CN109683563A - 全网通端子箱环境实时监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全网通端子箱环境实时监测系统及方法，所述系统包括环境探测采集单元、系统主控单元、全网通信单元、联动继电器单元、后台管理系统；环境探测采集单元对端子箱的环境参数进行采集监测，将采集的环境数据发送给系统主控单元；系统主控单元)判断环境数据是否正常，在数据异常时触发联动继电器单元控制执行设备调节环境参数，同时通过全网通信单元发送环境数据及报警信息传送给后台管理系统，后台管理系统实时监测所有前端端子箱的运行情况，通过后台电子地图快速定位异常报警的端子箱，并将信息发送到手机终端设备；所述系统主控单元与全网通信单元之间的通讯方式包括LoRa、Zigbee、NBIoT、WiFi、RJ45、CAN、RS485、GPRS、4G。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备监控技术领域，具体的来说，是指一种全网通端子箱环境实时监测系统及方法。
背景技术
变电站内，端子箱是户外电气设备与户内保护测控、通信设备连接的中间环节，主要负责将室内非电量保护信号、通信及测控装置与室外的各类电气设备加以连接，在电力系统中发挥着测量与保护的双重作用，其运行状态是否良好直接影响到电力系统运行的安全性及供电的稳定性。
对变电站端子箱的环境进行状态监测，是提升电力系统安全稳定运行的有效手段之一。目前，现有技术中通常采用以下两种方案对端子箱环境进行监测：①温控器方式：在端子箱加装加热片及抽风风扇，通过温控器进行自动控制，工作人员无法及时管控，经常导致加热器及风扇长时间连续工作而损坏，但却不知情，进而导致造成端子箱内各种事故；②通过有线(总线、以太网)或无线(GPRS、WIFI、Zigbee)监测温湿度方式：目前市面上大部分都只是监测温度、湿度，监测参数单一，且没有后续联动处理单元。方式一由于没有将参数上传，以及只能监测温湿度参数，工作人员无法实时掌握端子箱具体情况；方式二虽然可以上传数据，但监测参数(只有温湿度)单一，传输方式也不够全面(主要为以太网、WIFI、Zigbee、GRPS)，且无联动处理单元，只能单纯监测温湿度参数。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，而提出的一种全网通端子箱环境实时监测系统及方法，集成了全网通信模组，自适应市面上任一种通信组网方式；很好的解决了变电站对传输的各种特殊要求，并能快速部署到现有变电站而不必破坏现场格局。
为实现上述目的，本发明所设计的一种全网通端子箱环境实时监测系统，其特殊之处在于，包括环境探测采集单元、系统主控单元、全网通信单元、联动继电器单元、后台管理系统；环境探测采集单元对端子箱的环境参数进行采集监测，将采集的环境数据发送给系统主控单元；所述系统主控单元判断环境数据是否正常，在数据异常时触发联动继电器单元控制执行设备调节环境参数，同时通过全网通信单元发送环境数据及报警信息传送给后台管理系统，后台管理系统实时监测所有前端端子箱的运行情况，通过后台电子地图快速定位异常报警的端子箱，并将信息发送到手机终端设备；所述系统主控单元与全网通信单元之间的通讯方式包括LoRa、Zigbee、NBIoT、WiFi、RJ45、 CAN、RS485、GPRS、4G。
进一步地，所述全网通信单元建立节点网络，接收网络内每一个系统主控单元发送的环境数据及报警信息，将环境数据及报警信息发送至后台管理系统。
更进一步地，所述系统主控单元包括数据接口模块、LoRa模块、 Zigbee模块、NBIoT模块、WiFi模块、RJ45接口、CAN接口、RS485接口、GPRS模块、SIM卡接口、联动继电器模块、存储模块、报警继电器、LED显示屏和电源模块。
更进一步地，所述数据接口模块与环境探测采集单元、市电电压输入、直流电压输入、开关量输入连接。
更进一步地，所述联动继电器单元具有8路继电器输出，单路最大负载AC220V10A，继电器包括耦合电路、触发电路、过零控制电路、开关电路和吸收电路。
更进一步地，所述环境探测采集单元包括温湿度传感器、漏水传感器、烟感传感器、门磁开关、和红外探测器。
更进一步地，所述漏水传感器为敷设在端子箱内壁四周的电缆，电缆的输出端与数据接口模块连接，数据接口模块采集电缆的开关量作为漏水传感器的物理特征值。
更进一步地，所述全网通信单元包括控制器、交换机、看门狗模块、时钟模块、数据接口模块、LoRa模块、Zigbee模块、NBIoT模块、WiFi模块、RJ45接口、CAN接口、RS485接口、GPRS模块、 SIM卡接口和电源模块。
本发明还提出一种基于上述的全网通端子箱环境实时监测系统的监测方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
1)全网通信单元以ID标识组建网络，系统主控单元请求加入网络，全网通信单元为每一个加入该网络的系统主控单元分配一个16 位数的网络地址，同时建立一个地址表，使得系统主控单元与全网通信单元建立绑定关系；
2)系统主控单元根据所在端子箱的环境需求确定通信协议方式，并以该通信协议方式与全网通信单元通讯，所述通信协议方式包括 LoRa、Zigbee、NBIoT、WiFi、RJ45、CAN、RS485、GPRS、4G；
3)环境探测采集单元对端子箱的环境参数进行采集监测，将采集的环境数据发送给系统主控单元，所述环境参数包括温度参数、湿度参数、漏水检测参数、柜门检测参数、烟感检测参数、有毒气体参数、PM2.5参数；
4)系统主控单元判断环境数据是否正常，在数据异常时触发联动继电器单元控制执行设备调节环境参数，同时通过全网通信单元发送环境数据及报警信息传送给后台管理系统；所述温度参数的正常范围为0～30℃，所述湿度参数的正常范围为0～60％，所述漏水检测参数、柜门检测参数的正常信号为开关量为负；
5)后台管理系统实时监测所有前端端子箱的运行情况，通过后台电子地图快速定位异常报警的端子箱，并将信息发送到手机终端设备。
优选地，所述步骤2)中，所述温度参数异常时联动继电器单元控制工业空调或风扇进行送冷风或通风降温动作；所述湿度参数异常时控制加热器或风扇进行送加热蒸发湿气或通风排湿动作；所述漏水检测参数异常时控制电磁阀门开关或者排水设备进行排水处理。
本发明以物联网LoRa、NB-IoT、Zigbee、WIFI、GPRS、4G/5G、 CAN、RS485、以太网等协议为通信组网基础，覆盖市面上所有主流通信组网方式，无论现场是哪一种通信协议，都能实现无缝接入并快速组网应用。系统主机通过各种环境探测器将采集的参数上传给后台管理系统，通过多条件组合联动控制输出，智能的控制风扇、空调、祛湿器或加热器、排水电磁阀等设备的工作，并实时本地报警以及将报警信息通知相关人员；系统实现了对端子箱环境的动态的、实时的远程监控及智能联动控制，有效的预防了各种自然灾害的发生。
本发明的优点包括：
1、自适应全网通信：LoRa、Zigbee、NBIoT、WiIFi、RJ45、CAN、RS485、GPRS、4G...集成了全网通信模组，自适应市面上任一种通信组网方式；很好的解决了变电站对传输的各种特殊要求，并能快速部署到现有变电站而不必破坏现场格局；使各级领导和相关管理人员能及时、准确了解设备的运作情况，实时把握端子箱运行环境情况；
2、多种环境参数探测检测：支持各种环境探测器输入，如：温湿度、红外探测器、烟感、漏水检测、有毒气体、PM2.5/P10、气象参数等等；
3、联动处置：可任意条件组合编程联动继电器的开关，实现触发处置动作；支持拓展多继电器联动输出：可支持多达8路继电器输出，单路最大负载AC220V 10A；
4、通过系统联网，保证各种数据的统一和及时有效；通过分级管理，设置管理层次，分配管理责任，将事故责任到人；简化工作流程；通过报警联动，建立区域的整体安全防范系统；支持移动端在线检测及管理：可开发对接微信公众号以及打包APP方式管理；
5、支持多信道多数据速率的并行处理，系统容量大；大大地改善了接收的灵敏度，降低了功耗。
附图说明
图1为本发明全网通端子箱环境实时监测系统的拓扑图；图中：环境探测采集单元A，系统主控单元B，全网通信单元C，联动继电器单元D，后台管理系统E。
图2为系统主控单元的结构示意图；
图3为LoRa模块的电路结构图；
图4为LoRa协议层结构图；
图5为Zigbee模块的电路结构图；
图6为全网通信单元的结构拓扑图；
图7为UART硬件连接图；
图8为LoRa模块与PC RS232连接的参考电路图；
图9为LoRa模块与与工控机RS485连接的参考电路图；
图10为联动继电器单元电路图；
图11为全网通信单元组网流程图；
图12为设置温湿度节点端口示意图；
图13为设置温湿度上下限示意图；
图14为温湿度上下限设置完成后主界面示意图；
图15为温度超限触发界面示意图；
图16为湿度超限触发报警界面示意图；
图17为漏水检测参数设置示意图；
图18为漏水检测参数设置完成后主界面显示图；
图19为漏水触发报警界面示意图；
图20为柜门参数设置示意图；
图21为柜门参数设置完成后主界面显示图；
图22为柜门触发报警界面示意图；
图23为短信报警信息界面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明一种全网通端子箱环境实时监测系统，包括环境探测采集单元A、系统主控单元B、全网通信单元C、联动继电器单元D、后台管理系统E。环境探测采集单元A对端子箱的环境参数进行采集监测，将采集的环境数据发送给系统主控单元B。系统主控单元B判断环境数据是否正常，在数据异常时触发联动继电器单元 D控制执行设备调节环境参数，同时通过全网通信单元C发送环境数据及报警信息传送给后台管理系统E。后台管理系统E实时监测所有前端端子箱的运行情况，通过后台电子地图快速定位异常报警的端子箱，并将信息发送到手机终端设备。系统主控单元B与全网通信单元 C之间的通讯方式包括LoRa、Zigbee、NBIoT、WiFi、RJ45、CAN、 RS485、GPRS、4G。
全网通端子箱监测系统集成了全网通信模组，自适应市面上任一种通信组网方式；很好的解决了变电站对传输的各种特殊要求，并能快速部署到现有变电站而不必破坏现场格局；使各级领导和相关管理人员能及时、准确了解设备的运作情况，实时把握端子箱运行环境情况，其功能主要体现在以下方面：1、根据用户需求量身定做，可根据客户的需求对软件进行修改，以达到客户要求；2、全网通支持LoRa、Zigbee、RS485、RJ45、CAN、WIFI、GPRS、4G/5G、 NBIoT通信协议；3、实时监测功能，随时掌握各端子箱环境参数；4、联动报警，异常发生时联动报警，并弹出电子地图；5、数据接口可兼容或被吸纳进其他管理系统；6、系统可无缝衔接到其他智能管理系统中；7、电子地图查询功能，直观了解各个受控点位的运行状况；8、系统联动输出，可外接风扇、加热器等设备进行联动控制；9、远程控制功能，在本地实现对异地的受控点的管理；10、管理级别可选功能，人情化管理，方便用户的实际需求；11、操作日志功能，详细记录管理员何时对管理软件做出何修改与操作；12、实时报警联动功能，联动相关安防设施多重安防保障；13、自动报表功能，及时产生工作报表，对温湿度、漏水、报警等信息完全掌握；14、系统联网功能，多级控制及管理，真正实现系统信息网络化。
本系统是针对变电站的特点和需求制定的，其指导思想为：“全网通信，提高企业管理效率，保障变电站端子箱设备安全”。通过系统联网，保证各种数据的统一和及时有效；通过分级管理，设置管理层次，分配管理责任，将事故责任到人；简化工作流程；通过报警联动，建立区域的整体安全防范系统。
本系统适用于以下任一种通信方式：LoRa、Zigbee、RS485、RJ45、 CAN、WIFI、GPRS、4G/5G、NBIot等，所有通信组网已测试。本实施例重点讲述LoRa方式组网通信。NB-IoT由于与LoRa采用相同技术方法，本文不作过多介绍。
物联网应用中无线技术主要分为两种，一种是近距离无线技术，比如：蓝牙/WiFi/ZigBee。另外一种则是组成广域网的技术如2G/3G/4G，各个技术优缺点非常明显，在LPWAN技术产生前，通常远距离和低功耗两者只能取其一。LPWAN技术产生后，鱼和熊掌的问题可谓得到平衡，除实现更长距离通信和超低功耗外，还可以节省额外的中继器成本。
LoRaWAN是LoRa Wide Area Network(LoRa广域网)的简称，是基于LoRa技术的一种通信协议。它主要包括三个层次的通信实体： LoRa终端、LoRa网关和LoRa服务器。遵循Low-Rate Wireless Personal Area Networks(IEEE802.115.4-2011)协议。
LoRa的优势主要体现在以下几个方面：1、大大的改善了接收的灵敏度，降低了功耗，高达157db的链路预算使其通信距离可达15 公里(与环境有关)。其接收电流仅10mA，睡眠电流200nA，这大大延迟了电池的使用寿命。2、基于该技术的网关/集中器支持多信道多数据速率的并行处理，系统容量大。网关是节点与IP网络之间的桥梁 (通过2G/3G/4G或者Ethernet)。每个网关每天可以处理500万次各节点之间的通信(假设每次发送10Bytes，网络占用率10％)。如果把网关安装在现有移动通信基站的位置，发射功率20dBm(100mW)，那么在建筑密集的城市环境可以覆盖2公里左右，而在密度较低的郊区，覆盖范围可达10公里。3、基于终端和集中器/网关的系统可以支持测距和定位。LoRa对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的RSSI(Received Signal Sterngth Ind-ication)，而定位则基于多点 (网关)对一点(节点)的空中传输时间差的测量。其定位精度可达 5m(假设10km的范围)。这些关键特征使得LoRa技术非常适用于要求功耗低、距离远、大量连接以及定位跟踪等的物联网应用，如智慧电站、智能抄表、智能停车、车辆追踪、宠物跟踪、智慧农业、智慧工业、智慧城市、智慧社区等等应用和领域。
在所有受控的端子箱加装在线监测控制系统，各个端子箱监测控制系统器与电脑的联结采取LoRa专用协议的方式或485方式，通过 LoRa网关实现无线传输联网到后台服务器管理平台。
本系统采集端子箱各种环境指标参数作为识别信息，利用LoRa 采集设备，通过专有协议将环境信息以无线方式传输到LoRa网关，网关与本地局域网进行通信，并将数据或报警信号传输到后台管理中心，实现在线监测与实时报警功能。
环境探测采集单元A包括温湿度传感器、漏水传感器、门磁开关、烟感传感器、红外探测器、PM2.5传感器、粉尘传感器、气象参数传感器等。漏水传感器为敷设在端子箱内壁四周的电缆，电缆的输出端与数据接口模块连接，数据接口模块采集电缆的开关量作为漏水传感器的物理特征值。
系统主控单元B的结构示意图如图2所示，包括数据接口模块、 LoRa模块、Zigbee模块、NBIoT模块、WiFi模块、RJ45接口、CAN 接口、RS485接口、GPRS模块、SIM卡接口、联动继电器模块、存储模块、报警继电器、LED显示屏和电源模块。数据接口模块与环境探测器、市电电压输入、直流电压输入、开关量输入连接。
LoRa模块的电路结构如图3所示，所示设备采用大功率LoRa射频收发器，具备更高的接收灵敏度、视距范围可达2000至9000米半径。设备通过我们定制开发软件即可快速应用。LoRa的优势主要体现在以下几个方面：1、大大的改善了接收的灵敏度，降低了功耗。高达157db的链路预算使其通信距离可达15公里(与环境有关)。其接收电流仅10mA，睡眠电流200nA，这大大延迟了电池的使用寿命。2、基于该技术的网关/集中器支持多信道多数据速率的并行处理，系统容量大。网关是节点与IP网络之间的桥梁(通过2G/3G/4G或者Ethernet)。每个网关每天可以处理500万次各节点之间的通信(假设每次发送 10Bytes，网络占用率10％)。如果把网关安装在现有移动通信基站的位置，发射功率20dBm(100mW)，那么在建筑密集的城市环境可以覆盖 2公里左右，而在密度较低的郊区，覆盖范围可达10公里。3、基于终端和集中器/网关的系统可以支持测距和定位。LoRa对距离的测量是基于信号的空中传输时间而非传统的RSSI(Received Signal Strength Indication)，而定位则基于多点(网关)对一点(节点)的空中传输时间差的测量。其定位精度可达5m(假设10km的范围)。这些关键特征使得LoRa技术非常适用于要求功耗低、距离远、大量连接以及定位跟踪等的物联网应用，如智慧电站、智能抄表、智能停车、车辆追踪、宠物跟踪、智慧农业、智慧工业、智慧城市、智慧社区等等应用和领域。
LoRa协议层
LoRa是专门设计用于物联网无线传输的流行技术之一，LoRa网络规范有LoRa物理层技术(非开放技术由semtech提供)和 LoRAWAN(MAC多媒体接入层)开放层协议。
协议层次：
LoRa整个网络协议层次如图4所示，Application为应用层，常见的LoRaWAN协议即为LoRaMAC协议，协议定义的终端类型有 ClassA、ClassB、ClassC三种类型，其主要差别ClassA上行触发下行接收窗口，只有在上行发送了数据的情形下才能打开下行接收窗口；ClassB定义ping周期，周期性进行下行数据监测；ClassC尽可能多地监测下行接收，基本只有在上行发送时刻停止下行接收；协议要求每个终端必须支持ClassA，而B、C为可选功能，同时在支持ClassC 功能的终端上无需支持classB类型。LoRa的物理层未开放，借助一些资料可以大致理解下其物理层技术；LoRa的设计使用ISM(Industrial ScientificMedical),亦即非授权免费频段。
LoRaWAN网络根据实际应用的不同，把终端设备划分成A/B/C 三类：
Class A：双向通信终端设备。这一类的终端设备允许双向通信，每一个终端设备上行传输会伴随着两个下行接收窗口。终端设备的传输槽是基于其自身通信需求，其微调是基于一个随机的时间基准 (ALOHA协议)。Class A所属的终端设备在应用时功耗最低，终端发送一个上行传输信号后，服务器能很迅速地进行下行通信，任何时候，服务器的下行通信都只能在上行通信之后。
Class B：具有预设接收槽的双向通信终端设备。这一类的终端设备会在预设时间中开放多余的接收窗口，为了达到这一目的，终端设备会同步从网关接收一个Beacon，通过Beacon将基站与模块的时间进行同步。这种方式能使服务器知晓终端设备正在接收数据。
Class C：具有最大接收槽的双向通信终端设备。这一类的终端设备持续开放接收窗口，只在传输时关闭。
LoRa模块是基于LoRa扩频技术的嵌入式无线数据传输模块，利用LoRa网络为用户提供无线数据传输功能。该产品采用高性能的工业级芯片，实现数据透明传输功能；低功耗设计，最低功耗小于2uA；提供多路I/O，可实现数字量输入输出，可实现模拟量采集脉冲计数等功能。具体参数如下：
LoRa模块参数
| 项目 | 内容 |
| 通信标准及频段 | 支持频段：410-441/470-510MHz |
| 室内/市区通信距离 | 1km |
| 户外/视距通信距离 | 3.5km |
| 发射功率 | 20dBm(100mW) |
| 接收灵敏度 | -140dBm |
| 通信理论带宽 | 6级可调(0.3、0.6、1.0、1.8、3.1、5.5Kbps) |
| 信道数 | 32 |
| 最大串口缓存 | 128Bytes |
接口类型
功耗
其它参数
| 项目 | 内容 |
| 工作温度 | -40～+85℃(-40～+185°F) |
| 储存温度 | -40～+125℃(-40～+257°F) |
| 相对湿度 | 95％(无凝结) |
Zigbee模块采用CC2630作为核心芯片，该芯片为双ARM-32位CPU，Cortex-M3负责处理Zigbee协议，Cortex-M0负责无线通信的处理。主要优点：1、模块可以组建标准的Mesh网络，进行数据传输；2、自动加入网络；3、自动路由，会自动获取最佳的路由路径；4、动态路由维护，当某个路由路径损坏时，可重新获得最佳路由路径；5、可透明传输数据，也可以点对点发送至任意节点；具体电路结构如图5所示。
全网通信单元C的结构拓扑图如图6所示。产品全金属外壳设计，多重安全保护，设备为工业级标准设计，实现前端端子箱在线监测报警信号通过LoRa远距离传输，远程LoRa控制和数据采集目的，并将数据转换为以太网传输给管理平台；是前端系统主控单元B与后台管理系统E之间的桥梁，并可进行多级中继，大大扩展传输距离。全网通信单元C包括控制器、交换机、看门狗模块、时钟模块、数据接口模块、LoRa模块、Zigbee模块、NBIoT模块、WiFi模块、RJ45接口、 CAN接口、RS485接口、GPRS模块、SIM卡接口和电源模块。该产品采用高性能的工业级32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供1个RS232(或RS485/RS422)、1个以太网LAN，1个以太网WAN/LAN复用口以及1个WIFI接口，可同时连接串口设备、以太网设备和WIFI设备，实现数据透明传输和路由功能。设备采用大功率LoRa射频收发器，具备更高的接收灵敏度、视距范围可达2000至9000米半径。设备通过我们定制开发软件即可快速应用。具体参数如下：
硬件系统
接口类型
以LoRa模块为例，描述全网通信单元C的通讯模式。LoRa模块采用UART通讯模式，UART硬件连接如图7所示。使用下列标准的 UART信号：
TX：发送数据RX：接收数
据
通讯传输字节格式：
1)通讯接口：UART
2)波特率：300、600、1200、2400、4800、9600、19200、 38400、57600、115200bps(默认)
3)起始位：1位
4)数据位：8位
5)停止位：1位，2位
6)校验：无校验/奇校验/偶校验
UART异步收发数据，发送和接收可同时进行，实现全双工模式。可由外接设备或模块本身启动数据发送。
LoRa模块的串口通讯参考电路
下面对两种上位机的情况分别进行说明：
1.PC机作为上位机：LoRa模块与PC通过RS232串口相连，需要使用电平转换芯片进行，电平转换(如SP3243)，如图8所示。
工控机作为上位机：LoRa模块与工控机通过RS485总线相连，需要使用电平转换芯片进行电平转换(如SP3485)，如图9所示。
全网通信单元C建立节点网络，接收网络内每一个系统主控单元 B发送的环境数据及报警信息，将环境数据及报警信息发送至后台管理系统E。
联动继电器单元D包括耦合电路、触发电路、过零控制电路、开关电路和吸收电路。联动继电器单元D采用光隔离型8路继电器控制模块(可拓展至16路)，可选择高电平或者低电平信号触发，支持常开或常闭开关量触发，可驱动控制能力为10A的继电器吸合，模块采用正品优质功率继电器，高品质小型封装光耦，大功率高耐压三极管，红、蓝信号指示灯，军工级双面PCB板材，布板考虑全面，性能稳定，可广泛使用在各种功率控制类场合。其电路图如图10所示。
基于上述全网通端子箱环境实时监测系统，本发明还提出一种监测方法，具体步骤包括：
1)全网通信单元C以ID标识组建网络，系统主控单元B请求加入网络，系统主控单元B与全网通信单元C建立绑定关系。
全网通组网过程包含两个步骤：一、中心网关节点网络组建，二、各主控单元节点申请加入网络；中心网关节点即全网通信单元C是整个全网通网络的核心，在同一全网通网络中具有唯一ID标识，它会为每一个加入该网络的系统主控单元B分配一个16位数的网络地址，同时建立一个地址表，在一定的时间内允许系统主控单元B与之建立绑定关系。全网通信单元C通过不同的网络地址控制各个系统主控单元 B采集端子箱环境参数数据，并通过分析数据进行联动控制处理单元动作；具体流程如图11所示。
2)系统主控单元B根据所在端子箱的环境需求确定通信协议方式，并以该通信协议方式与全网通信单元C通讯，通信协议方式包括LoRa、Zigbee、NBIoT、WiFi、RJ45、CAN、RS485、GPRS、4G。3) 环境探测采集单元A对端子箱的环境参数进行采集监测，将采集的环境数据发送给系统主控单元B，所述环境参数包括温度参数、湿度参数、漏水检测参数、柜门检测参数、烟感检测参数、有毒气体参数、PM2.5参数。
4)系统主控单元B判断环境数据是否正常，在数据异常时触发联动继电器单元D控制执行设备调节环境参数，同时通过全网通信单元C发送环境数据及报警信息传送给后台管理系统E；所述温度参数的正常范围为0～30℃，所述湿度参数的正常范围为0～60％，所述漏水检测参数、柜门检测参数的正常信号为开关量为负。
5)后台管理系统E实时监测所有前端端子箱的运行情况，通过后台电子地图快速定位异常报警的端子箱，并将信息发送到手机终端设备。
为便于理解，下面以温湿度报警、漏水检测为例详细讲述其工作流程：
温湿度报警：
首先可通过管理平台对温湿度上下限进行参数设定：
设置温湿度节点端口如下图12：图中模拟量1为温度探测器，模拟量2为湿度探测器。
设置温湿度上下限，如图13所示，该界面中：模拟量1温度上限设置为30℃，下限为0℃；联动的继电器为：继电器2；模拟量2 湿度上限设置为60％RH，下限为0％RH；联动的继电器为：继电器2；模拟量名称可根据需要自定义设置，设置完成后主界面显示图14所示。
真实实验测试：
设置完成后，即可进行工作，模拟真实环境进行温湿度参数分别触发，下面列举其触发过程：
温度触发：
用吹风机对准温度探测器进行吹热风测试，当温度到达设定的上限30℃时，即触发温度报警，同时联动继电器2上的工业空调或风扇进行送冷风或通风降温动作，触发后界面如图15所示。同时将报警信息发送给管理员。
湿度触发：
用喷雾器对准湿度探测器进行喷雾加湿，当湿度到达设定的上限 60％RH时，即触发湿度报警，同时联动继电器2上的加热器或风扇进行送加热蒸发湿气或通风排湿动作，触发后界面如图16所示。同时将报警信息发送给管理员。
漏水触发：
漏水检测参数设置的界面如图17所示，设置完成后主界面显示如图18所示。
真实实验测试：
漏水检测电缆采用开关量方式检测漏水，将电缆敷设在端子箱内壁四周，当有水渗漏进箱体时，其电缆上的电压将发生变化，主机检测到后即将开关量由断开电路变为闭合电路，同时将报警信号通过全网通主机传输给全网通网关设备，平台接收到报警信号后弹出报警画面，如图19所示。触发漏水后，联动相应继电器输出，继电器可接电磁阀门开关或者其它排水设备进行排水处理。同时将报警信息发送给管理员。
柜门监测：
柜门参数设置的界面如图20所示，设置完成后主界面显示如图21 所示。
真实实验测试：
柜门状态检测采用开关量方式，将门磁开关安装于端子箱门上，当非正常打开柜门时，门磁开关由闭合状态变为断开，主机检测到后即将开关量由闭合电路变为断开电路，同时将报警信号通过全网通主机传输给全网通网关设备，平台接收到报警信号后弹出报警画面，如图22 所示。同时将报警信息发送给管理员。报警短信内容如图23所示。其它如：温湿度、烟感、漏水、有毒气体、PM2.5等参数与此类似，就不再赘述。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种全网通端子箱环境实时监测系统，其特征在于：包括环境探测采集单元(A)、系统主控单元(B)、全网通信单元(C)、联动继电器单元(D)、后台管理系统(E)；环境探测采集单元(A)对端子箱的环境参数进行采集监测，将采集的环境数据发送给系统主控单元(B)；所述系统主控单元(B)判断环境数据是否正常，在数据异常时触发联动继电器单元(D)控制执行设备调节环境参数，同时通过全网通信单元(C)发送环境数据及报警信息传送给后台管理系统(E)，后台管理系统(E)实时监测所有前端端子箱的运行情况，通过后台电子地图快速定位异常报警的端子箱，并将信息发送到手机终端设备；所述系统主控单元(B)与全网通信单元(C)之间的通讯方式包括LoRa、Zigbee、NBIoT、WiFi、RJ45、CAN、RS485、GPRS、4G。
2.根据权利要求1所述的全网通端子箱环境实时监测系统，其特征在于：所述全网通信单元(C)建立节点网络，接收网络内每一个系统主控单元(B)发送的环境数据及报警信息，将环境数据及报警信息发送至后台管理系统(E)。
3.根据权利要求1所述的全网通端子箱环境实时监测系统，其特征在于：所述系统主控单元(B)包括数据接口模块、LoRa模块、Zigbee模块、NBIoT模块、WiFi模块、RJ45接口、CAN接口、RS485接口、GPRS模块、SIM卡接口、联动继电器模块、存储模块、报警继电器、LED显示屏和电源模块。
4.根据权利要求3所述的全网通端子箱环境实时监测系统，其特征在于：所述数据接口模块与环境探测采集单元、市电电压输入、直流电压输入、开关量输入连接。
5.根据权利要求2所述的全网通端子箱环境实时监测系统，其特征在于：所述联动继电器单元(D)具有8路继电器输出，单路最大负载AC220V 10A，继电器包括耦合电路、触发电路、过零控制电路、开关电路和吸收电路。
6.根据权利要求4所述的全网通端子箱环境实时监测系统，其特征在于：所环境探测采集单元包括温湿度传感器、漏水传感器、烟感传感器、门磁开关、红外探测器。
7.根据权利要求6所述的全网通端子箱环境实时监测系统，其特征在于：所述漏水传感器为敷设在端子箱内壁四周的电缆，电缆的输出端与数据接口模块连接，数据接口模块采集电缆的开关量作为漏水传感器的物理特征值。
8.根据权利要求1所述的全网通端子箱环境实时监测系统，其特征在于：所述全网通信单元(C)包括控制器、交换机、看门狗模块、时钟模块、数据接口模块、LoRa模块、Zigbee模块、NBIoT模块、WiFi模块、RJ45接口、CAN接口、RS485接口、GPRS模块、SIM卡接口和电源模块。
9.一种基于权利要求1～8中任一项所述的全网通端子箱环境实时监测系统的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)全网通信单元(C)以ID标识组建网络，系统主控单元(B)请求加入网络，全网通信单元(C)为每一个加入该网络的系统主控单元(B)分配一个16位数的网络地址，同时建立一个地址表，使得系统主控单元(B)与全网通信单元(C)建立绑定关系；
2)系统主控单元(B)根据所在端子箱的环境需求确定通信协议方式，并以该通信协议方式与全网通信单元(C)通讯，所述通信协议方式包括LoRa、Zigbee、NBIoT、WiFi、RJ45、CAN、RS485、GPRS、4G；
3)环境探测采集单元(A)对端子箱的环境参数进行采集监测，将采集的环境数据发送给系统主控单元(B)，所述环境参数包括温度参数、湿度参数、漏水检测参数、柜门检测参数、烟感检测参数、有毒气体参数、PM2.5参数；
4)系统主控单元(B)判断环境数据是否正常，在数据异常时触发联动继电器单元(D)控制执行设备调节环境参数，同时通过全网通信单元(C)发送环境数据及报警信息传送给后台管理系统(E)；所述温度参数的正常范围为0～30℃，所述湿度参数的正常范围为0～60％，所述漏水检测参数、柜门检测参数的正常信号为开关量为负；
5)后台管理系统(E)实时监测所有前端端子箱的运行情况，通过后台电子地图快速定位异常报警的端子箱，并将信息发送到手机终端设备。
10.根据权利要求9所述的全网通端子箱环境实时监测系统的监测方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述温度参数异常时联动继电器单元(D)控制工业空调或风扇进行送冷风或通风降温动作；所述湿度参数异常时控制加热器或风扇进行送加热蒸发湿气或通风排湿动作；所述漏水检测参数异常时控制电磁阀门开关或者排水设备进行排水处理。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190426 |