CN110987203A - 一种无线智能测温监测装置以及监测系统 - Google Patents

一种无线智能测温监测装置以及监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线智能测温监测装置，所述监测装置包括防护盒、PCB板、电池和温度敏感元件探头；其中，PCB板上设有微处理器和NB‑IoT无线通讯模块；温度敏感元件探头安装于防护盒的一端，并与PCB板上的微处理器电性连接；PCB板、电池均安装于防护盒内，并且PCB板与电池电性连接；温度敏感元件探头用于对配网设备进行检测并将检测到的传感数据信号发送给微处理器，进而使得微处理器将传感数据信号通过NB‑IoT无线通讯模块传输出去。本发明还公开了一种无线智能测温监测系统。

Description

一种无线智能测温监测装置以及监测系统
技术领域
本发明涉及监测装置领域，尤其涉及一种无线智能测温监测装置以及无线智能测温监测系统。
背景技术
目前，城市的快速发展给城市配电网带来了更高的要求，10KV电缆线路的运用也越来越广泛，在城市配电网中环网柜的使用也变得越来越多，地铁、机场、石化冶金等一些重大工程在电缆井、隧道、地下空间中敷设电缆。在电网安全可靠运行的过程中，电缆接头一直都是较为薄弱的环节，电缆接头的质量与性能并不仅仅是和制作材料有关，同时也和制作工艺、实时负荷有着相关密切的关系。无论是哪个因素都有可能导致电缆结构出现发热的情况，一旦出现这种情况，若不能够即使发现，会导致符合持续增长，导致电缆接头温度持续上升，甚至导致电缆接头爆炸发生火灾等。
近几年来，随着技术的发展，各种先进的温度监测设备得到广泛的应用，现有一般采用测温腊片、光纤测温、红外测温等技术来实现对电缆接头的温度监测。
比如：(1)红外测温是使用远红外波来对被测点进行测量，仅适合人工巡查测温，且使用较为灵活，在户外环网柜电缆接头温度监测中使用较为广泛；但是其仪器体积很大、成本较高、精度不高且受测试距离的影响，也不支持实时在线监测；此外，由于红外线本身无法穿透遮挡物，在使用场合上有一定的限制；
(2)光纤测温是利用不同温度下光的折射角不同而计算被测量点温度的方法。利用光导纤维对温度信号进行传递，光导纤维本身有着姣好的绝缘性能，温度测量也较为准确，同时可以实现在线实时监测；但是，由于光纤有易折、易断的特性，导致安装复杂，设备造价高等问题。
另外，对于传统的无线测温还需要另接外部电源，设置网关等，同时还需要设置电缆管道布线等，导致成本较高，安装复杂等。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种无线智能测温监测装置，其能够解决现有技术中无线测温装置安装复杂、成本高等问题。
本发明的目的之二在于提供了一种无线智能测温监测系统，其能够解决现有技术中无线测温装置安装复杂、成本高等问题。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种无线智能测温监测装置，所述监测装置包括防护盒、PCB板、电池和温度敏感元件探头；其中，PCB板上设有微处理器和NB-IoT无线通讯模块；温度敏感元件探头安装于防护盒的一端，并与PCB板上的微处理器电性连接；PCB板、电池均安装于防护盒内，并且PCB板与电池电性连接；温度敏感元件探头用于对配网设备进行检测并将检测到的传感数据信号发送给微处理器，进而使得微处理器将传感数据信号通过NB-IoT无线通讯模块传输出去。
进一步地，所述监测装置还包括天线，所述天线安装于防护盒上，并且与PCB板上的NB-IoT无线通讯模块电性连接。
进一步地，所述PCB板还设有信号采样电路；其中，信号采样电路的输入端与温度敏感元件探头电性连接，用于获取温度敏感元件探头所检测到的配网设备的传感数据信号；信号采样电路的输出端与微处理器电性连接，用于将传感数据信号发送给微处理器。
进一步地，所述监测装置还包括信号加密处理及传送电路，所述信号加密处理及传送电路与NB-IoT无线通讯模块电性连接，用于对经过NB-IoT无线通讯模块的传感数据信号进行加密并传送出去。
进一步地，所述温度敏感元件探头包括热敏电阻或热电阻。
进一步地，所述电池为锂亚电池。
进一步地，所述微处理器还通过NB-IoT无线通讯模块接收远程的NB-IoT平台发送的参数设置指令进行参数设置。
进一步地，所述参数包括温度回差、采集周期、发送间隔、温差、电压和信号强度。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种无线智能测温监测系统，所述监测系统包括一个或多个监测设备、NB-IoT平台和后台服务器；每个监测设备分别通过NB-IoT平台与后台服务器进行通讯；所述监测设备为本发明目的之一采用的一种无线智能测温监测装置；
每个无线智能测温监测装置的微处理器用于将对应的温度敏感元件探头所检测的传感数据信号通过NB-IoT无线通讯模块传输给NB-IoT平台，使得NB-IoT平台将对应传感数据信号发送给后台服务器；后台服务器根据每个无线智能测温监测装置的传感数据信号进行分析、处理、报警并存储。
进一步地，所述NB-IoT平台还用于向每个无线智能测温监测装置的微处理器发送参数设置指令，使得对应微处理器根据参数设置指令进行参数设置。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明提供的无线智能测温监测装置自带电池以及NB-IoT无线通讯模块，不需要外加电源、布线等既可以实现对配网设备的实时在线监测。本发明具有体积小、功耗低、数据传输可靠、安装简单、成本低等特点。
附图说明
图1为本发明提供的无线智能测温监测装置的结构示意图；
图2为图1中PCB板的电路模块图；
图3为本发明提供的无线智能测温监测系统的模块示意图；
图4为本发明提供的微处理器的电路图；
图5为本发明提供的信号采样电路的电路图；
图6为本发明提供的电源供电电路的电路图；
图7为本发明提供的通讯重置电路的电路图；
图8为本发明提供的信号加密处理及传送电路的电路图；
图9为本发明提供的外置编程电路的电路图。
图中：1、防护盒；2、温度敏感元件探头；3、PCB板；4、电池；5、天线。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一
本发明提供了一种无线智能测温监测装置，该监测装置自身自带电池模块，并且自身嵌套通讯装置，通过通讯装置将检测的数据上传、同步至物联网平台，实现配网设备，诸如电缆头的实时在线监测。本发明不需要外加通讯设备、无需布线、安装简单，解决了现有技术中测温装置成本高、安装复杂等问题。
另外，本发明提供的无线智能测温监测装置的通讯装置采用NB-IoT无线技术，使得检测的数据能够实时、可靠地传输到后台服务器，实现了电缆头的可靠监控，同时，本发明还具有超低功耗，并采用高容量电池，使得监测装置的工作年限达10年以上。
如图1和图2所示，本发明提供了一优选地实施例，一种无线智能测温监测装置，包括PCB板(Printed circuit board，印制电路板)3、温度敏感元件探头2、电池4和防护盒1。
其中，PCB板3、电池4安装于防护盒1内，温度敏感元件探头2安装于防护盒1的一端。防护盒1用于对安装于防护盒1内的元器件起到保护的作用，使得元器件可避免水气、灰尘的影响等，保证了PCB板3、电池4的正常工作，延长使用寿命。本发明中的防护盒1的防护等级为IP68(Ingress Protection，IP等级是针对电气设备外壳对异物侵入的防护等级)，属于最高防水防尘等级，能够完全房子灰尘侵入，以及沉没时防止水侵入，保证PCB板3与电池4的正常工作。
优选地，本发明中的电池4采用锂亚电池，通过锂亚电池为PCB板3提供电源。进一步地，本发明采用的锂亚电池，标称容量为3600mAh、9000mAh、190000mAh，额定电压3.6V，最大连续工作电流为200mA，最大脉冲电流400mA，重量55g。本发明提供的锂亚电池具有稳定的高工作电压，高体积比能量，年自放电率低，长达10年工作寿命。另外，本发明的锂亚电池的外体采用不锈钢外体，金属玻璃密封结构，无机电解液，具有宽广的温度应用范围。在实际的使用过程中，可根据实际的测温方案选定不同容量的锂亚电池进行监测。
进一步地，将无线智能测温监测装置安装于配网设备的工作环境中，通过温度敏感元件探头2接触配网设备或处于配网设备的工作环境内，用来检测配网设备的工作温度，比如检测电缆接头的工作温度。
PCB板3上设有微处理器和无线通讯模块，其中，微处理器与温度敏感元件探头2电性连接，用于接收温度敏感元件探头2将检测到的传感数据信号，并将其通过无线通讯模块传输出去。
优选地，无线通讯模块采用NB-IoT(Narrow Band Internet of Things,基于蜂窝的窄带物联网)无线通讯模块。例如，采用海思半导体HISILICON Boudica Hi2115芯片开发的NB86-G系列模块：利尔达Lierda NB86-G系列模组。该模块为全球领先的NB-IoT、Lora(Low Power Wide Area Network，低功耗无线广域网，)无线通信模块，符合3GPP标准，Hi2115芯片支持Band(波段)01、Band02、Band03、Band05、Band08、Band12、Band13、Band14、Band17、Band18、Band19、Band20、Band25、Band26、Band28、Band66频段，具有体积小、功耗低、传输距离远、抗干扰能力强等特点。当然，对于NB-IoT无线通讯模块还可以采用现有已经存在的模组芯片实现，根据实际的应用需求选择对应的芯片实现即可。
另外，PCB板3的微处理器是采用一款8位微控制器PIC16F886-I/SS，具有14K闪存程序存储器和25个I/O引脚。该微处理器的最高速度为20MHz，工作电压范围为2V至5.5V，采用28引脚SSOP封装，可工作于-40℃至+85℃的工业温度范围，同时，该微处理器为无铅器件，属无污染器件。该微处理器的A/D转换器具备10位分辨率和11个通道，高精度，具有超低功耗唤醒特性，使得该无线智能测温监测装置的电池4使用寿命更长。
温度敏感元件探头2可采用热敏电阻或热电阻实现，可检测的温度范围为：-50°～150°。
进一步地，本发明提供的无线智能测温监测装置还包括天线5。天线5安装于防护盒1上，并与无线通讯模块电性连接，用于通过将无线通讯模块发送的传感数据信号发送出去。
优选地，如图2所示，PCB板3上还设有信号采样电路。其中，信号采样电路的输入端与温度敏感元件探头2连接，用于接收传感数据信号。信号采样电路的输出端与微处理器电性连接，用于将传感数据信号发送给微处理器，进而使得微处理器对传感数据信号进行处理。
也即是说，通过将本发明提供的无线智能测温监测装置安装于监测区域，通过启动温度敏感元件探头2并将检测到的传感数据信号经过信号采样电路发送给微处理器，最终微处理器将传感数据信号通过NB-IoT无线通讯模块上传至远程的数据接收平台，实现监测区域的实时在线监测。
另外，由于本发明采用的通讯方式为NB-IoT的通讯方式，因此，本发明的微处理器首先将传感数据信号通过NB-IoT无线通讯模块上传NB-IoT平台，然后再通过NB-IoT平台将传感数据信号传输到后台服务器进行处理、分析、存储等。
为了保证每个无线智能测温监测装置的正常工作，无线智能测温监测装置定时向NB-IoT平台发送的自身的运行状态信号，使得NB-IoT平台能够实时监测到无线智能测温监测装置的工作状态。另外，NB-IoT平台可以同时连接通过无线智能测温监测装置，当同时连接多个无线智能测温监测装置时，NB-IoT平台以列表的形式来显示每个无线智能测温监测装置的工作状态等。同时，NB-IoT平台还将每个无线智能测温监测装置所发送的运行状态信号转发至后台服务器端，便于工作人员查看。
另外，由于监测的配网设备不同，其涉及到的采样周期、电压、信号强度等不同，因此，本发明还可对每个监测区域的无线智能测温监测装置进行监测参数的设置。NB-IoT平台向每个无线智能测温监测装置下发参数设置指令，使得每个无线智能测温监测装置的微处理器根据参数设置指令进行参数设置；同时，NB-IoT平台还将设置的参数信息同步到后台服务器。其中，可设置的参数包括：温度回差、采集周期、发送间隔、温差、电压、信号强度等。
进一步地，为了保证传输数据的安全性，本发明的无线智能测温监测装置还包括信号加密处理及传送电路。其中，信号加密处理及传送电路与NB-IoT无线通讯模块电性连接，用于将通过NB-IoT无线通讯模块传输的传感数据信号进行加密并传输出去，进而保证了传输数据的安全性。
本实施例还给出了一种无线智能测温监测装置的电路实现图。
如图4所示为微处理器的电路图，微处理器包括芯片U3以及周边电路。其中，芯片U3的端口2、端口3、端口4分别通过电阻R7、电阻R8、电阻R10分别与信号采样电路的输出端连接，用于获取信号采样电路所采集的信号。
如图5所示，信号采样电路，包括电阻R15、电阻R4、电阻R5、电容C2、电容C6、电容C12和采样外接端子J6。其中，采样外接端子J6的端口1接入电容C2和电阻R15之间、端口2接入电容C6和电阻R4之间、端口3接入电容C12和电阻R5之间。采样外接端子J6的端口1还通过电阻R7与芯片U3的端口2电性连接、端口2还通过电阻R9与芯片U3的端口3电性连接、端口3还通过电阻R10与芯片U3的端口4电性连接。通过信号采样电路将采集到的信号AN0、AN1、AN2分别通过电阻R7、电阻R9、电阻R10传输给芯片U3，实现传感数据信号的采集。另外，芯片U3的端口5还与电阻R15、电阻R6、电阻R5电性连接。
如图6所示为电源供电电路，包括采样外接端子J1、采样外接端子J3和拨动转换开关S1，其中，采样外接端子J1用于接入电池，采样外接端子J3为备用接口。芯片U3的电源端VCC(端口20)通过拨动转换开关S1、采样外接端子J1与外接电池电性连接，进而通过外接电池提供电源。
进一步地，所述PCB板上安装通讯重置电路、信号加密处理及传送电路和外置编程电路。具体：
如图7所示为通讯重置电路，包括电阻R13、电阻R14和三级管Q1。芯片U3的端口16通过电阻R13与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极与NB-IoT无线通讯模块电性连接，三极管Q1的集电极接地，三极管Q1的基极还通过电阻R14接地。
如图8所示为信号加密处理及传送电路，用于对经过NB-IoT无线通讯模块的信号进行加密处理并传送出去。信号加密处理及传送电路包括芯片U5和芯片U2，其中，U2的端口4与NB-IoT无线通讯模块电性连接、端口3与芯片U5的端口3电性连接，端口1与芯片U5的端口6电性连接、端口6与新品牌U5的端口7电性连接。芯片U5的端口8与NB-IoT无线通讯模块电性连接。芯片U5的端口8、端口7、端口6、端口3还分别通过电容C9、电容C10、电容C11、电容C8接地。
如图9所示为外置编程电路，用于接收外部编程信号进而对U3的控制逻辑进行编程。由于微处理器为可编程的芯片，因此，可通过外部信号对芯片进行可编程。外置编程电路包括采样外接端子J5，采样外接端子J5的端口5与芯片U3的端口1电性连接、端口2与芯片U3的端口28电性连接、端口1与芯片U3的端口27电性连接、端口3接地、端口4接电源VCC。
实施例二
本发明还提供了另一实施例，一种无线智能测温监测系统，如图3所示，无线智能测温监测系统包括一个或多个监测设备、NB-IoT平台和后台服务器。其中，监测设备为本发明实施例一提供的一种无线智能测温监测装置，安装于配网设备附近或安装配网设备上，通过无线智能测温监测装置的温度敏感元件探头检测配网设备的工作温度。
每个温度敏感元件探头将检测的数据信号依次通过信号采样电路、微处理器、NB-IoT无线通讯模块、信号加密处理及传送电路发送给NB-IoT平台，进而再转发给后台服务器。
进一步，后台服务器对接收到的每个无线智能测温监测装置所采集到的温度数据进行分析、处理、显示、存储、记录等，同时还根据预设的约束条件进行报警处理等。比如检测到当温度超过一定阈值后，后台服务器会执行报警操作。报警方式包括：本地声光报警、网络Web端告警、手机APP端告警等。
另外，后台服务器还针对每个无线智能测温监测装置所检测的历史温度以曲线的形式表示出来，比如历史温度变化曲线、实时温度变化曲线、实时温度日报表、月报表等，供工作人员查看。
另外，本发明还提供APP端，用户可通过移动设备的APP端查看每个无线智能测温监测装置所监测的设备的工作温度等。APP端具备实时监控、报警中心、个人中心等3大工具栏，实时监控具备“当前温度”、“越限时间”、“地图总览”、“监测点数”、“报警统计”等功能，同时也具备分区及搜索功能；报警中心具备“越限状态”、“越限处理过程”、“越限故障节点”等功能。
本发明着力解决城市供电电缆接头安全的问题，可广泛应用于环境比较恶劣、通讯信号比较差、无法外接电源的场合。本发明采用NB-IoT技术来实现数据的传输，无需外加通讯设备，无需布线，安装简单，传输可靠，可实现连续监测；超低功耗，电池可连续使用10年以上，表面勤换电池等问题。
具体地，本发明具有以下优点：
(1)本发明提供的无线智能测温监测装置自带电池进行供电，不需要外接电源；同时采用容量较大的锂亚电池，并采用多规格容量的电池，结合可靠有效的测温方案，可保证监测装置正常运行10年以上。
(2)本发明提供的无线智能测温监测装置体积小、安装方便；通过NB-IoT技术实现数据的传输，不需要布线，避免由于走线带来的麻烦；同时采用NB-IoT无线技术进行数据传输时，其数据传输可靠。
(3)本发明提供的无线智能测温监测装置采用IP68防护等级的防护盒，对安装于防护盒内的PCB板以及电池防水防尘的保护作用。
(4)本发明还对经过NB-IoT无线通讯模块传输的传感数据信号进行加密处理，可保证了数据的传输安全。
(5)本发明提供的无线智能测温监测系统通过在后台服务器端设置报警模式。当检测到温度不符合要求时，能够及时报警，供工作人员采取必要措施，从而避免危险的发生；同时，本发明提供多种报警方式，适用广泛。
(6)通过NB-IoT平台可实现远程对每个无线智能测温监测装置的参数设置，比如采样周期、告警方式、测量精度等参数的设置，不需要工作人员到现场进行设置、调试等。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种无线智能测温监测装置，其特征在于，所述监测装置包括防护盒、PCB板、电池和温度敏感元件探头；其中，PCB板上设有微处理器和NB-IoT无线通讯模块；温度敏感元件探头安装于防护盒的一端，并与PCB板上的微处理器电性连接；PCB板、电池均安装于防护盒内，并且PCB板与电池电性连接；温度敏感元件探头用于对配网设备进行检测并将检测到的传感数据信号发送给微处理器，进而使得微处理器将传感数据信号通过NB-IoT无线通讯模块传输出去。
2.根据权利要求1所述一种无线智能测温监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括天线，所述天线安装于防护盒上，并且与PCB板上的NB-IoT无线通讯模块电性连接。
3.根据权利要求1所述一种无线智能测温监测装置，其特征在于，所述PCB板还设有信号采样电路；其中，信号采样电路的输入端与温度敏感元件探头电性连接，用于获取温度敏感元件探头所检测到的配网设备的传感数据信号；信号采样电路的输出端与微处理器电性连接，用于将传感数据信号发送给微处理器。
4.根据权利要求1所述一种无线智能测温监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括信号加密处理及传送电路，所述信号加密处理及传送电路与NB-IoT无线通讯模块电性连接，用于对经过NB-IoT无线通讯模块的传感数据信号进行加密并传送出去。
5.根据权利要求1所述一种无线智能测温监测装置，其特征在于，所述温度敏感元件探头包括热敏电阻或热电阻。
6.根据权利要求1所述一种无线智能测温监测装置，其特征在于，所述电池为锂亚电池。
7.根据权利要求1所述一种无线智能测温监测装置，其特征在于，所述微处理器还通过NB-IoT无线通讯模块接收远程的NB-IoT平台发送的参数设置指令进行参数设置。
8.根据权利要求7所述一种无线智能测温监测装置，其特征在于，所述参数包括温度回差、采集周期、发送间隔、温差、电压和信号强度。
9.一种无线智能测温监测系统，其特征在于，所述监测系统包括一个或多个监测设备、NB-IoT平台和后台服务器；每个监测设备分别通过NB-IoT平台与后台服务器进行通讯；所述监测设备为权利要求1-8中任一项所述的一种无线智能测温监测装置；
每个无线智能测温监测装置的微处理器用于将对应的温度敏感元件探头所检测的传感数据信号通过NB-IoT无线通讯模块传输给NB-IoT平台，使得NB-IoT平台将对应传感数据信号发送给后台服务器；后台服务器根据每个无线智能测温监测装置的传感数据信号进行分析、处理、报警并存储。
10.根据权利要求9所述一种无线智能测温监测系统，其特征在于，所述NB-IoT平台还用于向每个无线智能测温监测装置的微处理器发送参数设置指令，使得对应微处理器根据参数设置指令进行参数设置。
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