CN112947216B - 架空线路可视化监拍供电气象控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种架空线路可视化监拍供电气象控制系统及方法，包括：供电模块，气象数据采集模块和微控制器，供电模块和气象数据采集模块分别于微控制器连接；所述供电模块的输出端与监拍装置的多个功能模块分别连接；微控制器根据未来设定时间段内的气象数据、供电模块的当前电量以及多个功能模块的重要性和所需能耗，控制供电模块选择不同的供电策略。本发明对可视化监拍系统内部功能模块根据重要性和耗能进行分级，结合剩余电量以及气象数据进行充电策略管理，有效保障了监拍系统核心功能的工作时长。

Description

架空线路可视化监拍供电气象控制系统及方法
技术领域
本发明属于输电线路可视化监拍技术领域，尤其涉及一种架空线路可视化监拍供电气象控制系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
现有的输电线路可视化监拍系统的电源系统使用太阳能板获取光能，通过太阳能充电管理电路给供电电源充电，存储电能。
由于不同地理位置的光照时间、光照强度不同，同一位置不同季节的温度存在差异，因此，考虑气象数据对于太阳能电池板获取光能的影响，对于输电线路可视化监拍系统的电源管理非常重要。但是，发明人发现，现有的对于可视化监拍系统供电策略的研究往往集中于电源电量与供电负载的均衡控制，基于气象数据对可视化监拍系统的供电策略进行控制的研究比较少见。
另外，现有可视化监拍系统的供电多采用蓄电池供电或蓄电池与超级电容混合供电。蓄电池电压比较稳定，如6.4V磷酸铁锂电池的工作电压在5.5V～7.2V，而超级电容的工作电压范围较宽，可达0～10.8V，现有的蓄电池与超级电容混合供电中，蓄电池与超级电容通过二极管并联，根据电压高低为后级负载供电方式，当超级电容放电电压达到或低于蓄电池电压时，系统即从蓄电池取电，这样超级电容剩余电量无法释放，没有充分利用超级电容的容量。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种架空线路可视化监拍供电气象控制系统及方法，充分考虑气象数据对于电源供电策略的影响，实现了能量与可视化监拍数据转换的均衡控制。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
一种架空线路可视化监拍供电气象控制系统，包括：供电模块，气象数据采集模块和微控制器，供电模块连接，供电模块和气象数据采集模块分别于微控制器连接；所述供电模块的输出端与监拍装置的多个功能模块分别连接；微控制器根据未来设定时间段内的气象数据、供电模块的当前电量以及多个功能模块的重要性和所需能耗，控制供电模块选择不同的供电策略。
进一步地，所述气象数据采集模块根据采集到的当前天气数据以及从气象数据中心获取的未来设定时间的气象数据，得到对未来数小时或者数天的天气预测数据。
进一步地，微控制器内预存处不同的供电策略，具体包括：
性能模型策略：以采集数据为主，微控制器根据供电模块当前电量所属的电量等级，以及待供电的功能模块的等级，为相应等级的功能模块供电；
时间模型策略：以延长监拍系统的工作时间为主，微控制器根据供电模块当前电量所属的电量等级，以及待供电的功能模块的等级，为相应等级的功能模块供电；
一般模型策略：当供电模块的电量高于设定阈值时，选用性能模型策略；当供电模块的电量低于设定阈值时，自动切换为时间模型策略；
储能模型策略：当供电模块的温度低于设定阈值时，开启加热装置增加供电模块的温度；当供电模块的温度高于设定阈值时，减少供电模块的充电电流。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种架空线路可视化监拍系统，包括上述的架空线路可视化监拍供电气象控制系统。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种架空线路可视化监拍供电气象控制方法，包括：
微控制器根据当前气象数据、供电模块的当前电量以及多个功能模块的重要性和所需能耗，控制供电模块选择不同的供电策略，具体包括：
根据供电模块的温度，确定供电策略是否选择储能模型策略；
结合供电模块的电量以及未来设定时间内的气象数据，确定供电策略是否选择性能模型策略、时间模型策略或者一般模型策略。
本发明以下有益效果：
本发明提出了电源负载功耗分级管理技术，研制了架空线路可视化监拍供电气象控制系统，对可视化监拍系统内部功能模块根据重要性和耗能进行分级，结合供电模块的电量、供电模块的等级以及未来设定时间内的气象数据，确定不同的供电策略，保障了监拍系统核心功能的工作时长。
本发明提出了多源异构储能系统深度放电切换技术，设计备用电源选通电路，提高了超级电容的容量利用率，延长了蓄电池的使用寿命。
本发明将电容电压跟两个预设电压点的对应关系以及电容电压的变化趋势作为供电方式切换的依据，解决了蓄电池与超级电容通过二极管并联使用，超级电容电压低于蓄电池电压时不再输出能量，超级电容容量利用率低的问题，提高了超级电容的可供电电量，延长超级电容供电时间，与此同时，减少了蓄电池使用时间，提高了蓄电池的使用寿命。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明一个或多个实施例中架空线路可视化监拍供电气象控制系统框架图；
图2为本发明一个或多个实施例中电源选通电路的电路图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种架空线路可视化监拍供电气象控制系统，如图1所示，包括：太阳能电池板，供电模块，气象数据采集模块和微控制器，太阳能电池板与供电模块连接，供电模块和气象数据采集模块分别于微控制器连接；供电模块的输出端与监拍装置的多个功能模块分别连接；微控制器根据未来设定时间段内的气象数据、供电模块的当前电量以及多个功能模块的重要性和所需能耗，控制供电模块选择不同的供电策略。
所述气象数据采集模块根据采集到的当前天气数据以及从气象数据中心获取的未来设定时间的气象数据，得到对未来数小时或者数天的天气预测数据。
供电模块包括：电源、超级电容、电池和备用电源选通电路，所述备用电源选通电路用于控制采用超级电容还是电池进行供电。其中，所述电源的输出端连接两个充电电路：充电电路1和充电电路2，所述充电电路1和充电电路2的输出端分别连接超级电容和电池；超级电容和电池的输出端均连接至备用电源选通电路。备用电源选通电路的输出端经由DC/DC转换器与监拍装置的多个功能模块分别连接。
供电模块还包括充电管理单元，用于获取输入电源的电压和蓄电池电量，若所述电压达到第一预设电压，则控制充电电路1工作，为超级电容充电和为后级电路供电；若当前蓄电池电量未满，则控制充电电路2同时工作，为蓄电池充电。作为一个示例，当太阳能电池作为输入电源时，因太阳能板的伏安特性，其具有最大功率电压值，第一预设电压设为太阳能板的最大功率电压，当电源输入电压达到第一预设电压时，充电电路工作。
供电方式切换的依据是电容电压跟两个预设电压点的对应关系以及电容电压的变化趋势。备用电源选择电路在超级电容电压高于第二预设电压(可低于蓄电池电压)时优先使用超级电容供电；当超级电容电压低于第三预设电压时，切换为蓄电池供电；该电路将超级电容电压和蓄电池电压升压至设定值，为后级DC/DC提供稳定的输入电压。具体地，
若当前为超级电容供电，且，如果当前为电池为负载供电，且，则超级电容电压逐渐升高，当超级电容电压高于7V时，切换为超级电容为负载供电。
超级电容电压高于第二预设电压时，采用超级电容供电，若超级电容电压为下降趋势(即充电电路1处于未工作状态)，当超级电容电压下降至小于第三预设电压时，切换为电池为负载供电；若超级电容电压下降至小于第二预设电压且高于第三预设电压时，电压开始升高(即充电电路1开始工作)，则供电方式不发生切换；
超级电容电压小于第三预设电压时，采用电池供电，若超级电容电压为上升趋势(即充电电路1处于工作状态)，当超级电容电压上升至高于第二预设电压时，切换为电池为负载供电；若超级电容电压上升至小于第二预设电压且高于第三预设电压时，电压不再升高(即充电电路1不工作了)，则供电方式不发生切换。
本实施例中，第二和第三预设电压分别设置为7V和2V。
备用电源选通电路如图2所示，包括：
超级电容的输出端分两路，一路连接迟滞比较器的正输入端，另一路连接至P沟道MOS管D1的漏极(D极)；D1的源极(S极)分三路，一路连接电阻R1，一路连接电容C1，一路连接P沟道MOS管D2的源极(S极)；D1的门极(G极)分三路，一路连接电阻R1，一路连接电容C1，一路连接D2的门极(G极)；迟滞比较器的输出端一路连接N沟道MOS管D3的门极(G极)，另一路连接N沟道MOS管D6的门极；N沟道MOS管D3的漏极(D极)通过电阻R2连接至D1和D2门极的连通线路上；N沟道MOS管D6的漏极(D极)一路经由电阻R5连接至P沟道MOS管D4的漏极，另一路连接至N沟道MOS管D7的门极(G极)；锂电池的输出端连接至P沟道MOS管D4的漏极(D极)；P沟道MOS管D4的源极(S极)分三路，一路连接电阻R3，一路连接电容C2，一路连接P沟道MOS管D5的源极(S极)；D4的门极(G极)分三路，一路连接电阻R3，一路连接电容C2，一路连接D5的门极(G极)；N沟道MOS管D7的漏极(D极)通过电阻R4连接至D4和D5门极的连通线路上；P沟道MOS管D2和P沟道MOS管D5的漏极(D极)均连接至DC/DC转换器。
工作原理如下：比较器UB与电阻R6、R7构成迟滞比较器，参考电压4.5V，配置R6与R7的阻值使迟滞门限为±2.5V，即升压门限7V，降压门限2V。迟滞比较器的正输入连接于超级电容供电通路，当超级电容电压由低升高达到7V时，比较器UB的输出为高电平，使得N沟道MOS管D3、D6导通，对于超级电容供电通路，由于D3的导通拉低了P沟道MOS管D1和D2的门极，使得D1与D2导通；而对于锂电池供电通路，D6的导通导致N沟道MOS管D7的门极被拉到低电平，D7不导通，P沟道MOS管D4的体二极管及电阻R3使得P沟道MOS管D5的门极被拉到高电平，D5不导通，如此一来，仅由超级电容为后级DC/DC供电；当超级电容电压由高到低达到2V时，比较器UB的输出为低电平D3、D6不导通，对于超级电容供电通道，由于P沟道MOS管D1的体二极管与电阻R1使得P沟道MOS管D2的门极被拉到高电平，D2不导通，而对于锂电池供电通路，D6不导通，使得D7的门极被拉到高电平而导通，这样D4与D5导通，如此一来，仅由锂电池为后级DC/DC供电。这样实现了超级电容可以充分放电到2V才切换为锂电池为负载供电，当超级电容被充电且电压足够高时可切换回来为后级负载供电。
DC/DC将前级的稳定电压转换为后级负载或各功能模块需要的工作电压。
可视化监拍系统根据实现的功能划分了若干功能模块，包括图像采集处理模块、后台4G通信模块、声光报警模块、传感器无线通信模块等。
微控制器对各功能模块的供电进行分级管理，分别为电量和功能模块划分等级。
功能模块等级的划分根据功能模块的重要性与功耗，重要低功耗的功能模块等级最高，非重要高功耗的等级最低。本实施例中，将功能模块划分为4级，优先级先后顺序为4级(重要低功耗模块，如后台4G通信模块等)>3级(重要高功耗模块，如图像采集处理模块)>2级(非重要低功耗模块，如传感器无线通信模块)>1级(非重要高功耗模块，如声光报警模块)；本领域技术人员可以理解，功能模块的划分不限于4级，可根据功能模块的数量等因素合理调整。
电量的等级划分根据剩余电量高低情况。本实施例中，划分为4级：高电量(如≥75％)、次高电量(如50％-75％)、次低电量(如25％-50％)和低电量(如<25％)；本领域技术人员可以理解，电量等级的划分不限于4级，可根据功能模块的数量等因素合理增减。
微控制器根据未来设定时间段内的气象数据、供电模块的当前电量以及多个功能模块的重要性和所需能耗，控制供电模块选择不同的供电策略。
微控制器内存储的供电策略包括：
性能模型策略：以采集数据为主，依据功能模块等级和电量的等级调整各功能模块的工作状态，例如：减小拍照的时间间隔，以获取更多监拍信息，并将拍的照片和录的声音存储并立马上传后台，并开启本地图像识别算法，开启声光报警装置等等。
时间模型策略：以延长监拍系统的工作时间为主，依据功能模块等级和电量的等级调整各功能模块的工作状态，例如：通过减少装置或模块的工作来延长使用时间、关闭本地图像识别算法，增加拍照的时间间隔，将不同时间拍的照片单次上传等等。
一般模型策略：是性能时间均衡方案，当供电模块的电量高于设定阈值时，选用性能模型策略；当供电模块的电量低于设定阈值时，自动切换为时间模型策略。
储能模型策略：以延长储能装置的使用寿命为出发点，针对储能装置的特性(主要是温度)，在温度过低时，开启加热模块，提高储能装置的温度以保护其性能和寿命；在温度过高时，减少充电电流；在温度过高或过低且无法有效的调节时，关闭储能装置的充放电。
本实施例中，供电模块当前电量等级与功能模块等级的对应关系如表1所示。
表1当前电量等级与功能模块等级的对应关系
当前电量等级 功能模块等级
高电量 1-4级
次高电量 2-4级
次低电量 3-4级
低电量 4级
结合表1，微控制器获取当前电量后，判断所述当前电量所属的电量等级，根据电量等级获取要供电的功能模块等级，为相应等级的功能模块供电。即，高电量(如≥75％)时，为1-4级功能模块供电；次高电量(如50％-75％)时，为2-4级功能模块供电；次低电量(如25％-50％)时，为3-4级功能模块供电；低电量(如<25％)时，则仅为4级功能模块供电。
本实施例中，根据供电模块的温度，确定供电策略是否选择储能模型策略；储能模型策略的选取跟温度有关系，比如，可以选择温度低于0摄氏度或者高于45摄氏度时采用储能模型。
本实施例中，结合供电模块的电量以及未来设定时间内的气象数据，确定供电策略是否选择性能模型策略、时间模型策略或者一般模型策略。
比如，可以根据表2中给出的未来十五天的天气数据与供电模块的电量关系，确定选择何种供电策略。
表2供电策略对应关系
Figure BDA0002958637860000091
本实施例中，微控制器为低功耗型，通过BMS监测蓄电池电量，通过超级电容电压检测其电量。
微控制器可与客户端(个人PC、智能手机等)建立连接，通过客户端修改供电策略，以及电量和功能模块的分级策略。
本发明实施例通过对可视化监拍系统内部功能模块根据重要性和耗能进行分级，结合剩余电量以及气象数据进行充电策略管理，有效保障了监拍系统核心功能的工作时长。
实施例二
在一个或多个实施方式中，公开了架空线路可视化监拍供电气象控制方法，包括：
微控制器根据当前气象数据、供电模块的当前电量以及多个功能模块的重要性和所需能耗，控制供电模块选择不同的供电策略，具体包括：
根据供电模块的温度，确定供电策略是否选择储能模型策略；
结合供电模块的电量以及未来设定时间内的气象数据，确定供电策略是否选择性能模型策略、时间模型策略或者一般模型策略。
具体的供电策略划分以及选取原则在实施例一中已经详细说明，在此不再赘述。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种架空线路可视化监拍供电气象控制系统，其特征在于，包括：供电模块，气象数据采集模块和微控制器，供电模块和气象数据采集模块分别与微控制器连接；所述供电模块的输出端与监拍装置的多个功能模块分别连接；微控制器根据未来设定时间段内的气象数据、供电模块的当前电量以及多个功能模块的重要性和所需能耗，控制供电模块选择不同的供电策略；
微控制器对各功能模块的供电进行分级管理，分别为电量和功能模块划分等级：
功能模块等级的划分根据功能模块的重要性与功耗，重要低功耗的功能模块等级最高，非重要高功耗的等级最低；
电量的等级划分根据剩余电量高低情况；
微控制器获取当前电量后，判断所述当前电量所属的电量等级，根据电量等级获取要供电的功能模块等级，为相应等级的功能模块供电；
微控制器内预存处不同的供电策略，具体包括：
性能模型策略：以采集数据为主，微控制器根据供电模块当前电量所属的电量等级，以及待供电的功能模块的等级，为相应等级的功能模块供电；
时间模型策略：以延长监拍系统的工作时间为主，微控制器根据供电模块当前电量所属的电量等级，以及待供电的功能模块的等级，为相应等级的功能模块供电；
一般模型策略：当供电模块的电量高于设定阈值时，选用性能模型策略；当供电模块的电量低于设定阈值时，自动切换为时间模型策略；
储能模型策略：当供电模块的温度低于设定阈值时，开启加热装置增加供电模块的温度；当供电模块的温度高于设定阈值时，减少供电模块的充电电流；
根据供电模块的温度，确定供电策略是否选择储能模型策略；
结合供电模块的电量以及未来设定时间内的气象数据的对应关系，确定供电策略是否选择性能模型策略、时间模型策略或者一般模型策略。
2.如权利要求1所述的架空线路可视化监拍供电气象控制系统，其特征在于，所述气象数据采集模块根据采集到的当前天气数据以及从气象数据中心获取的未来设定时间的气象数据，得到对未来数小时或者数天的天气预测数据。
3.如权利要求1所述的架空线路可视化监拍供电气象控制系统，其特征在于，所述供电模块包括：电源、超级电容、电池和备用电源选通电路，所述电源分别通过两个充电电路连接超级电容和电池的输入端，超级电容和电池的输出端均连接至备用电源选通电路；所述备用电源选通电路用于控制采用超级电容还是电池为后级电路进行供电。
4.如权利要求3所述的架空线路可视化监拍供电气象控制系统，其特征在于，备用电源选通电路在超级电容电压高于第二预设电压时,使用超级电容供电；当超级电容电压低于第三预设电压时，切换为电池供电。
5.如权利要求4所述的架空线路可视化监拍供电气象控制系统，其特征在于，所述备用电源选通电路包括：超级电容的输出端分两路，一路连接迟滞比较器的正输入端，另一路连接至P沟道MOS管D1的漏极；D1的源极连接P沟道MOS管D2的源极；迟滞比较器的输出端一路连接N沟道MOS管D3的门极，另一路连接N沟道MOS管D6的门极；D3的漏极通过电阻R2连接至D1和D2门极的连通线路上；
锂电池的输出端连接至P沟道MOS管D4的漏极；D4的源极连接P沟道MOS管D5的源极；N沟道MOS管D6的漏极一路经由电阻R5连接至P沟道MOS管D4的漏极，另一路连接至N沟道MOS管D7的门极；D7的漏极通过电阻R4连接至D4和D5门极的连通线路上；
P沟道MOS管D2和P沟道MOS管D5的漏极均连接至DC/DC转换器。
6.如权利要求1所述的架空线路可视化监拍供电气象控制系统，其特征在于，所述供电模块还包括充电管理单元，用于获取输入电源的电压和蓄电池电量，若所述电压达到第一预设电压，则为超级电容充电，若当前蓄电池电量未满，则同时为蓄电池充电。
7.一种架空线路可视化监拍系统，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的架空线路可视化监拍供电气象控制系统。
8.一种基于权利要求1所述的架空线路可视化监拍供电气象控制系统的控制方法，其特征在于，包括：
微控制器根据当前气象数据、供电模块的当前电量以及多个功能模块的重要性和所需能耗，控制供电模块选择不同的供电策略，具体包括：
根据供电模块的温度，确定供电策略是否选择储能模型策略；
结合供电模块的电量以及未来设定时间内的气象数据，确定供电策略是否选择性能模型策略、时间模型策略或者一般模型策略。
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