CN111965459A - 一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端 - Google Patents

一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端 Download PDF

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CN111965459A CN202010841506.0A CN202010841506A CN111965459A CN 111965459 A CN111965459 A CN 111965459A CN 202010841506 A CN202010841506 A CN 202010841506A CN 111965459 A CN111965459 A CN 111965459A
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严俊
李露露
赵学臣
孙冠男
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Abstract

本发明公开是关于用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端，涉及用电安全技术领域，所述箱体内设有安全监测分析组件，所述安全监测分析组件包括分析模块、第一数据通讯模组以及第二数据通讯模组，其中，所述分析模块的输入端与第一数据通讯模组的输出端相连接；所述分析模块的输出端与第二数据通讯模组的输入端相连接。本公开技术方案通过LoRa、4G无线通信，施工简单，无须布线，施工成本低。本发明内置嵌入式Linux系统，运行多种数据算法，快速监测线路中过载、漏电的电气火灾隐患。

Description

一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端
技术领域
本发明公开涉及用电安全技术领域，尤其涉及一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端。
背景技术
城市智慧消防是利用物联网、人工智能、虚拟现实、移动互联网+等最新技术，配合大数据云计算平台、火警智能研判等专业应用，实现某个城市或者区域消防的智能化管理，是智慧城市的重要部分。
智慧消防行业主要依据消防终端检测传感器产品、现场消防设施、以及当下比较流行的LoRa通信共同搭建了一个智慧消防的全生态行业体系，通过软件平台对大数据的分析实现实时、动态、互动、融合的消防信息采集、分析和发布，实现了电气火灾隐患的智慧防控，最大限度的做到早预判、早发现、早除患、早扑救的目标。
目前应用的技术标准类型比较多，传统的智慧用电的检测存在以下缺陷：
第一、检测范围有限，只能检测线路的电流数据，不具备剩余电流的采集，不能检测线路中存在的漏电隐患，不能显示检测的具体位置，当出现电气隐患时，需要逐个排查，人力成本高；
第二、不具备智能决策的功能，本地模块不具备智能计算和分析的能力，不能实时监控用电设施、设备、电气线路的运行情况，及时对电气火灾隐患作出警示，更好地辅助加强自身配备、用电设施设备和电气线路的管理维护。
第三、数据通信也受到有线通信的限制，导致现场的布线复杂，施工难度大，成本高。
通过对近五年来电气火灾事故分析发现，主要有过载(过负荷用电)、漏电等几种原因导致事故的发生。传统技术检测到用电问题时会有信息上报不及时，数据上传不准确的问题，不具备本地分析的能力，需要现场人员对数据进行分析排查，耗时费力，不能及时找到隐患点位。不能对数据进行滤波分析容易受到噪声信号的干扰，导致数据不准确，出现漏报、误报的情况。而且基于以前通信标准，数据传输速度和信息量都会受到限制。同时传统技术上都是单点数据采集上报，整体系统的稳定性较差，投资成本过高。
解决以上问题及缺陷的意义为：依据用户场景需求，采用最适合的数据处理方法，实现对复杂数据的计算，更快更经济。特别适合大量实时数据采集与问题处理的专业场景，例如工厂、园区、学校、医院、商场、写字楼等。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端。所述技术方案如下：
根据本发明公开实施例的第一方面，提供一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端，包括箱体，所述箱体内设有安全监测分析组件，所述安全监测分析组件包括分析模块、第一数据通讯模组以及第二数据通讯模组，其中，
所述分析模块的输入端与第一数据通讯模组的输出端相连接；
所述分析模块的输出端与第二数据通讯模组的输入端相连接。
在一个实施例中，所述第一数据通讯模组包括LoRa模块以及数据交换模块，其中，
所述分析模块的输入端通过网线与数据交换模块的输出端相连接，所述数据交换模块用于提供数据传输通道，为系统分析终端提供外部数据接口，进行程序装载、升级；
所述LoRa模块的输出端通过网线与数据交换模块的输入端相连接，所述LoRa模块用于接收监测终端的监测数据以及发送从数据云平台上下载的控制指令。
在一个实施例中，所述第二数据通讯模组包括4G模块或5G模块，所述分析模块的输出端通过USB数据线与4G模块或5G模块的输入端相连接，所述4G模块或5G模块用于上传分析数据以及接收数据云平台的控制指令。
在一个实施例中，所述分析模块通过数据交换模块与LoRa模块相连接，用于接收并分析监测终端的监测数据，分析步骤如下：
数据解析步骤：解析监测终端的测量数据；
数据分析步骤：对解析的数据进行算法判别，判断线路中的过载、漏电电气隐患；
数据存储步骤，定时判断终端是否在线，终端掉线后，自动对分析数据进行存储。
在一个实施例中，所述数据解析步骤：解析监测终端的测量数据，其具体为：
步骤一：解析从站地址，对应相应的监测终端。
步骤二：解析功能码，对应操作指令。
步骤三：解析监测数据，获取电流、剩余电流值。
步骤四：CRC校验，判断数据的准确性。
在一个实施例中，所述数据分析步骤：对解析的数据进行算法判别，判断线路中的过载、漏电电气隐患，其具体为：
步骤一：根据线路类型设定线路最大载流量和漏电阈值。
步骤二：与数据解析中获得的电流、剩余电流值进行对比。
步骤三：当获得的电流、剩余电流值大于或等于设定的最大载流量和漏电阈值时，则判定为过载、漏电。
在一个实施例中，所述数据存储步骤，定时判断终端是否在线，终端掉线后，自动对分析数据进行存储，其具体为：
分析模块定时给平台发送心跳数据包，判断在线状态。
本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：该设备集成了线路电流、剩余电流等电气数据采集和过载(过负荷用电)、漏电等隐患检测于一体，具有以下具体有益效果：
第一、LoRa模块构建本地局域网，与多个监测终端建立通信；LoRa模块接收监测的数据，通过数据交换模块传输给分析模块，分析模块通过自有算法进行数据解析、判别，并把分析结果通过4G模块或5G模块上传至平台。
第二、根据电磁感应的原理，通过互感器把一次侧大电流转换成二次侧小电流，完成线路电流、剩余电流的采集。采集的数据传至分析模块，与设定的线路阈值进行比较，当采集的数据大于线路阈值时则判定存在过载(过负荷用电)、漏电等隐患；
第三、同时该设备内部集成了无线传输数据模块，解决了布线难、安装难的问题。能够实时采集多个监测终端的数据，进行智能分析，并将关键参数信息和分析结果上传至自主研发的云平台及手机APP，做到对电气安全隐患实时掌控，有效防范电气安全隐患的发生。
当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本发明所述一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析终端的硬件连接示意图；
图2是本发明所述一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端的分析模块的工作流程图；
图3是本发明所述一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端箱体的主视图；
图4是本发明所述一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端箱体的左视图；
图5是本发明所述一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端箱体的右视图；
图6是本发明所述一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析终端的硬件安装布线图；
图7是本发明所述一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析系统的连接示意图；
图8是本发明所述一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析系统的工作流程图；
1、分析模块； 2、LORA模块； 3、4G模块；
4、数据交换模块； 5、电源模块； 6、监测终端；
7、箱体； 8、SAM天线座； 9、RJ45网口座；
10、AC220V电源座
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本发明公开实施例所提供的技术方案涉及用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端，尤其涉及用电安全技术领域。在相关技术中，传统的智慧用电的检测范围有限，不具备智能决策的功能，数据通信也受到有线通信的限制，信息上报不及时，数据上传不准确的问题。基于此，本公开技术方案所提供的用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端，具备了线路电流、剩余电流等电气参数的采集，具备集中式边缘计算功能，实时地进行数据采集，对采集的数据和设定的阈值进行比较分析，并定时把分析结果上报平台，从而快速解决和发现问题所在，减轻了服务器的负担，减少了分析时间，提升了系统稳定性，具备超高性能。
传统的云端数据分析存在以下问题：
1、成本高：前端实时运行数据特别是图像数据的采集量大，上传成本高；
2、效率低：所有数据都在中央节点上传、处理并再次发送返回指令，处理时间长；
3、可靠性低：如果网络出现问题或中心节点出现故障，即使是短时间的云服务中断也会产生影响，丢失数据；
相对于传统的云端数据分析处理而言，本技术方案所描述的用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端利用本地智能终端+云端数据处理方式的优势在于：本地智能终端完成边缘计算，着眼于实时、短周期数据的分析，更好地支撑本地业务及时处理执行；云计算是作为统筹者，负责长周期数据的大数据分析，能够在周期性维护、业务决策等领域运行。
1、本地处理更及时：
本地数据分析，异常判定速度更快，且发生异常就地处理，问题处理更及时，系统运行更可靠、更安全。
2、缓解云中心压力：
只将关键数据和分析结果上传云数据中心，能够极大的缓解云数据中心的压力。
3、减少网络流量：
随着物联网设备数量的增加，数据生成继续以创纪录的速度增长，网络带宽变得更加有限，导致更大的数据瓶颈。
4、提高应用程序效率：
通过降低延迟级别，应用程序可以更高效、更快速的运行。
5、数据可靠性更高：
即使出现网络故障，数据不会丢失，可实现本地端的数据保存，网络
恢复后可进行云边数据同步；
6、灵活的设备选型配置：
根据管理对象，本地智能终端配置不同硬件选型，如：变电站、配电间、企业厂房。
图1示例性示出了本发明公开技术方案所提供的用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端的结构示意图。根据图1和图6可知：电气火灾隐患判断的用电安全监测分析终端包括分析模块1、LoRa模块2、4G模块3、数据交换模块4、电源模块5。
LoRa模块2用于和多个监测终端6之间的无线通信，进行采集数据的接收和控制数据的发送。
4G模块3用于和平台之间的无线通信，进行分析模块1的分析数据上传和平台控制指令的下发。
数据交换模块4用于分析模块1、LoRa模块2之间的数据传输，并为算法录入、升级提供数据通道。
分析模块1用于数据的处理，加载自主研发的核心算法，进行数据的监测、分析、存储、上传。
电源模块5用于终端的供电输入，进行AC-DC的电源转换。
作为核心的分析模块采用高性能核心处理器，Cortex-A72内核，实现对大量监测数据的实时采集、分析处理；
运用LoRa通信技术搭建本地局域网，进行监测数据的传输，无须布线，支持多点位实时传输。采用工业级高性能电源模块，高要求的EMC滤波电路，稳压输出，低纹波噪声；
运用4G通信技术连接平台，传输速度快，延时小，保证数据传输的有效性，监测的实时性。
本发明分析模块搭载嵌入式Linux系统，包含应用层，内核层，硬件层，其中，
应用层对接用户，展示系统应用；
内核层用于设备驱动，进程管理，内存管理，网络通信；
硬件层对接监测终端，完成各种信号之间的相互转换。
该分析模块具备数据监测，数据分析，数据存储，数据上传的功能。与监测终端的数据通信采用主动下发机制，分析模块的处理器主动下发采集指令等待监测终端反馈数据的方式进行数据的监测。数据分析采用多种判别算法，峰值滤波、均值滤波、中值滤波等进行监测数据的有效分析，峰值滤波通过将信号调制成解析信号的瞬时频率，利用解析信号的峰值进行瞬时频率估计，恢复有效信号，中值滤波通过从某个采样周期取出奇数个数据进行排序，用排序后的中值取代要处理的数据。均值滤波通过把采样周期内的数据取平均值，对数据进行线性处理。通过均值滤波的线性处理，峰值、中值滤波的去噪声处理，从而达到数据的稳定性。与平台的数据通信采用MQTT协议。使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合；对负载内容屏蔽的消息传输；使用TCP/IP提供网络连接；小型传输，协议交换最小化，节省网络流量。支持心跳机制、加密算法，心跳机制采用定时与平台进行心跳数据的交换从而达到终端是否正常在线的一个检测机制。当终端掉线时，分析数据在本地进行存储，待恢复正常后继续上传，保证数据的完整性。程序具备全程看门狗检测机制，用于应对程序跑飞，程序错乱，终端宕机等问题的发生，达到自主安全稳定的运行，保证数据的稳定性。
如图8所示，一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端的分析模块经过如下分析步骤：
如图2所示，一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端的分析模块经过如下分析步骤，对多个监测终端的数据完成运算：
步骤S01：分析模块通过数据交换模块下发数据采集指令，利用LORA模块解析从站地址，实现与多个监测终端进行连接通讯，采集监测众终端的监测数据；
步骤S02A：分析模块发送电流数据采集指令；
步骤S03A：利用LORA模块接收电流数据报文；
步骤S04A：利用数据交换模块解析电流数据，记录为I；
步骤S05A：对电流数据I进行CRC校验；
步骤S06A：判断电流数据I是否准确，若准确，则退出步骤S06A，进入步骤S07A；若错误，则退出步骤S06A，进入步骤S02A；
步骤S07A：读取用户设定的线路最大载流量，记为Imax；
步骤S08A：判断I≥Imax，若是，则退出步骤S08A，进入步骤S09A；若否，则退出步骤S08A，进入步骤S11；
步骤S09A：确认线路故障原因为过载，退出步骤S09A，进入步骤S10；
与上述步骤同时进行以下步骤：
步骤S02B：分析模块发送剩余电流数据采集指令；
步骤S03B：利用LORA模块接收剩余电流数据报文；
步骤S04B：利用数据交换模块解析剩余电流数据，记录为IR；
步骤S05B：对剩余电流数据IR进行CRC校验；
步骤S06B：判断剩余电流数据IR是否准确，若准确，则退出步骤S06B，进入步骤S07B；若错误，则退出步骤S06B，进入步骤S02B；
步骤S07B：读取用户设定的线路剩余电流，记为IRmax；
步骤S08B：判断IR≥IRmax，若是，则退出步骤S08B，进入步骤S09B；若否，则退出步骤S08B，进入步骤S11；
步骤S09B：确认线路故障原因为过载，退出步骤S09B，进入步骤S10；
步骤S10：基于电流数据I和剩余电流数据IR的判断，输入二者的判断结果；
步骤S11：存储监测数据以及判定结果；
步骤S12：将监测数据以及判定结果直接上传到云平台或者直接发送至手机APP。
如图3至图5所示，电气火灾隐患判断的用电安全监测分析终端的箱体7上集成作为供电开关的AC220V电源座10，作为接线端子的RJ45网口座9，作为通讯天线的SMA天线座8，外观结构采用一体化设计，安装方便，接线简单，供电开关用于终端的电源输入接口，集成开关、保险和指示灯功能，接线端子用于终端的算法录入、升级。
实施例二，如图7和图8所示：
一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析系统，包括:
用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端；至少一个监测终端；数据云平台；智能移动终端，其中，智能移动终端安装用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析系统APP，通过无线方式与数据云平台进行通讯，下载数据云平台的分析数据或通过云平台向用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端发送控制指令；用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端与至少一个监测终端进行无线通讯，搭建本地局域网，监测数据的接收，控制指令的发送。
上述用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析系统工作流程如下：
步骤S01：数据监测：利用至少一个监测终端对电路电流以及剩余电流值进行监测；
步骤S02：数据分析：判断电路电流是否不小于用户设定的线路最大载流量的关系以及剩余电流是否不小于用户设定的剩余电流值的关系，如果满足条件，则判断存在电气火灾隐患；若否，则继续进行数据监测；
步骤S03：数据存储：将监测数据以及分析结果进行存储；
步骤S04：数据上传：利用4G模块或5G模块，将将监测数据以及分析结果上传至数据云平台或智能移动终端。
以线路最大载流量为100A，漏电阈值为70mA。
示例一：监测终端采集数据为：电流50A，剩余电流值为10mA。
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####MQTT实时数据####
{"time":"2020-08-10 09:42:00","data":[{"id":"1","16012":50.0,"16024":10}]}。
示例二：监测终端采集数据为电流110A，剩余电流值为80mA。
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Send:00 00 00 00 00 00 00 01 08 02 03 00 48 00 02 44 2e
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####MQTT报警数据####
{"time":"2020-08-10 09:42:00","data":[{"id":"1","16101":1,"16102":1}]}。
本领域技术人员在考虑说明书及实际公开的内容后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围应由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端，包括箱体，其特征在于，所述箱体内设有安全监测分析组件，所述安全监测分析组件包括分析模块、第一数据通讯模组以及第二数据通讯模组，其中，
所述分析模块的输入端与第一数据通讯模组的输出端相连接；
所述分析模块的输出端与第二数据通讯模组的输入端相连接。
2.根据权利要求1用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端，其特征在于，所述第一数据通讯模组包括LoRa模块以及数据交换模块，其中，
所述分析模块的输入端通过网线与数据交换模块的输出端相连接，所述数据交换模块用于提供数据传输通道，为系统分析终端提供外部数据接口，进行程序装载、升级；
所述LoRa模块的输出端通过网线与数据交换模块的输入端相连接，所述LoRa模块用于接收监测终端的监测数据以及发送从数据云平台上下载的控制指令。
3.根据权利要求1用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端，其特征在于，所述第二数据通讯模组包括4G模块或5G模块，所述分析模块的输出端通过USB数据线与4G模块或5G模块的输入端相连接，所述4G模块或5G模块用于上传分析数据以及接收数据云平台的控制指令。
4.根据权利要求2用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端，其特征在于，所述分析模块通过数据交换模块与LoRa模块相连接，用于接收并分析监测终端的监测数据，分析步骤如下：
数据解析步骤：解析监测终端的测量数据；
数据分析步骤：对解析的数据进行算法判别，判断线路中的过载、漏电电气隐患；
数据存储步骤：定时判断终端是否在线，终端掉线后，自动对分析数据进行存储。
5.根据权利要求4用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端，其特征在于，所述数据解析步骤：解析监测终端的测量数据，其具体为：
步骤一：解析从站地址，对应相应的监测终端。
步骤二：解析功能码，对应操作指令。
步骤三：解析监测数据，获取电流、剩余电流值。
步骤四：CRC校验，判断数据的准确性。
6.根据权利要求4用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端，其特征在于，所述数据分析步骤：对解析的数据进行算法判别，判断线路中的过载、漏电电气隐患，其具体为：
步骤一：根据线路类型设定线路最大载流量和漏电阈值。
步骤二：与数据解析中获得的电流、剩余电流值进行对比。
步骤三：当获得的电流、剩余电流值大于或等于设定的最大载流量和漏电阈值时，则判定为过载、漏电。
7.根据权利要求4用于电气火灾隐患判断的用电安全监测分析智能终端，其特征在于，所述数据存储步骤，定时判断终端是否在线，终端掉线后，自动对分析数据进行存储，其具体为：
分析模块定时给平台发送心跳数据包，判断在线状态。
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Citations (8)

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