CN110597150A - 一种基于物联网的新型配电柜智能监控装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于物联网的新型配电柜智能监控装置及系统，通过环境信息监测模块获取配电柜内部的环境信息，通过电力参数采集模块获取配电柜内部的供电参数信息，通过图像采集模块获取配电柜内部的图像信息，并通过无线通信模块将获取的信息上传至物联网云平台；本发明对配电柜的监控不仅实现对电力参数的实时监测，同时对配电柜内在的环境参数也进行实时采集。通过图像采集方式，监控人员可以对配电柜故障状态现场情况更直观的了解，有助于监控人员对故障作出准确的判断。监测系统可以实现远程监测，监控人员可以不分时间、地域，在有网络信号的地方，用身边的手机、电脑等任何终端设备对配电柜的运行状态进行实时的监控。

Description

一种基于物联网的新型配电柜智能监控装置及系统

技术领域

本发明涉及配电柜监控技术领域，尤其涉及一种基于物联网的新型配电柜智能监控装置及系统。

背景技术

配电柜又被称为配电箱，是一个集成了用于电能分配的电气元件的柜体。配电柜主要有两方面的作用：一是对用电设备进行配电和控制，二是在电路出现过载、短路和漏电时，提供断电保护。配电柜一旦出现故障，通常会导致大面积停电等事故。配电柜内高压母线触头等极易被氧化，出现接触不良。高压开关电器出现闭合不紧密，导致点接触，同样使设备温度过高。在载流过大时，设备的温度偏高，造成电气故障。

传统的配电柜监控分为本地监控、局域网内监控以及广域网内远程监控。本地监控、局域网内监控往往只限定于在一定区域内对特定配电柜的监控，需要运行维护人员值守。广域网内远程监控，可以实现大范围内多套配电柜的监控，但是需要定期维护服务器、支付服务器租金、运行维护成本高。监控时只注重柜内相关电力参数的监控，而忽略了柜内环境参数以及故障点情况的监控。在发现故障或者异常往往只能发出警报信息并实施断电操作，监控人员无法真正了解故障点的情况。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明在互联网+、工业物联网迅速发展的背景下，提出了一种基于物联网的新型配电柜智能监控装置，包括：微控制器，环境信息监测模块，电力参数采集模块，图像采集模块，触屏显示模块以及无线通信模块；

无线通信模块，环境信息监测模块，电力参数采集模块，图像采集模块以及触屏显示模块分别与微控制器连接；

微控制器通过环境信息监测模块获取配电柜内部的环境信息，并通过无线通信模块将获取的环境信息上传至物联网云平台；

微控制器通过电力参数采集模块获取配电柜内部的供电参数信息，并通过无线通信模块将获取的供电参数信息上传至物联网云平台；

微控制器通过图像采集模块获取配电柜内部的图像信息，并通过无线通信模块将获取的图像信息上传至物联网云平台；

微控制器通过触屏显示模块获取用户输入的控制信息，以及通过触屏显示模块显示配电柜状态信息以及装置状态信息。

进一步需要说明的是，所述微控制器采用STM32F103VCT6芯片，采用JTAG模式下载调试程序；使用CAT811芯片对微控制器进行复位；使用8MHz无源晶体振荡器作为微控制器的晶振。

进一步需要说明的是，所述触屏显示模块使用昆仑通态触屏，通过RS-232串行通讯接口与微控制器相连接，按照modbus传输协议进行数据的传输；昆仑通态触屏作为配电柜现场监测的平台；对配电柜内的环境参数和运行状态进行显示和控制。

进一步需要说明的是，所述电力参数采集模块采用ATT7022B电能计量芯片，测量基波、谐波模式下的各相及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量，同时还测量各相电流、电压有效值、功率因数、频率参数。

进一步需要说明的是，所述图像采集模块由OV7670摄像头模块、LED灯以及舵机组成，完成配电柜内部图像采集功能。

进一步需要说明的是，所述环境信息监测模块包括：振动传感器，温度传感器，易燃气体传感器，烟雾探测器，湿度传感器，噪声传感器以及火焰传感器。

本发明还提供一种基于物联网的新型配电柜智能监控系统，包括：物联网云平台和配电柜柜体；

配电柜柜体内部设有配电柜中间隔板，配电柜中间隔板上安装有配电柜智能监控装置；

微控制器通过无线通信模块与物联网云平台通信连接；

物联网云平台与移动终端通信连接。

进一步需要说明的是，所述物联网云平台采用OneNet平台；配电柜内监测数据上传至OneNet平台，方便维护运行人员通过移动终端实时查看配电柜的运行状态。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

(1)、对配电柜的监控不仅实现对电力参数的实时监测，同时对配电柜内在的环境参数也进行实时采集。

(2)、通过图像采集方式，监控人员可以对配电柜故障状态现场情况更直观的了解，有助于监控人员对故障作出准确的判断。

(3)、该监测系统可以实现远程监测，监控人员可以不分时间、地域，在有网络信号的地方，用身边的手机、电脑等任何终端设备对配电柜的运行状态进行实时的监控。

(4)、该监测系统借助于新兴的物联网平台提供的免费的数据存储、分析等服务，实现远程监控，大大降低了开发的难度、维护的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中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为基于物联网的新型配电柜智能监控装置示意图；

图2为图像采集模块实施例示意图；

图3为基于物联网的新型配电柜智能监控系统实施例示意图；

图4为基于物联网的新型配电柜智能监控系统实施例示意图。

具体实施方式

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器11装置中实现这些功能实体。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

本发明提供一种基于物联网的新型配电柜智能监控装置，如图1所示，包括：微控制器11，环境信息监测模块12，电力参数采集模块13，图像采集模块14，触屏显示模块15以及无线通信模块16；无线通信模块16，环境信息监测模块12，电力参数采集模块13，图像采集模块14以及触屏显示模块15分别与微控制器11连接；微控制器11通过环境信息监测模块12获取配电柜内部的环境信息，并通过无线通信模块16将获取的环境信息上传至物联网云平台17；微控制器11通过电力参数采集模块13获取配电柜内部的供电参数信息，并通过无线通信模块16将获取的供电参数信息上传至物联网云平台17；微控制器11通过图像采集模块14获取配电柜内部的图像信息，并通过无线通信模块16将获取的图像信息上传至物联网云平台17；微控制器11通过触屏显示模块15获取用户输入的控制信息，以及通过触屏显示模块15显示配电柜状态信息以及装置状态信息。

本发明中，微控制器11选择STM32F103VCT6芯片作为主控芯片，采用JTAG模式下载调试程序；使用CAT811芯片对主控芯片进行复位；使用8MHz无源晶体振荡器作为其主控芯片的晶振。触屏显示控制单元，使用昆仑通态触屏，通过RS-232串行通讯接口与微控制器11相连接，按照modbus传输协议进行数据的传输。昆仑通态触屏作为配电柜现场监测的平台。对配电柜内的环境参数和运行状态进行显示和控制。电力参数采集模块13采用ATT7022B电能计量专用芯片，该芯片能够测量基波、谐波等各种模式下的各相及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量，同时还能测量各相电流、电压有效值、功率因数、频率等参数。满足配电柜中电力参数采集要求。图像采集模块14，由OV7670摄像头模块、LED灯以及辉盛牌舵机组成，完成配电柜内部图像采集功能。振动传感器等环境信息监测模块12，振动传感器采用SW-200型振动感应模块；温度传感器采用DS18B20温度传感器采集模块，实现温度的采集；易燃气体、烟雾探测选用MQ系列传感器，实现相关气体数据的采集；湿度传感器采用DHT11传感器模块；火焰传感器采用红外探测火焰模块。完成配电柜内图像采集功能。

系统上电运行时，电能计量模块完成基波、谐波等各种模式下的各相及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量、无功能量以及各相电流、电压有效值、功率因数、频率等各项电力参数的采集功能，温度、湿度、震动等传感器完成配电柜内的环境参数的采集功能。微控制器11收集各个模块采集到的信息，进行分析、处理。通过RS232通讯上传至昆仑通态液晶屏进行本地显示。无线通信模块16可以采用WIFI模块，或蓝牙模块，或射频模块等等，优选的通过WIFI模块上传到物联网平台中，物联网平台把相关数据下传到手机电脑客户端中，供用户查看，从而实现远程监控的功能。

如图2所示，所述图像采集模块14由OV7670摄像头模块21、LED灯22以及舵机23组成，完成配电柜内部图像采集功能。执行图像采集功能时，保证图像采集的清晰度。舵机方便摄像头上下旋转，方便采集配电柜上下两层的情况。

当监测到配电柜内的相应数据异常时，监测终端向摄像头发送指令，通过舵机调整到合适位置，LED灯辅助摄像头完成上下两个方向上的图像采集任务，监测终端将采集的图像发送到用户终端供用户查看配电柜现场故障情况。手机、平板安卓客户端通过Eclipse软件进行编写，具有网络端口设置、数据显示、故障信息提示以及图像显示的功能。电脑客户端用Labwindow软件编写，具有网络端口设置、客户登录信息、数据采集分类、数据曲线显示以及图像显示等功能。

基于物联网的新型配电柜智能监控装置中所描述的技术可以实现在硬件，软件，固件或它们的任何组合。所述的各种特征为模块，单元或组件可以一起实现在集成逻辑装置或分开作为离散的但可互操作的逻辑器件或其他硬件设备。在一些情况下，电子电路的各种特征可以被实现为一个或多个集成电路器件，诸如集成电路芯片或芯片组。

如果在硬件中实现，本发明涉及一种装置，例如可以作为处理器或者集成电路装置，诸如集成电路芯片或芯片组。可替换地或附加地，如果软件或固件中实现，所述技术可实现至少部分地由计算机可读的数据存储介质，包括指令，当执行时，使处理器执行一个或更多的上述方法。例如，计算机可读的数据存储介质可以存储诸如由处理器执行的指令。

本发明还提供一种基于物联网的新型配电柜智能监控系统，如图3和图4所示，包括：物联网云平台17和配电柜柜体1；

配电柜柜体1内部设有配电柜中间隔板2，配电柜中间隔板2上安装有配电柜智能监控装置3；微控制器11通过无线通信模块16与物联网云平台17通信连接；物联网云平台17与移动终端通信连接。

所述物联网云平台17采用OneNet平台；配电柜内监测数据上传至OneNet平台，方便维护运行人员通过移动终端实时查看配电柜的运行状态。

所属技术领域的技术人员能够理解，基于物联网的新型配电柜智能监控系统的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本公开的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。

基于物联网的新型配电柜智能监控系统上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种基于物联网的新型配电柜智能监控装置，其特征在于，包括：微控制器，环境信息监测模块，电力参数采集模块，图像采集模块，触屏显示模块以及无线通信模块；

无线通信模块，环境信息监测模块，电力参数采集模块，图像采集模块以及触屏显示模块分别与微控制器连接；

微控制器通过环境信息监测模块获取配电柜内部的环境信息，并通过无线通信模块将获取的环境信息上传至物联网云平台；

微控制器通过电力参数采集模块获取配电柜内部的供电参数信息，并通过无线通信模块将获取的供电参数信息上传至物联网云平台；

微控制器通过图像采集模块获取配电柜内部的图像信息，并通过无线通信模块将获取的图像信息上传至物联网云平台；

微控制器通过触屏显示模块获取用户输入的控制信息，以及通过触屏显示模块显示配电柜状态信息以及装置状态信息。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的新型配电柜智能监控装置，其特征在于，

所述微控制器采用STM32F103VCT6芯片，采用JTAG模式下载调试程序；使用CAT811芯片对微控制器进行复位；使用8MHz无源晶体振荡器作为微控制器的晶振。

3.根据权利要求1或2所述的基于物联网的新型配电柜智能监控装置，其特征在于，

所述触屏显示模块使用昆仑通态触屏，通过RS-232串行通讯接口与微控制器相连接，按照modbus传输协议进行数据的传输；昆仑通态触屏作为配电柜现场监测的平台；对配电柜内的环境参数和运行状态进行显示和控制。

4.根据权利要求1或2所述的基于物联网的新型配电柜智能监控装置，其特征在于，

所述电力参数采集模块采用ATT7022B电能计量芯片，测量基波、谐波模式下的各相及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功能量以及无功能量，同时还测量各相电流、电压有效值、功率因数、频率参数。

5.根据权利要求1或2所述的基于物联网的新型配电柜智能监控装置，其特征在于，

所述图像采集模块由OV7670摄像头模块、LED灯以及舵机组成，完成配电柜内部图像采集功能。

6.根据权利要求1或2所述的基于物联网的新型配电柜智能监控装置，其特征在于，

所述环境信息监测模块包括：振动传感器，温度传感器，易燃气体传感器，烟雾探测器，湿度传感器，噪声传感器以及火焰传感器。

7.一种基于物联网的新型配电柜智能监控系统，其特征在于，包括：物联网云平台和配电柜柜体(1)；

配电柜柜体(1)内部设有配电柜中间隔板(2)，配电柜中间隔板(2)上安装有如权利要求1至6任一所述的配电柜智能监控装置(3)；

微控制器通过无线通信模块与物联网云平台通信连接；

物联网云平台与移动终端通信连接。

8.根据权利要求7所述的基于物联网的新型配电柜智能监控系统，其特征在于，

所述物联网云平台采用OneNet平台；配电柜内监测数据上传至OneNet平台，方便维护运行人员通过移动终端实时查看配电柜的运行状态。