一种电力电缆火灾智能预警装置的制作方法

本实用新型涉及一种监测系统，具体是一种电力电缆火灾智能预警装置。

背景技术：

电力是国民经济的基础和支柱，是维持工业、经济正常运行的持续稳定发展的根本保证，电力系统的安全稳定关系到国计民生；随着城市建设的发展，电力电缆以其供电安全可靠以及有利于城市美化等优点得到了越来越广泛的应用，因此电力系统对电缆线路的安全供电及供电可靠性的要求越来越严格。

工业生产中的用电火灾事故大部分是由于输电高压电缆温度过高引起的，通过对电缆头或电缆本身的连续温度测量能够预测电缆头或电缆本身的故障趋势，对其实施及时的保护，构建一个安全智能的供电保护系统，对维持工业、经济正常运行的持续稳定发展具有重要意义。

传统的定期停电进行预防性试验的做法已不能满足电网高可靠性的要求，而当前市面上的以热敏电阻为传感器的温度检测,存在利用热敏电阻测量温度精度较低、可靠较差,且必须经过A/D转换等接口电路转换成数字信号后才能送给微处理器进行处理等缺陷,这样就使得测温装置的电路结构较复杂,降低了系统的安全可靠性。

电力电缆的表面温度反映了电缆的运行情况。不论是过负荷运行还是电缆运行环境发生变化或者是电缆线路本身绝缘故障，都会引起电缆表面温度发生变化，因此监测电缆表面温度可以及时发现电缆异常情况，及时采取措施，就可以有效避免事故发生。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种电力电缆火灾智能预警装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种电力电缆火灾智能预警装置，包括现场测控子系统和基于SAE云服务器的后台管理系统，所述基于SAE云服务器的后台管理系统通过无线网络连接多个现场测控子系统，所述现场测控子系统包括第一MCU、报警模块、第二MCU、温度传感器和报警模块，第一MCU分部连接WIFI模块、报警模块和继电器控制模块，第二MCU分部连接触摸显示屏和温度传感器，第一MCU和第二MCU之间通过LoRa模块进行无线连接。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述温度传感器的型号为DS18B20。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述LoRa模块的型号为SC1278。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述第一MCU和第二MCU的型号均为STM32系列单片机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型电力电缆火灾智能预警装置电路结构简单，系统安全性高，数据传输抗干扰性强，可精准定位传感器位置，便于设备的快速维护等优点。

附图说明

图1为本实用新型的整体示意图。

图2为现场测控子系统系统框图。

图3为现场数据汇聚模块整体框图，

图4为分机硬件系统图。

图5为显示屏菜单示意图。

图6为智能预警模型的仿真效果图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

请参阅图1-6，一种电力电缆火灾智能预警装置，包括现场测控子系统和基于SAE云服务器的后台管理系统，所述基于SAE云服务器的后台管理系统通过无线网络连接多个现场测控子系统，所述现场测控子系统包括第一MCU、报警模块、第二MCU、温度传感器和报警模块，第一MCU分部连接WIFI模块、报警模块和继电器控制模块，第二MCU分部连接触摸显示屏和温度传感器，第一MCU和第二MCU之间通过LoRa模块进行无线连接。

温度传感器的型号为DS18B20。LoRa模块的型号为SC1278。第一MCU和第二MCU的型号均为STM32系列单片机。

本实用新型的工作原理是：现场测控子系统由现场温度采集模块，现场数据汇聚模块、现场主机、智能控制模块、电源供应模块等部分组成。现场测控子系统是监测系统的重要组成部分，通过对环境需测定的环境因子以及系统监测信号的确定，需要设计出一套完整监测节点电路，本章详细介绍了现场测控子系统的软硬件设计。

(1)基于DS18B20传感器的温度采集模块

基于DS18B20单线总线的工作方式，针对测温电缆工作实际环境及对检测响应速度的需求，采用如下方式设计测温电缆。

在数据线上每隔一米连接一片DS18B20，每条数据线上连接十片，将所有测点都密封于数据线内部，构成测温电缆，同时在线缆外部添加屏蔽层来解决多导线并行时的干扰问题。系统可使用若干根测温电缆构成小型温度数据采集网络，结合单端口并联连接和多端口并行连接的连接特点，每个I/O端口连接1根测温电缆，以实现DS18B20在单条测温电缆上为单端口并联连接，而每根测温电缆为多端口并行连接的效果。采用此种连接方式，结合了两种连接方式的优点，即有效节省了硬件开销，又能达到实现快速多点测温，提高数据采集效率的目的。

(2)现场测控分机设计及其数据汇聚。

①基于STM32单片机的分机模块

分机是用于数据的采集、处理数剧、数据显示和数据上传到总机STM32该系列芯片专用于满足能耗使用低、处理性能强、芯片的实时性效果好、价格低廉的嵌入式场合要求。STM32系列给微处理器使用者带来了广阔的开发空间，提供全新的32位产品供用户选择使用，结合了产品性能高、能耗低、实时性强、电压要求低等特点，而且还具备芯片的集中程度高和方便开发的优点。分机中的STM32单片机承担的任务有读取DS18B20温湿度传感器的数据、主机连接通信、显示数据等功能。

②LoRa无线组网通信

无线射频芯片SX1278是市面上最常用的LoRa芯片，其无线电频段属于ISM开放频段，无需授权许可。考虑到射频PCB的设计，最后选用以SX1278为核心的LoRa模块。SX1278具有极高的接收灵敏度和抗干扰能力，127dBm的动态RSSI，最大20dBm发送功率，多种调制方式可选以及载波监听等功能，使用非常方便，安全性好。元件图片及参数如图5所示。

(3)基于STM32单片机的现场主机

现场主机以STM32单片机为核心，主要包括：时钟复位电路、声光报警模块、网络通信模块和电路控制模块等。现场主机汇集测温分机采集的数据，实时地将数据发送至云服务器，并接受相关信息对电路和声光报警器进行相关控制。

由于本系统主要针对工业设备，工作环境具有相当大的复杂性与不确定性，因此在温度数据的采集及传输过程中存在一定的干扰问题。而本系统监测对象的特殊性对数据的精准采集与稳定传输具有较高的要求。因此，本项目组拟定采用以下方案解决此类问题，以保证干扰问题的有效解决。

(1)双绞线

针对平行线在传递高频网络信号时存在的衰减问题，我们将采用双绞线来进行485通信。采用这种方式，不仅可以抵御一部分来自外界的电磁波干扰,也可以降低多对绞线之间的相互干扰。把两根绝缘的导线互相绞在一起，干扰信号作用在这两根相互绞缠在一起的导线上是一致的(这个干扰信号叫做共模信号)，在接收信号的差分电路中可以将共模信号消除，从而提取出有用信号(差模信号)。

(2)使能掉电检测器BOD

由于静电，强电磁场环境可能导致EEPROM的存储单元的电荷部分丢失，造成数据丢失或保存时间缩短，所以需要保证EEPROM储存的信息不能丢失。我们通过使能芯片的掉电检测电路BOD来实现,当MCU电压过低时保持RESET信号为低,以保证系统的可靠复位重启及重写EEPROM的数据。

(3)数字地和模拟地隔离

由于数字信号一般为矩形波，带有大量的谐波。如果电路板中的数字地与模拟地没有从接入点分开，数字信号中的谐波很容易会干扰到模拟信号的波形。当模拟信号为高频或强电信号时，也会影响到数字电路的正常工作。模拟电路涉及弱小信号，但是数字电路门限电平较高，对电源的要求就比模拟电路低些。既有数字电路又有模拟电路的系统中，数字电路产生的噪声会影响模拟电路，使模拟电路的小信号指标变差，克服的办法是分开模拟地和数字地。

存在问题的根本原因是，无法保证电路板上铜箔的电阻为零，在接入点将数字地和模拟地分开，就是为了将数字地和模拟地的共地电阻降到最小。所以我加粗和缩短地线，电路各部分采用一点接地是抑制地线干扰的最佳选择，主要可以防止由于地线公共阻抗而导致的部件之间的互相干扰。

该系统通过采用提出的基于加权平均的自适应算法建立智能预警模型。该算法支持两种预测方式：方式一，基于近几天历史的和当天的电缆工作温度平均值，可进行全天候电缆工作温度的动态预测：

这里CpreL(t+1)为t+1(长时间)时间段电缆工作温度预测值，Creal为t时间段电缆工作温度实测值，为最近几天t+1时间段的电缆工作温度实测值的平均值。μ(t)(0＜μ(t)＜1)为加权因子。方式二：基于一天内某一时间段的及之前预测的电缆工作温度平均值，可进行下一个短时间段的电缆工作温度的预测：

CpreS(t+1)＝μ(t)Creal(t)+(1-μ(t))Cpre(t)

这里CpreS(t+1)为t+1(短时间)时间段电缆工作温度预测值，Creal(t)为t时间段的电缆工作温度实测值，Cpre(t)为t时间段的电缆工作温度预测值。μ(t)(0＜μ(t)＜1)为加权因子。

方式一和方式二均能够根据上一时间段的实测值和预测值之间的误差，对加权因子u(t)进行线性规律的自动调整。电缆工作温度预测值和实测值相差较大时，该装置能够自动缩短检测间隔，有效的保证了预测的准确性。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。