CN111697523A

CN111697523A - 一种电缆沟智能散热系统及方法

Info

Publication number: CN111697523A
Application number: CN202010579012.XA
Authority: CN
Inventors: 刘伟斌; 何干龙; 叶颖; 刘文豪
Original assignee: Guangdong Power Grid Co Ltd; Dongguan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: Guangdong Power Grid Co Ltd; Dongguan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2020-06-23
Publication date: 2020-09-22

Abstract

本发明涉及电力设备监测技术领域，公开了一种电缆沟智能散热系统及方法。所述系统包括：主机、POE交换机、ARM控制器、可见光传感器、红外辐射传感器、红外融合模块、A/D转换器、单片机控制电路、触发器以及排气扇；所述方法包括：对电缆沟内的电缆散热温度进行数据采集处理，得到可视图像数据和红外阵列数据；对前述数据处理得到红外融合图像并将其转化为用户数据包协议信息；对用户数据包协议信息进行分析，根据分析结果生成散热启停指令；根据散热启停指令对排气扇进行启停控制操作。应用本发明，在判断到电缆通道温度过高时可准确对温度过高的位置进行散热，从而做到及时维护，保障电缆的正常运行，且具有效率高和成本低的优点。

Description

一种电缆沟智能散热系统及方法

技术领域

本发明涉及电力设备监测技术领域，尤其涉及一种电缆沟智能散热系统及方法。

背景技术

电缆沟盖板在日常生活中经常见到，是对电缆沟出入口进行遮盖和防护的一种电力辅助设备。在炎热的夏季，电缆沟内的温度可达60-80℃，灼热的空气会对电缆造成巨大影响，因此对电缆沟盖板的通风散热要求相当重要。

但是，目前常见的电缆沟盖板存在散热功能不完善的缺陷，这是由于：为了防止外界水分进入到电缆沟的内部，通常将电缆沟盖板设置为密封性结构，导致电缆沟内的空气无法通过电缆沟盖板与外界空气进行交换，从而造成无法散热。而且，电缆通道往往是分段设置电缆沟，使得电缆通道温度只能通过电缆沟进行大量通风散热。但在实际情况中，如果发生电缆温度过高导致信号中断或者损坏，往往无法精准的判断事因由哪一段电缆导致，排查起来相当困难，而且这种事时常发生的主要原因就在于：电缆沟无法及时散热导致整个电缆通道长期处于高温环境，加速电缆损坏。

因此，亟需一种电缆沟智能散热解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电缆沟智能散热系统及方法，以解决现有技术存在的电缆沟散热效果差的缺陷。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种电缆沟智能散热系统，包括：主机、POE交换机、ARM控制器、可见光传感器、红外辐射传感器、红外融合模块、A/D转换器、单片机控制电路、触发器以及排气扇；

所述主机、所述POE交换机及所述ARM控制器依次连接；

所述ARM控制器分别连接所述可见光传感器、所述红外辐射传感器、所述红外融合模块以及所述A/D转换器；

所述A/D转换器、所述单片机控制电路、所述触发器以及所述排气扇依次连接；

所述可见光传感器，用于对电缆沟内的电缆散热温度进行数据采集处理，得到可视图像数据并将其通过所述ARM控制器发送至所述红外融合模块；

所述红外辐射传感器，用于对电缆沟内的电缆散热温度进行数据采集处理，得到红外阵列数据并将其通过所述ARM控制器发送至所述红外融合模块；

所述红外融合模块，用于对接收到的所述红外阵列数据和所述可视图像数据处理得到红外融合图像，将所述红外融合图像转化为用户数据包协议信息后发送至所述ARM控制器；

所述ARM控制器，用于将来自所述红外融合模块的用户数据包协议信息通过所述POE交换机发送至所述主机；还用于将来自主机的散热启停指令发送至所述A/D转换器，由所述A/D转换器根据所述散热启停指令驱动所述单片机控制电路触发接触器启停排气扇；

所述主机，用于对所述用户数据包协议信息进行数据存储及分析，根据分析结果生成所述散热启停指令，并将所述散热启停指令通过所述POE交换机发送至所述ARM控制器。

可选的，还包括电缆沟板盖和配件箱；

所述配件箱，用于装载所述POE交换机、所述ARM控制器、所述可见光传感器、所述红外辐射传感器、所述红外融合模块、所述A/D转换器、单片机控制电路、所述触发器以及所述排气扇。

可选的，所述电缆沟板盖装载于所述配件箱的顶部，且所述配件箱与所述电缆沟板盖之间形成有一透气槽。

可选的，所述配件箱的底部，于中间位置安装有一接线格兰头，于两侧位置安装所述排气扇。

可选的，还包括LED闪光灯；所述LED闪光灯，与所述ARM控制器连接，用于为所述可见光传感器及所述红外辐射传感器的数据采集操作提供照明。

可选的，所述可见光传感器，包括：可见光窗口、可视图像模块、低压CMOS图像传感器以及SCCB接口；

所述可见光传感器，具体用于通过所述可见光窗口采集数据形成可见光图像，将所述可见光图像储存于所述可视图像模块内，通过所述低压CMOS图像传感器对所述可见光图像进行处理得到所述可视图像数据，并将所述可视图像数据通过所述SCCB接口实时输送至所述ARM控制器。

可选的，所述红外辐射传感器，包括：红外辐射窗口、红外数据采集模块，红外线感应器、红外阵列数据处理模块以及C接口；

所述红外辐射传感器，具体用于通过所述红外辐射窗口采集电缆表面的散热温度形成红外数据，将所述红外数据储存至所述红外数据采集模块内，通过所述红外线感应器对所述红外数据处理得到所述红外阵列数据，并将所述红外阵列数据通过所述C接口实时输送至所述ARM控制器。

可选的，所述POE交换机包括12W电隔离电源，用于为所述ARM控制器供电。

一种电缆沟智能散热方法，应用于如上任一所述的电缆沟智能散热系统，包括步骤：

对电缆沟内的电缆散热温度进行数据采集处理，得到可视图像数据和红外阵列数据；

对所述红外阵列数据和所述可视图像数据处理，得到红外融合图像，将所述红外融合图像转化为用户数据包协议信息；

对所述用户数据包协议信息进行分析，根据分析结果生成散热启停指令；

根据所述散热启停指令对排气扇进行启停控制操作。

可选的，所述红外融合图像，按照以下运算方式依次运算得出：

其中，p是图像滤波器输入温度矩阵，I是可见光制导图像，q是图像滤波器输出，k为窗口ω_k的像素，(a_k，b_k)是假定在ω_k中为常数的线性系数，ε是防止a_k过大的正则化参数，μ_k和

是I在ω_k中的平均值和方差，|ω|是ω_k中的像素数，

是p在ω_k中的平均值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明采用基于红外测温系统及运放模块对电缆线路通道温度进行实时动态监测，同时可通过将数据传输至终端进行实时分析监测，来实时掌握电缆运行时电缆通道的温度分布信息。因此，本发明不仅可以精确检测电缆通道温度是否过高，同时可以实施启动排气扇对电缆通道温度过高的对应位置进行散热，两者相结合，即当判断到电缆通道温度过高时可准确对温度过高的位置进行散热，从而做到及时维护，保障电缆的正常运行，且具有效率高和成本低的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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它的附图。

图1为本发明实施例提供的电缆沟智能散热系统框图。

图2为本发明实施例提供的第一视角下的配件箱的立体结构图。

图3为本发明实施例提供的第二视角下的配件箱的立体结构图。

图4为本发明实施例提供的电缆沟智能散热方法流程图。

图号说明：主机1、POE交换机2、12W电隔离电源201、ARM控制器3、ARM芯片301、LED闪光灯4、可见光传感器5、可见光窗口501、可视图像模块502、低压CMOS图像传感器503、SCCB接口6、红外辐射传感器7、红外辐射窗口701、红外数据采集模块702、红外线感应器703、红外阵列数据处理模块704、C接口8、红外融合模块9、图像滤波器901、A/D转换器10、单片机控制电路11、触发器12、排气扇13、电缆沟板盖14、配件箱1401、透气槽1402、开孔1403、箱门1404、接线格兰头1405。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明提供了一种电缆沟智能散热系统，适用于电力系统中的电缆沟温度监控及散热功能，可实时监测电缆沟内的散热温度正常，在超出正常范围时及时启动排风扇进行散热，从而实现智能化的散热功能。

请参阅图1，本发明提供的电缆沟智能散热系统，具体包括：

主机1、POE交换机2、ARM控制器3、可见光传感器5、LED闪光灯4、红外辐射传感器7、红外融合模块9、A/D转换器10、单片机控制电路11、触发器12以及排气扇13。

主机1、POE交换机2及ARM控制器3依次连接；ARM控制器3分别连接LED闪光灯4、可见光传感器5、红外辐射传感器7、红外融合模块9以及A/D转换器10；A/D转换器10、单片机控制电路11、触发器12以及排气扇13依次连接。

可见光传感器5，用于对电缆沟内的电缆散热温度进行数据采集处理，得到可视图像数据并将其通过ARM控制器3发送至红外融合模块9；该可见光传感器5，具体可包括：可见光窗口501、可视图像模块502、低压CMOS图像传感器503以及SCCB接口6。

红外辐射传感器7，用于对电缆沟内的电缆散热温度进行数据采集处理，得到红外阵列数据并将其通过ARM控制器3发送至红外融合模块9；该红外辐射传感器7，具体可包括：红外辐射窗口701、红外数据采集模块702，红外线感应器703、红外阵列数据处理模块704以及C接口8。

LED闪光灯4，用于为可见光传感器5及所述红外辐射传感器7的数据采集操作提供照明。

红外融合模块9，用于对接收到的红外阵列数据和可视图像数据处理得到红外融合图像，将红外融合图像转化为用户数据包协议信息后发送至ARM控制器3。

ARM控制器3，用于将来自红外融合模块9的用户数据包协议信息通过POE交换机2发送至主机1；还用于将来自主机1的散热启停指令发送至A/D转换器10，由A/D转换器10根据散热启停指令驱动单片机控制电路11触发接触器启停排气扇13。

主机1，用于对用户数据包协议信息进行数据存储及分析，根据分析结果生成散热启停指令，并将散热启停指令通过POE交换机2发送至ARM控制器3。

上述电缆沟智能散热系统，其工作过程主要包括以下部分：

(1)温度数据采集过程，具体为：

位于远程变电站中的主机1通过一根电缆连接POE交换机2提供电力及接收信息，POE交换机2连接ARM控制器3，ARM控制器3具有多个连接端，分别线性连接LED闪光灯4、可见光传感器5、红外辐射传感器7、红外融合模块9、A/D转换器10，LED闪光灯4为可见光传感器5及红外辐射传感器7的电缆散热温度数据采集操作提供照明，可见光传感器5通过可见光窗口501采集数据形成可见光图像并储存在内置的可视图像模块502，红外线传感器7通过红外辐射窗口701采集电缆表面散热温度形成红外数据储存在内置的红外数据采集模块702。

(2)利用传感器中的既定模块采集及传输过程，具体包括：

低压CMOS图像传感器503处理可见光图像得到可视图像数据，并将此可视图像数据实时通过SCCB接口6输送至ARM控制器3中；

红外线感应器703处理红外温度数据并输送到红外数据采集模块702中的红外阵列数据处理模块704中，处理得到红外阵列数据并将其通过C接口8输送至ARM控制器3中。

(3)ARM控制器3接收到相应数据信息后传输到红外融合模块9进行运算后得出数据信息的过程，具体包括：

ARM控制器3中的ARM芯片301实时收集可视图像模块502、红外数据采集模块702的数据并对其内存地址进行编程或解码，并对应驱动，ARM控制器3将对应数据通过通信电路输送到红外融合模块9，红外融合模块9通过图像滤波器901接收红外阵列数据和可视图像数据，并输出红外融合图像，然后将红外融合图像转换为用户数据报协议消息，并通过ARM控制器3连接的POE交换机2通过电缆网络发送给位于远程变电站中的主机1进行数据储存及分析。

(4)主机1接收到用户数据报协议消息后的处理过程，具体包括：

主机1在接收到用户数据报协议消息后，进行数据分析及储存，并通过数据分析后发现温度过高或持续升温时，回输散热启停指令到ARM控制器3，ARM控制器3将散热启停指令输送到A/D转换器10，驱动线性连接的单片机控制电路11触发接触器12启停排气扇13实现散热。

需要说明的是，POE交换机2不仅是通过一根电缆在ARM控制器3和网络之间进行通信的部分，还包括通过传递12W电隔离电源201来为整个连接件供电的电源部分，该电源通过与通信部分相同的电缆进行传输，这样就可以使该系统使用在任一电缆通道中。

示例性的，红外融合模块9通过图像滤波器901接收红外阵列数据和可视图像数据，并输出红外融合图像，红外融合图像数据具体可由下列运算方式依次运算得出：

如可见光制导图像I(800×600)、图像滤波器输入温度矩阵p(16×4)、图像滤波器输出q(800×600)。为了在p上应用图像滤波器，将其放大到q(800×200)，假设在窗口ωk的像素k处有I的线性变换：

其中(a_k，b_k)是假定在ω_k中为常数的一些线性系数。使用半径为r的正方形窗口。这个局部线性模型确保只有当我有边时q才有边，因为

为了确定线性系数，寻求(1)的解，使q和引导图像滤波器输入p之间的差最小。具体来说，在窗口中最小化以下成本函数：

其中，ε是防止a_k过大的正则化参数。(2)的解可用线性回归给出：

其中μ_k和

是I在ω_k中的平均值和方差，|ω|是ω_k中的像素数，

是p在ω_k中的平均值。

将线性模型应用于整个图像中的所有本地窗口，然而，像素i包含在所有包含i的窗口ω_k中，因此当在不同窗口中计算时，q_i在(1)的值不相同。一个简单的策略是平均气的所有可能值。在对图像中的所有面片ω_k计算(a_k，b_k)之后，通过以下公式计算引导图像滤波器输出：

式中

通过这种修改，

不再是

的标度，因为线性系数

在空间上变化。然而，由于

是平均引导图像滤波器的输出，它们的梯度在强边附近应该比I的梯度小得多。在这种情况下，仍然可以得到

这意味着I中的突然强度变化基本上可以保持在q中。

此外，本实施例的电缆沟智能散热系统，还包括电缆沟板盖14和配件箱1401。其中的配件箱1401，用于装载POE交换机2、ARM控制器3、可见光传感器5、红外辐射传感器7、红外融合模块9、A/D转换器10、单片机控制电路11、触发器12以及排气扇13。

请参阅图2和图3所示，电缆沟板盖14装载于配件箱1401的顶部，且配件箱1401与电缆沟板盖14之间形成有一透气槽1402。配件箱1401的底部，于中间位置安装有一接线格兰头1405，，排气扇13安装于配件箱1401的底部的两侧位置。LED闪光灯4、可见光传感器5、红外辐射传感器7分别安装在配件箱1401的箱侧的开孔1403处，A/D转换器10、单片机控制电路11、接触器12安装在配件箱1401后箱内侧。箱门1404可以进行打开闭合，方便维护。

请参阅图4，本发明实施例还提供了适用于上述系统的电缆沟智能散热方法，包括步骤：

步骤101、对电缆沟内的电缆散热温度进行数据采集处理，得到可视图像数据和红外阵列数据。

步骤102、对红外阵列数据和所述可视图像数据处理，得到红外融合图像，将红外融合图像转化为用户数据包协议信息。

步骤103、对用户数据包协议信息进行分析，根据分析结果生成散热启停指令。

步骤104、根据散热启停指令对排气扇13进行启停控制操作。

本发明采用基于红外测温系统及运放模块对电缆线路通道温度进行实时动态监测，同时可通过将数据传输至终端进行实时分析监测，来实时掌握电缆运行时电缆通道的温度分布信息。因此，本发明不仅可以精确检测电缆通道温度是否过高，同时可以实施启动排气扇13对电缆通道温度过高的对应位置进行散热，两者相结合，即当判断到电缆通道温度过高时可准确对温度过高的位置进行散热，从而做到及时维护，保障电缆的正常运行，且具有效率高和成本低的优点。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。