CN110289887A - 一种基于PLC电力载波和NB-IoT通信的母线槽温湿度采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电力工程技术领域的一种基于PLC电力载波和NB‑IoT通信的母线槽温湿度采集系统，包括设置在各楼层之间的若干母线槽、若干母线槽温湿度采集单元、NB‑IoT基站、路由器/网关、监控云服务器和Internet，任意相邻两组母线槽的火零线上设置有中央连接节点，通过每个母线槽温湿度采集单元和监控云服务器之间的通信由两条可以相互备份的方式来实现，PLC电力载波通信可以有效避免无线信号受墙壁阻隔而大幅衰减的影响，而NB‑IoT通信则可以在电力载波信号受到干扰或意外和紧急情形下使用，这两种方式结合提高了数据传输的可靠性，使母线槽系统得到及时维护，而且该方案不需要额外布线，组网简单，降低了工程的成本。
Description
技术领域
本发明涉及电力工程技术领域，具体为一种基于PLC电力载波和NB-IoT通信的母线槽温湿度采集系统。
背景技术
母线槽，是由铜排或、铝排进行封闭而构成的大电流导体，在商业住宅、工厂厂房、配电室等电力工程中作为主干供电导体已广泛使用，一旦出现故障会导致一周以上的停电维修。母线槽工作时候的温湿度数据是诊断母线槽工作环境是否正常的关键数据，但因为母线槽通常工作于地下室、电气竖井等墙壁楼板阻隔的场所，且很多母线槽线路较长，使得温湿度采集数据通信成为难题。
母线槽一般按每节1.5米到6米的长度生产，运输到工地后通过连接器将各节母线槽连接起来。此外插接箱也是通过插脚与母线槽铜排连接供电，连接时母线槽铜排与连接器铜排或插脚搭接在一起，铜排表面需要实现充分接触，才能实现额定载流。由于母线槽工厂工艺可能没有严格实施，导致铜排不能水平搭接；或者因为施工人员良莠不齐，在安装过程中铜排表面可能没有实现充分接触，导致局部过载，温升异常，积累到一定程度就会发生短路爆炸，轻则停电维修，重则造成重大电气事故，烧毁大型设备。所以监控母线槽连接处的温湿度情况，可以很好的预防母线槽事故。
目前母线槽连接温湿度采集和通信手段主要有：红外手持仪人工检测，Zigbee无线传输和以太网传输。人工检测费时费力，往往一栋楼每层检查下来就得一整天时间，而且没法应急自动报警处理；Zigbee无线传输由于大楼阻隔往往信号损耗大，特别像楼层比较高或地下楼层尤其严重，信号容易丢失；以太网传输虽然可靠，但需要额外布线，也需要大量人力物力，造成巨大浪费。故亟需设计一种适用于母线槽温湿度采集需要的可靠的数据传输方式，基于此，本发明设计了一种基于PLC电力载波和NB-IoT通信的母线槽温湿度采集系统，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于PLC电力载波和NB-IoT通信的母线槽温湿度采集系统，以解决上述背景技术中提出的亟需设计一种适用于母线槽温湿度采集需要的可靠的数据传输方式的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于PLC电力载波和NB-IoT通信的母线槽温湿度采集系统，包括设置在各楼层之间的若干母线槽、若干母线槽温湿度采集单元、NB-IoT基站、路由器/网关、监控云服务器和Internet，任意相邻两组所述母线槽的火零线上设置有中央连接节点，若干所述母线槽温湿度采集单元的火零线与中央连接节点的火零线对应连接，若干所述母线槽温湿度采集单元彼此之间通过交流线电线连接，任意一个所述母线槽温湿度采集单元通过以太网接口与路由器/网关信号连接，每个所述母线槽温湿度采集单元的NB-IoT接口均通过NB-IoT收发天线与NB-IoT基站信号连接，所述NB-IoT基站和路由器/网关均通过Internet与监控云服务器信号连接，所述母线槽温湿度采集单元包括电源模块、通信模块和用户功能模块，所述电源模块分别与通信模块和用户功能模块电性连接，所述通信模块和用户功能模块信号连接。
进一步的，所述电源模块包括充电电池、市电接入端、AC/DC转换器和双电源自动切换开关，所述AC/DC转换器输入接市电接入端，所述双电源自动切换开关的输入端电连接充电电池和AC/DC转换器输出端，所述双电源自动切换开关的输出端电连接通信模块和用户功能模块。
进一步的，所述通信模块包括PLC通信模块、以太网接口模块、NB-IoT通信模块、电力线接口、NB-IoT接口、MCU/RAM模块和以太网接口，所述用户功能模块包括用户应用软件模块、用户功能硬件模块、温湿度传感器接口和上位机调试接口，所述温湿度传感器接口和上位机调试接口与用户功能硬件模块双向信号连接，所述用户功能硬件模块与PLC通信模块和NB-IoT通信模块双向信号连接，所述用户应用软件模块与用户功能硬件模块双向信号连接，所述用户应用软件模块通过MCU/RAM接口与MCU/RAM模块信号连接，所述MCU/RAM模块与以太网接口模块双向信号连接，所述电力线接口与交流电力线的火线和零线连接，所述交流电力线的火线和零线与电源模块之间通过通电线连接，所述电力线接口与PLC通信模块双向信号连接，所述以太网接口模块与以太网接口双向信号连接，所述NB-IoT通信模块与NB-IoT接口双向信号连接。
进一步的，所述NB-IoT通信模块包括NB-IoT天线和通信处理子单元，所述NB-IoT天线与NB-IoT接口和通信处理子单元信号连接，所述通信处理子单元与用户功能硬件模块信号连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过每个母线槽温湿度采集单元和监控云服务器之间的通信由两条可以相互备份的方式来实现；一条路径是每个母线槽温湿度采集单元采用PLC电力载波通信传送数据到位于地面控制室的采集单元后，再通过以太网接口将数据转发到路由器/网关，然后送到Internet和监控云服务器；另外一条路径是每个母线槽温湿度采集单元使用NB-IoT方式将数据发送到NB-IoT基站，再转接到Internet和监控云服务器，PLC电力载波通信可以有效避免无线信号受墙壁阻隔而大幅衰减的影响，而NB-IoT通信则可以在电力载波信号受到干扰或意外和紧急情形下使用，这两种方式结合提高了数据传输的可靠性，使母线槽系统得到及时维护，而且该方案不需要额外布线，组网简单，降低了工程的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明系统原理图；
图2为图1中母线槽温湿度采集单元系统原理图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-母线槽，2-母线槽温湿度采集单元，3-中央连接节点，4-NB-IoT基站，5-路由器/网关，6-监控云服务器，7-Internet，201-PLC通信模块，202-以太网接口模块，203-NB-IoT通信模块，204-电力线接口，205-NB-IoT接口，206-MCU/RAM模块，207-用户应用软件模块，208-用户功能硬件模块，209-以太网接口，210-温湿度传感器接口，211-上位机调试接口，212-通电线，213-电源模块，214-通信模块，215-用户功能模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种基于PLC电力载波和NB-IoT通信的母线槽温湿度采集系统，包括设置在各楼层之间的若干母线槽1、若干母线槽温湿度采集单元2、NB-IoT基站4、路由器/网关5、监控云服务器6和Internet7，任意相邻两组母线槽1的火零线上设置有中央连接节点3，若干母线槽温湿度采集单元2的火零线与中央连接节点3的火零线对应连接，若干母线槽温湿度采集单元2彼此之间通过交流线电线连接，任意一个母线槽温湿度采集单元2通过以太网接口与路由器/网关5信号连接，其中母线槽温湿度采集单元2选取离路由器/网关5最近的一个，每个母线槽温湿度采集单元2的NB-IoT接口均通过NB-IoT收发天线与NB-IoT基站4信号连接，NB-IoT基站4和路由器/网关5均通过Internet7与监控云服务器6信号连接，母线槽温湿度采集单元2包括电源模块213、通信模块214和用户功能模块215，电源模块213分别与通信模块214和用户功能模块215电性连接，通信模块214和用户功能模块215信号连接。
其中，电源模块213包括充电电池、市电接入端、AC/DC转换器和双电源自动切换开关，AC/DC转换器输入接市电接入端，双电源自动切换开关的输入端电连接充电电池和AC/DC转换器输出端，双电源自动切换开关的输出端电连接通信模块214和用户功能模块215，在市电接入端的电力线上有电时，充电电池处于断开状态，以节省电池电能消耗，其只用于异常或紧急状态下。
通信模块214包括PLC通信模块201、以太网接口模块202、NB-IoT通信模块203、电力线接口204、NB-IoT接口205、MCU/RAM模块206和以太网接口209，用户功能模块215包括用户应用软件模块207、用户功能硬件模块208、温湿度传感器接口210和上位机调试接口211，温湿度传感器接口210和上位机调试接口211与用户功能硬件模块208双向信号连接，用户功能硬件模块208与PLC通信模块201和NB-IoT通信模块203双向信号连接，用户应用软件模块207与用户功能硬件模块208双向信号连接，用户应用软件模块207通过MCU/RAM接口与MCU/RAM模块206信号连接，MCU/RAM模块206与以太网接口模块202双向信号连接，电力线接口204与交流电力线的火线和零线连接，交流电力线的火线和零线与电源模块213之间通过通电线212连接，电力线接口204与PLC通信模块201双向信号连接，以太网接口模块202与以太网接口209双向信号连接，NB-IoT通信模块203与NB-IoT接口205双向信号连接，电力线接口204直接接交流电力线的火线和零线，PLC通信模块201主要功能包括通过电感耦合将高频信号从电力线上取出后解码后送至MCU/RAM模块206或用户应用软件模块207处理，或将MCU/RAM模块206或用户应用软件模块207出来的数据编码调制后转换成高频信号后发送到电力线上面，用户应用软件模块207主要实现用户要求的功能，如温湿度达到多少时报警，数据发送地址，发送数据时间间隔以及什么情形切换到NB-IoT通信方式。
NB-IoT通信模块203包括NB-IoT天线和通信处理子单元，NB-IoT天线与NB-IoT接口205和通信处理子单元信号连接，通信处理子单元与用户功能硬件模块208信号连接，用于将高频无线信号转换成基带信号后再解码送至MCU/RAM模块206或用户应用软件模块207处理，或将MCU/RAM模块206或用户应用软件模块207出来的数据编码调制后转换成高频无线信号后通过天线发送出去，NB-IoT天线一方面将主控制器通过UART接口传送过来的数据调制成NB-IoT协议格式，并通过NB-IoT收发天线发射出去，传到监控云服务器6；另一方面，将监控云服务器6传送过来的信息进行解调，并通过UART接口传送给主控制器。
母线槽1相互连接的中央连接节点3是最有可能发生过流高温等故障的地方，温湿度采集选这些节点来进行。母线槽温湿度采集单元2除了通过直接连接相应节点的交流火线和零线来获取电源电能和信号外，另外母线槽温湿度采集单元2上面的温湿度传感器也和这些节点接触获取相应的数据，大楼内所有的母线槽温湿度采集单元2都通过交流线连接在一起，相互之间可以通信，选择其中任何一个母线槽温湿度采集单元2通过它的以太网接口209和路由器/网关5连接，从而到达Internet7和监控云服务器6；另外，每个母线槽温湿度采集单元2的NB-IoT接口205通过天线直接接收和发送信号到附近的NB-IoT基站4，然后到达Internet7和监控云服务器6，这样来混合PLC电力载波和NB-IoT通信来保证通信的可靠性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (4)
1.一种基于PLC电力载波和NB-IoT通信的母线槽温湿度采集系统，包括设置在各楼层之间的若干母线槽(1)、若干母线槽温湿度采集单元(2)、NB-IoT基站(4)、路由器/网关(5)、监控云服务器(6)和Internet(7)，其特征在于：任意相邻两组所述母线槽(1)的火零线上设置有中央连接节点(3)，若干所述母线槽温湿度采集单元(2)的火零线与中央连接节点(3)的火零线对应连接，若干所述母线槽温湿度采集单元(2)彼此之间通过交流线电线连接，任意一个所述母线槽温湿度采集单元(2)通过以太网接口与路由器/网关(5)信号连接，每个所述母线槽温湿度采集单元(2)的NB-IoT接口均通过NB-IoT收发天线与NB-IoT基站(4)信号连接，所述NB-IoT基站(4)和路由器/网关(5)均通过Internet(7)与监控云服务器(6)信号连接，所述母线槽温湿度采集单元(2)包括电源模块(213)、通信模块(214)和用户功能模块(215)，所述电源模块(213)分别与通信模块(214)和用户功能模块(215)电性连接，所述通信模块(214)和用户功能模块(215)信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于PLC电力载波和NB-IoT通信的母线槽温湿度采集系统，其特征在于：所述电源模块(213)包括充电电池、市电接入端、AC/DC转换器和双电源自动切换开关，所述AC/DC转换器输入接市电接入端，所述双电源自动切换开关的输入端电连接充电电池和AC/DC转换器输出端，所述双电源自动切换开关的输出端电连接通信模块(214)和用户功能模块(215)。
3.根据权利要求1所述的一种基于PLC电力载波和NB-IoT通信的母线槽温湿度采集系统，其特征在于：所述通信模块(214)包括PLC通信模块(201)、以太网接口模块(202)、NB-IoT通信模块(203)、电力线接口(204)、NB-IoT接口(205)、MCU/RAM模块(206)和以太网接口(209)，所述用户功能模块(215)包括用户应用软件模块(207)、用户功能硬件模块(208)、温湿度传感器接口(210)和上位机调试接口(211)，所述温湿度传感器接口(210)和上位机调试接口(211)与用户功能硬件模块(208)双向信号连接，所述用户功能硬件模块(208)与PLC通信模块(201)和NB-IoT通信模块(203)双向信号连接，所述用户应用软件模块(207)与用户功能硬件模块(208)双向信号连接，所述用户应用软件模块(207)通过MCU/RAM接口与MCU/RAM模块(206)信号连接，所述MCU/RAM模块(206)与以太网接口模块(202)双向信号连接，所述电力线接口(204)与交流电力线的火线和零线连接，所述交流电力线的火线和零线与电源模块(213)之间通过通电线(212)连接，所述电力线接口(204)与PLC通信模块(201)双向信号连接，所述以太网接口模块(202)与以太网接口(209)双向信号连接，所述NB-IoT通信模块(203)与NB-IoT接口(205)双向信号连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于PLC电力载波和NB-IoT通信的母线槽温湿度采集系统，其特征在于：所述NB-IoT通信模块(203)包括NB-IoT天线和通信处理子单元，所述NB-IoT天线与NB-IoT接口(205)和通信处理子单元信号连接，所述通信处理子单元与用户功能硬件模块(208)信号连接。
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