CN115833394A - 一种基于nb-iot的配电室远程监控系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于NB‑IOT的配电室远程监控系统，包括：参数采集模块、控制模块、云端模块、显示模块和电源模块；参数采集模块与控制模块连接，用于采集相关数据；控制模块还分别与云端模块、显示模块和电源模块连接，用于控制所述参数采集模块进行相关数据的采集，并将相关数据传输至云端模块和显示模块；云端模块用于接收相关数据，并对相关数据进行监控；显示模块用于接收相关数据，并将相关数据进行可视化处理；电源模块用于为控制模块和参数采集模块供电。本申请能够便捷稳定的获取油温、湿度、温度、电网信息，主控性能丰富，能够更好的促进程序功能的实现，有利于后期维护升级，也提升了程序的兼容性。

Description

一种基于NB-IOT的配电室远程监控系统

技术领域

本申请涉及配电室监控领域，具体涉及一种基于NB-IOT的配电室远程监控系统。

背景技术

这些年，国内的经济提升的速度非常快，在每一领域开展的基础建设也持续增多，在这种情况下，用电量也超出以往许多。在很多的地方也都有电网的存在，电网铺设的面积持续增多，让市场上出售的箱式变压器供不应求。国内发电装机容量与发电量增长的快速度，国内电网铺设的面积持续增加，电流传导的容量与效率持续增加，区域联网受到人们的重视，给国内电力资源的更新提供了条件。

但是这种发展同样对人们的生产生活产生了一些负面影响，正如大家知道的那样，很多地方中每一种类的箱式变压器都有设置，比如说居民楼、企业、校园、路边。然而箱式变压器也不仅仅为一个简单的变压设备，事实上，它属于一个体型不大的配电站，可以自行为用电着带来电能。因为箱式变压器内部的高压电非常危险，因此需要放置于一个铁质的密闭装置中，然而无法掌握里面的状态，特别是夏天的时候，密闭条件中的温度特别高，甚至会到达六十摄氏度，这就存在因温度高而使电路不能够正常工作，而且，还存在一类油式变压器同样非常危险，在线路不能够正常工作的时候，里面油的温度则迅速提高，也存在电路老化产生短路，起火，严重时还会爆炸的几率。

时刻监管箱式变压器，可以减少在控制箱式变压器阶段由用于人的发生的错误；借助于监管获得的湿度、温度等环境参数可以避免箱式变压器产生更多的失误；借助于管理箱式变压器的高压部位与智能化监管箱式变压器可以减少意外，增加箱式变压器运转的安全性。此时，迫切需要一种实时远程多点监控器来实现上述功能。而且，此程序获得的信息能够在将来的智慧城市中发挥作用，可以给智慧电力的相关信息提供借鉴，还能够让使用者掌握实时用电状态以及过往时间内的耗电高峰，进而让使用者合理的规避用电高峰期。

发明内容

本申请提供了一种基于NB-IOT的配电室远程监控系统，由参数采集模块、控制模块、云端模块、显示模块和电源模块组成，通过将RS485信号转换为TTL信号，读取到这些信息之后能够在显示模块上进行呈现，同时借助于控制模块部分传递到云端模块的服务器，上位机获得相关的信息之后呈现在屏幕上。可以实现对配电室温湿度、热电阻温度和箱式变压器内部参数的远程监测。

为达到上述目的，本申请提供了以下方案：

一种基于NB-IOT的配电室远程监控系统，包括：参数采集模块、控制模块、云端模块、显示模块和电源模块；

所述参数采集模块与所述控制模块连接，所述参数采集装置用于采集相关数据；

所述控制模块还分别与所述云端模块、所述显示模块和所述电源模块连接，所述控制模块用于控制所述参数采集模块进行所述相关数据的采集，并将所述相关数据传输至所述云端模块和所述显示模块；

所述云端模块用于接收所述相关数据，并对所述相关数据进行监控；

所述显示模块用于接收所述相关数据，并将所述相关数据进行可视化处理；

所述电源模块用于为所述控制模块和所述参数采集模块供电。

优选的，所述相关数据包括：配电室温湿度数据、热电阻温度数据和箱式变压器内部数据。

优选的，所述参数采集模块包括：温湿度传感器、热电阻温度采集装置和多功能变送器；

所述温湿度传感器用于采集所述配电室温度数据；

所述热电阻温度采集装置用于采集所述热电阻温度数据；

所述多功能变送器用于采集所述箱式变压器内部数据。

优选的，所述控制模块包括：微处理器、第一通信单元和第二通信单元；

所述微处理器分别与所述第一通信单元和所述第二通信单元连接，所述微处理器用于发出控制指令，所述微处理器还用于接收和发送所述相关数据；

所述第一通信单元还与所述参数采集模块连接，所述第一通信单元用于传输所述控制指令至所述参数采集模块中，所述第一通信单元还用于传输所述相关数据至所述微处理器中；

所述第二通信单元还与所述云端模块连接，所述第二通信单元用于传输所述相关数据至所述云端模块中。

优选的，所述第一通信单元采用RS485通信总线和信号转换装置；

所述RS485通信总线用于将所述相关数据以RS485信号进行传输；

所述信号转换装置用于将所述RS485信号转换为TTL信号。

优选的，所述第二通信单元采用NB-IOT通信装置。

优选的，所述云端模块采用OneNET云平台；

所述OneNET云平台用于接收所述相关信息，并将所述相关信息进行解析入库操作，选出有效数据进行监控。

优选的，所述显示模块采用LCD液晶显示屏。

本申请的有益效果为：

本申请能够便捷稳定的获取油温、湿度、温度、电网信息，主控性能丰富，能够更好的促进程序功能的实现，有利于后期维护升级，也提升了程序的兼容性，在顺利获得信息之后能够允许多种途径传递到上位机，而且距离很长，能够满足各个地方的个性化需要。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的系统结构示意图；

图2为本申请实施例的温湿度传感器电路示意图；

图3为本申请实施例的嵌入式微处理器的示意图；

图4为本申请实施例的晶振电路接线示意图；其中，(a)表示8M晶振电路图，(b)表示32.768K晶振电路图；

图5为本申请实施例的复位电路接线示意图；

图6为本申请实施例的信号转换装置接线示意图；

图7为本申请实施例的液晶显示屏的TFT-LCD SPI接口示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

在本实施例中，如图1所示，一种基于NB-IOT的配电室远程监控系统，包括：参数采集模块、控制模块、云端模块、显示模块和电源模块。

参数采集模块与控制模块连接，参数采集装置用于采集相关数据。其中，相关数据包括：配电室温湿度数据、热电阻温度数据和箱式变压器内部数据。参数采集模块包括：温湿度传感器、热电阻温度采集装置和多功能变送器。

温湿度传感器用于采集配电室温度数据；在本实施例中，温湿度传感器采用RS485温湿度传感器，属于里面配置有控制器的MODBUS协议从机的的SHT20传感器，这种传感器的湿度与温度能够精确至小数点后两位，同时，通过里面主控部分获得、研究并管理得到的信息。同时，此种芯片运用的十四DFN封装，芯片尺寸不大，能够减少该部分的体积。而且，传感器借助于IIC协议为主控传递通过里面设置的湿度与温度的相关信息。SHT20存在4C代CMOSens芯片，获取温度的途径为电容式温度获取，获取湿度的途径为电容式相对获取，为得到湿度与温度的有效信息，此部分里面还设置有一个OPT内部存储单元、模数转换单元、数字处理器与运算放大器；RS485温湿度传感器的电路图如图2所示。

热电阻温度采集装置用于采集热电阻温度数据；在本实施例中，热电阻温度采集装置采用YF8017热电阻温度采集装置，可同时测量6路PT100、PT1000、CU100、CU50、PT500等热电阻信号，兼容二线，三线制接线；可广泛应用于多种分布式温度测量系统；带有RS485通讯接口，标准MODBUS-RTU协议，兼容于NuDAM、ADAM等模块和多种组态软件。可以和其它装置用同一个RS485总线连接，大大简化了计算机的编程组网。

多功能变送器用于采集箱式变压器内部数据；在本实施例中，多功能变送器能够实时、精准的得出电箱式变压器内的一些电力信息，比如三相线电压信息、三相相电压信息、耐振动、分相与总的有功功率、油式变压器油的温度、集箱式变压器里面的湿度与温度、分相和总的无功功率、分相和总的视在功率、功率因数、频率、正向有功电能和反向有功电能等数据。同时，它里面整合了485控制芯片与主控芯片、完成了一个MODBUS从机，把三相电借助于互感器送至变送器之后，变送器上数码管显示器能够实时呈现出该时刻三相电压电流等信息，主机仅应当与获取湿度与温度的方法相一致，变送器传递数据获得是数据包则能够实时得到这些信息。而且，此变送器能够借助于硬件处理的方法去制作它的电压变比、波特率、电流变比、从机地址等信息，而且这些信息还能够借助于MODBUS协议下发设置的数据包改变这些信息。

控制模块还分别与云端模块、显示模块和电源模块连接，控制模块用于控制参数采集模块进行相关数据的采集，并将相关数据传输至云端模块和显示模块。控制模块包括：微处理器、第一通信单元和第二通信单元；

微处理器分别与第一通信单元和第二通信单元连接，微处理器用于发出控制指令，微处理器还用于接收和发送相关数据。在本实施例中，微处理器包括：嵌入式微处理器、晶振电路和复位电路。嵌入式微处理器选用STM32F103ZET6核心微处理器，如图3所示，电源供电电压为3.3V，待机电流为4.7μA，而且程序顺利运转的时候，由锁相环将8MHZ的晶振频率倍频是72MHZ，同时存在超频性能，能够增加程序主频，来实现更高的程序管理功能，倍频获取的时钟当成程序的基准时钟，能够给程序的硬件部分，比如计数器、IO口、定时器等都带来平稳可靠的计时，而且，此芯片存在很多中断通道，为68个，能够给程序带来紧缺的分级别管理，确保了程序的效率与操作的次序，增加了程序的平稳程度，而且，因为程序时钟频率略高，能够确保中断切的时候产生的时间延迟特别小，可以试验程序实时性的目标。因为制作的代码涵盖了一些底层代码，比如TCP/IP协议与LWIP协议，编译连接之后代码略大，这一芯片存在512KB的flash可以支持存储可执行系统，能够达成制作目标，该微处理器同时存在132个对外引脚，在A0至A8之外的大多数引脚能够耐压5V，增加了兼容程序，还涵盖了7个外设的定时器，使用者能够借助于安装一些时钟寄存器对这种外设部分赋予各种性能，比如得到外设IO口实时电平改变的脉冲捕获、带来精确时间的定时器，驱动电机的PWM波等。关于五个串行通信接口，使用者能够依照自己的需要设计起始位校验方式、中断获取、波特率，停止位等，3个8通道的12位ADC模数转换部分，至多能够获取24路的模拟信号，还存在两个硬件外设达成的看门狗，能够达成精准程序卡死复位与独立程序卡死复位的目的，可以有效避免程序在复杂环境中卡死状况的发生；3个十六位定时器，各自能够实现输出PWM、中断定时器等功能。以及可扩展的FSMC总线，这一部分能够复用驱动显示模块，节约很多芯片的引脚资源，给后面的进一步更新预先留存了引脚；晶振电路如图4所示，给微处理器提供固定的频率脉冲，使微处理器正常运行，STM32F103ZET6核心微处理器有两个晶振，8MHz晶振和32.768KHz晶振，前者提供的是高速时钟，后者提供的则是低速时钟；复位电路如图5所示，的作用是重启系统，当系统发生故障时按下复位健可以重启设备，一般复位电路使用低电平信号重启。

第一通信单元还与参数采集模块连接，第一通信单元用于传输控制指令至参数采集模块中，第一通信单元还用于传输相关数据至微处理器中；在本实施例中，第一通信单元采用RS485通信总线和信号转换装置；RS485通信总线用于将相关数据以RS485信号进行传输；信号转换装置用于将RS485信号转换为TTL信号。RS485通信总线的通讯模式为主从方式，由主设备轮询各从设备进行通讯，可以一点对多点进行组网，构成分布式系统，RS485接口应用非常广泛，它是一个双向的标准平衡传输线接口，采用A，B两根线扭成的双绞线进行传输，采用RS485标准，其传输速率可最高达到10Mb/s，传输距离延长到1219.2m(速率低于100kb/s时)；信号转换装置如图6所示，实现了RS485信号与TTL信号的双向通信和互转，但信号必须轮流交替执行，不能同时在两个方向上进行，该装置兼容5V和3.3V电源，符合工业级设计标准，性能稳定，抵抗干扰的性能高；而且由于RS485防雷设计的使用，支持在野外与工业现场等条件复杂的情况下使用，运转温度是-40℃至+85℃，传输距离可达千米。

第二通信单元还与云端模块连接，第二通信单元用于传输相关数据至云端模块中。在本实施例中，第二通信单元采用NB-IOT通信装置，采用M5310-A模组，该模组属于一种工业级的多频段NB-IOT无线模组，它的优势有很多，比如温度覆盖广、功能消耗低、尺寸不大等。允许的工作频段有Band8，Band5，Band3，属于LCC封装的贴片模组，存在30个管脚，包括LwM2M/MATT/TCP/UDP/COAP/HTTP等数据传输协议与扩展的AT命令。

云端模块用于接收相关数据，并对相关数据进行监控；在本实施例中，云端模块采用OneNET云平台，用于接收相关信息，并将相关信息进行解析入库操作，选出有效数据进行监控。此平台能够支持高效、稳定、可靠物联网接入功能。此平台搭载在5G边缘计算管理平台上部，能够完成实时可视化管理数据，OneNET平台作为一个媒介，可以看到通过多个传感器所采集到的信息；本申请使用OneNET云平台作为云端服务器，使用OneNET云平台提供的M5310-A组件进行设备与云端的通信，每个M5310-A组件都有自己唯一的IMEI(国际移动设备识别码)和IMSI(国际移动用户识别码)，拿到M5310-A组件后需要通过串口调试助手发送相对应的指令获取，获取后才可以在OneNET平台注册申请新项目，平台里面的参数模块有对应的代码手册，只需对照手册写入对应代码即可在云平台生成参数，然后再把检测到的数据上传至对应参数即可。

显示模块用于接收相关数据，并将相关数据进行可视化处理；在本实施例中，显示模块采用LCD液晶显示屏，液晶显示屏的TFT-LCD SPI接口如图7所示。

电源模块用于为控制模块和参数采集模块供电；在本实施例中，电源模块选用开关电源稳压模块，能够把220V的交流电变成24V，而且减少的电压能够借助于上面的电位计调整。同时，此开关电源还存在很多优势，比如：过电压保护、功率大、过负载保护，短路保护，耐振动等，能够给程度带来平稳的电源供给，而且此模块的额定输出电流很高，为2.5安培，能够独自带给硬件部分运转所需要的电流。

以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于NB-IOT的配电室远程监控系统，其特征在于，包括：参数采集模块、控制模块、云端模块、显示模块和电源模块；

所述参数采集模块与所述控制模块连接，所述参数采集装置用于采集相关数据；

所述控制模块还分别与所述云端模块、所述显示模块和所述电源模块连接，所述控制模块用于控制所述参数采集模块进行所述相关数据的采集，并将所述相关数据传输至所述云端模块和所述显示模块；

所述云端模块用于接收所述相关数据，并对所述相关数据进行监控；

所述显示模块用于接收所述相关数据，并将所述相关数据进行可视化处理；

所述电源模块用于为所述控制模块和所述参数采集模块供电。

2.根据权利要求1所述一种基于NB-IOT的配电室远程监控系统，其特征在于，所述相关数据包括：配电室温湿度数据、热电阻温度数据和箱式变压器内部数据。

3.根据权利要求2所述一种基于NB-IOT的配电室远程监控系统，其特征在于，所述参数采集模块包括：温湿度传感器、热电阻温度采集装置和多功能变送器；

所述温湿度传感器用于采集所述配电室温度数据；

所述热电阻温度采集装置用于采集所述热电阻温度数据；

所述多功能变送器用于采集所述箱式变压器内部数据。

4.根据权利要求1所述一种基于NB-IOT的配电室远程监控系统，其特征在于，所述控制模块包括：微处理器、第一通信单元和第二通信单元；

所述微处理器分别与所述第一通信单元和所述第二通信单元连接，所述微处理器用于发出控制指令，所述微处理器还用于接收和发送所述相关数据；

所述第一通信单元还与所述参数采集模块连接，所述第一通信单元用于传输所述控制指令至所述参数采集模块中，所述第一通信单元还用于传输所述相关数据至所述微处理器中；

所述第二通信单元还与所述云端模块连接，所述第二通信单元用于传输所述相关数据至所述云端模块中。

5.根据权利要求4所述一种基于NB-IOT的配电室远程监控系统，其特征在于，所述第一通信单元采用RS485通信总线和信号转换装置；

所述RS485通信总线用于将所述相关数据以RS485信号进行传输；

所述信号转换装置用于将所述RS485信号转换为TTL信号。

6.根据权利要求4所述一种基于NB-IOT的配电室远程监控系统，其特征在于，所述第二通信单元采用NB-IOT通信装置。

7.根据权利要求1所述一种基于NB-IOT的配电室远程监控系统，其特征在于，所述云端模块采用OneNET云平台；

所述OneNET云平台用于接收所述相关信息，并将所述相关信息进行解析入库操作，选出有效数据进行监控。

8.根据权利要求1所述一种基于NB-IOT的配电室远程监控系统，其特征在于，所述显示模块采用LCD液晶显示屏。

Images