CN113238084A - 一种防窃电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防窃电装置，安装于电表箱上，该装置包括嵌入式控制模块，嵌入式控制模块包括相互连接的信号管理单元和信号处理单元。信号管理单元分别与通讯模块和声光报警模块相连接，并用于监控通讯模块和声光报警模块的运行状态。信号处理单元分别与磁场强度采集模块、振动监测模块和信号管理单元相连接，并通过通讯模块与后台通信连接；信号处理单元用于在磁场强度采集模块和振动监测模块采集的数据超过对应的阈值时，发送报警信号至信号管理单元，以使信号管理单元在接收到报警信号后控制声光报警模块报警。本发明在嵌入式控制模块的设计上采用双CPU模式，对数据进行分类处理，运行速度快；同时窃电检测方面考虑周全。

Description

一种防窃电装置

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，尤其涉及一种防窃电装置。

背景技术

相关电力人员针对强磁干扰等高科技窃电技术不断进行研究，已提出一种防窃电智能表箱，将图像处理技术、GPS定位技术、智能检测分析技术等多种功能技术更强大地融合在一起，在表箱中选用具有各种功能的探测器实现窃电行为的识别和摄像启动，设计通信模块以实现各类图片和信息的处理与存储、窃电报警功能。通过各部件的配合，实时监测电表箱的状态和表箱内电能表、开关、保护设备、监控设备、检测装置等的运行情况，当窃电发生时能够在线检测报警、GPS定位和故障自动报警，达到防窃电的目的。

在现有的防窃电智能表箱中，多种功能技术均集中在单一的微处理器进行数据处理，当同时处理各类数据时的运行速度相对较慢；对防窃电智能表箱的供电方面与窃电检测方面考虑不全。面对日益严峻的窃电现象，当前技术仍无法满足供电企业的需求。

发明内容

本发明目的在于，提供一种防窃电装置，其中嵌入式控制模块采用两个应用功能不同的处理器(即信号管理单元和信号处理单元)对数据进行分类处理，运行速度快：磁场强度采集模块与振动监测模块是负责窃电数据的实时采集，由信号处理单元对窃电数据进行后期处理与分析判断；同时，由信号管理单元进行统筹安排，实现整个装置运行过程中的控制指令响应与监测数据上报、报警等功能，以解决现有技术中多种功能技术均集中在单一的微处理器进行数据处理，当同时处理各类数据时的运行速度相对较慢、窃电检测方面考虑不全的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供的一种防窃电装置，安装于电表箱上，该装置包括：磁场强度采集模块、振动监测模块、声光报警模块、通讯模块和嵌入式控制模块，所述嵌入式控制模块包括相互连接的信号管理单元和信号处理单元；

所述信号管理单元分别与所述通讯模块和所述声光报警模块相连接，并用于监控所述通讯模块和所述声光报警模块的运行状态；

所述信号处理单元分别与所述磁场强度采集模块、所述振动监测模块和所述信号管理单元相连接，并通过所述通讯模块与后台通信连接；所述信号处理单元用于在所述磁场强度采集模块和所述振动监测模块采集的数据超过对应的阈值时，发送报警信号至所述信号管理单元，以使所述信号管理单元在接收到所述报警信号后控制所述声光报警模块报警。

在某一个实施例中，所述信号管理单元与所述信号处理单元通过总线连接。

在某一个实施例中，所述防窃电装置还包括电源模块，所述电源模块包括主供电单元、备用供电单元和电源转换单元；

所述主供电单元通过所述电源转换单元分别与所述磁场强度采集模块、所述振动监测模块、所述信号管理单元、所述信号处理单元、所述通讯模块、所述声光报警模块和所述备用供电单元相连接；

所述备用供电单元通过所述电源转换单元分别与所述磁场强度采集模块、所述振动监测模块、所述信号管理单元、所述信号处理单元、所述通讯模块和所述声光报警模块相连接。

在某一个实施例中，所述磁场强度采集模块包括数据采集单元、数据处理单元和数据转换单元；

所述数据采集单元与所述数据处理单元连接，并用于采集磁场强度数据；所述数据处理单元与所述数据转换单元连接，并用于对所述磁场强度数据进行处理；所述数据转换单元与所述信号处理单元连接，并用于将处理后的磁场强度数据转换为所述信号处理单元能够识别获取的格式。

在某一个实施例中，所述振动监测模块采用MPU6050运动传感器。

在某一个实施例中，所述防窃电装置还包括人机交互模块，所述人机交互模块设置在所述电表箱的箱门上并与所述信号管理单元和所述信号处理单元连接。

在某一个实施例中，所述防窃电装置还包括数据存储模块，所述数据存储模块与所述信号管理单元和所述信号处理单元相连接。

在某一个实施例中，所述信号管理单元为STM32F429型号的处理器，所述信号处理单元为STM32F407型号的处理器。

与现有技术相比，本发明实施例的防窃电装置中，嵌入式控制模块包括两个应用功能不同的处理器(即信号管理单元和信号处理单元)，对数据进行分类处理，运行速度快：磁场强度采集模块与振动监测模块是负责窃电数据的实时采集，由信号处理单元对窃电数据进行后期处理与分析判断；同时，由信号管理单元进行统筹安排，实现整个装置运行过程中的控制指令响应与监测数据上报、报警等功能，可避免出现不同种类数据冲突，保障窃电监督行为的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，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他的附图。

图1是本发明某一实施例提供的防窃电装置的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的防窃电装置的结构示意图；

图3是本发明某一实施例提供的声光报警模块的具体电路图；

图4是本发明某一实施例提供的通讯模块的具体电路图；

图5是本发明某一实施例提供的信号管理单元的具体电路图；

图6是本发明某一实施例提供的信号处理单元的具体电路图；

图7是本发明某一实施例提供的电源模块的结构示意图；

图8是本发明某一实施例提供的主供电单元的具体电路图；

图9是本发明某一实施例提供的备用供电单元的具体电路图；

图10是本发明某一实施例提供的电源转换单元+24V转+5V的具体电路图；

图11是本发明某一实施例提供的电源转换单元+5V转-5V的具体电路图；

图12是本发明某一实施例提供的电源转换单元+24V转+3.3V的具体电路图；

图13是本发明某一实施例提供的数据处理单元的具体电路图；

图14是本发明某一实施例提供的数据转换单元的具体电路图；

图15是本发明某一实施例提供的振动监测模块的具体电路图；

图16是本发明某一实施例提供的数据存储模块的具体电路图。

主要元件及符号说明：

100、防窃电装置；10、磁场强度采集模块；11、数据采集单元；12、数据处理单元；13、数据转换单元；20、振动监测模块；21、MPU6050运动传感器；30、声光报警模块；40、通讯模块；50、嵌入式控制模块；51、信号管理单元；52、信号处理单元；60、电源模块；61、主供电单元；62、备用供电单元；63、电源转换单元；70、人机交互模块；80、数据存储模块；200、后台。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不作为对步骤执行先后顺序的限定。

应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1和图2，本发明实施例提供一种防窃电装置100，安装于电表箱上，包括：磁场强度采集模块10、振动监测模块20、声光报警模块30、通讯模块40和嵌入式控制模块50。嵌入式控制模块50包括相互连接的信号管理单元51和信号处理单元52。

信号管理单元51分别与通讯模块40和声光报警模块30相连接，并用于监控通讯模块40和声光报警模块30的运行状态。

信号处理单元52分别与磁场强度采集模块10、振动监测模块20和信号管理单元51相连接，并通过通讯模块40与后台200通信连接；信号处理单元52用于在磁场强度采集模块10和振动监测模块20采集的数据超过对应的阈值时，发送报警信号至信号管理单元51，以使信号管理单元51在接收到报警信号后控制声光报警模块30报警。

在本实施例中，通过磁场强度采集模块10和振动监测模块20，分别对电表箱当前磁场强度数据和当前振动数据进行实时采集，可用于对窃电行为进行实时监控分析，给电力稽查人员提供新的判据，增强供电安全性和可靠性，保护供电企业的经济利益和正常供电秩序，稳定电力企业的生产计划。

如图2所示，而在嵌入式控制模块50的设计上则采用双CPU模式，以便对各个模块的不同数据进行分类处理，运行速度快。

具体地，信号管理单元51分别与通讯模块40和声光报警模块30相连接，主要负责对以上各个模块的运行管控与状态监测，并且对以上各个模块进行统筹安排，可避免出现不同种类数据冲突，保障窃电监督行为的可靠性。

在某一个具体实施例中，声光报警模块30通过IO控制接口与嵌入式控制模块50连接，嵌入式控制模块50的信号管理单元51控制声光报警状态。根据图3所示出的声光报警模块30的具体电路图，声光报警模块30沿用常见的声音报警模式和光线报警模式，当检测到当前磁场强度超过设定值时或者检测到振动时，由嵌入式控制模块50通过电平信号控制声光报警模块30工作。

在某一个具体实施例中，嵌入式控制模块50通过UART接口与通讯模块40相连接，以实现相关数据上报与控制指令接收。根据图4所示出的通讯模块40的具体电路图，通讯模块40采用型号为USR-LTE-7S4的4G模块，可支持移动公司、联通公司、电信公司的4G网络高速接入，同时支持移动公司、联通公司的3G网络和2G网络接入，且允许4个网络连接同时在线，适用范围较广且具有网络传输的高度可靠性，在接口连接异常情况下可保证缓存数据不丢失。

信号处理单元52分别与磁场强度采集模块10和振动监测模块20相连接，用于对窃电数据进行后期处理和分析判断。

在某一个具体实施例中，信号管理单元51与信号处理单元52通过总线连接。

由上可知，本发明实施例中的防窃电装置100，其中嵌入式控制模块50包括两个应用功能不同的处理器(即信号管理单元51和信号处理单元52)，对数据进行分类处理，运行速度快：磁场强度采集模块10与振动监测模块20是负责窃电数据的实时采集，由信号处理单元52对窃电数据进行后期处理与分析判断；同时，由信号管理单元51进行统筹安排，实现整个装置100运行过程中的控制指令响应与监测数据上报、报警等功能，可避免出现不同种类数据冲突，保障窃电监督行为的可靠性。

在某一个实施例中，信号管理单元51为STM32F429型号的处理器，信号处理单元52为STM32F407型号的处理器。

如图5和图6所示，图5为信号管理单元51的具体电路图，图6为信号处理单元52的具体电路图。

请参阅图7，在某一个实施例中，防窃电装置100还包括电源模块60，电源模块60包括主供电单元61、备用供电单元62和电源转换单元63。

主供电单元61通过电源转换单元63分别与磁场强度采集模块10、振动监测模块20、信号管理单元51、信号处理单元52、通讯模块40、声光报警模块30和备用供电单元62相连接。

备用供电单元62通过电源转换单元63分别与磁场强度采集模块10、振动监测模块20、信号管理单元51、信号处理单元52、通讯模块40和声光报警模块30相连接。

在防窃电装置100中，电源模块60通过IO控制接口与嵌入式控制模块50连接，电源模块60的状态监测存储至嵌入式控制模块50的信号管理单元51。

具体地，电源模块60包括主供电单元61(具体电路如图8所示)、备用供电单元62(具体电路如图9所示，可以为可充放电的备用电池)和电源转换单元63(具体电路如图10至图12所示)，其在运行过程中可分为两种情况：

(1)当主供电单元61有电的情况下，可为防窃电装置100中的各个模块供电，同时为备用供电单元62进行充电；(2)当主供电单元61断电的情况下，自动切换至备用供电单元62为防窃电装置100中的各个模块供电。

其中，主供电单元61为备用供电单元62进行充电的各个参数值包括：

1)充电电流为Icharge＝VISET1/(20*Rsr)＝2.15A；

2)输入电流为IDPM＝VACSET/(20*Rac)＝8.25A；

3)预充电电流为IPRECHARGE＝VISET2/(100*Rsr)＝0.3A；

4)充电终止电流为ITERM＝VISET2/(100*Rsr)＝0.3A；

5)停止充电安全定时时间为Tcharge＝CTT*Kttc；

6)充电电压为VBAT＝2.1V*(1+R11/(R12+R13))＝25.2V；

具体的充电控制功能包括：当主供电单元61在30min内无法把备用供电单元62的电压充到VLOWV时，将立即停止充电并显示故障报警；当主供电单元61检测到备用供电单元62的电压低于预设的最低阈值电压时，启动预充电功能；当主供电单元61检测到备用供电单元62的电压高于预设的最低阈值电压且备用供电单元62的充电电流小于预设的充电终止电流时，说明备用供电单元62正处于充电过程。

请参阅图2，在某一个实施例中，磁场强度采集模块10包括数据采集单元11、数据处理单元12和数据转换单元13。

数据采集单元11与数据处理单元12连接，并用于采集磁场强度数据；数据处理单元12与数据转换单元13连接，并用于对磁场强度数据进行处理；数据转换单元13与信号处理单元52连接，并用于将处理后的磁场强度数据转换为信号处理单元52能够识别获取的格式。

在防窃电装置100中，磁场强度采集模块10通过SPI接口与嵌入式控制模块50连接，将磁场数据通讯传输至嵌入式控制模块50的信号处理单元52，以便对数据进行存储、分析、计算。

具体地，磁场强度采集模块10包括依次连接的数据采集单元11、数据处理单元12与数据转换单元13，数据采集单元11用于对磁场强度数据进行采集，数据处理单元12用于对该磁场强度数据进行优化处理以保障数据准确性，数据转换单元13用于将处理后的磁场强度数据转换为嵌入式控制模块50可识别获取的格式。

其中，数据采集单元11采用Allegro公司的型号为A1324的高精度线性输出霍尔传感器，所具备的优点包括：其输出的信号与所施加的磁场强度成正比例关系、其输出的静态电压占电源电压的50％、允许在-40℃～+150℃的扩展温度范围内工作等，另外该霍尔传感器具有微型表面贴装封装(SOT23W)和超微型通孔单列直插式封装这两种封装方式。由于防窃电装置100需要对空间坐标系的±X轴、±Y轴和±Z轴这六个方向的直交流磁场强度进行实时采集并标识出其中的最大磁场强度方向，在同一位置的X轴、Y轴与Z轴分别布置一个霍尔传感器(Z轴选用微型表面贴装封装式的霍尔传感器、X轴与Y轴均选用超微型通孔单列直插式封装式的霍尔传感器)，根据各个霍尔传感器的输出电压可以换算出该位置处的磁场强度、磁场方向与磁场极性。

根据图13所示出的数据处理单元12的具体电路图，对各个霍尔传感器输出信号的处理方式(分三路独立进行)包括：利用三个FET输入型、单倍增益稳定的TL084运放对该输出信号进行跟随器缓冲，保证该输出信号的高阻态；在数据处理单元12的输出端再利用一个TL084运放构成陷波器保证最终输出信号的稳定性，其中陷波频率为50Hz工频，目标增益为-40dB以上。

根据图14所示出的数据转换单元13的具体电路图，数据转换单元13主要对数据处理单元12的三路输出信号进行模数转换与信号隔离，此处采用一款8通道的16位电荷再分配逐次逼近寄存器型模数转换器AD7689，其可使用单一电源VDD控制运行，且允许选择单极性输入或者差分输入或者伪双极性输入，数据吞吐率高达250kSPS。

在某一个实施例中，振动监测模块20采用MPU6050运动传感器21。

振动监测模块20用于实时监测防窃电装置100的运动状态，以判断防窃电装置100是否遭到外力破坏。振动监测模块20通过I₂C接口与嵌入式控制模块50的信号处理单元52连接，实现振动数据通讯传输至信号处理单元52，以便对数据进行存储、分析、计算。

根据图15所示出的振动监测模块20的具体电路图，振动监测模块20采用MPU6050运动传感器21，其属于整合性6轴运动处理组件，相较于多组件方案，免除了组合陀螺仪与加速器时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间。同时，MPU6050运动传感器21的角速度全格感测范围广，可准确追踪快速动作和慢速动作，并且用户可程式控制MPU6050运动传感器21。再有，MPU6050运动传感器21通过IIC接口进行交互，传输速率最高至400kHz，传输效率高。MPU6050运动传感器21还包括温度感测器、以及包含在运作环境中仅有±1％变动的振荡器，检测精度高。

请参阅图1和图2，在某一个实施例中，防窃电装置100还包括人机交互模块70，人机交互模块70设置在电表箱的箱门上并与信号管理单元51和信号处理单元52连接。

在防窃电装置100中，人机交互模块70通过RS232接口与嵌入式控制模块50进行交互，使得工作人员可以通过该人机交互模块70对防窃电装置100进行各项参数设置、浏览系统历史数据等操作。其中，人机交互模块70采用迪文科技的7.0英寸DMT80480T070_09WT触摸屏，其具备800×480图形点阵、K600+内核、65K发色数、DGUS屏、16bit调色板RGB(5R6G5B)。

请参阅图1和图2，在某一个实施例中，防窃电装置100还包括数据存储模块80，数据存储模块80与信号管理单元51和信号处理单元52相连接。

数据存储模块80通过SD卡模式与嵌入式控制模块50连接，并将数据存储模块80运行管控与状态监测存储至嵌入式控制模块50的信号管理单元51。

根据图16所示出的数据存储模块80的具体电路图，数据存储模块80采用TF卡对防窃电装置100运行过程中的各项数据进行存储，包括磁场强度采集模块10所获取的磁场强度数据、振动监测模块20所获取的振动数据以及其他数据，便于统一管理与后续随时读取，此处可根据自身存储需求选用合适存储规格的TF卡。

综上，本发明实施例中的防窃电装置100，其中嵌入式控制模块50包括两个应用功能不同的处理器(即信号管理单元51和信号处理单元52)对数据进行分类处理，运行速度快：磁场强度采集模块10与振动监测模块20是负责窃电数据的实时采集，由信号处理单元52对窃电数据进行后期处理与分析判断；人机交互模块70、通讯模块40、数据存储模块80是分别负责对整个装置100运行过程中的参数设置、控制指令响应与监测数据上报、其他各类数据的保存，由信号管理单元51进行统筹安排，可避免出现不同种类数据冲突，保障窃电监督行为的可靠性。此外，电源模块60中还采用备用供电单元62，可保障防窃电装置100的安全稳定运行。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种防窃电装置，其特征在于，安装于电表箱上，包括：磁场强度采集模块、振动监测模块、声光报警模块、通讯模块和嵌入式控制模块，所述嵌入式控制模块包括相互连接的信号管理单元和信号处理单元；

所述信号管理单元分别与所述通讯模块和所述声光报警模块相连接，并用于监控所述通讯模块和所述声光报警模块的运行状态；

所述信号处理单元分别与所述磁场强度采集模块、所述振动监测模块和所述信号管理单元相连接，并通过所述通讯模块与后台通信连接；所述信号处理单元用于在所述磁场强度采集模块和所述振动监测模块采集的数据超过对应的阈值时，发送报警信号至所述信号管理单元，以使所述信号管理单元在接收到所述报警信号后控制所述声光报警模块报警。

2.根据权利要求1所述的防窃电装置，其特征在于，所述信号管理单元与所述信号处理单元通过总线连接。

3.根据权利要求1所述的防窃电装置，其特征在于，所述防窃电装置还包括电源模块，所述电源模块包括主供电单元、备用供电单元和电源转换单元；

所述主供电单元通过所述电源转换单元分别与所述磁场强度采集模块、所述振动监测模块、所述信号管理单元、所述信号处理单元、所述通讯模块、所述声光报警模块和所述备用供电单元相连接；

所述备用供电单元通过所述电源转换单元分别与所述磁场强度采集模块、所述振动监测模块、所述信号管理单元、所述信号处理单元、所述通讯模块和所述声光报警模块相连接。

4.根据权利要求1所述的防窃电装置，其特征在于，所述磁场强度采集模块包括数据采集单元、数据处理单元和数据转换单元；

所述数据采集单元与所述数据处理单元连接，并用于采集磁场强度数据；所述数据处理单元与所述数据转换单元连接，并用于对所述磁场强度数据进行处理；所述数据转换单元与所述信号处理单元连接，并用于将处理后的磁场强度数据转换为所述信号处理单元能够识别获取的格式。

5.根据权利要求1所述的防窃电装置，其特征在于，所述振动监测模块采用MPU6050运动传感器。

6.根据权利要求1至5任一项所述的防窃电装置，其特征在于，所述防窃电装置还包括人机交互模块，所述人机交互模块设置在所述电表箱的箱门上并与所述信号管理单元和所述信号处理单元连接。

7.根据权利要求1至5任一项所述的防窃电装置，其特征在于，所述防窃电装置还包括数据存储模块，所述数据存储模块与所述信号管理单元和所述信号处理单元相连接。

8.根据权利要求1至5任一项所述的防窃电装置，其特征在于，所述信号管理单元为STM32F429型号的处理器，所述信号处理单元为STM32F407型号的处理器。

Images