CN208861424U - 基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知终端及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知终端及系统，包括：感知单元，包括分别用于检测进线接线柱测点温度、环境温度、进线的表面温度的3个温度传感器，以及湿度传感器、烟雾传感器；主机，用于获取感知单元采集的温度、湿度、烟雾数据并上传至上位机设备；电流互感器，用于通过感应用户火线电流对主机内置的超级电容进行充电，并通过所述超级电容为所述主机及感知单元提供电能。该终端可以实现既安装简单，不需要布线或尽可能少布线的电气防火终端及系统，同时终端的多种传感器又可为基于物联网的大数据分析等后续数据处理及应用提供数据基础。

Description

基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知终端及系统

技术领域

本发明涉及电气线路的火灾预警的技术领域，特别涉及一种基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知终端及系统。

背景技术

目前市场上的电气火灾产品和系统，其特点是需要大量安装设备和仪表传感器或改造线路，这为大量推广安装和使用提出很高的要求。因此，这些产品适合在新建造楼宇中使用，而对老旧大楼无论施工条件和成本都不可能做到重新布线，老旧大楼成为了电气火灾的盲区和重灾区。此外，产品主要集中在事故发生过程中或已发生火灾事故阶段；且传感器供电一般采用干电池或锂电池供电方式或者直接接线，由于外部接电源的方式无法提供持续不断的供电，以及施工需停电、电池长期工作不安全等而无法进行大规模实际应用；此外，干电池或锂电池供电方式电量有限持续性受到限制，为保证监测感知系统持续工作需要大量人力物力进行后续的维护，因此，一般被用于采集频度和通讯要求不密集的应用场景，而不适用于进行楼宇的持续性的火灾监控及报警。

另外，由于电气线路火灾稍纵即逝，要求火灾监测系统对应用场景做出及时的判断和预警，采集频度和通讯要求密集比较高，干电池或锂电池供电方式根本不适合其应用，更何况每层楼安装1个感知终端的密度，更换电池是巨大的工作量，后期维护成本高昂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知终端及系统，以实现既安装简单，不需要布线或尽可能少布线的电气防火终端及系统，又可为基于物联网的大数据分析等后续数据处理及应用提供数据基础。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知终端，包括：

感知单元，包括温度传感器、湿度传感器及烟雾传感器；

主机，用于获取所述环境感知单元采集的温度、湿度、烟雾数据并上传至上位机设备；

电流互感器，用于通过感应用户火线电流对所述主机内置的超级电容进行充电，并通过所述超级电容为所述主机及感知单元提供电能。

较佳地，所述主机根据采集的电流数据按预设规则调整休眠及苏醒的时间频度，以使所述超级电容的充电速率自动适应所述电流互感器的供电速率。

较佳地，所述超级电容充电时，当充电电压大于预设电压上限时，所述主机控制所述超级电容停止充电；所述超级电容放电时，当放电电压小于预设电压下限时，所述主机控制所述超级电容停止放电。

较佳地，所述电流互感器设置于居民家庭用电线路途经的任意一个位置，所述电流互感器的电感线圈与居民家庭用电线路耦合并在居民家庭用电时产生感应电流进而为所述超级电容充电。

较佳地，所述超级电容与一控制电路相连，所述控制电路用于控制所述超级电容的电压变化在预设范围内。

较佳地，所述电流互感器设置于用户的主干火线上或单户入户火线上；所述湿度传感器、烟雾传感器固定于配电箱内或上方，所述主机固定于配电箱上方或侧方或下方，监测环境温度的温度传感器固定在所述主机边且位于配电箱外。

较佳地，所述感知单元包括分别用于检测进线接线柱测点温度、环境温度、进线的表面温度的3个温度传感器

较佳地，所述检测进线接线柱测点温度的温度传感器通过固定在主干火线靠近入线的接线处，监测进线的表面温度的温度传感器通过固定在主干火线表面上，监测环境温度的温度传感器固定在所述主机边且位于配电箱外。

较佳地，所述主机内还设有微控制器、网络通讯单元，所述微控制器用于控制所述感知单元及电容互感器的工作，所述网络通讯单元用于接收及发送数据。

本发明还提供了一种基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知系统，包括如上任意一项所述的感知终端，还包括：智能网关，服务器及应用终端；其中智能网关用于向所述感知终端下发命令进行数据交换，并将所述智能感知终端采集的数据进行本地缓存和数据预处理，然后将预处理的数据通过通信网络发送至服务器；所述服务器将数据存储在数据库中并为所述应用终端提供应用所需的数据。

本发明具有以下有益效果：

采用电流互感器技术实现电气线路火灾智能预警物联感知终端的持续有效供电，长期满足感知终端的数据采集和通讯所需的电量，从而满足电气线路火灾智能预警系统的运行，可有效避免其他采用蓄电池的监测终端无法持续工作的缺限，后续维护成本较低。

此外，该基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知系统基于电气线路火灾应用场景要求，汇聚多种感知技术，依托互联网、大数据、人工智能技术，为实现电气线路火灾智能预警提供丰富而有效的基础数据，可有效地提前发现火灾隐患，从而实现彻底消灭火灾的可能。

附图说明

图1为本发明优选实施例提供的终端组成结构图；

图2为本发明优选实施例提供的系统组成结构图。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。

如图1所示，本实施例提供了一种基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知终端，包括：

感知单元10，包括温度传感器、湿度传感器及烟雾传感器；

主机20，用于获取所述感知单元采集的温度、湿度、烟雾数据并上传至上位机设备；

电流互感器30，用于通过感应用户火线电流对所述主机内置的超级电容进行充电，并通过所述超级电容为所述主机及感知单元提供电能。

本实施例中，电流互感器30可通过卡钳安装在用户的主干火线上或单户的入户火线上，这样，在用户用电时，火线上的电流通过时，由于互感从而在电流互感器内产生微弱感应电流进而为超级电容进行充电。

进一步地，感知单元10的温度传感器用于检测进线接线柱测点温度、环境温度、进线的表面温度的3个温度传感器。其中，检测进线接线柱测点温度的温度传感器通过扎带固定在主干火线靠近入线的接线处，进线的表面温度的温度传感器通过扎带固定在主干火线表面，用于监测火线的温度情况。监测环境温度的温度传感器安装在主机边且位于配电箱外的方便固定处进行安装及固定。

此外，上述的湿度传感器、烟雾传感器可通过采用自攻螺丝/扎带/双面胶固定于配电箱中靠近顶部有空间的位置，或固定于配电箱中有空间的位置，或固定于配电箱正上方房顶位置，本领域技术人员具体安装时根据需要选择安装位置即可。

进一步地，主机20内设有微控制器MCU 21、网络通讯单元22及超级电容23，主机20可根据需要设可通过在墙面钻孔配合膨胀螺丝进行固定，其可选择固定在配电箱外上方靠近配电箱处，或配电箱外左侧或右侧靠近配电箱处，或配电箱外下方靠近配电箱处。其中，微控制器用于控制感知单元及电容互感器的工作，网络通讯单元用于接收及发送数据(接收来自传感器的数据可通过有线直接连接的方式接收，发送数据至上位机时可根据需要选择有线或无线的形式发送)。

本实施例中，主机根据采集的电流数据按预设规则调整休眠及苏醒的时间频度，以使超级电容的充电速率自动适应所述电流互感器的供电速率。由于居民楼层用电变化范围比较大，电流互感器产生的电流一般非常微弱，根据如下居民用电与超级电容充电速度关系特点：当居民用电电流大时，电流互感器产生的电流比较大，超级电容充电速度比较快；当居民用电电流小时，电流互感器产生的电流比较小，超级电容充电速度比较慢。因此，感知终端即使采用低功耗的元器件，要完成一次完整的采集数据和网络通讯也需要一定量的电量。超级电容充电量与感知终端用电的平衡是确保感知终端持续运行的关键之一。根据上面的超级电容充电速度关系以及超级电容一次充电量与电流互感器的反应电流大小和充电时间成正比特点，为了使超级电容存储的电量大于感知终端用电，能支撑感知终端的持续用电的需求，感知终端主机根据感知到的电流大小按规则调整休眠、苏醒的时间频度，从而使超级电容自动适应电流互感器电流大、小提供合适充电时间的目的，实现了超级电容有充足的电能来支撑感知终端长期持续运行。

由于超级电容具有充、放电的特性，为了延长超级电容的充、放电寿命，使其充、放电效率最大化。本实施例中的超级电容充电时，当充电电压大于预设电压上限时，主机控制所述超级电容停止充电；超级电容放电时，当放电电压小于预设电压下限时，主机控制所述超级电容停止放电。这里的预设电压上限即为超级电容的推荐电压，预设电压下限即为超级电容的最佳工作电压。如此，在超级电容充、放电的过程中，当超级电容出现电压过高产生过度充电时主机控制立即停止充电，当超级电容出现电压过低产生过度放电时主机控制立即停止放电，通过电路控制实现避免超级电容过度充电或过度放电的情况发生，从而延长超级电容充放电寿命。

电流互感器设置于居民家庭用电线路途经的任意一个位置，所述电流互感器的电感线圈与居民家庭用电线路耦合并在居民家庭用电时产生感应电流进而为所述超级电容充电。由于电磁感应现象的产生条件有两点(缺一不可)：闭合电路；穿过闭合电路的磁通量发生变化。因此，闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线的运动时，导体中就会产生电流，这种现象叫电磁感应。因此本实施例通过电流互感器实现电流的获取，一般居民家庭时刻都在用电，这为电流互感器产生电流提供了必要的条件，同样为感知终端提供持续的电流，进而为感知终端实现长期的供电需求。

本实施例中的超级电容与一控制电路相连，控制电路用于控制所述超级电容的电压变化在预设范围内。这里的控制电路具体为一控制电容电压区间的微控制器MCU 21及外围电路，主要控制电容的电压范围符合预设要求。本领域技术人员可根据电容的电压变化范围在现有技术中自由选择单片机及外围电路的具体电路结构。设置控制电路主要是由于居民楼层用电变化范围比较大，导致电流互感器无法持续获取稳定的电流，为此采用电流互感器的电流对超级电容充电，当感知终端需要用电时，让超级电容放电来支撑感知终端的用电。超级电容放电的电压变化在一定范围内比较稳定，容易用电路控制使其稳定为感知终端提供电能。

根据表1所示的几种供电方式对比，可知本实施例的终端通过采用电流互感器，优势十分明显。

表1几种供电方式对比

内容	干电池	锂电池	电流互感器	太阳能板
					自身电量	有限	有限	无限	无限
安全性	安全	不安全	安全	安全
					长期使用	漏液	有限	合适	合适
安装要求	简单	简单	简单	相对复杂
					约束条件	无	无	单相电线	太阳

此外，本发明还提供了一种基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知系统，包括如上任意一具体实施例提供的感知终端，还包括：智能网关，服务器及应用终端；其中智能网关用于向感知终端下发命令进行数据交换，并将智能感知终端采集的数据进行本地缓存和数据预处理，然后将预处理的数据通过通信网络发送至服务器；服务器将数据存储在数据库中并为应用终端提供应用所需的数据。

具体地，如图2所示，n个感知终端构成系统网络架构的感知层。与感知终端相通信的智能网关构成网络的传输层，而与智能网关相通信的服务器构成网络的存储层(包括数据服务器及人工智能机器学习服务器)及服务层(包括Web服务器)，传输层、存储层及服务层共同组成系统架构的网络层。而应用终端作为系统架构的应用层(包括监控终端，如智能手机、PC机，还包括执行终端如报警电话等，还包括服务平台，如公共事业服务平台，提供与火灾报警相关的服务)。其中，本实施例中的感知终端型号为FYC10，智能网关型号为FY-1000。因此，本实施例提供的系统所对应的居民楼宇电气线路火灾智慧预警防控大数据平台在系统架构上共分为三个层级，分别为感知层、网络层以及应用层。

该系统详细的工作过程如下：

感知层是整个系统的底层部分，是整个系统的基础数据的采集部分。具体应用例中，感知层就是由成千上万个无线无源的感知终端(FYC10)所组建而成的庞大的数据采集传感网络，通过无线无源的感知终端(FYC10)进行基础数据采集，从而获取居民楼宇电气线路火灾智慧预警系统所需的温度、湿度、烟雾浓度、电流等等基础数据，为系统的运行分析提供数据基础。

网络层主要负责的是系统的数据交换工作，感知层在进行基础数据采集后，网络层中的FY-1000智能网关通过LoRa通讯技术，向感知层中的无线无源感知终端下发命令，进行数据交换，将其采集的数据保存至本地，并进行基础数据分析及整理的预处理工作，而后将预处理的数据通过4G或有线网络发送至互联万云端的数据库进行数据保存及进一步的数据分析处理工作。为了保障数据的完整性，FY-1000智能网关利用本地数据缓存技术，确保数据完整性。能够保障在4G及有线网络不通畅、不能完成数据传输工作时，数据的完整性。

应用层负责的是系统数据的展现部分，系统通过对数据进行一系列的分类、整理、分析等工作，最后以报表、图表等生动明晰的方式将居民楼宇的环境状态实时呈现在电脑、手机等可视平台上，从而能够远端直观的监测居民楼宇的电气线路运行状况。

本发明提供的终端及系统基于电气线路火灾应用场景要求，汇聚多种感知技术，依托互联网、大数据、人工智能技术，实现电气线路火灾智能预警，提前发现火灾隐患，从而实现彻底消灭火灾的可能。由于传感器电源是保障传感器稳定持续工作的电力基础，传感器供电一般采用干电池或锂电池供电方式，本发明通过采用电流互感器技术实现电气线路火灾智能预警物联感知终端(下面简称：感知终端)供电，这种无源供电方式，可以确保长期满足感知终端的数据采集和通讯所需的电量，实现电气线路火灾智能预警人工智能的数据分析和挖掘要求。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知终端，其特征在于，包括：

感知单元，包括温度传感器、湿度传感器及烟雾传感器；

主机，用于获取所述感知单元采集的温度、湿度、烟雾数据并上传至上位机设备；

电流互感器，用于通过感应用户火线电流对所述主机内置的超级电容进行充电，并通过所述超级电容为所述主机及感知单元提供电能。

2.根据权利要求1所述的基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知终端，其特征在于，所述主机根据采集的电流数据按预设规则调整休眠及苏醒的时间频度，以使所述超级电容的充电速率自动适应所述电流互感器的供电速率。

3.根据权利要求1所述的基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知终端，其特征在于，所述超级电容充电时，当充电电压大于预设电压上限时，所述主机控制所述超级电容停止充电；所述超级电容放电时，当放电电压小于预设电压下限时，所述主机控制所述超级电容停止放电。

4.根据权利要求1所述的基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知终端，其特征在于，所述电流互感器设置于居民家庭用电线路途经的任意一个位置，所述电流互感器的电感线圈与居民家庭用电线路耦合并在居民家庭用电时产生感应电流进而为所述超级电容充电。

5.根据权利要求1所述的基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知终端，其特征在于，所述超级电容与一控制电路相连，所述控制电路用于控制所述超级电容的电压变化在预设范围内。

6.根据权利要求1所述的基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知终端，其特征在于，所述电流互感器设置于用户的主干火线上或单户入户火线上；所述湿度传感器、烟雾传感器固定于配电箱内或上方，所述主机固定于配电箱上方或侧方或下方，监测环境温度的温度传感器固定在所述主机边且位于配电箱外。

7.根据权利要求1所述的基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知终端，其特征在于，所述感知单元包括分别用于检测进线接线柱测点温度、环境温度、进线的表面温度的3个温度传感器。

8.根据权利要求7所述的基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知终端，其特征在于，所述检测进线接线柱测点温度的温度传感器通过固定在主干火线靠近入线的接线处，监测进线的表面温度的温度传感器通过固定在主干火线表面上，监测环境温度的温度传感器固定在所述主机边且位于配电箱外。

9.根据权利要求1所述的基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知终端，其特征在于，所述主机内还设有微控制器、网络通讯单元，所述微控制器用于控制所述感知单元及电容互感器的工作，所述网络通讯单元用于接收及发送数据。

10.一种基于电流互感的电气线路火灾预警物联感知系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的感知终端，还包括：智能网关，服务器及应用终端；其中智能网关用于向所述感知终端下发命令进行数据交换，并将所述智能感知终端采集的数据进行本地缓存和数据预处理，然后将预处理的数据通过通信网络发送至服务器；所述服务器将数据存储在数据库中并为所述应用终端提供应用所需的数据。