CN117824757A - 一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统，属于树线放电环境技术领域，包括：FPGA电路；环境风速采集电路；环境风向采集电路；环境湿度采集电路；环境温度采集电路；环境大气压采集电路；环境雨雪感知采集电路；倾斜角度采集电路；光伏蓄电池及电池充电电路；触摸屏控制电路；变量存储电路；报警输出电路；该基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统，应用于树线放电环境的自动监测及预警，通过采集环境温度、湿度、大气压、风向、风速、雨雪感知、杆塔倾斜等多项数据，结合当前自然条件，综合评估出当前风险等级后作出相应预警，提高树线放电的风险预测能力，从而减少恶劣气象条件下带来的经济损失；实时监控，确保第一时间感知。

Description

一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统

技术领域

本发明属于树线放电环境技术领域，具体涉及一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统。

背景技术

目前在树线放电环境的自动监测及预警领域，均采用人工采集各种环境信息并录入，通过专业技术人员进行分析，才能进行预警防范，具体有如下的缺陷：

1.检验准确性差，要求人员必须有一定的责任心，严格根据检验规范逐项进行检测，根据检测指导书的检测结果判断产品良劣；

2.工作量大，检验员需要多次采集统计结果；

3.效率低，野外等环境的恶劣也不利于检察员长时间的采集数据及数据录入，工作效率低下；

4.对采集结果的数据分析需要有经过专门培训的技术人员才能完成， 人员的培训及工作的成本高；

5.危险性高，实际工作的现场均为高压电，在测试过程中存在一定的风险，当违规操作和错误操作时，会造成人员危险和设备损坏，因此，需要研发一种新的基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统来解决现有的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统，以解决树线放电环境预警防范精确度差的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统, 包括：

环境风速采集电路，用于采集风速等级并预判；

环境风向采集电路，用于采集环境风向与当前环境相结合，预判树线放电现象；

环境湿度采集电路，用于采集环境湿度；

环境温度采集电路，用于采集环境温度；

环境大气压采集电路，用于采集环境大气压；

环境雨雪感知采集电路，用于感知环境雨雪情况；

倾斜角度采集电路，用于采集电杆倾斜角度以及杆塔电缆与树干距离变化值；

光伏蓄电池及电池充电电路，用于将光伏转化为电能并储存；

通信电路，用于通信数据交互；

触摸屏控制电路，用于配置、查看当前及历史数据；

变量存储电路，用于根据各地不同的地理环境，保存配置各种采集数据的报警范围， 5G数据的发送接收网站以及报警信息；

报警输出电路，用于通过干接点继电器串接相应报警设备，在风险等级过高的情况下进行预警；

与所述环境风速采集电路、环境风向采集电路、环境湿度采集电路、环境温度采集电路、环境大气压采集电路、环境雨雪感知采集电路、倾斜角度采集电路、通信电路、触摸屏控制电路、变量存储电路以及报警输出电路相连接的FPGA电路，所述FPGA电路，用于获取采集电路的采集数据，并根据数据进行逻辑处理，判断分析数据后报警及上传到云平台。

优选的，所述FPGA电路包括：

处理器U18A；

处理器U18B；

处理器U18C；

处理器U18D；

配置存储器U15；

以及用于给所述处理器U18A、处理器U18B、处理器U18C、处理器U18D以及配置存储器U15供电的核心供电电路；

优选的，所述核心供电电路包括：

稳压器U9、与稳压器U9的VIN引脚和EN引脚相连接的电阻R14、与稳压器U9的VIN引脚和MODE引脚相连接的电阻R14、与电容C25相连接的电容C26；

线性稳压器U8、与线性稳压器U8的VIN引脚相连接的电容C21、与所述电容C21相并联的电容C28、连接在所述线性稳压器U8的VOUT引脚的电容C32和电容C30；

线性稳压器U10、与所述线性稳压器U10的VOUT引脚相连接的电容C36以及电容C35、与所述线性稳压器U10的VIN引脚相连接的电容C27以及电容C33。

优选的，所述环境风速采集电路包括：

收发器U11、连接在收发器U11的B引脚和A引脚的电阻R24、一端与所述电阻R24相连接的电阻R21和电阻R27、连接在所述电阻R21和电阻R27另一端的滤波器L4、与所述滤波器L4相连接稳压二极管ZD1、稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3；

所述环境风向采集电路包括：

收发器U19、连接在收发器U19的B引脚和A引脚的电阻R31、一端与所述电阻R31相连接的电阻R28和电阻R33、连接在所述电阻R28和电阻R33另一端的滤波器L6、与所述滤波器L6相连接稳压二极管ZD4、稳压二极管ZD5、稳压二极管ZD6；

所述环境雨雪感知采集电路包括：

收发器U20、连接在收发器U20的B引脚和A引脚的电阻R37、一端与所述电阻R31相连接的电阻R34和电阻R39、连接在所述电阻R34和电阻R39另一端的滤波器L7、与所述滤波器L7相连接稳压二极管ZD7、稳压二极管ZD8、稳压二极管ZD9。

优选的，所述变量存储电路包括：

存储芯片U27、连接在存储芯片U27的WP引脚的电阻R49、连接在所述存储芯片U27的SCL引脚的电阻R51、连接在所述存储芯片U27的SDA引脚的电阻R50、连接在存储芯片U27的VCC引脚的电容C85和电容C86。

优选的，所述报警输出电路包括：

三极管Q1、与三极管Q1相连接的电阻R52和电阻R53、与三极管Q1相连接的二极管D12、与二极管D12并联的继电器U28。

优选的，所述环境温度采集电路包括：温度传感器U21、与温度传感器U21相连接的电阻R40、与温度传感器U21相连接的电容C73和电容C74。

优选的，所述环境湿度采集电路包括：

运算放大器U5、与所述运算放大器U5相连接的二极管D2、电容C7和电阻R3、与所述电阻R3相连接的电阻R2和电阻R5；

电压基准芯片U7、与所述电压基准芯片U7相连接的电容C20和电解电容器E1、与所述电压基准芯片U7相连接的极化电容器C18和电容C19。

优选的，所述环境大气压采集电路包括：

运算放大器U14、与所述运算放大器U14相连接的二极管D8、电容C56和电阻R25、所述电阻R25相连接的电阻R22和电阻R26；

与电阻R22相连接的压力传感器U13、与所述压力传感器U13相连接的电容C53和电容C49；

与所述运算放大器U14相连接的电容C64、与所述电容C64相连接的电压基准芯片U16和电容C69、与所述电压基准芯片U16相连接的电容C70和电解电容器E2。

优选的，所述倾斜角度采集电路包括：

倾斜角传感器U24、连接在所述倾斜角传感器U24的REGOUT引脚的电容C76、连接在所述倾斜角传感器U24的CPOUT引脚的电容C75、连接在所述倾斜角传感器U24的VDD引脚的电容C78和电容C77。

优选的，所述光伏蓄电池及电池充电电路包括：

电源管理芯片U25、连接在所述电源管理芯片U25的VIN引脚的电阻R43、与所述电阻R43相连接的二极管D10、与所述二极管D10相连接的电容C82和电容C81、连接在电源管理芯片U25的VIN_REG引脚的电阻R44、连接在所述电源管理芯片U25的NTC引脚的电阻R47、连接在电源管理芯片U25的SW引脚的U26、与所述U26相连接的电阻R41和电阻R42、与所述电阻R42相连接的电容C84、电解电容器E3以及电解电容器E4、连接在电源管理芯片U25的BOOST引脚的电容C83、连接在电源管理芯片U25的BAT引脚的电阻R45、与所述电阻R45相连接的电阻R48、连接在电源管理芯片U25的VFB引脚的电阻R46、与所述电容C83相连接的二极管D11和二极管D9。

本发明的技术效果和优点：该基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统，应用于树线放电环境的自动监测及预警，采用FPGA为核心电路，通过触摸屏配置环境参数的报警范围，以及5G网络通信的数据接收端口等信息；确保数据实时及可靠的传输，采集当前环境的各种信息通过5G网络将数据发送到远端服务器进行数据存储及监控；当环境温度、湿度等条件满足一定条件时触发报警信息；并且可通过一组继电器触点连接到本地报警设备，便于进行紧急处理；同时还采用了光伏和蓄电池的设计，解决了设备供电的难题，也有利于山区、野外等无人值守区域；降低了设备安装及使用的限制，尤其在野外等现场，节省了大量的人力物力；通过采集环境温度、湿度、大气压、风向、风速、雨雪感知、杆塔倾斜等多项数据，结合当前自然条件，综合评估出当前风险等级后作出相应预警，提高树线放电的风险预测能力，从而减少恶劣气象条件下带来的经济损失；实时监控，确保第一时间感知。

附图说明

图1为本发明的框架图；

图2为本发明核心供电电路的电路图；

图3为本发明核心供电电路的电路图；

图4为本发明FPGA电路的电路图；

图5为本发明FPGA电路的电路图；

图6为本发明FPGA电路的电路图；

图7为本发明FPGA电路的电路图；

图8为本发明FPGA电路的电路图；

图9为本发明FPGA电路的电路图；

图10为本发明通信电路的电路图；

图11为本发明通信电路的电路图；

图12为本发明通信电路的电路图；

图13为本发明环境风速采集电路的电路图；

图14为本发明环境风向采集电路的电路图；

图15为本发明环境温度采集电路的电路图；

图16为本发明触摸屏控制电路的电路图；

图17为本发明环境湿度采集电路的电路图；

图18为本发明环境大气压采集电路的电路图；

图19为本发明环境雨雪感知采集电路的电路图；

图20为本发明倾斜角度采集电路的电路图；

图21为本发明光伏蓄电池及电池充电电路的电路图；

图22为本发明变量存储电路的电路图；

图23为本发明报警输出电路的电路图。

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，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1中所示的一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统，包括：

FPGA电路，采用FPGA进行开发设计，芯片为EP3C16F484I7N，其具体的特点如下：低功耗，TSMC 低功耗工艺技术和 Altera 功耗感知设计流程实现低功耗，高内存与逻辑和乘法器与逻辑的比率，用于用户 I/O 受限应用的高 I/O 数量、中低密度设备，集成了前所未有的低功耗、高功能性和低成本等特性， Cyclone III 有约 5,000至200,000 个逻辑单元(LE)，存储器容量为0.5 Mb至8Mb，静态功耗不到1/4瓦；具有LAB/CLB 数：963；逻辑元件/单元数：15408；总 RAM 位数：516096；I/O 数：346；电压 - 供电：1.15V ~ 1.25V；如图4-图9所示，

与所述环境风速采集电路、环境风向采集电路、环境湿度采集电路、环境温度采集电路、环境大气压采集电路、环境雨雪感知采集电路、倾斜角度采集电路、通信电路、触摸屏控制电路、变量存储电路以及报警输出电路相连接的FPGA电路，所述FPGA电路，用于获取采集电路的采集数据，并根据数据进行逻辑处理，判断分析数据后，确定是否报警及上传到云平台；所述FPGA电路包括：

处理器U18A；

处理器U18B；

处理器U18C；

处理器U18D；

配置存储器U15；

以及用于给所述处理器U18A、处理器U18B、处理器U18C、处理器U18D以及配置存储器U15供电的核心供电电路；

FPGA电路用于FPGA 与各传感器进行通信，从而获得各传感器的采集结果、出具存储读写功能、与触摸屏通信功能、通过通信电路与云平台进行通信、控制输出报警电路、根据数据进行逻辑处理，判断分析数据后，确定是否报警及上传到云平台；环境风速采集电路，环境风速过大会导致树干晃动，会发生缠绕等问题，增加了树线放电现象的发生，通过采集风速等级及时预判。采用RS-FS-N01模块读取当前的风速，该模块具有采集精度高，测量范围大，抗静电，防灰尘等优点，特别适用于环境恶劣的场合。具体指标如下：测量的范围0~60m/s，对应风速等级为0-17级，采集精度±0.3m/s，更新时间0.5s；同时该模块与FPGA采用了485隔离通信，提高了抗干扰能力；如图13所示，所述环境风速采集电路包括：

收发器U11、连接在收发器U11的B引脚和A引脚的电阻R24、一端与所述电阻R24相连接的电阻R21和电阻R27、连接在所述电阻R21和电阻R27另一端的滤波器L4、与所述滤波器L4相连接稳压二极管ZD1、稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3；

环境风向采集电路，环境风向的采集与当前环境向结合，预判可能出现的树线放电现象的发生，以便及时报警。采用RS-FX-N01模块8个指示方向，动态相应速度≤0.5s，还进行了防电磁干扰处理，机械强度大，硬度高，耐腐蚀、不生锈可长期使用，具有室外转动惯量小等特点，同时该模块与FPGA电路采用了485隔离通信，提高了抗干扰能力；如图所示，所述环境风向采集电路包括：

收发器U19、连接在收发器U19的B引脚和A引脚的电阻R31、一端与所述电阻R31相连接的电阻R28和电阻R33、连接在所述电阻R28和电阻R33另一端的滤波器L6、与所述滤波器L6相连接稳压二极管ZD4、稳压二极管ZD5、稳压二极管ZD6；

环境湿度采集电路，环境湿度也是树线放电的一个重要因素，随着环境湿度的加大会增加树线放电强度。湿度传感器采用H1500LF，该传感器具有如下特点：5VDC恒压供电；1-4VDC放大线形电压输出，便于客户使用；宽量程：0~100%RH；精度±3%RH（10~95%RH范围）；抗静电，防灰尘，有效抵抗各种腐蚀性气体物质。采用电阻、电容、二极管等组成分压和通道保护电路；采用AD8541和电阻，电容组成电压跟随器，确保输入AD的信号为高阻信号；

AD采用的AD7788是ADI公司出品的16位、单通道、超低功耗Σ-Δ型ADC，工作时最大功耗仅为75uA，确保采集的高精度和稳定性。

电压基准采用LT1790AIS6也是ADI公司出品高精度低功耗芯片，工作时最大功耗仅为75uA，温度系数为10ppm /℃，精度更是达到了±0.05%；如图17所示，所述环境湿度采集电路包括：

运算放大器U5、与所述运算放大器U5相连接的二极管D2、电容C7和电阻R3、与所述电阻R3相连接的电阻R2和电阻R5；

电压基准芯片U7、与所述电压基准芯片U7相连接的电容C20和电解电容器E1、与所述电压基准芯片U7相连接的极化电容器C18和电容C19；

环境温度采集电路，环境温度过高并且湿度很低的情况下，环境会增加自燃等现象发生。采用DS18B20温度传感器，输出的是数字信号，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条数据线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯，测温范围 －55℃～+125℃，固有测温误差1℃。所述环境温度采集电路包括：温度传感器U21、与温度传感器U21相连接的电阻R40、与温度传感器U21相连接的电容C73和电容C74。

环境大气压采集电路，用于在不同的高压条件下会导致介质对电的阻挡能力不同，会增加树线放电、火灾等现象的发生。大气压采集电路采用ASDXACX015PAAA为采集核心进行设计的，这款芯片由霍尼韦尔推出，具有成比例 12 位模拟输出；并且在 0°C 到 85°C[32°F 到 185°F] 温度范围内的精度 ASIC 调节和温度补偿；

采用电阻、电容、二极管等组成分压和通道保护电路；采用AD8541和电阻。电容组成电压跟随器，确保输入AD的信号为高阻信号；

AD采用的AD7788是ADI公司出品的16位、单通道、超低功耗Σ-Δ型ADC，工作时最大功耗仅为75uA，确保采集的高精度和稳定性。

电压基准采用LT1790AIS6也是ADI公司出品高精度低功耗芯片，工作时最大功耗仅为75uA，温度系数为10ppm /℃，精度更是达到了±0.05%，通过以上电路确保大气压采集的精确和稳定性；如图18所示，所述环境大气压采集电路包括：

运算放大器U14、与所述运算放大器U14相连接的二极管D8、电容C56和电阻R25、所述电阻R25相连接的电阻R22和电阻R26；

与电阻R22相连接的压力传感器U13、与所述压力传感器U13相连接的电容C53和电容C49；

与所述运算放大器U14相连接的电容C64、与所述电容C64相连接的电压基准芯片U16和电容C69、与所述电压基准芯片U16相连接的电容C70和电解电容器E2。

环境雨雪感知采集电路，感知环境雨雪情况，在阴雨天和大雪环境下会增加树线放电的风险。采用RS-YUX-N01-H模块读取环境的雨雪情况，通过12V供电，485通讯采集，该采集器还具有加热功能，当传感器出现结冰现象，可以通过传感器的加热功能把表面的结冰融化，从而不影响设备的正常使用；如图19所示，所述环境雨雪感知采集电路包括：

收发器U20、连接在收发器U20的B引脚和A引脚的电阻R37、一端与所述电阻R31相连接的电阻R34和电阻R39、连接在所述电阻R34和电阻R39另一端的滤波器L7、与所述滤波器L7相连接稳压二极管ZD7、稳压二极管ZD8、稳压二极管ZD9。

倾斜角度采集电路，由于电杆长时间处于野外不可避免会产生倾斜，杆塔电缆与树干等距离发生变化，从而引发放电及火灾等问题。倾斜角传感器采用MPU-6050，该芯片是TDK InvenSense(应美盛)推出的用于6轴加速度传感器,可以同时测量加速度和角速度，其工作原理基于微电机和陀螺仪技术,能够精确地检测运动状态和方向变化，在该设计中可以精准的采集到建筑的倾斜角变化；如图20所示，所述倾斜角度采集电路包括：

倾斜角传感器U24、连接在所述倾斜角传感器U24的REGOUT引脚的电容C76、连接在所述倾斜角传感器U24的CPOUT引脚的电容C75、连接在所述倾斜角传感器U24的VDD引脚的电容C78和电容C77。

光伏蓄电池及电池充电电路，采用光伏供电方案，具有避免设备取电的困扰及节约能源等优点，使设备能够安装在各种恶劣中，如无法提供动力电的山区等。采用凌力尔特公司的LT3652为核心进行设计，将光伏的输出电源通过LT3652进行转换为蓄电池的充电电源，具有太阳能电源跟踪功能，单片降压型电池充电器 IC，用于新式电池化学组成，该器件运用了一种创新的输入电压调节环路，该环路负责控制充电电流，将输入电压保持在编程设定的电平上，当 LT3652 由单块太阳能电池板供电时，输入调节环路强制电池板以峰值输出功率运行，此独特的输入电压调节环路电路系统提供了与更复杂和更昂贵的 MPPT 方法几乎同样的输出功率。

LT3652 接受 4.95V 至 32V 的宽范围电压输入，具有40V 绝对最大额定值，以增加系统裕度，它能够给多种电池组配置充电，包括单节至三节串联锂离子/聚合物电池、单节至四节串联磷酸铁锂电池、12V 密封铅酸 (SLA) 电池、以及高达 14.4V 的电池；

LT3652 的充电电流可设置为高达 2A，这款独立型电池充电器无需使用外部微控制器，并具有用户可选的充电终止功能，包括 C/10 或一个内置定时器，该器件的 1MHz 固定开关频率实现了小巧的方案外形尺寸。浮置电压反馈准确度规定为 ±0.5%，充电电流准确度为 ±5%，而 C/10 检测准确度为 ±2.5%。一旦充电操作终止，LT3652 就自动进入一种低电流待机模式，该模式把输入电源电流减小至 85uA。在停机模式中，输入偏置电流减小至 15uA。在所有非充电周期，通过从电池泄漏<1uA 的电流，LT3652 最大限度地延长了电池寿命。对于自主型充电控制，如果电池电压降至编程设定的浮置电压以下达 2.5% 时，自动再充电功能就起动一个新的充电周期；

如图2-图3、图21所示，所述核心供电电路包括：

稳压器U9、与稳压器U9的VIN引脚和EN引脚相连接的电阻R14、与稳压器U9的VIN引脚和MODE引脚相连接的电阻R14、与电容C25相连接的电容C26；

线性稳压器U8、与线性稳压器U8的VIN引脚相连接的电容C21、与所述电容C21相并联的电容C28、连接在所述线性稳压器U8的VOUT引脚的电容C32和电容C30；

线性稳压器U10、与所述线性稳压器U10的VOUT引脚相连接的电容C36以及电容C35、与所述线性稳压器U10的VIN引脚相连接的电容C27以及电容C33。光伏蓄电池及电池充电电路包括：

电源管理芯片U25、连接在所述电源管理芯片U25的VIN引脚的电阻R43、与所述电阻R43相连接的二极管D10、与所述二极管D10相连接的电容C82和电容C81、连接在电源管理芯片U25的VIN_REG引脚的电阻R44、连接在所述电源管理芯片U25的NTC引脚的电阻R47、连接在电源管理芯片U25的SW引脚的U26、与所述U26相连接的电阻R41和电阻R42、与所述电阻R42相连接的电容C84、电解电容器E3以及电解电容器E4、连接在电源管理芯片U25的BOOST引脚的电容C83、连接在电源管理芯片U25的BAT引脚的电阻R45、与所述电阻R45相连接的电阻R48、连接在电源管理芯片U25的VFB引脚的电阻R46、与所述电容C83相连接的二极管D11和二极管D9。

通信电路，如图10-图12所示，由于采用的是5G通信，也避免在恶劣的环境下铺设通信电缆等问题，有效的降低了原材料及施工成本、确保通信可靠稳定。采用最先进的5G通信，保证了通信的实时性，SIM8200-M2 系列模块是芯讯通无线科技(上海)有限公司的通信模块，支持5G NR/LTE-FDD/LTE-TDD/HSPA+ 等无线通信，支持高达 2.4Gbps下载速率和R15 5G NSA/SA 的组网方式；SIM8200-M2 系列采用 M.2 封装，类型是 3052-S3-B，其AT命令与 SIM7912G/SIM8300G-M2 系列模块兼容，专为各种高吞吐量无线数据通信的 5G 应用而设计，具有高性能、高安全性和可靠性；电路同时还采用了TXB0108PWR用于电平的转换，经FPGA信号的电平转换为5G模块IO所使用的电平，并且加入了USB下载配置的功能。

触摸屏控制电路，如图16所示，用于配置、查看当前及历史数据；使用正点原子的七寸触摸屏进行开发设计，该触摸屏具有设计简单，支持3.3V供电，并且直接与FPGA进行连接，降低了设备功耗。可直接用于参数的配置及读取，当前环境数据的显示，历史数据的读取以及曲线的趋势变化图等功能。

变量存储电路，存储电路会根据各地不同的地理环境，保存配置各种采集数据的报警范围；5G数据的发送接收网站以及报警信息等。采用铁电存储器，提点存储器具有将ROM的非易失性数据存储特性和RAM的无限次读写、高速读写以及低功耗等优势结合在一起，在该设计中，采用了的FM24V02-GTR，存储容量为256Kbit，工作电流仅为1mA，待机电流时的电流仅为90uA，主要用于存储及读取用户设置的报警触发条件等参数，同时还存储近一段时间的各环境参数，报警记录等信息，便于用户查询等；如图22所示，所述变量存储电路包括：

存储芯片U27、连接在存储芯片U27的WP引脚的电阻R49、连接在所述存储芯片U27的SCL引脚的电阻R51、连接在所述存储芯片U27的SDA引脚的电阻R50、连接在存储芯片U27的VCC引脚的电容C85和电容C86。

报警输出电路，提供5G报警之外的预警保护机制。通过干接点继电器串接相应报警设备，在风险等级过高的情况下进行预警。采用三极管2SC1815和电阻、二极管、继电器组成了输出干接点控制电路，当有报警出现，则继电器断开，继电器的常开点和公共端，采用了干接点方式进行连接，便于客户接入不同类型的电源；如图23所示，所述报警输出电路包括：

三极管Q1、与三极管Q1相连接的电阻R52和电阻R53、与三极管Q1相连接的二极管D12、与二极管D12并联的继电器U28。

本系统的处理机制包括：根据现场环境的不同，通过触摸屏，分别输入各个环境参数的预警值及组合预警参数，存储到设备中并作为报警判断条件。当某个环境参数的数值大于预警值时，就会触发报警机制，继电器就会触发相应的保护设备，同时进行本地报警存储，并及时将结果上报数据中心；同样当几个环境参数分别达到了组合预警值的情况下也会触发继电器保护设备，并存储信息后上报数据中心。

该基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统，应用于树线放电环境的自动监测及预警，采用FPGA为核心电路，通过触摸屏配置环境参数的报警范围，以及5G网络通信的数据接收端口等信息；确保数据实时及可靠的传输，采集当前环境的各种信息通过5G网络将数据发送到远端服务器进行数据存储及监控；当环境温度、湿度等条件满足一定条件时，触发报警信息；并且可通过一组继电器触点连接到本地报警设备，便于进行紧急处理；同时还采用了光伏蓄电池的设计，解决了设备供电的难题，也有利于山区、野外等无人值守区域；降低了设备安装及使用的限制，尤其在野外等现场，节省了大量的人力物力；通过采集环境温度、湿度、大气压、风向、风速、雨雪感知、杆塔倾斜等多项数据，结合当前自然条件，综合评估出当前风险等级后作出相应预警，提高树线放电的风险预测能力，从而减少恶劣气象条件下带来的经济损失；实时监控，确保第一时间感知。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,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 (10)

1.一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统，其特征在于：包括：

环境风速采集电路，用于采集风速等级并预判；

环境风向采集电路，用于采集环境风向与当前环境相结合，预判树线放电现象；

环境湿度采集电路，用于采集环境湿度；

环境温度采集电路，用于采集环境温度；

环境大气压采集电路，用于采集大气压；

环境雨雪感知采集电路，用于感知环境雨雪情况；

倾斜角度采集电路，用于采集电杆倾斜角度以及杆塔电缆与树干距离变化值；

光伏蓄电池及电池充电电路，用于将光伏转化为电能并储存；

通信电路，用于通信数据交互；

触摸屏控制电路，用于配置、查看当前及历史数据；

变量存储电路，用于根据各地不同的地理环境，保存配置各种采集数据的报警范围，5G数据的发送接收网站以及报警信息；

报警输出电路，用于通过干接点继电器串接相应报警设备，在风险等级过高的情况下进行预警；

与所述环境风速采集电路、环境风向采集电路、环境湿度采集电路、环境温度采集电路、环境大气压采集电路、环境雨雪感知采集电路、倾斜角度采集电路、通信电路、触摸屏控制电路、变量存储电路以及报警输出电路相连接的FPGA电路，所述FPGA电路，用于获取采集电路的采集数据，并根据数据进行逻辑处理，判断分析数据后报警及上传到云平台。

2.根据权利要求1所述的一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统，其特征在于：所述FPGA电路包括：

处理器U18A；

处理器U18B；

处理器U18C；

处理器U18D；

配置存储器U15；

以及用于给所述处理器U18A、处理器U18B、处理器U18C、处理器U18D以及配置存储器U15供电的核心供电电路；

所述核心供电电路包括：

稳压器U9、与稳压器U9的VIN引脚和EN引脚相连接的电阻R14、与稳压器U9的VIN引脚和MODE引脚相连接的电阻R14、与电容C25相连接的电容C26；

线性稳压器U8、与线性稳压器U8的VIN引脚相连接的电容C21、与所述电容C21相并联的电容C28、连接在所述线性稳压器U8的VOUT引脚的电容C32和电容C30；

线性稳压器U10、与所述线性稳压器U10的VOUT引脚相连接的电容C36以及电容C35、与所述线性稳压器U10的VIN引脚相连接的电容C27以及电容C33。

3.根据权利要求1所述的一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统，其特征在于：所述光伏蓄电池及电池充电电路包括：

电源管理芯片U25、连接在所述电源管理芯片U25的VIN引脚的电阻R43、与所述电阻R43相连接的二极管D10、与所述二极管D10相连接的电容C82和电容C81、连接在电源管理芯片U25的VIN_REG引脚的电阻R44、连接在所述电源管理芯片U25的NTC引脚的电阻R47、连接在电源管理芯片U25的SW引脚的U26、与所述U26相连接的电阻R41和电阻R42、与所述电阻R42相连接的电容C84、电解电容器E3以及电解电容器E4、连接在电源管理芯片U25的BOOST引脚的电容C83、连接在电源管理芯片U25的BAT引脚的电阻R45、与所述电阻R45相连接的电阻R48、连接在电源管理芯片U25的VFB引脚的电阻R46、与所述电容C83相连接的二极管D11和二极管D9。

4.根据权利要求1所述的一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统，其特征在于：所述环境风速采集电路包括：

收发器U11、连接在收发器U11的B引脚和A引脚的电阻R24、一端与所述电阻R24相连接的电阻R21和电阻R27、连接在所述电阻R21和电阻R27另一端的滤波器L4、与所述滤波器L4相连接稳压二极管ZD1、稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3；

所述环境风向采集电路包括：

收发器U19、连接在收发器U19的B引脚和A引脚的电阻R31、一端与所述电阻R31相连接的电阻R28和电阻R33、连接在所述电阻R28和电阻R33另一端的滤波器L6、与所述滤波器L6相连接稳压二极管ZD4、稳压二极管ZD5、稳压二极管ZD6；

所述环境雨雪感知采集电路包括：

收发器U20、连接在收发器U20的B引脚和A引脚的电阻R37、一端与所述电阻R31相连接的电阻R34和电阻R39、连接在所述电阻R34和电阻R39另一端的滤波器L7、与所述滤波器L7相连接稳压二极管ZD7、稳压二极管ZD8、稳压二极管ZD9。

5.根据权利要求1所述的一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统，其特征在于：所述变量存储电路包括：

存储芯片U27、连接在存储芯片U27的WP引脚的电阻R49、连接在所述存储芯片U27的SCL引脚的电阻R51、连接在所述存储芯片U27的SDA引脚的电阻R50、连接在存储芯片U27的VCC引脚的电容C85和电容C86。

6.根据权利要求1所述的一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统，其特征在于：所述报警输出电路包括：

三极管Q1、与三极管Q1相连接的电阻R52和电阻R53、与三极管Q1相连接的二极管D12、与二极管D12并联的继电器U28。

7.根据权利要求1所述的一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统，其特征在于：所述环境温度采集电路包括：温度传感器U21、与温度传感器U21相连接的电阻R40、与温度传感器U21相连接的电容C73和电容C74。

8.根据权利要求1所述的一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统，其特征在于：所述环境湿度采集电路包括：

运算放大器U5、与所述运算放大器U5相连接的二极管D2、电容C7和电阻R3、与所述电阻R3相连接的电阻R2和电阻R5；

电压基准芯片U7、与所述电压基准芯片U7相连接的电容C20和电解电容器E1、与所述电压基准芯片U7相连接的极化电容器C18和电容C19。

9.根据权利要求1所述的一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统，其特征在于：所述环境大气压采集电路包括：

运算放大器U14、与所述运算放大器U14相连接的二极管D8、电容C56和电阻R25、所述电阻R25相连接的电阻R22和电阻R26；

与电阻R22相连接的压力传感器U13、与所述压力传感器U13相连接的电容C53和电容C49；

与所述运算放大器U14相连接的电容C64、与所述电容C64相连接的电压基准芯片U16和电容C69、与所述电压基准芯片U16相连接的电容C70和电解电容器E2。

10.根据权利要求1所述的一种基于恶劣气象条件下的智能感知预警系统，其特征在于：所述倾斜角度采集电路包括：

倾斜角传感器U24、连接在所述倾斜角传感器U24的REGOUT引脚的电容C76、连接在所述倾斜角传感器U24的CPOUT引脚的电容C75、连接在所述倾斜角传感器U24的VDD引脚的电容C78和电容C77。