CN204046899U - 路灯漏电和电缆防盗监控系统 - Google Patents

Abstract

路灯漏电和电缆防盗监控系统，包括主机和漏电互感器，主机包括中央处理单元、电流处理单元和电流转换单元，电流处理单元连接中央处理单元，漏电互感器1安装于电缆火线和电缆零线上，漏电互感器通过电流转换单元连接电流处理单元。本实用新型的路灯漏电和电缆防盗监控系统，管理部门可以通过该系统，及时准确的了解路灯线路的运行状态，及时的处理漏电故障，从而保障了线路的安全运行，大大减少事故的发生。根据电路运行原理，系统增加了防盗功能，电缆被盗割时，系统会自动报警；系统可以做到无人看管、自动运行，从而使用该系统可以在减轻管理和维修人员工作压力的同时，大大提高故障的报修和检修效率。

Description

路灯漏电和电缆防盗监控系统

技术领域

本实用新型涉及城市照明技术领域，尤其涉及城市路灯监测技术。

背景技术

路灯作为城市建设的重要组成部分，由于城市建设的高速发展 ，传统的水泥灯杆被秀丽多姿的金属灯杆取代。然而路灯大多长期处于露天环境，由于自然环境及路灯部件老化等原因，路灯线路漏电已经成为不可控制的故障问题；并且，金属灯杆是导电体，且分布在市区行人密集的街道旁，路灯、灯箱的导线接头、镇流器、保险、触发器、灯头、灯泡等元件都安装在灯杆、灯箱内，路灯在运行过程中，由于元件老化、损坏等原因导致绝缘失效，而使灯杆、灯箱成为一个带电体，行人触摸后便会发生人身伤亡事故。在公用电网中不宜采用接零保护，故我国各城市主要采用接地保护。不论接零还是接地，都不能保证将漏电电压降至国家规定的安全电压 (42V)以下，对人身安全仍存在威胁。

在城市路灯照明面临的诸多问题中，线路漏电问题是一个迫切需要解决的问题。因为线路漏电对公共财产安全、行人安全等造成严重的影响，有可能引发意想不到的灾害事故。

据调查目前国内在路灯线路漏电管理方面技术相对较落后，仅局限在使用断路器、空开之类的保护装置。出现漏电情况只能在第一时间进行机械式的处理，故障信息不能及时反馈给控制中心；目前国内没有关于路灯线路漏电方面的监控系统，部分厂家生产的路灯远程监控系统中有关于漏电保护相关的模块，其功能仅体现于出现故障时的应急处理，没有做到线路的实时监测，以及故障报警、故障定位等信息的及时反馈，可谓“治标不治本”。总之，传统的管理方式只能对漏电故障进行应急处理，维修人员在故障检修时需要进行线路排查，任务会非常繁重，这样增加了安全隐患存在的时间。随着社会生产的进步，完整的线路漏电实时监控系统必将取代传统的管理方式。

实用新型内容

为了克服传统路灯线路漏电检测存在的上述问题，本实用新型提供了一种线路漏电实时监控和电缆防盗系统。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：路灯漏电和电缆防盗监控系统，包括主机5和漏电互感器1，主机5包括中央处理单元、电流处理单元和电流转换单元，电流处理单元连接中央处理单元，漏电互感器1安装于电缆火线3和电缆零线4上，漏电互感器1通过电流转换单元连接电流处理单元。

所述主机5还设有与中央处理单元连接GPRS单元，GPRS单元通过网络连接控制中心或手机。

所述主机5还设有存储单元和显示单元，存储单元和显示单元与中央处理单元连接。

所述漏电互感器1为钳形漏电流传感器。

所述中央处理单元采用CONTEX M3处理器。

所述电流转换单元采用电流有效值转换ADE7758芯片。 

本实用新型的路灯漏电和电缆防盗监控系统，采用专业的电流测量芯片对路灯线路电流运行状态的检测来判断线路是否漏电，数据会自动传输给后台，一般路灯运行时会有一个指定的电流范围，当检测数据超出范围即为出现漏电情况，会自动发出警报，工作人员可以根据报警情况了解线路漏电的情况并及时检修。管理部门可以通过该系统，及时准确的了解路灯线路的运行状态，及时的处理漏电故障，从而保障了线路的安全运行，大大减少事故的发生。根据电路运行原理，系统增加了防盗功能，电缆被盗割时，系统会自动报警；系统可以做到无人看管、自动运行，从而使用该系统可以在减轻管理和维修人员工作压力的同时，大大提高故障的报修和检修效率。

附图说明

图1是本实用新型路灯漏电和电缆防盗监控系统原理图。

图2是本实用新型主机电源部分电路图。

图3是本实用新型中央处理单元部分电路图。

图4是本实用新型主机电流处理单元漏电和防盗电流检测部分电路图。

图5是本实用新型主机通讯部分电路图。

图6是本实用新型主机GPRS无线单元部分电路图。

图7是本实用新型主机显示和按键部分电路图。

具体实施方式

本实用新型的路灯漏电和电缆防盗监控系统是基于路灯远程无线控制系统平台下，一个独立的模块，其通过在路灯线路内加装线路电流检测装置，对线路回流进行实时监测，发现异常及时报警，原理如图1所示，其包括主机5和漏电互感器1，主机部分的主要功能是实时采集漏电传感器的漏电流，与预先设定的电流阈值进行比较，以判断是漏电超限还是，电缆被盗。通过无线方式发送到后台和管理人员手机，以便及时处理，主机5包括电源、中央处理单元、电流处理单元、电流转换单元、存储单元、显示单元、GPRS单元、时钟单元、电源单元和天线，电流处理单元连接中央处理单元，漏电互感器1安装于路灯2的电缆火线3和电缆零线4上，漏电互感器1通过电流转换单元连接电流处理单元，GPRS单元通过网络连接控制中心或手机，主机电源部分电路如图2所示，中央处理单元部分电路如图3所示，电流处理单元漏电和防盗电流检测部分电路如图4所示，主机通讯部分电路如图5所示，主机GPRS无线单元部分电路如图6所示，主机显示和按键部分电路如图7所示。

漏电互感器1采用高精度钳形漏电流传感器，该传感器可用于高精度的交流漏电流、电流、高次谐波电流、相位、电能、功率、功率因数等检测。采用最新CT 技术，便携式、钳形设计，不必断开被测线路，非接触测量，安全、快速，钳头有屏蔽层，外界磁场的影响极小，确保了常年无间断测量的高精度、高稳定性、高可靠性。

微处理器采用STM32103RC，Contex M3 32 位处理器，该处理器具有（1）内核ARM 32位的Cortex?-M3 CPU，最高72MHz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达    1.25DMips/MHz(Dhrystone 2.1) 。（2）存储器从256K至512K字节的闪存程序存储器，高达64K字节的SRAM ，带4个片选的静态存储器控制器。支持CF卡、SRAM、PSRAM、NOR和NAND存储器；（3）时钟、复位和电源管理等。

其中：

内核：ARM32位Cortex-M3 CPU，最高工作频率72MHz，1.25DMIPS/MHz。单周期乘法和硬件除法；

存储器：片上集成32-512KB的Flash存储器。6-64KB的SRAM存储器；

时钟、复位和电源管理：2.0-3.6V的电源供电和I/O接口的驱动电压。POR、PDR和可编程的电压探测器（PVD）。4-16MHz的晶振。内嵌出厂前调校的8MHz RC振荡电路。内部40 kHz的RC振荡电路。用于CPU时钟的PLL。带校准用于RTC的32kHz的晶振；

低功耗：3种低功耗模式：休眠，停止，待机模式。为RTC和备份寄存器供电的VBAT；

调试模式：串行调试（SWD）和JTAG接口；

DMA：12通道DMA控制器。支持的外设：定时器，ADC，DAC，SPI，IIC和UART。

2个12位的us级的A/D转换器（16通道）：A/D测量范围：0-3.6 V，双采样和保持能力。片上集成一个温度传感器；

2通道12位D/A转换器：STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE独有；

最多高达112个的快速I/O端口：根据型号的不同，有26，37，51，80，和112的I/O端口，所有的端口都可以映射到16个外部中断向量。除了模拟输入，所有的都可以接受5V以内的输入；

最多多达11个定时器：4个16位定时器，每个定时器有4个IC/OC/PWM或者脉冲计数器。2个16位的6通道高级控制定时器：最多6个通道可用于PWM输出。2个看门狗定时器（独立看门狗和窗口看门狗），Systick定时器：24位倒计数器。2个16位基本定时器用于驱动DAC；

最多多达13个通信接口：2个IIC接口（SMBus/PMBus）。5个USART接口（ISO7816接口，LIN，IrDA兼容，调试控制）。3个SPI接口（18 Mbit/s），两个和IIS复用。CAN接口（2.0B）。USB 2.0全速接口。SDIO接口。

ECOPACK封装：STM32F103xx系列微控制器采用ECOPACK封装形式。

系统作用：

1、集成嵌入式Flash和SRAM存储器的ARM Cortex-M3内核。和8/16位设备相比，ARM Cortex-M3 32位RISC处理器提供了更高的代码效率。STM32F103xx微控制器带有一个嵌入式的ARM核，所以可以兼容所有的ARM工具和软件；

2、嵌入式Flash存储器和RAM存储器：内置多达512KB的嵌入式Flash，可用于存储程序和数据。多达64KB的嵌入式SRAM可以以CPU的时钟速度进行读写（不待等待状态）；

3、可变静态存储器（FSMC）：FSMC嵌入在STM32F103xC,STM32F103xD,STM32F103xE中，带有4个片选，支持四种模式：Flash,RAM,PSRAM,NOR和NAND。3个FSMC中断线经过OR后连接到NVIC。没有读/写FIFO，除PCCARD之外，代码都是从外部存储器执行，不支持Boot，目标频率等于SYSCLK/2，所以当系统时钟是72MHz时，外部访问按照36MHz进行；

4、嵌套矢量中断控制器（NVIC）：可以处理43个可屏蔽中断通道（不包括Cortex-M3的16根中断线），提供16个中断优先级。紧密耦合的NVIC实现了更低的中断处理延迟，直接向内核传递中断入口向量表地址，紧密耦合的NVIC内核接口，允许中断提前处理，对后到的更高优先级的中断进行处理，支持尾链，自动保存处理器状态，中断入口在中断退出时自动恢复，不需要指令干预；

5、外部中断/事件控制器（EXTI）：外部中断/事件控制器由用于19条产生中断/事件请求的边沿探测器线组成。每条线可以被单独配置用于选择触发事件（上升沿，下降沿，或者两者都可以），也可以被单独屏蔽。有一个挂起寄存器来维护中断请求的状态。当外部线上出现长度超过内部APB2时钟周期的脉冲时，EXTI能够探测到。多达112个GPIO连接到16个外部中断线；

6、时钟和启动：在启动的时候还是要进行系统时钟选择，但复位的时候内部8MHz的晶振被选用作CPU时钟。可以选择一个外部的4-16MHz的时钟，并且会被监视来判定是否成功。在这期间，控制器被禁止并且软件中断管理也随后被禁止。同时，如果有需要（例如碰到一个间接使用的晶振失败），PLL时钟的中断管理完全可用。多个预比较器可以用于配置AHB频率，包括高速APB(PB2)和低速APB（APB1），高速APB最高的频率为72MHz，低速APB最高的频率为36MHz；

7、Boot模式：在启动的时候，Boot引脚被用来在3种Boot选项种选择一种：从用户Flash导入，从系统存储器导入，从SRAM导入。Boot导入程序位于系统存储器，用于通过USART1重新对Flash存储器编程；

8、电源供电方案：VDD ，电压范围为2.0V-3.6V，外部电源通过VDD引脚提供，用于I/O和内部调压器。VSSA和VDDA，电压范围为2.0-3.6V，外部模拟电压输入，用于ADC，复位模块，RC和PLL，在VDD范围之内（ADC被限制在2.4V），VSSA和VDDA必须相应连接到VSS和VDD。VBAT，电压范围为1.8-3.6V，当VDD无效时为RTC，外部32KHz晶振和备份寄存器供电（通过电源切换实现）；

9、电源管理：设备有一个完整的上电复位（POR）和掉电复位（PDR）电路。这条电路一直有效，用于确保从2V启动或者掉到2V的时候进行一些必要的操作。当VDD低于一个特定的下限VPOR/PDR时，不需要外部复位电路，设备也可以保持在复位模式。设备特有一个嵌入的可编程电压探测器（PVD），PVD用于检测VDD，并且和VPVD限值比较，当VDD低于VPVD或者VDD大于VPVD时会产生一个中断。中断服务程序可以产生一个警告信息或者将MCU置为一个安全状态。PVD由软件使能；

10、电压调节：调压器有3种运行模式：主（MR），低功耗（LPR）和掉电。MR用在传统意义上的调节模式（运行模式），LPR用在停止模式，掉电用在待机模式：调压器输出为高阻，核心电路掉电，包括零消耗（寄存器和SRAM的内容不会丢失）；

11、低功耗模式：STM32F103xx支持3种低功耗模式，从而在低功耗，短启动时间和可用唤醒源之间达到一个最好的平衡点。休眠模式：只有CPU停止工作，所有外设继续运行，在中断/事件发生时唤醒CPU；停止模式：允许以最小的功耗来保持SRAM和寄存器的内容。1.8V区域的时钟都停止，PLL，HSI和HSE RC振荡器被禁能，调压器也被置为正常或者低功耗模式。设备可以通过外部中断线从停止模式唤醒。外部中断源可以使16个外部中断线之一，PVD输出或者TRC警告。待机模式：追求最少的功耗，内部调压器被关闭，这样1.8V区域断电。PLL,HSI和HSE RC振荡器也被关闭。在进入待机模式之后，除了备份寄存器和待机电路，SRAM和寄存器的内容也会丢失。当外部复位（NRST引脚），IWDG复位，WKUP引脚出现上升沿或者TRC警告发生时，设备退出待机模式。进入停止模式或者待机模式时，TRC,IWDG和相关的时钟源不会停止。

电流转换单元的电流有效值转换芯片采用ADI公司的ADE7758，监控终端电参数采集芯片采用美国模拟器件公司（ADI）最新的工业级电表芯片，内部24位快速A/D采样模块，并内建实时运算处理器，及时有效的处理数据，比采用CPU+A/D采样技术运算速度快，精度高。每三个回路的数据（包括电流，电压，有、无功功率，视在功率等）采集时间仅为300ms，为防止瞬间的波动影响采集精度，我们采集12个回路30秒时间的数据，并按特殊算法取值作为最终采集数据。终端收到数据采集命令时立刻上报最新更新的数据。采用独立的电参数采集电路，可以大大减少ARM处理器的计算任务，既减少数据处理部分的代码数量，降低软件的复杂程度，从而进一步保证终端能够长期稳定运行。而采用DSP进行电量采集，需要DSP作大量的复杂计算，代码量大又无法做到多任务操作， 势必对终端的稳定性和实时性造成负面影响。

本实用新型的路灯漏电和电缆防盗监控系统，1）远程实时监控，及时反馈异常信息。系统装置对线路电流进行实时监测，异常状况通过GPRS网络及时反馈给控制中心。便于工作人员对路灯线路漏电状况的管理。2）及时准确的信息反馈，便于维修。系统可以选配GPS定位装置，可及时准确漏电线路的具体位置，便于检修人员对漏电线路的维修，提高工作效率，可检测电流可以精确到毫安（mA）级别，测量精度高，可以精确到1%，更适应路灯线路漏电检测。3）采用B/S结构软件体系，系统软件采用B/S结构软件体系，支持用户的浏览。4）采用短信群发，支持信息及时沟通，系统软件采用群发器，将报警信息及时发送到维修人员手机当中。

Claims (6)

1.路灯漏电和电缆防盗监控系统，其特征在于：包括主机（5）和漏电互感器（1），主机（5）包括中央处理单元、电流处理单元和电流转换单元，电流处理单元连接中央处理单元，漏电互感器（1）安装于电缆火线（3）和电缆零线（4）上，漏电互感器（1）通过电流转换单元连接电流处理单元。

2.根据权利要求1所述的路灯漏电和电缆防盗监控系统，其特征在于：所述主机（5）还设有与中央处理单元连接GPRS单元，GPRS单元通过网络连接控制中心或手机。

3.根据权利要求1所述的路灯漏电和电缆防盗监控系统，其特征在于：所述主机（5）还设有存储单元和显示单元，存储单元和显示单元与中央处理单元连接。

4.根据权利要求1所述的路灯漏电和电缆防盗监控系统，其特征在于：所述漏电互感器（1）为钳形漏电流传感器。

5.根据权利要求1所述的路灯漏电和电缆防盗监控系统，其特征在于：所述中央处理单元采用CONTEX M3处理器。

6.根据权利要求1所述的路灯漏电和电缆防盗监控系统，其特征在于：所述电流转换单元采用电流有效值转换ADE7758芯片。