设备电力监控系统，其特征在于：所述处理器采用型号为STM32F103RDT6的芯片，光纤通信采用型号为W5500的芯片，负载电压、电流、功率模块由型号为HLW8032的功率芯片、采样电阻R79、限流电阻R74和R80、滤波电容C44和C45、光电耦合器PC817组成，采样电阻R79串于负载电源入口（16）与负载接口（17）之间，采样电阻R79的两端分别经R74和R80后接于HLW8032的V1P和V1N输入端，电容C44和C45串联后的两端分别接于HLW8032的V1P和V1N上，光电耦合器PC817的输入端接于HLW8032的输出端TX上，光电耦合器PC817的输出端接于处理器STM32F103RDT6的PC11/U4_RX/SDIO_D3引脚上。