CN111103483A - 一种基于物联网技术的防雷器智能监控系统 - Google Patents

一种基于物联网技术的防雷器智能监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于物联网技术的防雷器智能监控系统，其包括电涌保护器、云服务器和接收端；电涌保护器包括MCU、NB模块、脱扣开关、雷击计数器、温升采集器、相电压采集器，MCU分别与雷击计数器、温升采集器和所述相电压采集器通信连接；雷击计数器用于采集雷击的次数，所述温升采集器用于采集周围的环境温度数据和所述电涌保护器的温度变化数据，所述相电压采集器用于检测所述电涌保护器的三相电压数据；云服务器根据雷击的次数、环境温度数据、温度变化数据和三相电压数据判断所述电涌保护器的劣化程度，当电涌保护器发生故障，云服务器向所述接收端发送警报信息。用户可以第一时间了解所述电涌保护器的工作状态。

Description

一种基于物联网技术的防雷器智能监控系统
技术领域
本发明涉及防雷器领域，特别是涉及一种基于物联网技术的防雷器智能监控系统。
背景技术
随着物联网技术的发展，万物互联将是未来所有设备所具备的基本功能，尤其是电气安全器件，无数的火灾、触电安全事故的发生都跟雷电入侵或用电设备的老化、失效、欠缺维护保养有直接的关系，而随着人力成本的增加和工业、民用电力系统的复杂化，只靠着专人的定期维护已经不能完全避免事故的发生，并且效率低成本高。因此，市面上出现一些利用物联网技术实现自动报警的电涌保护器，然而这些电涌保护器只能采集环境温度、雷电预警、极性、雷电流幅值，这些参数都跟电涌保护器自身的性能好坏没有直接关系，如电涌保护器自身劣化，很容易导致数据采集不准确，影响用户对用电设备的正常判断。而且现有产品都是把电涌保护器、数据采集器、网关、路由器分开布设，现场通过有线或无线方式传递采集到的信号，安装时的调试浪费大量人力物力，使用过程中也会受到多种因素干扰，导致无数据或数据丢包等情况，系统运行稳定性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于物联网技术的防雷器智能监控系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于物联网技术的防雷器智能监控系统，其包括电涌保护器、云服务器和接收端；所述电涌保护器包括MCU、NB模块、脱扣开关、雷击计数器、温升采集器、相电压采集器，所述MCU分别与所述雷击计数器、所述温升采集器和所述相电压采集器通信连接，所述MCU与所述NB模块通信连接，所述NB模块与所述云服务器通信连接；所述雷击计数器用于采集所述电涌保护器受雷击的次数并将受雷击的次数发送至所述MCU，所述温升采集器用于采集周围的环境温度数据和所述电涌保护器的温度变化数据并将环境温度数据和温度变化数据发送至所述MCU，所述相电压采集器用于检测所述电涌保护器的三相电压数据并将三相电压数据发送至所述MCU；所述MCU将受雷击的次数、环境温度数据、温度变化数据和三相电压数据通过所述NB模块发送至所述云服务器，所述云服务器根据雷击的次数、环境温度数据、温度变化数据和三相电压数据判断所述电涌保护器的劣化程度，当所述电涌保护器发生故障，所述云服务器向所述接收端发送警报信息。
进一步地，所述电涌保护器还包括RS485信号接口和开关信号接口，所述RS485信号接口用于接收外接设备的通信数据或者向外发送自身采集的数据，所述开关信号接口用于检测外接设备的开关量或者向外发送启动开关指令，控制外接设备的启动或关闭。
进一步地，所述电涌保护器还包括脱扣开关和脱扣检测模块，所述脱扣检测模块用于检测所述脱扣开关的脱扣动作，当所述脱扣开关动作时，所述脱扣检测模块向所述MCU发送脱扣信号，所述MCU向所述云服务器发送脱扣信号。
进一步地，所述云服务器设有阀值，当所述云服务器计算出所述电涌保护器受雷击的次数达到阀值时，所述云服务器确定超阀值的电涌保护器位置信息，并向所述接收端发送警报信息。
进一步地，所述MCU为STM32F103RBT6，所述雷击计数器包括四脚光耦合器、桥式整流器和电磁感应线圈，所述四脚光耦合器的发射引脚接地，所述四脚光耦合器的阳极引脚外接一个第一电阻，所述四脚光耦合器的收集器引脚与所述MCU的22号引脚相连，所述桥式整流器的其中两端外接电磁感应线圈，所述桥式整流器的另外两端分别与第一电阻和所述四脚光耦合器的阴极引脚相连接。
进一步地，所述温升采集器包括环境温度探头和芯片温度探头，所述芯片温度探头贴于所述电涌保护器的SPD芯片表面，所述环境温度探头显露于所述电涌保护器外。
进一步地，所述相电压采集器包括U相电压检测电路、V相电压检测电路和W相电压检测电路，所述U相电压检测电路用于检测所述电涌保护器的U相电压，所述V相电压检测电路用于检测所述电涌保护器的V相电压，所述W相电压检测电路用于检测所述电涌保护器的W相电压，所述云服务器内设有比较模块，所述比较模块用于比较所述电涌保护器三相电压之间的频率大小和幅度大小。
本发明的有益效果为：通过采集所述电涌保护器受雷击的次数、环境温度数据、温度变化数据和三相电压数据并发送至所述云服务器进行分析处理，确保用户可以第一时间了解所述电涌保护器的工作状态，方便用户第一时间对劣化的电涌保护器进行更换。所述电涌保护器、MCU、NB模块、温度采集器、电压采集器、雷击计数器、脱扣开关信号采集等都整合在一个产品体内，无需现场调试，大大降低安装成本和使用维护成本。
附图说明
附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1为本发明一实施例提供的系统框图；
图2为电涌保护器的结构示意图；
图3为雷击计数器的电路图；
图4为温度测量电路的结构示意图；
图5为相电压检测电路的结构示意图。
具体实施方式
如图1-2中所示，本发明一实施例提供的一种基于物联网技术的防雷器智能监控系统，其包括电涌保护器1、云服务器2和接收端3。所述电涌保护器1包括MCU、NB模块、雷击计数器、五个温升采集器、三个相电压采集器、四个脱扣开关、底座和四个插拔防雷抽芯，所述MCU、NB模块、所述雷击计数器、所述温升采集器、四个脱扣开关、所述相电压采集器皆位于所述底座内，而每个插拔防雷抽芯内都有一块SPD芯片，所述插拔防雷抽芯可拆卸地安装于所述底座上，四个插拔防雷抽芯用于分别对应连接三相电线中U相电线、W相电线、V相电线和N线，防止电涌对用电设备产生危害。所述MCU分别与所述雷击计数器、脱扣开关、所述温升采集器和所述相电压采集器通信连接，所述MCU与所述NB模块通信连接，所述NB模块与所述云服务器2通信连接，所述MCU用于接收所述脱扣开关、雷击计数器、所述温升采集器和所述相电压采集器的数据并利用所述NB模块通过NB-IOT基站上传至所述云服务器2，所述云服务器2再将数据发送至述接收端3，所述接收端3可以为用户的手机或者电脑，用户可以第一时间了解接收端3的运行情况。
如图1-3中所示，所述雷击计数器用于采集所述电涌保护器1受雷击的次数，每当所述雷击计数器感应到所述电涌保护器1受雷击时，则向所述MCU发送一个雷击计数，所述MCU将雷击计数和接收到该雷击计数的端口信息发送至所述云服务器2，所述云服务器2根据端口信息确定受到雷电冲击的防雷抽芯的位置信息，并对其雷击计数进行统计。所述电涌保护器1在实验室环境下，受到额定雷电流值冲击15次则到达极限，但由于自然雷电大小不统一，并非每次雷电流值冲击都能达到额定值，因此对所述云服务器2设置一个阀值，该阀值为100，当所述云服务器2计算出所述电涌保护器1受雷击的次数达到阀值时，所述云服务器2确定超阀值的电涌保护器1位置信息，并向所述接收端3发送警报信息，告知用户达到阀值的电涌保护器1的所在位置。所述MCU为STM32F103RBT6，所述雷击计数器包括四脚光耦合器、桥式整流器和电磁感应线圈，所述四脚光耦合器的发射引脚接地，所述四脚光耦合器的阳极引脚外接一个第一电阻，所述四脚光耦合器的收集器引脚与所述MCU的22号引脚相连，所述桥式整流器的其中两端外接电磁感应线圈，所述桥式整流器的另外两端分别与第一电阻和所述四脚光耦合器的阴极引脚相连接。
如图1和图4中所示，所述温升采集器包括环境温度探头、四个芯片温度探头五个温度测量电路，所述芯片温度探头用于采集所述电涌保护器1的温度变化数据，所述芯片温度探头贴于所述电涌保护器1的SPD芯片表面，确保检测出来的温度精确，所述环境温度探头在产品内远离发热源的角落，确保检测的出的温度跟外界环境温度一致，所述环境温度探头用于采集周围的环境温度数据，其中每个防雷抽芯都会配备一个芯片温度探头，每个芯片温度探头各连接一个温度测量电路，环境温度探头单独连接一个温度测量电路，五个温度测量电路分别与所述MCU的8号引脚、9号引脚、10号引脚、11号引脚和14号引脚相连接。所述温升采集器将环境温度数据和温度变化数据发送至所述MCU，所述MCU再通过所述NB模块将数据上传至所述云服务器2。当所述电涌保护器1受到多次雷击后，SPD芯片会逐渐劣化，漏流会爬升，从而导致温度爬升，如所述云服务器2检测到SPD芯片到达85℃就可以判断芯片失效，此时所述云服务器2向所述接收端3发送警报信息，告知用户温度过高的电涌保护器1的所在位置。
如图1和图5中所示，所述相电压采集器包括U相电压检测电路、V相电压检测电路和W相电压检测电路，其中U相电压检测电路、V相电压检测电路和W相电压检测电路的结构皆相同，U相电压检测电路与所述MCU的15号引脚相连，V相电压检测电路与所述MCU的16号引脚相连，W相电压检测电路与所述MCU的17号引脚相连，所述U相电压检测电路用于检测所述电涌保护器1的U相电压，所述V相电压检测电路用于检测所述电涌保护器1的V相电压，所述W相电压检测电路用于检测所述电涌保护器1的W相电压，所述相电压采集器在采集完三相电压数据后将三相电压数据发送至所述MCU，所述MCU再将三相电压数据通过NB模块上传至所述云服务器2，所述云服务器2内设有比较模块，所述比较模块用于比较所述电涌保护器1三相电压之间的频率大小和幅度大小。相电压是SPD芯片选型的依据，相电压过高会直接造成SPD芯片的损坏，通过对相电压的监测，可以判断供电线路是否存在电压过高、缺相、三相不平衡等供电故障，如发现供电故障，所述云服务器2则向所述接收端3发出警报信息，告知用户发生故障的电涌保护器1的所在位置和故障的原因。通过采集所述电涌保护器1受雷击的次数、环境温度数据、温度变化数据和三相电压数据并发送至所述云服务器2进行分析处理，确保用户可以第一时间了解所述电涌保护器1的工作状态，方便用户第一时间对供电故障进行处理或更换合适的电涌保护器。
如图1-2中所示，所述电涌保护器1还包括RS485信号接口和开关信号接口，所述RS485信号接口用于接收外接设备的通信数据或者向外发送自身采集数据，所述开关信号接口用于检测外接设备的开关量或者向外发送启动开关指令，控制外接设备的启动或关闭，从而避免故障引起次生灾害发生。用户可以利用所述RS485信号接口和所述开关信号接口与周边设备通信连接，实现周边设备的物联网功能，从而让所述电涌保护器1可以感知周边设备，更好的提高电涌保护器1的综合管理水平。所述电涌保护器1还包括脱扣检测模块，所述脱扣检测模块用于检测所述脱扣开关的脱扣动作，当所述脱扣开关动作时，所述脱扣检测模块向所述MCU发送脱扣信号，所述MCU通过所述NB模块向所述云服务器2发送脱扣信号，所述云服务器2再将所述接收端3发送警报信息，告知用户脱扣的电涌保护器1的所在位置，确保工作人员及时获知信息并第一时间对脱扣的电涌保护器1进行更换。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种基于物联网技术的防雷器智能监控系统，其特征在于，包括电涌保护器、云服务器和接收端；所述电涌保护器包括MCU、NB模块、雷击计数器、温升采集器、相电压采集器，所述MCU分别与所述雷击计数器、所述温升采集器和所述相电压采集器通信连接，所述MCU与所述NB模块通信连接，所述NB模块与所述云服务器通信连接；所述雷击计数器用于采集所述电涌保护器受雷击的次数并将受雷击的次数发送至所述MCU，所述温升采集器用于采集周围的环境温度数据和所述电涌保护器的温度变化数据并将环境温度数据和温度变化数据发送至所述MCU，所述相电压采集器用于检测所述电涌保护器的三相电压数据并将三相电压数据发送至所述MCU；所述MCU将受雷击的次数、环境温度数据、温度变化数据和三相电压数据通过所述NB模块发送至所述云服务器，所述云服务器根据雷击的次数、环境温度数据、温度变化数据和三相电压数据判断所述电涌保护器的劣化程度，当所述电涌保护器发生故障，所述云服务器向所述接收端发送警报信息。
2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的防雷器智能监控系统，其特征在于：所述电涌保护器还包括RS485信号接口和开关信号接口，所述RS485信号接口用于接收外接设备的通信数据或者向外发送自身采集的数据，所述开关信号接口用于检测外接设备的开关量或者向外发送启动开关指令，控制外接设备的启动或关闭。
3.根据权利要求1所述的基于物联网技术的防雷器智能监控系统，其特征在于：所述电涌保护器还包括脱扣开关和脱扣检测模块，所述脱扣检测模块用于检测所述脱扣开关的脱扣动作，当所述脱扣开关动作时，所述脱扣检测模块向所述MCU发送脱扣信号，所述MCU通过所述NB模块向所述云服务器发送脱扣信号。
4.根据权利要求1所述的基于物联网技术的防雷器智能监控系统，其特征在于：所述云服务器设有阀值，当所述云服务器计算出所述电涌保护器受雷击的次数达到阀值时，所述云服务器确定超阀值的电涌保护器位置信息，并向所述接收端发送警报信息。
5.根据权利要求1所述的基于物联网技术的防雷器智能监控系统，其特征在于：所述MCU为STM32F103RBT6，所述雷击计数器包括四脚光耦合器、桥式整流器和电磁感应线圈，所述四脚光耦合器的发射引脚接地，所述四脚光耦合器的阳极引脚外接一个第一电阻，所述四脚光耦合器的收集器引脚与所述MCU的22号引脚相连，所述桥式整流器的其中两端外接电磁感应线圈，所述桥式整流器的另外两端分别与第一电阻和所述四脚光耦合器的阴极引脚相连接。
6.根据权利要求1所述的基于物联网技术的防雷器智能监控系统，其特征在于：所述温升采集器包括环境温度探头和芯片温度探头，所述芯片温度探头贴于所述电涌保护器的SPD芯片表面，所述环境温度探头显露于所述电涌保护器外。
7.根据权利要求1所述的基于物联网技术的防雷器智能监控系统，其特征在于：所述相电压采集器包括U相电压检测电路、V相电压检测电路和W相电压检测电路，所述U相电压检测电路用于检测所述电涌保护器的U相电压，所述V相电压检测电路用于检测所述电涌保护器的V相电压，所述W相电压检测电路用于检测所述电涌保护器的W相电压，所述云服务器内设有比较模块，所述比较模块用于比较所述电涌保护器三相电压之间的频率大小和幅度大小。
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