CN111049109A - 基于施工现场物联网的小型基站安全保护系统 - Google Patents

基于施工现场物联网的小型基站安全保护系统 Download PDF

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Abstract

基于施工现场物联网的小型基站安全保护系统，包括配电箱、继电器单元、控制单元和电源切换模块，所述配电箱内部设置有状态监测报警单元和继电器单元，所述状态监测报警单元由温度检测装置、湿度检测装置和电力检测装置组成，并且，所述温度检测装置信号输出端与所述控制芯片的信号输入端通信连接，用于检测所述配电箱内部的温度值并将该温度值转换成信号数据传输给所述控制芯片予以记录，所述湿度检测装置信号输出端与所述控制芯片的信号输入端通信连接，本发明解决施工现场环境恶劣、供电不稳定对基站设备造成损害的问题，实现了在施工现场的小型基站运行环境，从而能够实现自动保护功能，有效保证了基站的运行安全，增加使用寿命。

Description

基于施工现场物联网的小型基站安全保护系统
技术领域
本发明涉及建筑安全技术领域，具体涉及一种基于施工现场物联网的小型基站安全保护系统。
背景技术
物联网(IOT，Internet of things)是继互联网后又一次技术的革新，代表着未来计算机与通信的发展方向。作为感知层的无线传感网的建立是十分重要的，其中以Zigbee为基础的无线传感网络(WSN,Wireless Senor Network)的确立，不仅使得在信息采集技术的这一领域有了进一步的发展，而且还带动了物联网的快速发展。
建筑施工现场环境恶劣，对电子设备影响较大，尤其是需要安装在现场空旷场地的物联网小型通讯基站，属于比较脆弱的电子产品，其对环境温度、湿度以及供电有所要求，同时，施工现场管理设备和步骤较多，程序较为复杂，基站往往暴露在阳光下，环境温度再加上设备自发热导致温度过高，极易损坏电子器件，当环境潮湿时，设备运行极易产生短路，损坏设备，施工现场电压不稳、电流不均衡、漏电现象都会对基站设备造成损伤，缩短使用寿命。
因此，迫切需要提供一种基于施工现场的小型基站安全保护系统，以解决施工工地现场物联网基站的安全保护问题。
发明内容
本发明实施例提供了基于施工现场物联网的小型基站安全保护系统，用以解决施工现场环境恶劣、供电不稳定对基站设备造成损害的问题，实现了在施工现场的小型基站运行环境，如环境温度检测、环境湿度监测和在供电状态下的根据将接收到的电压征值，电流征值，漏电征值与预设在控制芯片的范围值进行比对检测，从而能够实现自动保护功能，有效保证了基站的运行安全，增加使用寿命。
为实现上述目的，本发明提出的技术方案是：
基于施工现场物联网的小型基站安全保护系统，包括配电箱、继电器单元、控制单元和电源切换模块，
配电箱，所述配电箱内部设置有状态监测报警单元和继电器单元，
所述状态监测报警单元由温度检测装置、湿度检测装置和电力检测装置组成，并且，
所述温度检测装置信号输出端与所述控制芯片的信号输入端通信连接，用于检测所述配电箱内部的温度值并将该温度值转换成信号数据传输给所述控制芯片予以记录，
所述湿度检测装置信号输出端与所述控制芯片的信号输入端通信连接，用于检测所述配电箱内部的湿度值并将该湿度值转换成信号数据传输给所述控制芯片予以记录；
所述电力检测装置包括第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块、及至少三个低功耗处理器，
所述第一采集模块用于采集所述控制芯片的电压征值；
所述第二采集模块用于采集所述控制芯片的电流征值；
所述第三采集模块用于采集得到漏电电流表征值；
所述第一低功耗微处理器用于根据所述电压征值进行处理，将峰值电压、平值电压和谷值电压数据生成电压信号传输给所述控制芯片予以记录；
所述第二低功耗微处理器用于根据所述电流征值进行处理，将峰值电流、平值电流和谷值电流数据生成电流信号传输给所述控制芯片予以记录；
用于根据所述漏电电流表征值进行处理，在发生漏电情况时生成漏电信号传输给所述控制芯片予以记录；
继电器单元，所述继电器单元由继电器和继电器开关组成，所述继电器上设置有所述继电器开关；
所述继电器与所述电力检测装置电连接；
控制单元，所述控制单元由控制芯片、系统总线、I/O控制模块和比较器模块组成；
所述控制单元用于接收温度检测装置、湿度检测装置及第一低功耗微处理器、第二低功耗微处理器和第三低功耗微处理器发送的数据信号，并将接收的温度值、湿度值、电压征值、电流征值及漏电电流表征值通过比较器模块与预设在所述控制芯片内的的温度值范围、湿度值范围、电压征值范围、电流征值范围及漏电电流表征值范围对比分析，其中，
所述控制芯片和所述比较器模块分别连接在所述系统总线上，所述I/O控制模块与所述继电器开关电连接，所述继电器开关根据所述I/O控制模块输出的电流信号，控制所述继电器开关的断开或者闭合，从而实现控制基站的运行；
当温度值、湿度值、电压征值、电流征值均在预设值正常范围内，且漏电电流表征值无漏电现象时，继电器开关复位，基站正常运行，
当温度值、湿度值、电压征值、电流征值有任意其一超出预设值正常范围时，或漏电电流表征值出现漏电现象时，则继电器开关断开，基站停止运行。
进一步的，所述控制芯片为MCU芯片。
进一步的，所述电源切换模块分别与温度检测装置、湿度检测装置、电力检测装置、继电器、控制芯片、系统总线、I/O控制模块和比较器电连接，用于提供各自所需要的工作电源。
进一步的，所述控制芯片与所述温度检测装置、所述湿度检测装置的通讯方式为UART，SPI、I2C或Zigbee的任意一种。
进一步的，所述第一采集模块包括至少一个电压连接片，所述电压连接片的一端与所述电力检测装置电连接，所述第二采集模块包括至少一个电流连接片，所述电流连接片的一端与所述电力检测装置电连接，所述第三采集模块包括至少一个剩余电流互感器，该剩余电流互感器用于根据一次侧漏电流得到检测电流值。
进一步的，所述比较器模块采用ARM Cortex-M3系列比较器。
进一步的，所述剩余电流互感器型号采用BA-DL-D45或BA-DL-D65任意一种。
进一步的，所述电压连接片与所述第一低功耗微处理器通讯连接，所述电流连接片与所述第二低功耗微处理器通讯连接，所述剩余电流互感器与所述第三低功耗微处理器通讯连接。
本发明的有益效果：
1、解决了施工现场环境恶劣、由于供电不稳定导致基站设备容易损害的问题。
2、实现了在施工现场的小型基站运行环境，如环境温度检测、环境湿度监测和在供电状态下的根据将接收到的电压征值，电流征值，漏电征值与预设在控制芯片的范围值进行比对检测，从而能够实现自动保护功能，有效保证了基站的运行安全，增加使用寿命。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意；
图2是本发明电源切换模块与各构件的连接关系图；
附图标记：1-配电箱；2-继电器单元；3-继电器开关；4-电源切换模块；5-状态监测报警单元；6-温度检测装置；7-湿度检测装置；8-电力检测装置；9-控制单元；801-第一采集模块；802-第二采集模块；803-第三采集模块；804-第一低功耗微处理器；805-第二低功耗微处理器；806-第三低功耗微处理器；901-控制芯片；902-系统总线；903-I/O控制模块；904-比较器模块；8011-电压连接片；8012-电流连接片；8013-剩余电流互感器；10-继电器。
具体实施方式
以下结合本发明结构附图和实施例对本发明产品作进一步描述，实施例的描述仅为便于理解和应用本发明，而非对本发明保护的限制。
术与“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术与“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术与应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术与在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
基于施工现场物联网的小型基站安全保护系统，包括配电箱1、继电器单元2、控制单元9和电源切换模块4，
配电箱1，配电箱1内部设置有状态监测报警单元5和继电器单元2，
状态监测报警单元5由温度检测装置6、湿度检测装置7和电力检测装置8组成，并且，
温度检测装置6信号输出端与控制芯片901的信号输入端通信连接，用于检测配电箱1内部的温度值并将该温度值转换成信号数据传输给控制芯片901予以记录，
湿度检测装置7信号输出端与控制芯片901的信号输入端通信连接，用于检测配电箱1内部的湿度值并将该湿度值转换成信号数据传输给控制芯片901予以记录；
电力检测装置8包括第一采集模块801、第二采集模块802和第三采集模块803、及至少三个低功耗处理器，
第一采集模块801用于采集控制芯片901的电压征值；
第二采集模块802用于采集控制芯片901的电流征值；
第三采集模块803用于采集得到漏电电流表征值；
第一低功耗微处理器804用于根据电压征值进行处理，将峰值电压、平值电压和谷值电压数据生成电压信号传输给控制芯片901予以记录；
第二低功耗微处理器805用于根据电流征值进行处理，将峰值电流、平值电流和谷值电流数据生成电流信号传输给控制芯片901予以记录；
第三低功耗微处理器806用于根据漏电电流表征值进行处理，在发生漏电情况时生成漏电信号传输给控制芯片901予以记录；
继电器单元2，继电器单元2由继电器2和继电器开关3组成，继电器2上设置有继电器开关3；
继电器2与电力检测装置8电连接；
控制单元9，控制单元9由控制芯片901、系统总线902、I/O控制模块903和比较器模块904组成；
控制单元9用于接收温度检测装置6、湿度检测装置7及第一低功耗微处理器804、第二低功耗微处理器805和第三低功耗微处理器806发送的数据信号，并将接收的温度值、湿度值、电压征值、电流征值及漏电电流表征值通过比较器模块904与预设在控制芯片901内的的温度值范围、湿度值范围、电压征值范围、电流征值范围及漏电电流表征值范围对比分析，其中，
控制芯片901和比较器模块904分别连接在系统总线902上，I/O控制模块903与继电器开关3电连接，继电器开关3根据I/O控制模块903输出的电流信号，控制继电器开关3的断开或者闭合，从而实现控制基站的运行；
当温度值、湿度值、电压征值、电流征值均在预设值正常范围内，且漏电电流表征值无漏电现象时，继电器开关3复位，基站正常运行，
当温度值、湿度值、电压征值、电流征值有任意其一超出预设值正常范围时，或漏电电流表征值出现漏电现象时，则继电器开关3断开，基站停止运行。
进一步的，控制芯片901为MCU芯片。
进一步的，电源切换模块4分别与温度检测装置6、湿度检测装置7、电力检测装置8、继电器2、控制芯片901、系统总线902、I/O控制模块903和比较器电连接，用于提供各自所需要的工作电源。
进一步的，控制芯片901与温度检测装置6、湿度检测装置7的通讯方式为UART，SPI、I2C或Zigbee的任意一种。
进一步的，第一采集模块801包括至少一个电压连接片8011，电压连接片8011的一端与电力检测装置8电连接，第二采集模块802包括至少一个电流连接片8012，电流连接片8012的一端与电力检测装置8电连接，第三采集模块803包括至少一个剩余电流互感器8013，该剩余电流互感器8013用于根据一次侧漏电流得到检测电流值。
进一步的，比较器模块904采用ARM Cortex-M3系列比较器。
进一步的，剩余电流互感器8013型号采用BA-DL-D45或BA-DL-D65任意一种。
进一步的，所述电压连接片8011与所述第一低功耗微处理器804通讯连接，所述电流连接片8012与所述第二低功耗微处理器805通讯连接，所述剩余电流互感器8013与所述第三低功耗微处理器806通讯连接。
工作原理，为适应施工现场的基站安装的实际需求，本方案从实际施工现场环境因素出发，通常在基站安装时候会存在电压、电流和漏电等异常情况，温湿度环境也会影响基站的传输速率等，即，通过安装在配电箱单元内的温度检测装置6、湿度检测装置7分别与电源切换模块电连接，配电箱外接380V工业电源，通过电力切换模块对温度检测装置6、湿度检测装置7和电力检测装置8供电，温度检测装置6和湿度检测装置7的信号输出端分别与控制芯片的信号输入端通信连接，分别检测配电箱内部的温度值和湿度值，并实现将检测到的温度值和湿度值转换成信号数据同时传输给控制芯片，控制芯片记录数据；第一、第二和第三采集模块分别对控制芯片记载的电压征值、电流征值和漏电电流表征值进行采集，并分别传输至第一低功耗微处理器804、第二低功耗微处理器805和第三低功耗微处理器806分别生成电压信号、电流信号和漏电信号处理后并传输给控制芯片，此时，控制芯片将该部分型号数据通过比较器模块进行处理，并与预设在控制芯片内的温度值范围、湿度值范围、电压征值范围、电流征值范围和漏电电流表征值范围进行对比，分析，当温度值、湿度值、电压征值、电流征值均在预设值正常范围内，且漏电电流表征值无漏电现象时，继电器开关复位，基站正常运行，否之，有上述任一项数据超出预设值正常范围时，或漏电电流表征值出现漏电现象时，则继电器开关3断开，基站停止运行，从而实现了在施工现场的小型基站运行环境，如环境温度检测、环境湿度监测和在供电状态下的根据将接收到的电压征值，电流征值，漏电征值与预设在控制芯片的范围值进行比对检测，从而能够实现自动保护功能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.基于施工现场物联网的小型基站安全保护系统，包括配电箱、继电器单元、控制单元和电源切换模块，其特征在于：
配电箱，所述配电箱内部设置有状态监测报警单元和继电器单元，
所述状态监测报警单元由温度检测装置、湿度检测装置和电力检测装置组成，并且，
所述温度检测装置信号输出端与所述控制芯片的信号输入端通信连接，用于检测所述配电箱内部的温度值并将该温度值转换成信号数据传输给所述控制芯片予以记录，
所述湿度检测装置信号输出端与所述控制芯片的信号输入端通信连接，用于检测所述配电箱内部的湿度值并将该湿度值转换成信号数据传输给所述控制芯片予以记录；
所述电力检测装置包括第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块、及至少三个低功耗处理器，
所述第一采集模块用于采集所述控制芯片的电压征值；
所述第二采集模块用于采集所述控制芯片的电流征值；
所述第三采集模块用于采集得到漏电电流表征值；
所述第一低功耗微处理器用于根据所述电压征值进行处理，将峰值电压、平值电压和谷值电压数据生成电压信号传输给所述控制芯片予以记录；
所述第二低功耗微处理器用于根据所述电流征值进行处理，将峰值电流、平值电流和谷值电流数据生成电流信号传输给所述控制芯片予以记录；
所述第三低功耗微处理器用于根据所述漏电电流表征值进行处理，在发生漏电情况时生成漏电信号传输给所述控制芯片予以记录；
继电器单元，所述继电器单元由继电器和继电器开关组成，所述继电器上设置有所述继电器开关；
所述继电器与所述电力检测装置电连接；
控制单元，所述控制单元由控制芯片、系统总线、I/O控制模块和比较器模块组成；
所述控制单元用于接收温度检测装置、湿度检测装置及第一低功耗微处理器、第二低功耗微处理器和第三低功耗微处理器发送的数据信号，并将接收的温度值、湿度值、电压征值、电流征值及漏电电流表征值通过比较器模块与预设在所述控制芯片内的的温度值范围、湿度值范围、电压征值范围、电流征值范围及漏电电流表征值范围对比分析，其中，
所述控制芯片和所述比较器模块分别连接在所述系统总线上，所述I/O控制模块与所述继电器开关电连接，所述继电器开关根据所述I/O控制模块输出的电流信号，控制所述继电器的断开或者闭合，从而实现控制基站的运行；
当温度值、湿度值、电压征值、电流征值均在预设值正常范围内，且漏电电流表征值无漏电现象时，继电器开关复位，基站正常运行，
当温度值、湿度值、电压征值、电流征值有任意其一超出预设值正常范围时，或漏电电流表征值出现漏电现象时，则继电器开关断开，基站停止运行。
2.根据权利要求1所述的基于施工现场物联网的小型基站安全保护系统，其特征在于：所述控制芯片为MCU芯片。
3.根据权利要求1所述的基于施工现场物联网的小型基站安全保护系统，其特征在于：所述电源切换模块分别与温度检测装置、湿度检测装置、电力检测装置、继电器、控制芯片、I/O控制模块和比较器模块电连接，用于提供各自所需要的工作电源。
4.根据权利要求1所述的基于施工现场物联网的小型基站安全保护系统，其特征在于：所述控制芯片与所述温度检测装置、所述湿度检测装置的通讯方式为UART，SPI、I2C或Zigbee的任意一种。
5.根据权利要求1所述的基于施工现场物联网的小型基站安全保护系统，其特征在于：所述第一采集模块包括至少一个电压连接片，所述电压连接片的一端与所述电力检测装置电连接，所述第二采集模块包括至少一个电流连接片，所述电流连接片的一端与所述电力检测装置电连接，所述第三采集模块包括至少一个剩余电流互感器，该剩余电流互感器用于根据一次侧漏电流得到检测电流值。
6.根据权利要求1所述的基于施工现场物联网的小型基站安全保护系统，其特征在于：所述比较器模块采用ARM Cortex-M3系列比较器。
7.根据权利要求5所述的基于施工现场物联网的小型基站安全保护系统，其特征在于：所述剩余电流互感器型号采用BA-DL-D45或BA-DL-D65任意一种。
8.根据权利要求5所述的基于施工现场物联网的小型基站安全保护系统，其特征在于：所述电压连接片与所述第一低功耗微处理器通讯连接，所述电流连接片与所述第二低功耗微处理器通讯连接，所述剩余电流互感器与所述第三低功耗微处理器通讯连接。
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