CN117707022A - 一种电缆敷设设备监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种电缆敷设设备监控系统，包括主控模块、声光报警模块、以太网模块、数据检测模块、4G模块、以及继电器控制模块；所述数据检测模块与所述主控模块通信连接，用于对电缆敷设数据的检测和收集；所述声光报警模块与主控模块通信连接，用于对系统本身运行异常和数据检测异常进行报警。在本发明中，通过数据检测模块，实时检测环境中的温度、湿度、氧气浓度、氨气浓度、硫化氢浓度和甲烷浓度，以保证施工人员所处环境的空气质量是安全的。通过小型继电器，驱动声光报警，当系统出现异常时，可以驱动声光报警电路，同时发出报警声音，以向工程人进行报警。通过驱动继电器控制模块，实现系统主电的通断。
Description
技术领域
本发明涉及电缆施工控制领域，特别涉及一种电缆敷设设备监控系统。
背景技术
近年来，随着城市发展进程的加快以及智慧城市步伐的推进，地下电缆的应用越来越多，随之而来的电缆施工工程也呈现激增的形势。电缆施工是一个大工程，主要常见的有电缆敷设。
现有技术中的电缆敷设一般为全人工采用传统的方式进行敷设，由人工根据图纸确定敷设位置，同时由人工根据经验对敷设现场的机械设备进行操作。但是存在以下问题：
不能很好的对敷设现场机械设备的状态施工环境等，进行有效监控和预警，导致人工操作存在一定的安全问题。
因此，现在需要一种电缆敷设设备监控系统，来提高电缆施工的安全性。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种电缆敷设设备监控系统，以解决现有技术中电缆施工安全性低的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电缆敷设设备监控系统，包括主控模块、声光报警模块、以太网模块、数据检测模块、4G模块、以及继电器控制模块；
所述数据检测模块与所述主控模块通信连接，用于对电缆敷设数据的检测和收集；
所述声光报警模块与主控模块通信连接，用于对系统本身运行异常和数据检测异常进行报警；
所述以太网模块所述主控模块通信连接，用于系统通过以太网网络连接到其他设备、计算机或网络，实现通过发送命令实现远程操控用电设备的功能，同时主控会实时向主机上传监控数据；
所述4G模块与所述主控模块通信连接，用于将系统接入物联网，将数量上传至云平台，实现实时查看设备运行状态及监测数据；
所述继电器控制模块用与对整个系统电路的主继电器进行控制；
所述声光报警模块包括与所述主控模块电连接的光电隔离单元、与所述光电隔离单元电连接的继电器控制单元、与所述继电器控制单元电连接的放电单元、以及与所述放电单元电连接的声光报警器。
进一步的，所述监控系统还包括与所述主控模块通信连接的LCD显示屏，所述LCD显示屏用于显示系统内各路开关状态，各电流和漏电流数据和空气质量监测数据。
进一步的，还包括与所述主控模块通信连接的模式切换开关，用于将系统从远程控制和就地控制之间进行切换。
进一步的，还包括与所述主控模块通信连接的IP设置开关，用于配置IP地址，实现多台设备互联。
进一步的，所述数据检测模块包括用于检测电缆敷设环境的环境检测模块、用于检测系统电流情况的电流检测模块、以及用于检测系统是否漏电的漏电检测模块。
进一步的，所述主控模块为STM3F103ZET6单片机芯片。
进一步的，还包括分别与所述主控模块通信连接的接触器按钮状态检测模块、以及接触器开关检测模块，用于对系统主接触器的按钮状态和开关状态进行检测。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
在本发明中，通过数据检测模块，实时检测环境中的温度、湿度、氧气浓度、氨气浓度、硫化氢浓度和甲烷浓度，以保证施工人员所处环境的空气质量是安全的。通过小型继电器，驱动声光报警，当系统出现异常时，可以驱动声光报警电路，同时发出超强闪烁的红光和超响的报警声音，以向工程人进行报警。通过驱动继电器控制模块，实现系统主电的通断。
附图说明
构成本发明的一部分的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。在附图中：
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明声光报警模块；
图3为本发明的继电器控制模块；
图4为本发明的继电器开关状态检测模块。
具体实施方式
需要说明的是，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“背”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，在本发明的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连接件”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图1至图4并结合实施例来详细说明本发明。
整体而言，本发明涉及了一种电缆敷设设备监控系统，如图1所示，包括包括主控模块、声光报警模块、以太网模块、数据检测模块、4G模块、以及继电器控制模块；
数据检测模块与主控模块通信连接，用于对电缆敷设数据的检测和收集；
声光报警模块与主控模块通信连接，用于对系统本身运行异常和数据检测异常进行报警；
以太网模块主控模块通信连接，用于系统通过以太网网络连接到其他设备、计算机或网络，实现通过发送命令实现远程操控用电设备的功能，同时主控会实时向主机上传监控数据；
4G模块与主控模块通信连接，用于将系统接入物联网，将数量上传至云平台，实现实时查看设备运行状态及监测数据；
继电器控制模块用与对整个系统电路的主继电器进行控制；
需要说明的是，主控制模块采用STM3F103ZET6，具有112个通用I/O口，以及其它丰富的外设资源，具有较好的性能，对系统的实现，提供了有力的支撑。以太网芯片采用DM9000，是一款完全集成的、性价比高、引脚数少、带有通用处理器接口的单芯片快速以太网控制器。能满足16位数据接口访问内部存储器。DM9000通过16位数据总线，挂在STM32的FSMC上面。FSMC是STM32灵活的静态存储控制器，能够与同步或异步存储器连接，接口支持包括SRAM、NAND FLASH、NOR FLASH和PSRAM等存储器。STM32通过FSMC接口，可以保证以太网数据通信的流畅与稳定。
需要进一步说明的是，为实现主控监控数据实时上传至物联网云平台，外扩1个4G模块，该4G模块与MCU通过RS485实现数据交互，4G模块将数据上传至云平台。数据检测模块包括环境检测模块、电流检测模块和漏电流检测模块，环境检测集成了温度、湿度、甲烷浓度、氧气浓度、硫化氢浓度和氨气浓度，电流检测包括了电路内的单相电流和三相电流，漏电流检测包括电路漏电流。3个检测模块通过RS485总线并接，通过接口接入MCU。由于MCU是TTL电平，为将485电平转换成TTL电平，采用MAX13487实现电平转换。
在设备使用过程中，如果出现异常，包括设备本身的异常和环境监测的异常，需要通过声光报警灯向工作人员及时发出报警，由于声光报警灯属于感性设备，不能使用I/O直接驱动，本实施例中，声光报警模块包括与主控模块电连接的光电隔离单元、与光电隔离单元电连接的继电器控制单元、与继电器控制单元电连接的放电单元、以及与放电单元电连接的声光报警器。
MCU通过I/O口ALARM1驱动光电隔离单元的1只三极管，由三极管驱动光耦，再由光耦驱动小型继电器，当ALARM1为高电平时，控制继电器控制单元中的继电器闭合，当ALARM1为低电平时，继电器断开。当继电器闭合时，声光报警器接入24VDC，发出红光与声响，当继电器断开时，声光报警器不接入24VDC，不发出光亮和声响。由于声光报警灯属于感性负载，在供电回路断开时，电感会瞬间产生较大电流，因此通过二极管、电容和电阻组成了1个放电回路单元，避免在继电器断开时，声光报警器产生的瞬间电流对主控板的冲击。
上述的继电器控制模块，如图2所示，控制的基本思路是弱电控制强电，主控接收监控端的控制命令，通过I/O口驱动小型继电器，然后由小型继电器驱动中间继电器，再由中间继电器驱动交流接触器，SDO1是MCU的I/O口，配置为通用推免模式，先通过驱动三极管控制光耦的通断，光耦具有光电隔离作用，由光耦的通断控制小型继电器的通断。
设备上电，SDO1保持低电平，确保小型继电器在设备上电过程中不会闭合。当SDO1为低电平时，三极管不导通，光耦的输入端不导通，二极管指示灯不点亮，光耦的输出端也不导通，小型继电器线圈上不能通电而不能闭合，接口上的DO8也没有电压，外部的中间继电器不会闭合，交流接触器也不会闭合，用电设备不供电。
当SDO1为高电平时，三极管导通，光耦的输入端导通，二极管指示灯点亮，光耦的输出端导通，小型继电器线圈上通电而闭合，接口上的DO8有电压，外部的中间继电器会闭合，交流接触器闭合，用电设备供电。
小型继电器供电线圈为感性元件，在供电回路断开时会产生瞬间的大电流，为避免干扰主控，所以在小型继电器的供电回路上并接反向二极管和阻容电路，用于吸收在小型继电器供电回路断开时产生的瞬间电流。
同理，DO8端口驱动外部的中间继电器，中间继电器的线圈比小型继电器更大，在供电回路断开的瞬间会产生更大的能量，容易干扰主控的运行，所以在输出端子上反向并将二极管和阻容电路，为有效吸收中间继电器的能量，采用的电容也会更大一些。通过测试，在接入阻容吸收电路后，消除了在断开供电回路时对主控的影响。
此外，基于上述继电器控制模块的设置，如图4所示，本监控系统还包括分别与所述主控模块通信连接的接触器按钮状态检测模块、以及接触器开关检测模块，用于对系统主接触器的按钮状态和开关状态进行检测。
接触器按钮状态检测模块具体工作原理：MCU通过I/O控制电路主继电器开关的通断，但交流接触器是否受到了控制却不得而知，为明确交流接触器通断的状态，所以通过检测交流接触器的常开触点状态。如MCU通过I/O驱动第1路小型继电器闭合，正常情况下，小型继电器会驱动中间继电器闭合，再驱动交流接触器闭合，但MCU并不知道交流接触器是否已经闭合，所以可以通过MCU检测交流接触器的常开触点已经闭合了来获知交流接触器确实已经闭合。同理在断开供电回路，也需要通过检测交流接触器的常开触点已经断开，才能确定交流接触器已经断开。通过控制与检测，形成闭环，保证施工安全。
继续如图4所示，交流接触器的辅助触点有常开触点和常闭触点，这里使用常开触点，常开触点的状态与交流接触器的主触点状态一致，即主触点断开，常开触点断开，主触点闭合，常开触点闭合。常开触点的一端接+24VDC，另外一端接主控检测端口DI8，当主触点断开时，辅助触点断开，DI8端口上没有电压，光耦的输入端不导通，光耦的输出端也不导通，SDI8上的电平为高电平，MCU检测到SDI8上的电平为高电平，即可获知交流接触器是断开的。当主触点闭合时，辅助触点闭合，DI8端口上有电压+24VDC，光耦的输入端导通，光耦的输出端也导通，SDI8上的电平为低电平，MCU检测到SDI8上的电平为低电平，即可获知交流接触器是闭合的。在光耦的输入端串联1只发光二极管，也可指示交流接触器的通断情况，指示灯亮表明接触器闭合，指示灯不亮表明接触器断开。
接触器按钮状态检测模块工作原理与接触器按钮状态检测模块相同，只是检测的不是接触器的通断状态，而是按钮的通断状态。
此外，监控系统还包括与主控模块通信连接的LCD显示屏，LCD显示屏用于显示系统内各路开关状态，各电流和漏电流数据和空气质量监测数据。LCD显示屏采用的是迪文科技型号为DMG12800T080_01WN的高分辨率显示屏。8.0寸，800*1280分辨率，16.7M色，IPS屏，宽视角。在光线强烈的工况中，也能保证较高的清晰度。具有宽电压供电6～36V，采用标准的DC24V进行供电，接口为RS232。为匹配MCU的TTL电平，采用SP3232作为电平转换芯片。通信协议为常用的串口协议，使用简单快捷，波特率为115200、8位数据、无校验位、1位停止位。
如图1所示，还包括与主控模块通信连接的模式切换开关，用于将系统从远程控制和就地控制之间进行切换。切换开关采用二挡双掷，面板上为“远方”与“就地”。当切换到“远方”时，电路开关受控于监控端，当切换到“就地”时，电路开关不受监控端控制，将控制权限转换为面板按钮。
如图1所示，还包括与主控模块通信连接的IP设置开关，用于配置IP地址，实现多台设备互联。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电缆敷设设备监控系统，其特征在于：
包括主控模块、声光报警模块、以太网模块、数据检测模块、4G模块、以及继电器控制模块；
所述数据检测模块与所述主控模块通信连接，用于对电缆敷设数据的检测和收集；
所述声光报警模块与主控模块通信连接，用于对系统本身运行异常和数据检测异常进行报警；
所述以太网模块所述主控模块通信连接，用于系统通过以太网网络连接到其他设备、计算机或网络，实现通过发送命令实现远程操控用电设备的功能，同时主控会实时向主机上传监控数据；
所述4G模块与所述主控模块通信连接，用于将系统接入物联网，将数量上传至云平台，实现实时查看设备运行状态及监测数据；
所述继电器控制模块用与对整个系统电路的主继电器进行控制；
所述声光报警模块包括与所述主控模块电连接的光电隔离单元、与所述光电隔离单元电连接的继电器控制单元、与所述继电器控制单元电连接的放电单元、以及与所述放电单元电连接的声光报警器。
2.根据权利要求1所述的一种电缆敷设设备监控系统，其特征在于：
所述监控系统还包括与所述主控模块通信连接的LCD显示屏，所述LCD显示屏用于显示系统内各路开关状态，各电流和漏电流数据和空气质量监测数据。
3.根据权利要求1所述的一种电缆敷设设备监控系统，其特征在于：
还包括与所述主控模块通信连接的模式切换开关，用于将系统从远程控制和就地控制之间进行切换。
4.根据权利要求1所述的一种电缆敷设设备监控系统，其特征在于：
还包括与所述主控模块通信连接的IP设置开关，用于配置IP地址，实现多台设备互联。
5.根据权利要求1所述的一种电缆敷设设备监控系统，其特征在于：
所述数据检测模块包括用于检测电缆敷设环境的环境检测模块、用于检测系统电流情况的电流检测模块、以及用于检测系统是否漏电的漏电检测模块。
6.根据权利要求1所述的一种电缆敷设设备监控系统，其特征在于：
所述主控模块为STM3F103ZET6单片机芯片。
7.根据权利要求1所述的一种电缆敷设设备监控系统，其特征在于：
还包括分别与所述主控模块通信连接的接触器按钮状态检测模块、以及接触器开关检测模块，用于对系统主接触器的按钮状态和开关状态进行检测。
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