CN112928820A - 配电柜用自动检测系统及其检测方法 - Google Patents

配电柜用自动检测系统及其检测方法 Download PDF

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Abstract

配电柜用自动检测系统，包括控制器，所述控制器通过AD转换器电气连接有环境参数检测模块和电气参数检测模块；所述控制器电气连接有红外检测模块，在控制器上连接有计时器，所述计时器用于记录获取检测参数相对应的时间节点；所述控制器通过无线收发器与上位机相连；在控制器上还电气连接有声光报警器和液晶显示屏；配电柜用自动检测方法包括以下步骤：控制器接收获取的检测参数，1组成环境参数矩阵A和电气参数矩阵B；在控制器的数据库内调用运算函数E(x)，结合环境参数矩阵A和电气参数矩阵B，得到运算函数E(x)的最终形式：计算得到xu的具体数值；对xu的具体数值进行评估：结合红外检测模块拍摄的红外图像，确认配电柜的使用状态。

Description

配电柜用自动检测系统及其检测方法
技术领域：
本发明涉及配电柜用自动检测系统及其检测方法。
背景技术：
配电柜分动力配电柜和照明配电柜、计量柜，是配电系统的末级设备。配电柜是电动机控制中心的统称；配电柜使用在负荷比较分散、回路较少的场合；电动机控制中心用于负荷集中、回路较多的场合；它们把上一级配电设备某一电路的电能分配给就近的负荷，这级设备应对负荷提供保护、监视和控制；配电柜具有安装简便，技术性能特殊、位置固定，配置功能独特、不受场地限制，应用比较普遍，操作稳定可靠，空间利用率高，占地少且具有环保效应的技术特点。
配电柜的工作原理为：按电气接线要求将开关设备、测量仪表、保护电器和辅助设备组装在封闭或半封闭金属柜中或屏幅上，构成低压配电柜。正常运行时可借助手动或自动开关接通或分断电路，故障或不正常运行时借助保护电器切断电路或报警，借测量仪表可显示运行中的各种参数，还可对某些电气参数进行调整，对偏离正常工作状态进行提示或发出信号；在配电柜运行过程中常见的故障主要包括环境参数对低压电器影响而引起的故障；产品质量引起的故障；配电柜内电气组件选择不当引起的故障。
为了避免配电柜出现故障，需要对配电柜进行检测；而现有的检测方式往往是工作人员去现场进行实地检测，根据配电柜的使用状态，工作人员来确定配电柜的故障情况；由于配电柜的数量较多，工作人员的实际工作量大，操作起来难度较高，不能及时准确获取所需要的配电柜检测参数；并且，现有的检测方式检测获取的配电柜检测参数较为单一，容易出现误差，可靠性较差。
发明内容：
本发明实施例提供了配电柜用自动检测系统及其检测方法，方法和结构设计合理，基于单片机控制器的集成控制原理，在控制器电气连接多类型的检测设备，并结合无线收发器，可以使工作人员远程及时准确获取配电柜相对应的多项检测参数，对配电柜检测参数进行处理和评估，从而精准快速确认配电柜的使用状态，当配电柜出现故障时，可以及时反馈进行维修，保证配电柜的正常运转，解决了现有技术中存在的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
配电柜用自动检测系统，包括控制器，所述控制器通过AD转换器电气连接有环境参数检测模块和电气参数检测模块；所述环境参数检测模块用于检测配电柜使用环境对应的参数，所述电气参数检测模块用于检测配电柜内部电气组件的使用状态；所述控制器电气连接有红外检测模块，所述红外检测模块用于生成红外图像，以辅助观测配电柜内部的使用状态；在控制器上连接有计时器，所述计时器用于记录获取检测参数相对应的时间节点；所述控制器通过无线收发器与上位机相连；在控制器上还电气连接有声光报警器和液晶显示屏；所述控制器的型号为STM32F103C8T6,，所述控制器通过十号引脚与计时器相连，所述控制器通过十六号引脚与AD转换器相连，所述控制器通过第一继电器和第二继电器与声光报警器相连，所述控制器通过三十三号引脚与红外检测模块相连，所述控制器通过三十八号引脚和三十九号引脚与无线收发器相连，所述控制器通过四十二号引脚与液晶显示屏相连。
所述AD转换器的型号为AD8551，在AD转换器上设有8个引脚，所述AD转换器通过六号引脚与控制器的十六号引脚相连。
所述计时器的型号为555计时器，在555计时器上设有8个引脚，所述555计时器通过三号引脚与控制器的十号引脚相连。
所述无线收发器的型号为ESP8266，在无线收发器上设有8个引脚，所述无线收发器的四号引脚与控制器的三十九号引脚相连，所述无线收发器的八号引脚与控制器的三十八号引脚相连。
所述声光报警器包括第一继电器和第二继电器，所述第一继电器与控制器的二十三号引脚相连，所述第二继电器与控制器的二十四号引脚相连；在第一继电器上连接有红色指示灯，在第二继电器上连接有扬声器。
所述环境参数模块包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器；所述温度传感器的型号为SHT20，在温度传感器上设有4个引脚，所述温度传感器的二号引脚与AD转换器的三号引脚相连，所述温度传感器的三号引脚与AD转换器的二号引脚相连；所述湿度传感器的型号为KZWS-01，在湿度传感器上设有3个引脚，所述湿度传感器的二号引脚与AD转换器的三号引脚相连，所述湿度传感器的三号引脚与AD转换器的二号引脚相连；所述气压传感器的型号为MIK-P300，所述气压传感器与AD转换器的三号引脚相连。
所述电气参数检测模块包括电压表、电流表和功率表。
所述红外检测模块包括红外收发器和摄像头，所述红外收发器的型号为HC-SR505，在红外收发器上设有6个引脚，所述红外收发器的五号引脚与控制器的三十三号引脚相连，在红外收发器的二号引脚上连接有摄像头。
配电柜自动检测方法，包括以下步骤：
S1，控制器通过AD转换器接收获取的检测参数，并分别定义为温度参数t1、湿度参数s1、气压参数p1和电流参数I1、电压参数U1、功率参数Q1；
S2，将温度参数t1、湿度参数s1、气压参数p1组成环境参数矩阵A，将电流参数I1、电压参数U1、功率参数Q1组成电气参数矩阵B；
S3，在控制器的数据库内调用运算函数E(x)，结合上述环境参数矩阵A和电气参数矩阵B，得到运算函数E(x)的最终形式：
E(xu)＝ATBxu 2+BTAxu 2+Nxu
其中，xu为关联系数，N为检测参数实际获取的数目；
S4，对E(xu)进行求导，令导数等于0，计算得到xu的具体数值；
S5，对xu的具体数值进行评估：当xu的数值处于(0,0.6]区间时，说明环境参数矩阵A和电气参数矩阵B均为正定矩阵，则配电柜处于正常工作状态；当xu的数值处于(0.6,2]区间时，说明环境参数矩阵A为正定矩阵，电气参数矩阵B不是正定矩阵，则配电柜内部电气组件出现故障不能正常工作；当xu的数值大于2时，说明环境参数矩阵A不为正定矩阵，则环境参数已经不满足配电柜的使用要求，需及时关断进行维修保护；
S6，结合红外检测模块内的红外收发器和摄像头拍摄的红外图像，进一步确认配电柜的使用状态。
所述温度参数、湿度参数、气压参数、电流参数、电压参数和功率参数均为十进制数据。
本发明采用上述结构，通过AD转换器和环境检测模块、电气参数检测模块相配合以将配电柜使用环境对应的参数和内部电气参数进行检测并传输到控制器，从而精准快速确认配电柜的使用状态；通过红外检测模块生成红外图像来进行辅助检测配电柜内部的使用状态；通过计时器来记录获取检测参数相对应的时间节点，方便工作人员进行查验；通过无线收发器与工作人员的上位机进行无线通讯，方便检测参数进行传输；在检测器上设有声光报警器和液晶显示器来进行报警和显示对应的信息，方便提示工作人员，具有高效实用、安全可靠的优点。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的控制器的电气原理图。
图3为本发明的AD转换器的电气原理图。
图4为本发明的计时器的电气原理图。
图5为本发明的无线收发器的电气原理图。
图6为本发明的声光报警器的电气原理图。
图7为本发明的环境参数检测模块的结构示意图。
图8为本发明的温度传感器的电气原理图。
图9为本发明的湿度传感器的电气原理图。
图10为本发明的气压传感器的结构示意图。
图11为本发明的红外检测模块的结构示意图。
图12为本发明的红外收发器的电气原理图。
图13为本发明的电气参数检测模块的结构示意图。
图14为本发明的流程步骤示意图。
具体实施方式：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
如图1-14中所示，配电柜用自动检测系统，包括控制器，所述控制器通过AD转换器电气连接有环境参数检测模块和电气参数检测模块；所述环境参数检测模块用于检测配电柜使用环境对应的参数，所述电气参数检测模块用于检测配电柜内部电气组件的使用状态；所述控制器电气连接有红外检测模块，所述红外检测模块用于生成红外图像，以辅助观测配电柜内部的使用状态；在控制器上连接有计时器，所述计时器用于记录获取检测参数相对应的时间节点；所述控制器通过无线收发器与上位机相连；在控制器上还电气连接有声光报警器和液晶显示屏；所述控制器的型号为STM32F103C8T6,，所述控制器通过十号引脚与计时器相连，所述控制器通过十六号引脚与AD转换器相连，所述控制器通过第一继电器和第二继电器与声光报警器相连，所述控制器通过三十三号引脚与红外检测模块相连，所述控制器通过三十八号引脚和三十九号引脚与无线收发器相连，所述控制器通过四十二号引脚与液晶显示屏相连。
所述AD转换器的型号为AD8551，在AD转换器上设有8个引脚，所述AD转换器通过六号引脚与控制器的十六号引脚相连。
所述计时器的型号为555计时器，在555计时器上设有8个引脚，所述555计时器通过三号引脚与控制器的十号引脚相连。
所述无线收发器的型号为ESP8266，在无线收发器上设有8个引脚，所述无线收发器的四号引脚与控制器的三十九号引脚相连，所述无线收发器的八号引脚与控制器的三十八号引脚相连。
所述声光报警器包括第一继电器和第二继电器，所述第一继电器与控制器的二十三号引脚相连，所述第二继电器与控制器的二十四号引脚相连；在第一继电器上连接有红色指示灯，在第二继电器上连接有扬声器。
所述环境参数模块包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器；所述温度传感器的型号为SHT20，在温度传感器上设有4个引脚，所述温度传感器的二号引脚与AD转换器的三号引脚相连，所述温度传感器的三号引脚与AD转换器的二号引脚相连；所述湿度传感器的型号为KZWS-01，在湿度传感器上设有3个引脚，所述湿度传感器的二号引脚与AD转换器的三号引脚相连，所述湿度传感器的三号引脚与AD转换器的二号引脚相连；所述气压传感器的型号为MIK-P300，所述气压传感器与AD转换器的三号引脚相连。
所述电气参数检测模块包括电压表、电流表和功率表。
所述红外检测模块包括红外收发器和摄像头，所述红外收发器的型号为HC-SR505，在红外收发器上设有6个引脚，所述红外收发器的五号引脚与控制器的三十三号引脚相连，在红外收发器的二号引脚上连接有摄像头。
配电柜自动检测方法，包括以下步骤：
S1，控制器通过AD转换器接收获取的检测参数，并分别定义为温度参数t1、湿度参数s1、气压参数p1和电流参数I1、电压参数U1、功率参数Q1；
S2，将温度参数t1、湿度参数s1、气压参数p1组成环境参数矩阵A，将电流参数I1、电压参数U1、功率参数Q1组成电气参数矩阵B；
S3，在控制器的数据库内调用运算函数E(x)，结合上述环境参数矩阵A和电气参数矩阵B，得到运算函数E(x)的最终形式：
E(xu)＝ATBxu 2+BTAxu 2+Nxu
其中，xu为关联系数，N为检测参数实际获取的数目；
S4，对E(xu)进行求导，令导数等于0，计算得到xu的具体数值；
S5，对xu的具体数值进行评估：当xu的数值处于(0,0.6]区间时，说明环境参数矩阵A和电气参数矩阵B均为正定矩阵，则配电柜处于正常工作状态；当xu的数值处于(0.6,2]区间时，说明环境参数矩阵A为正定矩阵，电气参数矩阵B不是正定矩阵，则配电柜内部电气组件出现故障不能正常工作；当xu的数值大于2时，说明环境参数矩阵A不为正定矩阵，则环境参数已经不满足配电柜的使用要求，需及时关断进行维修保护；
S6，结合红外检测模块内的红外收发器和摄像头拍摄的红外图像，进一步确认配电柜的使用状态。
所述温度参数、湿度参数、气压参数、电流参数、电压参数和功率参数均为十进制数据。
本发明实施例中的配电柜用自动检测系统及其检测方法的工作原理为：基于单片机控制器的集成控制原理，在控制器电气连接多类型的检测设备，并结合无线收发器，可以使工作人员远程及时准确获取配电柜相对应的多项检测参数，对配电柜检测参数进行处理和评估，从而精准快速确认配电柜的使用状态，当配电柜出现故障时，可以及时反馈进行维修，保证配电柜的正常运转，基本可以适用于配电柜常见的所有类型的故障。
在整体方案中，以控制器STM32F013C8T6作为核心组件，控制器通过十号引脚与计时器相连，控制器通过十六号引脚与AD转换器相连，控制器通过第一继电器和第二继电器与声光报警器相连，所述控制器通过三十三号引脚与红外检测模块相连，控制器通过三十八号引脚和三十九号引脚与无线收发器相连，控制器通过四十二号引脚与液晶显示屏相连，从而构成了整体硬件电气结构，并依托该电气结构，准确获取配电柜相对应的多项检测参数，进一步的，通过对多项检测参数进行处理评估，得到配电柜的真实使用状态；与现有的单一检测方式相比，精度更高、可靠性更强。
优选的，AD转换器的型号为AD8551，计时器的型号为555计时器，无线收发器的型号为ESP8266。
对于环境参数模块，主要包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器；温度传感器的型号为SHT20，在温度传感器上设有4个引脚，温度传感器的二号引脚与AD转换器的三号引脚相连，温度传感器的三号引脚与AD转换器的二号引脚相连；湿度传感器的型号为KZWS-01，在湿度传感器上设有3个引脚，湿度传感器的二号引脚与AD转换器的三号引脚相连，湿度传感器的三号引脚与AD转换器的二号引脚相连；气压传感器的型号为MIK-P300，所述气压传感器与AD转换器的三号引脚相连。
对于红外检测模块，包括红外收发器和摄像头，红外收发器的型号为HC-SR505，在红外收发器上设有6个引脚，红外收发器的五号引脚与控制器的三十三号引脚相连，在红外收发器的二号引脚上连接有摄像头，从而获取配电柜内部的红外图像，辅助观测配电柜内部的使用状态。
对于电气参数检测模块，至少包括电压表、电流表和功率表，能够根据实际使用场合进行调整。
在配电柜自动检测方法中，主要包括以下步骤：控制器通过AD转换器接收获取的检测参数，并分别定义为温度参数湿度参数、气压参数和电流参数、电压参数、功率参数；将温度参数t1、湿度参数s1、气压参数p1组成环境参数矩阵A，将电流参数I1、电压参数U1、功率参数Q1组成电气参数矩阵B；在控制器的数据库内调用运算函数E(x)，结合上述环境参数矩阵A和电气参数矩阵B，得到运算函数E(x)的最终形式：对E(xu)进行求导，令导数等于0，计算得到xu的具体数值；对xu的具体数值进行评估：结合红外检测模块内的红外收发器和摄像头拍摄的红外图像，进一步确认配电柜的使用状态。
特别说明的，温度参数、湿度参数、气压参数、电流参数、电压参数和功率参数均为十进制数据，方便数据的收集和运算。
综上所述，本发明实施例中的配电柜用自动检测系统及其检测方法基于单片机控制器的集成控制原理，在控制器电气连接多类型的检测设备，并结合无线收发器，可以使工作人员远程及时准确获取配电柜相对应的多项检测参数，对配电柜检测参数进行处理和评估，从而精准快速确认配电柜的使用状态，当配电柜出现故障时，可以及时反馈进行维修，保证配电柜的正常运转，基本可以适用于配电柜常见的所有类型的故障，也能适用于不同类型和规格的配电柜及内部的电气组件。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.配电柜用自动检测系统，其特征在于：包括控制器，所述控制器通过AD转换器电气连接有环境参数检测模块和电气参数检测模块；所述环境参数检测模块用于检测配电柜使用环境对应的参数，所述电气参数检测模块用于检测配电柜内部电气组件的使用状态；所述控制器电气连接有红外检测模块，所述红外检测模块用于生成红外图像，以辅助观测配电柜内部的使用状态；在控制器上连接有计时器，所述计时器用于记录获取检测参数相对应的时间节点；所述控制器通过无线收发器与上位机相连；在控制器上还电气连接有声光报警器和液晶显示屏；所述控制器的型号为STM32F103C8T6,，所述控制器通过十号引脚与计时器相连，所述控制器通过十六号引脚与AD转换器相连，所述控制器通过第一继电器和第二继电器与声光报警器相连，所述控制器通过三十三号引脚与红外检测模块相连，所述控制器通过三十八号引脚和三十九号引脚与无线收发器相连，所述控制器通过四十二号引脚与液晶显示屏相连。
2.根据权利要求1所述的配电柜用自动检测系统，其特征在于：所述AD转换器的型号为AD8551，在AD转换器上设有8个引脚，所述AD转换器通过六号引脚与控制器的十六号引脚相连。
3.根据权利要求1所述的配电柜用自动检测系统，其特征在于：所述计时器的型号为555计时器，在555计时器上设有8个引脚，所述555计时器通过三号引脚与控制器的十号引脚相连。
4.根据权利要求1所述的配电柜用自动检测系统，其特征在于：所述无线收发器的型号为ESP8266，在无线收发器上设有8个引脚，所述无线收发器的四号引脚与控制器的三十九号引脚相连，所述无线收发器的八号引脚与控制器的三十八号引脚相连。
5.根据权利要求1所述的配电柜用自动检测系统，其特征在于：所述声光报警器包括第一继电器和第二继电器，所述第一继电器与控制器的二十三号引脚相连，所述第二继电器与控制器的二十四号引脚相连；在第一继电器上连接有红色指示灯，在第二继电器上连接有扬声器。
6.根据权利要求2所述的配电柜用自动检测系统，其特征在于：所述环境参数模块包括温度传感器、湿度传感器和气压传感器；所述温度传感器的型号为SHT20，在温度传感器上设有4个引脚，所述温度传感器的二号引脚与AD转换器的三号引脚相连，所述温度传感器的三号引脚与AD转换器的二号引脚相连；所述湿度传感器的型号为KZWS-01，在湿度传感器上设有3个引脚，所述湿度传感器的二号引脚与AD转换器的三号引脚相连，所述湿度传感器的三号引脚与AD转换器的二号引脚相连；所述气压传感器的型号为MIK-P300，所述气压传感器与AD转换器的三号引脚相连。
7.根据权利要求2所述的配电柜用自动检测系统，其特征在于：所述电气参数检测模块包括电压表、电流表和功率表。
8.根据权利要求1所述的配电柜用自动检测系统，其特征在于：所述红外检测模块包括红外收发器和摄像头，所述红外收发器的型号为HC-SR505，在红外收发器上设有6个引脚，所述红外收发器的五号引脚与控制器的三十三号引脚相连，在红外收发器的二号引脚上连接有摄像头。
9.配电柜自动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，控制器通过AD转换器接收获取的检测参数，并分别定义为温度参数t1、湿度参数s1、气压参数p1和电流参数I1、电压参数U1、功率参数Q1；
S2，将温度参数t1、湿度参数s1、气压参数p1组成环境参数矩阵A，将电流参数I1、电压参数U1、功率参数Q1组成电气参数矩阵B；
S3，在控制器的数据库内调用运算函数E(x)，结合上述环境参数矩阵A和电气参数矩阵B，得到运算函数E(x)的最终形式：
E(xu)＝ATBxu 2+BTAxu 2+Nxu
其中，xu为关联系数，N为检测参数实际获取的数目；
S4，对E(xu)进行求导，令导数等于0，计算得到xu的具体数值；
S5，对xu的具体数值进行评估：当xu的数值处于(0,0.6]区间时，说明环境参数矩阵A和电气参数矩阵B均为正定矩阵，则配电柜处于正常工作状态；当xu的数值处于(0.6,2]区间时，说明环境参数矩阵A为正定矩阵，电气参数矩阵B不是正定矩阵，则配电柜内部电气组件出现故障不能正常工作；当xu的数值大于2时，说明环境参数矩阵A不为正定矩阵，则环境参数已经不满足配电柜的使用要求，需及时关断进行维修保护；
S6，结合红外检测模块内的红外收发器和摄像头拍摄的红外图像，进一步确认配电柜的使用状态。
10.根据权利要求9所述的配电柜自动检测方法，其特征在于：所述温度参数、湿度参数、气压参数、电流参数、电压参数和功率参数均为十进制数据。
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