CN212063623U - 一种用于检测家庭用电安全的电气安全智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于检测家庭用电安全的电气安全智能监控系统，其功能包括剩余电流测量、故障电弧检测、烟雾报警及故障断路操作，本实用新型面向居民的电气火灾预警，安装于用户入户电线处，并使用了一块LCD液晶显示屏供用户察看。该设备还添加了Wi‑Fi模块，将实时数据的上传至服务器，以供用户的远端查看与提醒，并针对性的提供电气设备使用、购置意见以及家庭电气隐患等信息。

Description

一种用于检测家庭用电安全的电气安全智能监控系统

技术领域

本实用新型涉及家庭安全监控领域，尤其涉及一种用于家庭用户安全用电的智能监控系统。

背景技术

随着我国经济、电力事业的迅猛发展，电气产品的种类和投入使用量急骤增长。而由于电气设备的不当使用、线路架设不合理等原因，电气火灾成为居民火灾中占比最高的部分，频发的电气火灾造成了大量的人员伤亡和财产损失。

电气火灾监控系统的目标正是预防电气火灾，通过测量用户线路中的各个参数，在火灾发生之前提先预警，避免损失发生。就目前而言，对于普通居民家庭的电力火灾预警，除了烟雾报警设备外，还可以从剩余电流以及故障电弧等电力参数入手。

剩余电流是指低压配电线路中各相(含中性线)电流矢量和不为零的电流，俗称漏电，其产生原因可以是导线绝缘层老化破损(包括自然条件影响与人为破坏)、线路架设不规范、电气设计不当等。

故障电弧的类型基本上分为接地故障电弧、串联故障电弧、并联故障电弧，其主要危害也为电气火灾。当故障电弧产生时，产生高温高热，极易引燃线路绝缘层，导致线路起火，引发火灾。

目前，剩余电流的测量技术已较为成熟，普及较广，而故障电弧探测器一般使用于公共场合较多，但城镇居民对其需求也不可小觑。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种为城镇居民家庭提供电气安全智能监控前端，通过对剩余电流及故障电弧的实时测量及监控达到预警的作用。

一种用于检测家庭用电安全的电气安全智能监控系统，其特征在于：

该电气安全智能监控系统由处理器STM32F103ZET、同时与处理器 STM32F103ZET连接的传感器组、Wi-Fi模块、电源模块、断路器、LCD；该设备直接安装于入户处，其电压来源于入户电线，并能通过断路器控制用户家庭的电源。

在上述的一种用于检测家庭用电安全的电气安全智能监控系统，传感器组使用了剩余电流传感器(Y-80)、霍尔电流传感器(HAS 100-S)以及烟雾传感器 (MQ-2),同时与处理器STM32F103ZET连接，前两个传感器的输出经调理电路，输入处理器的模数转换器(双采样规则)，其开口分别穿过零火线、火线；烟雾传感器有单独的集成模块与蜂鸣器一起起到声音报警的作用。

在上述的一种用于检测家庭用电安全的电气安全智能监控系统，所述的 Wi-Fi模块为USR-WIFI232-A2，通过UART与MCU的相应引脚进行连接，并能通过AT指令配置该模块。该设备上有一个重置按键，以适应Wi-Fi环境的更改。在远端网络中，该设备的角色为Client。

在上述的一种用于检测家庭用电安全的电气安全智能监控系统，电源模块包括了以此连接的保护电路、交流-直流电源模块和线性稳压器，为该设备提供电源。

在上述的一种用于检测家庭用电安全的电气安全智能监控系统，使用的继电器为CDG1-1DA-100A，其最大输出电流为100A，

在上述的一种用于检测家庭用电安全的电气安全智能监控系统，LCD使用XPT2046以及ILI9325控制器，用于显示剩余电流、故障电弧发生次数信息，方便用户查看。

本实用新型面向居民的电气火灾预警，安装于用户入户电线处，并使用了一块LCD液晶显示屏供用户察看。该设备还添加了Wi-Fi模块，将实时数据的上传至服务器，以供用户的远端查看与提醒，并针对性的提供电气设备使用、购置意见以及家庭电气隐患等信息。

附图说明

附图1为该电气安全智能监控系统的安装范图，包括入户电压的零火线、信号线等原器件的关系。

附图2为该电气安全智能监控系统的电路简图，标记主要模块的引脚连接，其中部分使用到运算放大器、三极管的电路拓扑图有省略。

附图3为该电气安全智能监控系统的远端查看及操控网络，网络中的元素包括用户端的硬件、服务器及数据库、用户远程控制的手机应用及电脑。

附图4是本实用新型的硬件连接结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的硬件电路做进一步的说明。

为了实现该功能，该设备的硬件部分需拥有以下几个硬件模块：

1.MCU

MCU使用的是意法半导体有限公司的STM32F103ZET，其核心为CortexM3，工作频率最高可达72MHz，具有两个模数转换器(双采样功能)、DMA等该系统所需的功能。功耗较低，使用较广，可靠性较高，易于嵌入式软件开发，都使其成为较好的选择。

2.传感器模块

传感器模块包含三个传感器——剩余电流传感器3(Y-80)、霍尔电流传感器4(HAS100-S)及烟雾传感器2(MQ-2)，其中两个传感器(Y-80与HAS 100-A) 在一定的调理、滤波、放大后分别输入STM32F103的两个ADC，以获得数字信号。 MCU1根据获得的数字信号对两个传感器的数值进行计算、还原，获得十进制的真实数值，等待进一步的显示和传输。烟雾传感器2与蜂鸣器等器件集成，仅需要DC-5V的输入电压。

3.LCD模块

LCD8液晶显示屏的作用是实时的显示用户家庭的剩余电流以及故障电弧发生次数。各类数据将2秒刷新一次，界面上还有工作状态显示、参数设置等功能。

4.Wi-Fi模块

Wi-Fi通信模块9的作用是通过与互联网连接，使用户能够远端查看住家的电气安全监控情况。该模块使用有人物联网技术有限公司生产的 USR-WIFI232-A2，性能、集成度高，专为工业级物联网应用设计。该模块使用UART 口，具有AT指令、自定义网页配置等多种配置方式，较为符合该设备的网络通信要求。

5.断路器模块

断路器模块使用德力西的单相固态继电器CDG1-1DA-100A，该继电器使用 3-32V及5-20mA的直流电控制交流电压的开关，100A的输出范围符合一般家庭的电器设备使用情况。该继电器通过三极管及MCU1的I/O口控制其通断。

6.电源模块

该设备的电压来源为220V、50Hz的交流电压，电源模块的作用就是依据各个芯片所需的VCC，使用交流-直流电源模块、线性稳压器、低压差线性稳压器等芯片模块依次配型。根据以上的器材的配型，需要3.3V、5V的直流稳压源。

该设备还需或可添加其他零散器件模块如存储模块、LED显示、RESET电路、看门狗电路，在该实用新型中不一一介绍，可根据需要选择器件添加。

该设备仅需与用户家庭的入户电线正确的连接(包括各类传感器、断路器)，并安装固定，即通过LCD显示屏使用，达到一定的电气安全监控效果。断路器模块能根据设定的值，检测容易导致电气火灾发生的参数后，掐断用户的家庭的入户家庭。用户也可以使用该设备上的按键对断路器模块进行开关。

Wi-Fi模块与用户家庭的无线网络进行连接，能帮助用户在工作或者远离住处的条件下监控家庭的电气安全状况；进一步的，服务器中故障电弧辨识数据库可以通过半监督学习等方式，对不同的故障的类型、故障电弧区域、故障电弧产生原因等，反馈给用户，使用户根据自身情况，对住处的电气设备、电线等进行维修或更换，以达到安全用电的目的。

以上故障电弧的判定仅为示例且能保证基本的较高的成功率，通过远程的更新，使用效果更好的算法，提高该设备的准确性。

对于家庭电器的火灾，该设备采集的参数具有较大的参考意义，涵盖面也较为广泛，对于一般的电气火灾都能有准确的提前预警以及火灾发生报警的效果。且该设备支持远程查看、断路器控制，功能全面，使用也较为方便，具有较大的普及意义。

以此看来，本领域的技术人员可以根据本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则均落在本发明要求保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于检测家庭用电安全的电气安全智能监控系统，其特征在于：

该电气安全智能监控系统由处理器STM32F103ZET、同时与处理器STM32F103ZET连接的传感器组、Wi-Fi模块、电源模块、断路器、LCD；设备直接安装于入户处，设备的电压来源于入户电线，并能通过断路器控制用户家庭的电源；

传感器组使用了型号为Y-80的剩余电流传感器、型号为HAS 100-S的霍尔电流传感器以及型号为MQ-2的烟雾传感器,同时与处理器STM32F103ZET连接，前两个传感器的输出经调理电路，输入处理器的模数转换器，前两个传感器的开口分别穿过零火线、火线；烟雾传感器有单独的集成模块与蜂鸣器一起起到声音报警的作用；

所述的Wi-Fi模块为USR-WIFI232-A2，通过UART与MCU的相应引脚进行连接，并能通过AT指令配置该模块；Wi-Fi模块上有一个重置按键，以适应Wi-Fi环境的更改；在远端网络中，该设备的角色为Client；

电源模块包括了以此连接的保护电路、交流-直流电源模块和线性稳压器，为该设备提供电源；

使用的继电器为CDG1-1DA-100A，其最大输出电流为100A；

LCD使用XPT2046以及ILI9325控制器，用于显示剩余电流、故障电弧发生次数信息，方便用户查看。

Images