CN213209114U - 一种环境状态量感知传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种环境状态量感知传感器，包括：烟雾监测模块、水浸监测模块、温湿度监测模块、后台通讯模块、主控模块、电源模块，本实用新型可以专门对配电房运行环境量进行实时的数据采集、分析处理，避免运行环境失控导致配电设备运行故障，当发现相关监测环境量传感器数据异常时，通过后台通讯将告警数据信息传至后台处理，优选的，还可以包括显示模块，用于显示烟雾、水位、温湿度的监测结果，本实用新型的感知传感器结构简单、整体实现了小型化。

Description

一种环境状态量感知传感器

技术领域

本实用新型涉及配电房维护领域，尤其涉及一种环境状态量感知传感器。

背景技术

如今国内的配电房数量较多,城市中的配电房具有分散、地理环境情况变化多端、覆盖面广等特点。近年来城市高速发展，洪涝灾害增多，配电房容易受周围环境和城市建设的影响而发生安全事故，一旦出现事故，不仅损坏设备，造成财产损失，甚至影响居民用电和存在人身安全隐患。由于人力限制目前很多配电房都采用定期巡检的方式，代签和统计费时费力，无法做到实时掌握配电房运行环境情况。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种环境状态量感知传感器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种环境状态量感知传感器，包括：

烟雾监测模块，用于监测环境中的烟雾；

水浸监测模块，用于监测环境中的水位；

温湿度监测模块，用于监测环境的温湿度；

后台通讯模块，用于与后台通讯；

主控模块，与所述烟雾监测模块、水浸监测模块、温湿度监测模块、后台通讯模块分别连接，用于对所述烟雾监测模块、水浸监测模块、温湿度监测模块监测到的信号进行处理，并在任一监测到的信号异常时通过所述后台通讯模块发送报警信息给后台；

电源模块，用于为其他模块供电。

优选地，还包括用于显示环境中的烟雾、水位、温湿度的监测结果的显示模块，与所述主控模块和电源模块分别连接。

优选地，所述显示模块包括LCD显示屏和连接所述LCD显示屏和所述主控模块的LCD电路。

优选地，所述后台通讯模块包括RS485接口和连接所述RS485接口和所述主控模块的RS485通讯电路。

优选地，所述烟雾监测模块包括：

烟雾探头，用于监测环境中的烟雾并产生对应的烟雾信号；

烟雾信号采集电路，连接所述烟雾探头和所述主控模块，用于实现烟雾信号的模拟采集，并将采集到的烟雾信号发送给所述主控模块。

优选地，所述烟雾信号采集电路包括第一光耦、第一分压电阻、第二分压电阻、第一滤波电容、第二滤波电容、上拉电阻、TVS二极管；

所述第一分压电阻接于所述第一光耦的正输入端和负输入端之间，所述第一滤波电容与所述第一分压电阻并联，所述第二分压电阻的第一端连接所述第一光耦的正输入端，所述第二分压电阻的第二端接入电源电压，所述第二分压电阻的第二端还连接所述TVS二极管的第一端，所述TVS二极管的第二端连接所述第一光耦的负输入端和所述温湿度探头的一个信号端，所述温湿度探头的另一个信号端接地，所述第二滤波电容连接于所述第一光耦的正输出端和负输出端之间，所述第一光耦的正输出端经由所述上拉电阻接入电源电压，所述第一光耦的正输出端还连接所述主控模块，所述第一光耦的负输出端接地。

优选地，所述水浸监测模块包括：

水浸探头，用于监测环境中的水位并产生对应的水浸信号；

水浸信号采集电路，连接所述水浸探头和所述主控模块，用于实现水浸信号的模拟采集，并将采集到的水浸信号发送给所述主控模块。

优选地，所述水浸信号采集电路包括第二光耦、第三分压电阻、第四分压电阻、二极管、第一采样电阻、第二采样电阻；

所述水浸探头的一个信号端连接所述第二光耦的负输入端，所述水浸探头的另一个信号端连接二极管的正极，所述二极管的负极经由第三分压电阻连接所述第二光耦的正输入端，所述第四分压电阻连接于所述第二光耦的正输入端和负输入端之间，所述第二光耦的正输出端接入电源电压，所述第二光耦的负输出端经由第一采样电阻接地，所述第二光耦的负输出端还经由第二采样电阻连接所述主控模块。

优选地，所述温湿度监测模块包括：

温湿度探头，用于监测环境的温湿度并产生对应的温湿度信号；

温湿度信号采集电路，连接所述温湿度探头和所述主控模块，用于实现温湿度信号的模拟采集，并将采集到的温湿度信号发送给所述主控模块。

优选地，所述温湿度信号采集电路包括第三光耦、第四光耦、第五分压电阻、第六分压电阻、第七分压电阻、第八分压电阻，所述第三光耦、第四光耦的输出端分别连接所述主控模块，所述第三光耦的正输入端和第四光耦的正输入端分别连接所述温湿度探头的两个信号端，所述第三光耦的正输入端和负输入端之间连接第五分压电阻，第四光耦的正输入端和负输入端之间连接第六分压电阻，所述第三光耦的负输入端经由第七分压电阻接入电源电压，第四光耦的负输入端经由第八分压电阻接入电源电压。

本实用新型的环境状态量感知传感器，具有以下有益效果：可以专门对配电房运行环境量进行实时的数据采集、分析处理，避免运行环境失控导致配电设备运行故障，当发现相关监测环境量传感器数据异常时，通过后台通讯将告警数据信息传至后台处理，本实用新型的感知传感器结构简单、整体实现了小型化。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本实用新型较佳实施例的环境状态量感知传感器的结构示意图；

图2是电源模块的电路图；

图3是主控模块的电路图；

图4是RS485通讯电路；

图5是烟雾信号采集电路的电路图；

图6是水浸信号采集电路的电路图；

图7是温湿度信号采集电路的电路图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

需要说明的是，本文所述“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本实用新型的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。

参考图1，本实用新型的环境状态量感知传感器，包括：烟雾监测模块3、水浸监测模块4、温湿度监测模块5、后台通讯模块6、主控模块1、电源模块 2。优选地，还包括显示模块7。

主控模块1与所述烟雾监测模块3、水浸监测模块4、温湿度监测模块5、后台通讯模块6、显示模块7分别连接，电源模块2与主控模块1、烟雾监测模块3、水浸监测模块4、温湿度监测模块5、后台通讯模块6、显示模块7 分别连接。

其中，电源模块2用于为其他模块供电。电源模块2实现供电管理，各个模块的供电都由电源模块2实现不间断供,并具备电源保护功能，当电源出现短路时，电源会自动断电，避免电源烧坏其他模块。本实施例中，电源模块2 包括电源接口和电源电路，电源接口用于接入外部电源，本实施例中具体是接入12V直流电。电源电路与电源接口连接，用于将电源接口接入的外部电源的电压转换为其他模块所需的各种电源电压。

比如，参考图2，电源电路包括5V电源模块2和3.3V电源模块2。5V电源模块2与电源接口连接，用于将12V直流电转换为5V直流电。3.3V电源模块2与5V电源模块2连接，用于将5V直流电转换为3.3V直流电。本实施例中5V电源模块2采用了LM2596S-5.0芯片U1，3.3V电源模块2采用了 SPX1117M3-3.3/TR芯片U2。

其中，主控模块1主要是完成与其他模块的信息交互和信息处理工作。比如用于对所述烟雾监测模块3、水浸监测模块4、温湿度监测模块5监测到的信号进行处理，并在任一监测到的信号异常时通过所述后台通讯模块6发送报警信息给后台；以及，将处理完成的数据存储至FALSH，并通过数据信号线传输至显示模块7，以及将烟雾、水位、温湿度的监测结果给到显示模块7显示。

比如，参考图3，主控模块1包括STM32F103RC主控芯片U4。STM32F103RCT6 是一款32位的嵌入式微控制器的集成MCU，芯片采用ARM架构，处理数据速度是可达72MHz，FLASH容量是256KB，RAM容量是48K。主控芯片U4采用3.3V 电源供电，外接8MHz晶振，对外接口有1路RS485接口，用于485通讯。

其中，后台通讯模块6用于与后台通讯。本实施例中，所述后台通讯模块 6包括RS485接口和连接所述RS485接口和所述主控模块1的RS485通讯电路。可以理解的是，除了数据传送，主控模块1可以通过485模块实现系统的软件升级。当然，其他实施例中也可以将485通讯方式改为其他通讯方式，比如无线通讯模块、其他有线通讯方式。

比如，参考图4，RS485通讯电路通过75LB184芯片U105实现485通讯差分信号线的电平转换来实现差分通讯。其中电路右边的4851_A和4851_B接至对外的RS485接口，4851_R和4851_T到接到主控芯片U4的51和52号管脚。

其中，显示模块7用于显示环境中的烟雾、水位、温湿度的监测结果。本实施例中，所述显示模块7包括LCD显示屏和连接所述LCD显示屏和所述主控模块1的LCD电路。如此，将处理的温湿度、烟雾、水浸等数据通过LCD显示的方式，实时显示数据，可以直观的查看和对比数据，当监测传感器的数据异常时，还可以通过LCD显示出告警信息。

其中，烟雾监测模块3于监测环境中的烟雾。本实施例中，烟雾监测模块 3包括烟雾探头、烟雾探头接口、烟雾信号采集电路。烟雾探头接口连接烟雾探头和烟雾信号采集电路，烟雾信号采集电路还连接所述主控模块1。烟雾探头也称烟雾传感器，其用于监测环境中的烟雾并产生对应的烟雾信号。烟雾信号采集电路用于实现烟雾信号的模拟采集，并将采集到的烟雾信号发送给所述主控模块1。

参考图5，具体的，所述烟雾信号采集电路包括第一光耦U5、第一分压电阻R15、第二分压电阻R13、第一滤波电容C26、第二滤波电容C28、上拉电阻 R11、TVS二极管D5。第一光耦U5是PS2501-1光耦，其实现对烟雾信号的模拟信号采集，然后将模拟信号送至主控芯片U4，通过主控芯片U4内部的AD 进行模拟信号转换成单片机可处理的数字信号。由于探头的电信号一般都比较微弱且含有一些其他的干扰信号噪声，通过滤波滤掉其他干扰信号，然后将这些微弱电信号经过信号放大电路处理，可以将微弱传感器信号进一步放大，这些电信号交给单片机处理，可以将采集的传感器数据进行分析处理得到相应的完整传感器数据。其中电路左边的PC0_GPIO0_IN和GND连接烟雾探头的两个信号端，电路右边的DIN0_N接到主控芯片U48号管脚。

具体的，所述第一分压电阻R15接于所述第一光耦U5的正输入端和负输入端之间，所述第一滤波电容C26与所述第一分压电阻R15并联，所述第二分压电阻R13的第一端连接所述第一光耦U5的正输入端，所述第二分压电阻R13 的第二端接入5的电源电压，所述第二分压电阻R13的第二端还连接所述TVS 二极管D5的第一端，所述TVS二极管D5的第二端连接所述第一光耦U5的负输入端和所述温湿度探头的一个信号端，所述温湿度探头的另一个信号端接地，所述第二滤波电容C28连接于所述第一光耦U5的正输出端和负输出端之间，所述第一光耦U5的正输出端经由所述上拉电阻R11接入3.3V的电源电压，所述第一光耦U5的正输出端还连接主控芯片U48号管脚，所述第一光耦U5 的负输出端接地。

其中，水浸监测模块4用于监测环境中的水位。本实施例中，水浸监测模块4包括水浸探头、水浸探头接口、水浸信号采集电路。水浸探头接口连接水浸探头和水浸信号采集电路，水浸信号采集电路还连接所述主控模块1。水浸探头也称水浸传感器，其用于监测环境中的水位并产生对应的水浸信号。水浸信号采集电路用于实现水浸信号的模拟采集，并将采集到的水浸信号发送给所述主控模块1。

参考图6，具体的，所述水浸信号采集电路包括第二光耦D303、第三分压电阻305、第四分压电阻307、二极管302、第一采样电阻R309、第二采样电阻306。第二光耦D303是TLP185GB光耦，实现对水浸信号的模拟采集，然后将模拟信号送至主控芯片U4，通过主控芯片U4内部的AD进行模拟信号转换成单片机可处理的数字信号。其中电路右边的信号EXT_ISO2_P和EXT_ISO2_P 连接水浸探头的两个信号端，电路右边的DIGITAL信号线接到主控芯片U4的 9号管脚。

具体的，所述水浸探头的一个信号端连接所述第二光耦D303的负输入端，所述水浸探头的另一个信号端连接二极管302的正极，所述二极管302的负极经由第三分压电阻305连接所述第二光耦D303的正输入端，所述第四分压电阻307连接于所述第二光耦D303的正输入端和负输入端之间，所述第二光耦 D303的正输出端接入VDD电源电压，所述第二光耦D303的负输出端经由第一采样电阻R309接地，所述第二光耦D303的负输出端还经由第二采样电阻306 连接主控芯片U4的9号管脚。

其中，温湿度监测模块5用于监测环境的温湿度。本实施例中，温湿度监测模块5包括温湿度探头、温湿度探头接口、温湿度信号采集电路。温湿度探头接口连接温湿度探头和温湿度信号采集电路，温湿度信号采集电路还连接所述主控模块1。温湿度探头也称温湿度传感器，其用于监测环境的温湿度并产生对应的温湿度信号。温湿度信号采集电路用于实现温湿度信号的模拟采集，并将采集到的温湿度信号发送给所述主控模块1。

参考图7，具体的，所述温湿度信号采集电路包括第三光耦、第四光耦、第五分压电阻R418、第六分压电阻R420、第七分压电阻R419、第八分压电阻 421。第三光耦、第四光耦具体是AC32F芯片U401提供，其实现对温湿度信号的模拟信号采集，然后将模拟信号送至主控芯片U4，通过主控芯片U4内部的 AD进行模拟信号转换成单片机可处理的数字信号。其中电路右边的信号 HVP_CTRL和HVN_CTRL连接温湿度探头的两个信号端，电路右边的HV1P、HV1N、 HV1+、HV1-信号线分别接到主控芯片U4的10、11、24、25号管脚。

具体的，所述第三光耦、第四光耦的输出端分别连接主控芯片U4的10、 24、11、25号管脚，所述第三光耦的正输入端和第四光耦的正输入端分别连接所述温湿度探头的两个信号端，所述第三光耦的正输入端和负输入端之间连接第五分压电阻R418，第四光耦的正输入端和负输入端之间连接第六分压电阻R420，所述第三光耦的负输入端经由第七分压电阻R419接入5V的电源电压，第四光耦的负输入端经由第八分压电阻421接入5V的电源电压。

综上所述，本实用新型的环境状态量感知传感器，具有以下有益效果：可以专门对配电房运行环境量进行实时的数据采集、分析处理，避免运行环境失控导致配电设备运行故障，当发现相关监测环境量传感器数据异常时，通过后台通讯将告警数据信息传至后台处理，本实用新型的感知传感器结构简单、整体实现了小型化。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种环境状态量感知传感器，其特征在于，包括：

烟雾监测模块，用于监测环境中的烟雾；

水浸监测模块，用于监测环境中的水位；

温湿度监测模块，用于监测环境的温湿度；

后台通讯模块，用于与后台通讯；

主控模块，与所述烟雾监测模块、水浸监测模块、温湿度监测模块、后台通讯模块分别连接，用于对所述烟雾监测模块、水浸监测模块、温湿度监测模块监测到的信号进行处理，并在任一监测到的信号异常时通过所述后台通讯模块发送报警信息给后台；

电源模块，用于为其他模块供电。

2.根据权利要求1所述的环境状态量感知传感器，其特征在于，还包括用于显示环境中的烟雾、水位、温湿度的监测结果的显示模块，与所述主控模块和电源模块分别连接。

3.根据权利要求2所述的环境状态量感知传感器，其特征在于，所述显示模块包括LCD显示屏和连接所述LCD显示屏和所述主控模块的LCD电路。

4.根据权利要求1所述的环境状态量感知传感器，其特征在于，所述后台通讯模块包括RS485接口和连接所述RS485接口和所述主控模块的RS485通讯电路。

5.根据权利要求1所述的环境状态量感知传感器，其特征在于，所述烟雾监测模块包括：

烟雾探头，用于监测环境中的烟雾并产生对应的烟雾信号；

烟雾信号采集电路，连接所述烟雾探头和所述主控模块，用于实现烟雾信号的模拟采集，并将采集到的烟雾信号发送给所述主控模块。

6.根据权利要求5所述的环境状态量感知传感器，其特征在于，所述烟雾信号采集电路包括第一光耦、第一分压电阻、第二分压电阻、第一滤波电容、第二滤波电容、上拉电阻、TVS二极管；

所述第一分压电阻接于所述第一光耦的正输入端和负输入端之间，所述第一滤波电容与所述第一分压电阻并联，所述第二分压电阻的第一端连接所述第一光耦的正输入端，所述第二分压电阻的第二端接入电源电压，所述第二分压电阻的第二端还连接所述TVS二极管的第一端，所述TVS二极管的第二端连接所述第一光耦的负输入端和所述温湿度探头的一个信号端，所述温湿度探头的另一个信号端接地，所述第二滤波电容连接于所述第一光耦的正输出端和负输出端之间，所述第一光耦的正输出端经由所述上拉电阻接入电源电压，所述第一光耦的正输出端还连接所述主控模块，所述第一光耦的负输出端接地。

7.根据权利要求1所述的环境状态量感知传感器，其特征在于，所述水浸监测模块包括：

水浸探头，用于监测环境中的水位并产生对应的水浸信号；

水浸信号采集电路，连接所述水浸探头和所述主控模块，用于实现水浸信号的模拟采集，并将采集到的水浸信号发送给所述主控模块。

8.根据权利要求7所述的环境状态量感知传感器，其特征在于，所述水浸信号采集电路包括第二光耦、第三分压电阻、第四分压电阻、二极管、第一采样电阻、第二采样电阻；

所述水浸探头的一个信号端连接所述第二光耦的负输入端，所述水浸探头的另一个信号端连接二极管的正极，所述二极管的负极经由第三分压电阻连接所述第二光耦的正输入端，所述第四分压电阻连接于所述第二光耦的正输入端和负输入端之间，所述第二光耦的正输出端接入电源电压，所述第二光耦的负输出端经由第一采样电阻接地，所述第二光耦的负输出端还经由第二采样电阻连接所述主控模块。

9.根据权利要求1所述的环境状态量感知传感器，其特征在于，所述温湿度监测模块包括：

温湿度探头，用于监测环境的温湿度并产生对应的温湿度信号；

温湿度信号采集电路，连接所述温湿度探头和所述主控模块，用于实现温湿度信号的模拟采集，并将采集到的温湿度信号发送给所述主控模块。

10.根据权利要求9所述的环境状态量感知传感器，其特征在于，所述温湿度信号采集电路包括第三光耦、第四光耦、第五分压电阻、第六分压电阻、第七分压电阻、第八分压电阻，所述第三光耦、第四光耦的输出端分别连接所述主控模块，所述第三光耦的正输入端和第四光耦的正输入端分别连接所述温湿度探头的两个信号端，所述第三光耦的正输入端和负输入端之间连接第五分压电阻，第四光耦的正输入端和负输入端之间连接第六分压电阻，所述第三光耦的负输入端经由第七分压电阻接入电源电压，第四光耦的负输入端经由第八分压电阻接入电源电压。

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