技术领域
[0001] 本实用新型属于施工现场用电安全管理技术领域，具体涉及一种基于无线数据传输技术的配电箱监控系统。
背景技术
[0002] 施工现场用电具有开放性及随机性，容易出现触电，火灾等问题，从而引发用电安全问题。传统的管理方法是将配电箱封闭起来并上
锁，且由专人负责接线和
开关，但由于现场人员的不确定性及民工的非法操作司空见惯，往往导致制度管理不符合现场实际情况。为了在技术上配合安全用电管理，漏电保护器、过载
断路器相继应用于施工现场的配电箱，并且纳入国标进行强制管理，目前最新的配电箱管理还配置电气
火灾探测器及普通电表或者智能电表，以便于远程获得现场用电数据。但是，在实际使用中这些设备还存在如下几个问题：
[0003] 配电箱的数据传输至远程采用有线的RS485方式。这种有线的连线方式可能受场地的限制会暴露在露天场所，容易遭受移动机械的破坏导致数据无法传输；
[0004] 由于配电箱在现场不同的阶段有可能进行随机性的移动，这为重新进行数据传输的布线带来困难，可操作性较差；
[0005] 配电箱现场的开关状态无法检测，不能及时明确用电设备，排查问题比较费时；
[0006] 需要检测烟感、漏电及电表功能时往往选用多个厂家的模
块进行拼凑整合，这不仅导致体积过大不好安装，而且不同厂家间的模块数据整合比较麻烦。
[0007] 另一方面，当前数据的无线传输已经很成熟，比如wifi、蓝牙、GPRS、3G及4G已经成熟应用于很多领域，但是施工现场的信息化仍然比较落后，原因有两个：1)WiFi在施工现场很难实现全
覆盖，蓝牙传输距离受限制；2)GPRS、3G及4G传输相对施工现场设备管理而言存在资费相对较高的问题。实用新型内容
[0008] 本实用新型的目的是提供一种基于无线数据传输技术的配电箱监控系统，解决了
现有技术中存在的配电箱布线困难及因成本导致不能大面积推广使用的问题。
[0009] 本实用新型所采用的技术方案是，基于无线数据传输技术的配电箱监控系统，包括
数据采集处理模块，数据采集处理模块为STM32F105芯片，数据采集处理模块的输入端分别连接有A项
电能检测模块、B项电能检测模块、C项电能检测模块、开关开合检测模块、交流漏电检测模块、多路
温度检测模块、烟感数据采集模块，A项电能检测模块对应连接A项
电压电流检测
传感器，B项电能检测模块对应连接B项电压电流检测传感器，C项电能检测模块对应连接C项电压电流检测传感器，开关开合检测模块连接N个通道开关检测传感器，交流漏电检测模块连接N个通道漏电检测传感器，多路温度检测模块连接N个通道ABC项温度检测传感器，数据采集处理模块的输出端依次连接有无线数据传输模块、远程数据
服务器，远程数据服务器又分别与移动终端或PC端连接；数据采集处理模块的输出端还分别连接有
电池电压检测及控
制模块、报警输出
控制模块、开关开合输出控制模块；无线数据传输模块为LORA无线数据传输模块，内置芯片为SX1278，无线数据传输模块与远程数据服务器之间还连接有LORA转GPRS无线网关模块，LORA转GPRS无线网关模块，其中GPRS模块为内嵌GSM/GPRS核心单元的无线Modem，具有完备的电源管理系统，标准的串行数据
接口。
[0010] 本实用新型的特点还在于，
[0011] 电池电压检测及控制模块采用STM32F105主控芯片，此模块作用为检测电池的电压，并设置安全值保证CPU芯片和GPRS芯片能正常工作，报警输出控制模块采用STM32F105主控芯片，开关开合输出控制模块采用STM32F105主控芯片，作用为远程打开/关闭开关。
[0012] 无线数据传输模块为NB-IOT无线数据传输模块，型号为WH-NB73，用户能方便的集成到自己的
主板设备上去。
[0013] A项电能检测模块、B项电能检测模块、C项电能检测模块均采用三相多功能防窃电计量芯片RN8302芯片。
[0014] 开关开合检测模块、交流漏电检测模块均采用STM32F105主控芯片，多路温度检测模块型号为DS18B20，烟感数据采集模块型号为MQ-2-135-3-7-9。
[0015] 通道开关检测传感器、通道漏电检测传感器均采用RN8302芯片，通道ABC项温度检测传感器型号为DS18B20。
[0016] 数据采集处理模块的输出端还连接有RS485有线数据传输模块，RS485有线数据传输模块型号为SP485EEN。
[0017] 本实用新型的有益效果是，基于无线数据传输技术的配电箱监控系统，不需要人工多次布线，无线模块效率高且成本低。使用LORA无线模块代替RS485有线传输，数据传输稳定、不易遭受破坏、可操作性强且成本低。增加开关状态检测，能及时明确用电设备。传统配电箱现场的开关位无法检测，当排查问题时，需要逐个排查比较费时，而本实用新型增加该功能，可及时准确明确用电设备，快速排查问题。基于无线数据传输技术的配电箱监控系统，不需要拼凑多个厂家的模块达到功能整合的目的。本实用新型结合电量、电压、电流、电量、功率因子、烟感、漏电、输出控制及开关状态的检测，功能上一体整合，不仅解决现有多个厂家模块整合的困难，而且使用方便高效。预留RS485接口，可以直接与老式系统集成的智能配电箱进行数据交互，解决了新旧设备更换成本高的问题。
附图说明
[0018] 图1是本实用新型基于无线数据传输技术的配电箱监控系统的结构示意图；
[0019] 图2是本实用新型基于无线数据传输技术的配电箱监控系统数据采集端的结构
框图；
[0020] 图3是本实用新型基于无线数据传输技术的配电箱监控系统的漏电数据结构框图；
[0021] 图4是本实用新型基于无线数据传输技术的配电箱监控系统工作过程
流程图。
[0022] 图中，1.A项电能检测模块，2.B项电能检测模块，3.C项电能检测模块，4.开关开合检测模块，5.交流漏电检测模块，6.多路温度检测模块，7.烟感数据采集模块，8.数据采集处理模块，9.无线数据传输模块，10.电池电压检测及控制模块，11.报警输出控制模块，12.开关开合输出控制模块，13.远程数据服务器，14.RS485有线数据传输模块，15.PC端，16.移动终端，17.LORA转GPRS无线网关模块。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
[0024] 本实用新型基于无线数据传输技术的配电箱监控系统，结构如图1所示，包括数据采集处理模块8，数据采集处理模块8为STM32F105芯片，数据采集处理模块8的输入端分别连接有A项电能检测模块1、B项电能检测模块2、C项电能检测模块3、开关开合检测模块4、交流漏电检测模块5、多路温度检测模块6、烟感数据采集模块7，A项电能检测模块1对应连接A项电压电流检测传感器，B项电能检测模块2对应连接B项电压电流检测传感器，C项电能检测模块3对应连接C项电压电流检测传感器，开关开合检测模块4连接N个通道开关检测传感器，交流漏电检测模块5连接N个通道漏电检测传感器，多路温度检测模块6连接N个通道ABC项温度检测传感器，数据采集处理模块8的输出端依次连接有无线数据传输模块9、远程数据服务器13，远程数据服务器13又分别与移动终端16或PC端15连接。
[0025] 数据采集处理模块8的输出端还分别连接有电池电压检测及控制模块10、报警输出控制模块11、开关开合输出控制模块12。
[0026] 电池电压检测及控制模块10采用STM32F105主控芯片，此模块作用为检测电池的电压，并设置安全值保证CPU芯片和GPRS芯片能正常工作，报警输出控制模块11采用STM32F105主控芯片，作用一：被盗报警，即发生
电缆被盗及意外断开时，及时通知保安及安全管理人员；作用二：电器报警，即当发生漏电、
短路、火灾等险情时，及时通知电工及安全管理人员；作用三：异常报警，即当发生配电箱断电、过载及跳闸等异常使用情况时，及时通知电工及安全管理人员。开关开合输出控制模块12采用STM32F105主控芯片，作用为远程打开/关闭开关。
[0027] 无线数据传输模块9为LORA无线数据传输模块，内置芯片为SX1278，是一款体积小、微功率、低功耗、高性能、远距离的无线数传模块，无线数据传输模块9与远程数据服务器13之间还连接有LORA转GPRS无线网关模块17，LORA转GPRS无线网关模块17，其中GPRS模块为内嵌GSM/GPRS核心单元的无线Modem，具有完备的电源管理系统，标准的串行数据接口。
[0028] 无线数据传输模块9为NB-IOT无线数据传输模块，型号为WH-NB73，是一款使用移动NB-IOT网络进行无线数据传输的嵌入式终端，体积小、接口简单，用户能方便的集成到自己的主板设备上去。
[0029] A项电能检测模块1、B项电能检测模块2、C项电能检测模块3均采用三相多功能防窃电计量芯片RN8302芯片。
[0030] 开关开合检测模块4、交流漏电检测模块5均采用STM32F105主控芯片，多路温度检测模块6型号为DS18B20，烟感数据采集模块7型号为MQ-2-135-3-7-9。
[0031] 通道开关检测传感器、通道漏电检测传感器均采用RN8302芯片，通道ABC项温度检测传感器型号为DS18B20。
[0032] 数据采集处理模块8的输出端还连接有RS485有线数据传输模块14，RS485有线数据传输模块14型号为SP485EEN。
[0033] 本实用新型基于无线数据传输技术的配电箱监控系统，
数据处理端由基于ARM Cortex-M3技术平台的处理器形成数据采集处理模块8，主要是对采集的数据进行滤波及加工处理，核心目的是计算出及时、可靠的检测结果。输出控制端由两部分组成：报警输出控制模块11，主要用于当出现电流过载、漏电超过报警值、温度超过报警值、烟感超过报警值及设备出现故障等情况时能在本地进行声音提示报警；开关开合输出控制模块12，用于当出现电流过载、漏电超过报警值、温度超过报警值、烟感超过报警值及设备出现故障等情况时能切断对应的可控开关，切断电源以保安全，或者接收来自远程的开关开合控制命令进行对应的可控开关控制。数据传输系统：主要通过LORA技术将各个LORA子
节点的数据集中发送无线数据传输模块9再发送至LORA转GPRS无线网关模块17，GPRS再通过公共网络将数据传输至远程数据服务器13，以便于管理者可以通过手机16或者网页15随时查看配电箱的用电情况和状态；数据接收端：主设备电表(接收节点)和远程平台或手机端APP，同时，数据接口预留支持modbus的RS485有线通信，以支持其他智能电表、电气火灾探测器等传统智能用电管理设备的数据对接。本实用新型解决了现有技术中存在的布线困难，开关状态无法检测，模块进行拼凑整合复杂和数据传输资费较高且距离受限制的问题。
[0034] 本实用新型基于无线数据传输技术的配电箱监控系统的工作过程，如图4所示：
[0035] 首先通过A项电能检测模块1、B项电能检测模块2、C项电能检测模块3采集总开ABC项的电流和电压，由于工业及民用电的电压属于强电，因此在数据采集前，需要通过互感器进行强电
信号进行弱电的隔离转换(如图2所示)，系统通过采集的电流及电压数据计算出视在功率、有功功率、
无功功率、
相位差及电量数据，然后通过SPI接口将数据传输给数据采集处理模块8，
数据中心根据前一次的数据与当前数据的变化幅度，如果数据变化幅度过大，将对当前数据进行滤波得出真实有效的滤
波数据，因为变化过大的数据可能为
电网波动等因素导致的干扰数据；连续通过AD转换通道采集多次烟感数据，并采用去极值平均值滤波
算法对烟感数据进行滤波，得出有效的烟感数据。通过专用交流漏电检测模块5采集多路漏电数据，由于工业及民用电的电压属于强电，因此在数据采集前，需要通过互感器进行强
电信号进行弱电的隔离转换(如图3所示)，由于漏电数据在采集过程中可能受电网干扰、
电磁干扰的环境因素较多，因此在采集过程中在一个工频周期内采集多达128个数据，并对数据进行平均值求解以剔除干扰数据，最终求解出实际的漏电数据并通过串口将数据传输给数据采集处理模块。数据中心通过一线总线采集多路温度传感器6的温度数据，并根据前一次的数据与当前数据的变化幅度，如果数据变化幅度过大，将对当前数据进行滤波得出真实有效的滤波数据，因为变化过大的数据可能为环境干扰等因素导致的干扰数据。通过开关开合检测模块4采集开关状态，由于工业及民用电的电压属于强电，因此在数据采集前，需要通过光耦进行强电信号进行弱电的隔离转换并将信号传送给数据采集处理模块CPU的IO口，由于开关数据在采集过程中可能受环境干扰的影响，因此在采集过程中需要多次采集数据并进行按键去抖动的原理进行数据滤波。通过获得的各个开关的数据来判断当前配电箱的状态，如正常供电、配电箱断电、总开分闸等状态来判断那些数据需要进行二次滤波。判断工作状态有变化时，数据采集处理模块8根据变化后的状态立即上传远程平台；如果状态变化为配电箱断电，还需要将漏电及电能数据全部清零并上传远程平台；如果状态变为总开分闸，需要将漏电数据清零并上传至远程平台。当判断工作状态无变化时，数据采集处理模块接下来判断是否有接线故障产生，如果有故障产生，立即将故障的信息上传至远程平台；根据系统状态及处理后的电能数据判断是按照短周期发送还是长周期发送，如果数据变化超过了静态变化比例时数据将按照短周期发送，以便于及时通知远程平台数据的变化情况；当数据变化小于静态变化比例时数据将按照长周期发送，远程平台原有的数据可以代表当前的数据，将数据发送周期变长是为了减少数据的发送流量；当系统状态一直处于配电箱断电时，电能数据以长周期发送并且数据值为0。根据系统状态及处理后的漏电数据判断是按照短周期发送还是长周期发送，如果数据超过了报警值时将按照短周期发送，以便于及时通知远程平台漏电数据的状态变化情况及数据；当数据值小于报警值时数据将按照长周期发送，远程平台原有的数据可以代表当前的状态，将数据发送周期变长是为了减少数据的发送流量；当系统状态一直处于配电箱断电或总开分闸时，漏电数据数据以长周期发送并且数据值为0。根据系统状态及处理后的温度数据判断是按照短周期发送还是长周期发送，如果数据超过了报警值时将按照短周期发送，以便于及时通知远程平台温度数据的状态变化情况及数据；当数据值小于报警值时数据将按照长周期发送，远程平台原有的数据可以代表当前的状态，将数据发送周期变长是为了减少数据的发送流量；
当系统状态一直处于配电箱断电或总开分闸时，温度数据数据以长周期发送并且数据值为
0。根据系统状态及处理后的烟感数据判断是按照短周期发送还是长周期发送，如果数据超过了报警值时将按照短周期发送，以便于及时通知远程平台烟感数据的状态变化情况及数据；当数据值小于报警值时数据将按照长周期发送，远程平台原有的数据可以代表当前的状态，将数据发送周期变长是为了减少数据的发送流量；当系统状态一直处于配电箱断电或总开分闸时，烟感数据以长周期发送并且数据值为0。根据系统状态及采集的电池数据进行判断，如果系统正常但电池电压不正常，数据采集处理模块将立即向远程平台上传电池故障信息。重新更新各数据发送时间点的间隔信息，便于调整各个参数的短周期及长期发送数据计时。根据漏电、温度、烟感及电能数据判断是否开合某个开关，如若数据超过危险状态则将对应的供电开关立即关闭。判断是否有接收来至远程平台的控制命令，如果有则解析命令并将解析后的那些控制开关需要开合控制进行控制。
[0036] 本实用新型基于无线数据传输技术的配电箱监控系统，其结合电量、电压、电流、电量、功率因子、烟感、漏电、输出控制及开关状态的检测，功能上一体整合，解决现有多个厂家模块整合的困难；同时低成本的LORA无线数据传输技术解决了布线困难及因成本导致不能大面积推广使用的问题。
