CN211577309U - 一种基于物联网数据监测低压配电线路的反窃电工具 - Google Patents
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Abstract
一种基于物联网数据监测低压配电线路的反窃电工具,包括罗斯线圈、Y形机壳；所述Y形机壳内部设有监测控制装置，Y形机壳上端设有锁扣，罗斯线圈通过锁扣固定安装在Y形机壳上端并和监测控制装置的电路相连通，可以逐级的对拓扑网络的用电情况进行采集分析，直观的反应该拓扑线路的用电情况，解决了复杂的低压配电线路无法有效的检测用电情况，同时无法排查出现用电异常的分支线路的窃电问题，提高了现场检测人员工作效率；布置在不同位置处的工具能相互通信，实现就地的数据汇总和分析，并得出是否窃电事件发生的结论。
Description
技术领域
本专利涉及反窃电工具，具体说是一种基于物联网数据监测低压配电线路的反窃电工具。
背景技术
当前的用电检查反窃电过程中，反窃电技术与手段多为针对计量侧的反窃电管控，导致当前公变台区低压侧供电线路私搭乱接，绕表用电的窃电现象日益增多，手段与方式称出不穷，然而台区供电线路因供电方式、供电半径及支路供电较为复杂，供电台区低压侧线路的反窃电技术与手段有限，以人工巡查发现窃电的方式费时费力，检查效率不高。
实用新型内容
为解决上述问题：通过将传统反窃电工具形表检查工具进行改进，以罗氏线圈替代传统的固式反窃电工具(罗氏线圈适用于较宽频率范围内的交流电流的测量，对导体、尺寸都无特殊要求，具有较快的瞬间反应能力，广泛应用在传统的电流测量装置如电流互感器无法使用的场合，用于电流测量，尤其是高频、大电流测量)，挂接在高线损台区供电线路的两侧，作为物联感知监测设备，以无线通信的方式将监测的电流数据发送到用电检查人员的智能外设终端，则可以实时监测到高线损台区供电线路电流的输入和输出比对数据。以一个主机反窃电工具配多个从机反窃电工具的方式，主机反窃电工具可以与按层级挂接的多个子机反窃电工具完成物联数据比对。
本实用新型采用的技术方案是：一种基于物联网数据监测低压配电线路的反窃电工具,包括罗斯线圈、Y形机壳；所述Y形机壳内部设有监测控制装置，Y形机壳上端设有锁扣，罗斯线圈通过锁扣固定安装在Y形机壳上端并和监测控制装置的电路相连通，所述监测控制装置包括温度检测模块、 wifi模块、LORA模块、处理器芯片、FLASH存储模块、“运行”指示灯、“故障”指示灯及RS维护串口；所述罗斯线圈、温度检测模块均和处理器芯片上的AD接口相连，所述“运行”指示灯、“故障”指示灯均和处理器芯片上的Output接口相连；所述FLASH存储模块和处理器芯片上的SPI接口相连，RS232维护串口和处理器芯片上的Uart D接口相连；所述wifi模块、 LORA模块通过RS232通讯接口分别和处理器芯片上的Uart B接口、Uart C 接口相连(B、C、D是Uart接口的编号)；
通过罗斯线圈、温度检测模块采集外部电流模拟信号，对采集值进行计算，并存储在FLASH存储模块，然后通过RS232通讯接口与wifi模块、 LORA模块进行数据同时，根据wifi模块的数据需求，读取FLASH存储模块的历史数据，如需要当前布置在其它位置处设备的数据，则通过LORA模块和布置在其它位置处设备进行数据传输读取；
通过处理器芯片采集罗斯线圈输出的模拟信号量从而检测低压配电线路的实时电流值，得出周期性的平均电流数据，通过LORA模块将采集的平均电流数据进行传输或则召集布置在其它位置处的反窃电工具的数据，通过内部数据分析计算，然后将得出输电线路的用电情况通过wifi模块传输到智能外设终端上；
所述罗斯线圈进行输电线路的电流实时值，并通过对累计的实时值计算平均值，并和其它设备进行数据统计，可以分析出当前线路的用电情况，初步得出线路的耗损，可以很快的反映出低压配电线路的用电情况。
进一步的，所述处理器芯片为型号为STM32 F407的芯片进一步的，所述WIFI模块采用工业无线控制的wifi模块，型号为ESP8266-12F，
进一步的，所述LORA模块采用思维无线的LoRa6100PRO模块，发射功率达到1W，支持中继路由功能，采用串口通信，数据可以透传；分配一个GPIO对其进行复位控制。
进一步的，所述罗斯线圈输出2V交流模拟量，考虑CPU内部采集AD 接口只能采集正电平，所以需要对模拟交流信号抬高零电平，该电路通过对3.3V分压为1.65V经过一级电压跟随器，增大输出阻抗，后级连接电容防止瞬间动态负载，同时可以抑制基准源的高频干扰。
进一步的，反窃电工具采用电池供电，装置采用低功耗模式，内部 STM32采用休眠方式运行，当定时器中断触发STM32唤醒以后采集低压配电线路实时值后继续保持休眠，从而降低装置CPU的运行功耗，从而延长装置的持续运行时间，Y形机壳采用绝缘ABS材料加工，内部电路和低压配电线路完全绝缘，保证内部完全电路安全可靠运行，同时装置内部设计无发热易燃等器件及设计。
进一步的，所述Y形机壳的下端设有便于工作人员携带或放置的挂绳。
本实用新型的有益效果和特点是：
(1)该装置实现了基于低压配电线路复杂的拓扑网络情况下，可以逐级的对拓扑网络的用电情况进行采集分析，直观的反应该拓扑线路的用电情况，解决了复杂的低压配电线路无法有效的检测用电情况，同时无法排查出现用电异常的分支线路的窃电问题，提高了现场检测人员工作效率。
(2)布置在不同位置处的设备能相互通信，实现就地的数据汇总和分析，并得出是否窃电事件发生的结论。
附图说明
图1是本实用新型的较佳实施例的整体结构示意图；
图2是本实用新型的较佳实施例的原理结构图；
图3是本实用新型较佳实施例的反窃电作业的具体实施示意图；
图4是本实用新型较佳实施例的主机上电业务流程框图；
图5是本实用新型较佳实施例的从机上电业务流程框图；
图6是本实用新型较佳实施例的处理器芯片的逻辑电路供电电路图；
图7是本实用新型较佳实施例的处理器芯片的接口图；
图8是本实用新型较佳实施例的处理器芯片的复位电路图；
图9是本实用新型较佳实施例的SPI外扩128MFLASH电路图；
图10是本实用新型较佳实施例的模拟基准电路图；
图11是本实用新型较佳实施例的电流采集电路图；
图12是本实用新型较佳实施例的wifi模块电路图；
图13是本实用新型较佳实施例的调试串口电路图；
表1是本实用新型较佳实施例的处理器芯片的接口表；
图中附图标记分别表示：1-采集模块、2-温度检测模块、3-wifi模块、 4-LORA模块、5-处理器芯片、6-FLASH存储模块、7-“运行”指示灯、 8-“故障”指示灯、9-RS232维护串口、10-锁扣、11-Y形机壳、12-挂绳13-三相四线电表、14-从反窃电工具(简称“从机”)、15-主反窃电工具(简称“主机”)、16-智能外设终端。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
请参考图1，图2，一种基于物联网数据监测低压配电线路的反窃电工具,其特征在于:包括罗斯线圈1、Y形机壳11；所述Y形机壳11内部设有监测控制装置，Y形机壳11上端设有锁扣10，Y形机壳的下端设有便于工作人员携带或放置的挂绳12；罗斯线圈1通过锁扣10固定安装在Y形机壳11上端并和监测控制装置的电路相连通；所述监测控制装置包括温度检测模块2、wifi模块3、LORA模块4、处理器芯片5、FLASH存储模块6、“运行”指示灯7、“故障”指示灯8及RS232维护串口9；所述罗斯线圈1、温度检测模块2均和处理器芯片5上的AD接口相连，所述“运行”指示灯 7、“故障”指示灯8均和处理器芯片5上的Output接口相连；所述FLASH 存储模块6和处理器芯片5上的SPI接口相连，RS232维护串口9和处理器芯片5上的Uart D接口相连；所述wifi模块3、LORA模块4通过RS232 通讯接口分别和处理器芯片5上的Uart B接口、Uart C接口相连(B、C、D 是Uart接口的编号)；
通过罗斯线圈1、温度检测模块2采集外部电流模拟信号，对采集值进行计算，并存储在FLASH存储模块6，然后通过RS232通讯接口与wifi模块3、LORA模块4进行数据同时，根据wifi模块3的数据需求，读取FLASH 存储模块6的历史数据，如需要当前布置在其他位置处反窃电工具的数据 (主、从机模式)，则通过LORA模块4和布置在其它位置处设备进行数据传输读取；
通过处理器芯片5采集罗斯线圈输出的模拟信号量从而检测低压配电线路的实时电流值，得出周期性的平均电流数据，通过LORA模块4将采集的平均电流数据进行传输或则召集布置在其它位置处的反窃电工具的数据，通过内部数据分析计算，然后将得出输电线路的用电情况通过wifi模块3 传输到智能外设终端上；
所述罗斯线圈1进行输电线路的电流实时值，并通过对累计的实时值计算平均值，并和其它设备进行数据统计，可以分析出当前线路的用电情况，初步得出线路的耗损，可以很快的反映出低压配电线路的用电情况。
所述处理器芯片5为型号为STM32 F407的芯片(STM32F407增强型系列使用高性能的
CortexTM-M3 32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器(高达512K字节的闪存和64K字节的SRAM)，丰富的增强 I/O端口和联接到两条APB总线的外设。器件包含3个12位的ADC、4个通用16位定时器和2个PWM定时器，还包含标准和先进的通信接口：多达2个I2C接口、3个SPI接口、2个I2S接口、1个SDIO接口、5个USART接口、一个USB接口和一个CAN接口(如下面表1)。STM32大容量增强型系列工作于-40℃至+105℃的温度范围，供电电压2.0V至3.6V，一系列的省电模式保证低功耗应用的要求)。
表1
所述WIFI模块3采用工业无线控制的wifi模块，型号为ESP8266-12F，采用SMD封装，封装尺寸为24*16*3mm，可通过SMT设备快速生产,采用串口通信，数据可以透传。分配一个GPIO对其进行复位控制。
所述LORA模块4采用思维无线的LoRa6100PRO模块，发射功率达到 1W，支持中继路由功能，采用串口通信，数据可以透传，分配一个GPIO 对其进行复位控制。
所述罗斯线圈1输出2V交流模拟量，考虑CPU内部采集AD接口只能采集正电平，所以需要对模拟交流信号抬高零电平，该电路通过对3.3V 分压为1.65V经过一级电压跟随器，增大输出阻抗，后级连接电容防止瞬间动态负载，同时可以抑制基准源的高频干扰。
反窃电工具采用电池供电，通过4节5号干电池供电，装置采用低功耗模式，内部STM32采用休眠方式运行，当定时器中断触发STM32唤醒以后采集低压配电线路实时值后继续保持休眠，从而降低装置CPU的运行功耗，从而延长装置的持续运行时间，Y形机壳11采用绝缘ABS材料加工，内部电路和低压配电线路完全绝缘，保证内部完全电路安全可靠运行，同时装置内部设计无发热易燃等器件及设计，所以装置可以长时间安装在低压配电线路进行数据检测，具备无人值守长时间运行特点，检测人员可以不定期到现场检测数据，提高现场人员工作效率，同时采集数据较多，可以更为准确的分析线路的用电情况。
请参照图3、图4、图5，该工具的反窃电检查方法，包括如下步骤：
步骤一：以1+N的方式(即一个主机配多个从机的主、从模式)，
将多个智能无线反窃电工具挂接在高线损台区供电线路的两侧不同位置处，作为物联感知监测设备，主机反窃电工具可以与按层级挂接的多个子机反窃电工具完成物联数据比对；
步骤二：采用罗斯线圈1将低压配电线路电流转换为模拟电压信号量；通过处理器芯片5采集模拟电压从而得出一次线路电流用电情况；
步骤三：通过LORA模块4通讯收集和传输当前安装及其它支线低压配电线路电流及平均电流；
步骤四：通过处理器芯片5进行计算分析，现有拓扑结构下用电情况分析；
步骤五：通过wifi模块将处理器芯片5分析后的数据进行上传；
步骤六：以无线通信的方式将监测的电流数据发送到用电检查人员的外设终端上，则可以监测到高线损台区供电线路电流的输入和输出比对数据，从而分析是否有窃电事件发生。
启动WIFI通信任务，智能外设终端连接到终端的WIFI，通过智能外设终端的参数设置界面对终端进行参数设置。参数设置完成后，主机和从机分别运行运行各自的模式。主机定时通过LoRa向从机召集，从机采集的数据。从机实时采集从机数据并将保存，当收到主机召集命令后将数据上报。主机再将收到的数据上报给智能外设终端，智能外设终端更具参数设置的拓扑图，进行分析数据，并将结果展示。
主要电路说明：
图6是本实用新型较佳实施例的处理器芯片的逻辑电路供电电路图；选择AS1117的LDO转换为3.3V供CPU及逻辑电路供电，通过选择 CBW321609U102B磁珠进行AD隔离，由于CPU主频大于100MHz，则选择谐振点在100M附近，已滤除耦合模拟电路的高频干扰信号。
图7是本实用新型较佳实施例的处理器芯片的接口图；
图8是本实用新型较佳实施例的处理器芯片的复位电路图，reset信号默认被上拉，当手动按键按键，则低电平触发CPU复位。
图9是本实用新型较佳实施例的SPI外扩128MFLASH电路图，为SPI 外扩128MFLASH电路，采用CPU的第二路SPI接口进行通信。采用 W25Q128FVSIG DATA FLASH芯片，SPI通信接口，/WP管脚低电平有效，可以保护状态寄存器不被重写。连接到MCU的IO脚。
图10是本实用新型较佳实施例的模拟基准电路图，考虑到CPU内部采集AD接口只能采集正电平，所以需要对模拟交流信号抬高零电平，该电路通过对3.3V分压为1.65V经过一级电压跟随器，增大输出阻抗，后级连接 C94防止瞬间动态负载，C95用于抑制基准源的高频干扰。
图11是本实用新型较佳实施例的电流采集电路图；
图12是本实用新型较佳实施例的wifi模块电路图，选用市面上成熟的用于工业无线控制的wiFi模块，型号为ESP8266-12F，采用SMD封装，封装尺寸为24*16*3mm，可通过SMT设备快速生产。采用串口通信，数据可以透传。分配一个GPIO对其进行复位控制。
图13是本实用新型较佳实施例的调试串口
电路图；UARTI作为终端设备的维护串口，之所以选择UARTI是由于 UART1是STM32F407嵌入式自举程序支持的串行外设之一，可以方便日后通过串口进行程序升级等操作。RS232接口芯片选用MAX3232CSE，对外接口加TVs管进行双向防护。TVS管选用ESDA14V2L，其VRM为12V，VBR最小值为14.2V，为了配合工模的接口，维护串口采用USBA接口。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的结构关系及原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种基于物联网数据监测低压配电线路的反窃电工具,其特征在于:包括罗斯线圈(1)、Y形机壳(11)；所述Y形机壳(11)内部设有监测控制装置，Y形机壳(11)上端设有锁扣(10)，罗斯线圈(1)通过锁扣(10)固定安装在Y形机壳(11)上端并和监测控制装置的电路相连通；所述监测控制装置包括温度检测模块(2)、wifi模块(3)、LORA模块(4)、处理器芯片(5)、FLASH存储模块(6)、“运行”指示灯(7)、“故障”指示灯(8)及RS232维护串口(9)；所述罗斯线圈(1)、温度检测模块(2)均和处理器芯片(5)上的AD接口相连，所述“运行”指示灯(7)、“故障”指示灯(8)均和处理器芯片(5)上的Output接口相连；所述FLASH存储模块(6)和处理器芯片(5)上的SPI接口相连，RS232维护串口(9)和处理器芯片(5)上的Uart D接口相连；所述wifi模块(3)、LORA模块(4)通过RS232通讯接口分别和处理器芯片(5)上的Uart B接口、Uart C接口相连；
通过罗斯线圈(1)采集外部电流模拟信号，对采集值进行计算，并存储在FLASH存储模块(6)，然后通过RS232通讯接口与wifi模块(3)、LORA模块(4)进行数据同时，根据wifi模块(3)的数据需求，读取FLASH存储模块(6)的历史数据，如需要当前布置在其它位置处反窃电工具的数据，则通过LORA模块(4)和布置在其它位置处反窃电工具进行数据传输读取；
通过处理器芯片(5)采集罗斯线圈输出的模拟信号量从而检测低压配电线路的实时电流值，得出周期性的平均电流数据，通过LORA模块(4)将采集的平均电流数据进行传输或则召集布置在其它位置处的反窃电工具的数据，通过内部数据分析计算，然后将得出输电线路的用电情况通过wifi模块(3)传输到智能外设终端上；
所述罗斯线圈(1)进行输电线路的电流实时值，并通过对累计的实时值计算平均值，并和其它设备进行数据统计，可以分析出当前线路的用电情况，初步得出线路的耗损，反映出低压配电线路的用电情况。
2.根据权利要求1所述的基于物联网数据监测低压配电线路的反窃电工具，其特征在于：所述处理器芯片(5)为型号为STM32F407的芯片。
3.根据权利要求1所述的基于物联网数据监测低压配电线路的反窃电工具，其特征在于：采用主、从机模式设置，主机和多个从机之间可以组网通讯，主从机可同时实时监测各测量点电流数据并与主机进行数据交互，主机对用户用电信息进行分析，甄别异常用电用户，通过WiFi或者BT短距离无线通信技术将分析结果传送至智能外设终端进行直观的展现，用于互感器前后倍率计算与核查。
4.根据权利要求1所述的基于物联网数据监测低压配电线路的反窃电工具，其特征在于：所述WIFI模块(3)采用工业无线控制的wifi模块，型号为ESP8266-12F。
5.根据权利要求1所述的基于物联网数据监测低压配电线路的反窃电工具，其特征在于：所述LORA模块(4)采用思维无线的LoRa6100PRO模块，发射功率达到1W，支持中继路由功能，采用串口通信，数据可以透传；分配一个GPIO对其进行复位控制。
6.根据权利要求1所述的基于物联网数据监测低压配电线路的反窃电工具，其特征在于：所述罗斯线圈(1)输出2V交流模拟量，考虑CPU内部采集AD接口只能采集正电平，所以需要对模拟交流信号抬高零电平，该电路通过对3.3V分压为1.65V经过一级电压跟随器，增大输出阻抗，后级连接电容防止瞬间动态负载，同时可以抑制基准源的高频干扰。
7.根据权利要求1所述的基于物联网数据监测低压配电线路的反窃电工具，其特征在于：所述Y形机壳(11)的下端设有便于工作人员携带或放置的挂绳(12)。
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|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |