CN220528055U - 基于光信号强度检测的天网分布式智能监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于光信号强度检测的天网分布式智能监测装置，通过光监测模块检测光强，判断是否断网，而且，通过无线控制单元控制受控插座能为设备供电以及复位，能大量节约人力成本，而且系统更加智能化，提高监控水平，通过电源监测模块监测外部电源是否有电，若断电，则通过电池管理模块控制电池为控制器供电，停电时第一时间将现场监测数据通过4G信号传回管理平台。该基于光信号强度检测的天网分布式智能监测装置集成度高，功能丰富。

Description

基于光信号强度检测的天网分布式智能监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于光信号强度检测的天网分布式智能监测装置。

背景技术

天网工程是指为满足城市治安防控和城市管理需要，利用图像采集、传输、控制、显示和控制软件等设备组成，对固定区域进行实时监控和信息记录的视频监控系统。其是一套复杂的综合系统，涉及到天网终端设备、网络链路、电力供应等各个方面，而不同领域的运维对应着不同的工程小组，因此当终端工作异常，在未知故障原因情况下，往往需要派出不同领域的排障组去现场进行故障查因及处置，大大降低了排故的效率，浪费了人力，也不能第一时间解决问题。

公开号为CN205541439U的中国专利公开另一种基于云计算的交通信号灯分布式智能监控系统，包括中央控制器、云服务器、移动监控终端以及若干个设置在各个路口的分布式监控单元，所述中央控制器通过无线通讯模块与若干个分布式监控单元双向连接，所述中央控制器通过GPRS模块分别与云服务器以及移动监控终端双向连接。该基于云计算的交通信号灯分布式智能监控系统，通过云服务器、GPRS模块、中央控制器、无线通讯模块以及若干个分布式控制单元的配合，实现对交通信号灯亮起时间的智能控制，使得该系统具有智能化、人性化的优点；其次，该系统通过中央控制器、无线通讯模块以及若干个分布式控制单元的配合，使其具有便于集中监管和分布式监控的效果。该监控系统针对交通灯，并不能直接移植到天网工程这一应用领域。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于光信号强度检测的天网分布式智能监测装置，该基于光信号强度检测的天网分布式智能监测装置集成度高，功能丰富。

本实用新型的技术解决方案如下：

一种基于光信号强度检测的天网分布式智能监测装置，包括控制器、分光器、光监测模块、电池、电源监测模块、电池管理模块、无线通信模块和无线控制单元；

分光器的输入端接光纤输入端，分光器的第一输出端接光纤输出端；分光器的第二输出端接光监测模块的检测端，光监测模块的输出端接控制器的第一输入端口；光监测模块用于检测光强的大小；并输出电平信号或强度数据到控制器。

电源监测模块接外部的12V直流电源，电源监测模块的输出端接接控制器的第二输入端口；电源监测模块的信号输出端还接电池管理模块；电池受控于电池管理模块，电池用于停电时为控制器供电；电源监测模块用于监测外部电源是否有电，若断电，则通过电池管理模块控制电池为控制器供电；

无线通信模块与控制器的通信端口相连，用于与工作台无线通信连接；

无线控制单元与控制器的第一输出端相连；无线控制单元用于控制外部的无线受控电源；无线受控电源采用受控插座。

控制器的第二输出端还与警示模块相连，警示模块为指示灯。

光监测模块采用INGAAS光探测器，经MS8311运放放大后输入给控制器，通过74HC4051进行自动增益放大倍数调节。

无线通信模块采用4G通信模组，型号为ML302。

无线控制单元采用无线受控电压发射模块，型号为HS2245PT。

控制器采用GD32F103C8T6高性能CPU，为整个监测装置的控制核心。

分光器采用一比二SCFC分光器。

电源监测模块通过主控单元AD接口监测输入电压。

外部电源采用12V直流电源。

有益效果：

本实用新型的基于光信号强度检测的天网分布式智能监测装置，通过光监测模块检测光强，判断是否断网，而且，通过无线控制单元控制受控插座能为设备供电以及复位，能大量节约人力成本，而且系统更加智能化，提高监控水平，通过电源监测模块监测外部电源是否有电，若断电，则通过电池管理模块控制电池为控制器供电，停电时第一时间将现场监测数据通过4G信号传回管理平台。该基于光信号强度检测的天网分布式智能监测装置集成度高，功能丰富。

附图说明

图1为基于光信号强度检测的天网分布式智能监测装置的结构示意图；

图2为光信号转换成电信号并程控放大的原理示意图；

图3为I/V变换电路的原理示意图；

图4为电信号放大电路的原理示意图；

图5为基于天网工程的分布式智能监测系统的总体结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

实施例1：

天网工程末端设备分布式监测装置(以下简称装置)是一款结合网络光纤监测、掉电监测、远程控制、物联接入等多维度监测技术的综合排故智能设备，对于天网工程终端设备故障成因进行针对性的监测，能第一时间精准定位故障原因，针对性的排除维修组，有的放矢第一时间排除故障，大大节省人力及时间。

该装置由主机及无线受控电源构成。主机有光纤输入、光纤输出、DC12V输入、DC12V输出以及4G天线等接口，主机可监测光纤信号强度、停电监测，可无线控制无线受控电源进行外设掉电复位重启，主机内部含有电池，可在停电时第一时间将现场监测数据通过4G信号传回管理平台。

天网工程终端光纤接入装置光纤输入接口，光纤输出接口再接入光路由。终端所有外设设备电源均由受控电源进行供给，受控电源无需安装，直接插入排插即可。主机可对受控电源无线进行掉电复位动作。

具体的，监测装置采用微处理器作为整机控制器，装置内含有分光器、光监测电路，电源监测电路，电池管理单元、电池、4G通讯模组、无线控制单元以及指示灯等组件，为方便远程掉电复位外设，整套系统还装备有一个无线受控插座，可以接受4G传输过来的复位指令进行掉电复位外设动作。

光纤信号接入装置后经过分光器分为两路，一路输出给外设进行通讯使用，另一路进入光监测电路，控制器实时监测光信号强度，并将监测结果通过4G模组上传给云端服务器，工作台便可以实时查看天网工程末端网络光纤信号的工作状况。

12V输入作为整个装置的供电输入，同时也作为天网工程末端电力监测输入，12V输入进入监测电路后，控制器实时监测电力供给状况，同时也将监测结果上报云端服务器，当电力异常时，电池无缝对接，启动工作，确保工况在停电状况下也能上报给云端服务器。12V还作为受控电源输出，可以供给外部网络设备使用，也可以受控进行远程复位。

无线受控插座(即无线受控电源)主要为天网工程末端设备提供电力供给，正常情况下，功能同普通插座，当天网工程末端设备工作异常需要进行掉电复位时，可以由工作台通过后台软件下发复位指令给监测装置，监测装置再通过无线控制单元下发复位控制命令给无线受控插座，从而对外设(如摄像机和光路由器)进行掉电复位。

实施例2

如图1，一种基于光信号强度检测的天网分布式智能监测装置，包括控制器、分光器、光监测模块、电池、电源监测模块、电池管理模块、无线通信模块和无线控制单元；

分光器的输入端接光纤输入端，分光器的第一输出端接光纤输出端；分光器的第二输出端接光监测模块的检测端，光监测模块的输出端接控制器的第一输入端口；光监测模块用于检测光强的大小；并输出电平信号或强度数据到控制器。

电源监测模块接外部的12V直流电源，电源监测模块的输出端接接控制器的第二输入端口；电源监测模块的信号输出端还接电池管理模块；电池受控于电池管理模块，电池用于停电时为控制器供电；电源监测模块用于监测外部电源是否有电，若断电，则通过电池管理模块控制电池为控制器供电；

无线通信模块与控制器的通信端口相连，用于与工作台无线通信连接；

无线控制单元与控制器的第一输出端相连；无线控制单元用于控制外部的无线受控电源；无线受控电源采用受控插座；

控制器的第二输出端还与警示模块相连，警示模块为指示灯。

在本实施例中，无线通信模块采用4G通信模组，型号为ML302。

在本实施例中，无线控制单元采用无线受控电压发射模块，型号为HS2245PT。

在本实施例中，控制器采用GD32F103C8T6高性能CPU，为整个监测装置的控制核心。

在本实施例中，分光器采用一比二SCFC分光器。

在本实施例中，电源监测模块通过主控单元AD接口监测输入电压。

在本实施例中，外部电源采用12V直流电源。

图2为光信号转换成电信号并程控放大的原理示意图，光监测模块采用INGAAS光探测器，经MS8311运放放大后输入给控制器，通过74HC4051进行自动增益放大倍数调节。

INGAAS光电探测器将检测到的光信号转变为电流信号，进行I/V(电流电压)变换后输出电压信号，经过放大和滤波处理后的电压信号送入A/D进行模数转换。

图3为I/V变换电路的原理示意图，由放大器U1及电阻R将INGAAS光电探测器D1的电流信号转换并放大成电压信号。电阻R是电路增益，电容C1起滤波作用。

考虑到采集的光功率信号范围比较大，当放大器增益固定时，会出现小信号无法得到有效放大而降低A/D转换的有效精度。解决方法是对小信号输入采用高倍放大，对大信号输入采用低倍放大，根据采集到的信号大小，自动改变增益，切换到合适的量程，即在放大电路中使用量程自动切换技术，在检测范围内将光功率按照光强不同分为6段，每一段对应一个量程，这种技术可以有效消除测量时的非线性误差，在增加测量的动态范围的同时，提高了测量的精度。

如图2所示，量程自动切换技术由CPU通过指令控制多路模拟开关芯片U2(74HC4051)完成。但是74HC4051其近200Ω的导通电阻会影响信号的放大，为消除其影响，通过增加一个多路模拟开关芯片U3(74HC4051)完成，这样避免从放大器的输出端采样电压。

图4为电信号放大电路的原理示意图，在图4中，R2代表多路模拟开关U2的导通电阻，R3代表多路模拟开关U3的导通电阻，它们基本大小相等，Rf是反馈电阻，Is是光电流。在此电路中，如果不存在R3导通电阻，则：

V0＝(Rf+R2)Is

根据放大器的性能特点，Vp＝0，则：

Vn＝Rf·Is

因此，电压Vn才是希望采样的信号值，故在该节点连接另一个多路模拟开关采集信号，它虽然仍然存在导通电阻R3，但因为A/D转换器的高输入阻抗特性，此导通电阻R3可略去不计，V1的电压值和Vn大小相等，即：

V1＝Vn＝Rf·Is

CPU通过指令控制两个多路模拟开关芯片74HC4051，根据采集到的信号大小，自动改变增益电阻Rf，切换到合适的量程，同时可以避免模拟开关导通电阻对功率测量的影响。

实施例3

如图5，一种基于天网工程的分布式智能监测系统，包括服务器和对应分布于n个检测点的n个现场监测设备；n为大于2的自然数；

每一个现场监测设备包括一台监测装置、一个无线受控电源、一台光路由器以及由多个摄像头组成的天网设备组；

监测装置为所述的监测装置；

分布式监测装置的光纤输出端与光路由器相连；天网设备组通过网线与光路由器相连；无线受控电源与监测装置的无线控制单元通信连接；光路由器和天网设备组由无线受控电源供电；

还包括移动式智能设备，移动式智能设备能访问服务器，移动式智能设备为智能手机。

功能特点：

①旁路监测：采用旁路监测模式，监测光信号强度，无需网络配置不占用网络资源，无安全风险，当设备监测到光信号异常，平台预警，提示网络异常，派网络组排故；

②停电工作：当外围电力故障停电，设备监测到掉电及时推送平台故障信息，派电工组排故。

③内置可充电电池，停电状态下可使用10-30分钟，及时将现场工况传回监控平台；

④远程复位外设：当网络与电力均正常，但天网信号异常，则可尝试远程重启外设路由及天网设备，看故障是否消除。远程重启复位外设，解决大部分故障问题；

⑤天网设备故障排查：当网络电力正常，外设重启后故障未排除，则基本可以确定是天网设备故障，派设备组运维人员排故。

⑥物联远程：4G远程物联，实时监控，自动预警；

⑦故障定位：故障类型精准定位，视情运维，减少成本节约时间；

设备优势：

能精准定位天网工程末端设备故障原因，电力故障派电工，网络故障派网络维修工，设备故障派厂家运维人员，不再为派谁而烦恼，节约成本，提高收益。能远程对末端设备及外设进行掉电复位重启，减少人工，提高响应速度。能第一时间处理好问题，确保天网工程的稳定运行。

Claims (4)

1.一种基于光信号强度检测的天网分布式智能监测装置，其特征在于，包括控制器、分光器、光监测模块、电池、电源监测模块、电池管理模块、无线通信模块和无线控制单元；

分光器的输入端接光纤输入端，分光器的第一输出端接光纤输出端，分光器的第二输出端接光监测模块的检测端，光监测模块的输出端接控制器的第一输入端口；光监测模块用于监测光信号强度；

电源监测模块的输入端接外部电源，电源监测模块的输出端接控制器的第二输入端口；电源监测模块的信号输出端还接电池管理模块，电池受控于电池管理模块，电池用于停电时为控制器供电；

无线通信模块与控制器的通信端口相连，用于与工作台无线通信连接；

无线控制单元与控制器的第一输出端相连；无线控制单元用于控制外部的无线受控电源。

2.根据权利要求1所述的基于光信号强度检测的天网分布式智能监测装置，其特征在于，控制器的第二输出端与警示模块相连。

3.根据权利要求1所述的基于光信号强度检测的天网分布式智能监测装置，其特征在于，光监测模块采用INGAAS光探测器。

4.根据权利要求3所述的基于光信号强度检测的天网分布式智能监测装置，其特征在于，INGAAS光电探测器将检测到的光信号转变为电流信号，进行I/V变换后输出电压信号，经过放大和滤波处理后的电压信号送入A/D进行模数转换。