一种基于物联网的弱电控制监测系统及方法与流程

本发明涉及弱电监控技术领域，特别涉及一种基于物联网的弱电控制监测系统及方法。

背景技术：

目前，在弱电工程中弱电安防是一种至关重要的步骤，特别是对于现在智能家居工程中的家庭内的弱电箱，一般都会通过在弱电箱中配置智能控制的弱电转换接头和管控电源，现有技术中，只会通过温度来检测弱电箱的状况，但是其监测效果较差，且当环境故障时，往往也会引起电流电压故障，与之相同电流电压故障，往往也会使得弱电箱内温度升高。因此监测的局限性较高，只能监测弱电箱内的温度，对于弱电箱的电流无法检测，因而无法判定温度升高的原因，进而无法防止弱电箱发生故障和判断弱电箱故障原因。

技术实现要素：

本发明提供一种基于物联网的弱电控制监测系统及方法，用以解决弱电箱监控效果不强，监控效率不高，无法控制对弱电系统进行防护的情况。

一种基于物联网的弱电控制监测系统，其特征在于，包括：

监测模块，用于接收监测信号，并将监测信号传入控制模块，其中，所述监测信号包含环境监测信号和电流监测信号；

控制模块，用于接收所述环境监测信号和所述电流监测信号，将接收的监测信号转化为故障信号，并将故障信号传入干涉模块，其中，所述故障信号包括电路故障信号和环境故障信号；

干涉模块，用于接收故障信号，采用被动干涉对所述电路故障信号进行调控，采用主动干涉对环境故障信号进行调控；

近程通信模块，用于进行所述监测模块、所述控制模块和所述干涉模块之间的无线信号传输，其中，所述近程通信模块由多个zigbee发生器与所述监测模块、所述控制模块和所述干涉模块电连接构成。

进一步地：所述监测模块由温度反馈电路和与弱电箱串联的电流电压变送器，其中，

所述温度反馈电路由铂电阻rg、第一直流电源、第二直流电源、运算放大器、比较器组成，所述第一直流电源串联所述铂电阻rg并连接于所述运算放大器的反相输入端，所述运算放大器的输出端串联于所述第一电阻并连接于所述比较器的正输入端，所述比较器的输出端外接于所述zigbee发生器，其中，

所述第一直流电源还通过第一电容与所述第一电阻电连接，通过稳压二极管与所述比较器输入端电连接，与所述比较器的输出端电；

所述运算放大器的所述正相输入端与所述接地端连接，其中，所述正相输入端与所述接地端之间还连有第二电容，所述反相输入端与所述运算放大器输出端电连接，其中；所述反相输入端与所述运算放大器输出端之间还连有第三电阻；

所述比较器的第三输入端连接有所述第二直流电源，所述第二直流电源还与所述比较器的输出端电连接，其中，所述第二直流电源还与所述比较器的输出端之间还连有第四电阻；

所述比较器的负输入端与所述接地端相连，其中，所述比较器的负输入端与所述接地端之间还连有第二电阻；

进一步地：所述电流电压变送器用于接收弱电箱中电源端电流电压波动信号，并输入zigbee发生器，由所述zigbee发生器发送至其中，

所述电流电压波动信号

进一步地：所述控制模块由数字控制器、a/d转换器、d/a转换器组成，其中，

所述a/d转换器用于将接收的监测信号转化为数字信号，传入数字控制器；

所述数字控制器用于判断数字信号的故障类型，并将故障类型传入d/a转换器；

所述d/a转换器用于将故障类型转化为电信号输入zigbee发生器。

进一步地：所述干涉模块包括被动干涉模块和主动干涉模块，其中，

所述被动干涉模块包括电源切换电路和过流保护电路；

所述主动干涉模块包括数字报警器、画面处理器和摄像头组成，所述数字报警器和所述摄像头均和所述画面处理器通过所述zigbee发生器无线连接，其中，

所述画面处理器通过所述zigbee发生器与控制模块无线连接，其接收所述摄像头拍摄的画面，生成所述环境监测信号，判断是否输出所述环境故障信号。

进一步地：所述电源切换模块包括主电源、备用电源、比较器、选择器、接触器、第一信号开关和第二信号开关，其中，

所述主电源输出端与所述第一信号开关的输入端和比较器的第一输入端电连接；

所述备用电源输出端与所述比较器的基准电压输入端和所述选择器的常开触电电连接；

所述比较器输出端与所述选择器的选择输入端电连接；

所述选择器的第一输出端通过所述接触器与所述第一信号开关电连接；

所述选择器的第二输出端与所述第二信号开关输入端电连接，其中，

所述第二信号开关输入端还与选择器的常开触点的输出端电连接。

进一步地：所述过流保护电路包括第一电阻、第一三极管、第二三极管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、稳压二极管和电容，其中，

所述第一电阻输出端与所述第一三极管基极和所述第二三极管集电极电连接，其输出端还通过第二电阻与所述比较器输出端电连接；

所述所述第一三极管发射集连接所述第二三极管的基极；

所述第二三极管的发射集与所述比较器输入端电连接，其中，

所述第二三极管的基极与第二电阻之间还连有稳压二极管，所述第二三极管的发射集与第二电阻之间还连有电容；

所述比较器基准电压输入端与所述主电源输出端电连接，其输出端与所述第一信号开关和所述第二信号开关电连接。

一种基于物联网的弱电控制监测方法，包括以下步骤：

监测环境和电流电压的异常信号，并将所述异常信号转化为监测信号；

将所述监测信号转化为故障信号，其中，所述故障信号包括电路故障信号和环境故障信号；

采用被动干涉对所述电路故障信号进行调控，采用主动干涉对环境故障信号进行调控。

进一步地：所述监测环境和电流电压的异常信号，并将所述异常信号转化为监测信号包括以下步骤：

步骤1：判断环境的异常信号，设环境信号为k,(k＝0,k＝1)环境信号输出的环境异常信号为y^k,得到如下表达式：

其中，c^k是电流的变化量，t^k是铂电阻阻值的变化量，v^k是输入电压的电压量；

步骤2：判断电流电压的异常信号，设电流电压的异常信号为y,(y＝1,y＝0)，电流电压信号输出的异常信号为y^k，得到如下表达式：

其中，w^k是波形的变化量，i^k是电流的变化量，v^k是输入电压的电压量；

步骤3：设异常值为to通过异常值计算，进行异常信号信号的输出；

其中，当to大于1时，异常由环境引起，输出环境异常信号，当to小于1时，异常由内部电路电压引起，输出电流电压异常信号，当to＝1时，同时输出环境异常信号和电流电压异常信号，当to＝0时，无异常。

本发明有益效果在于：可以时时刻刻监控弱电箱的环境状况和弱电的电流电压状况，通过近程通信技术让故障信号可以及时处理，保护弱电箱运行。在出现环境故障时，及时报警寻找运维人员修理，出现电流电压故障时，通过被动干涉及时转换电源或者断电，防止弱电箱电流激增出现过流现象，烧毁弱电箱的转接设备。并且本发明中电压切换属于无缝切换，时间迅速，不会影响弱电箱正常运行。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中组成示意图；

图2为本发明实施例的一种基于物联网的弱电控制监测方法流程图；

图3为本发明实施例的温度反馈电路图；

图4为本发明实施例的电源切换电路图；

图5为本发明实施例的过流保护电路；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如附图1所示，本系统的组成示意图，本发明为一种基于物联网的弱电控制监测系统，包括：

监测模块，用于接收监测信号，并将监测信号传入控制模块，其中，所述监测信号包含环境监测信号和电流监测信号。环境监测信号为弱电箱附近的环境状况，主要有弱电箱的箱体是否损坏，弱电箱进水、弱电箱失火和弱电箱中信号灯不明闪烁等弱电箱因为自然环境、人为因素和机器故障出现的基于表面存在的故障信号。电流信号监测主要是电流波动、基于电流波动的电压故障和电压波动，等因为弱电箱运行时负载端和网络端引起的电流电压波动性故障。

控制模块，用于接收所述环境监测信号和所述电流监测信号，将接收的监测信号转化为故障信号，并将故障信号传入干涉模块，其中，所述故障信号包括电路故障信号和环境故障信号；用于接收故障信号，并判断故障信号为哪一种，并将故障信号的处理方案发送至干涉模块的子模块。若为需要主动干涉的信号，报警器报警，呼叫运维人员进行故障排除，若为需要被动干涉的信号，被动干涉模块根据电路功能自动进行故障处理。

干涉模块，用于接收故障信号，采用被动干涉对所述电路故障信号进行调控，采用主动干涉对环境故障信号进行调控。

近程通信模块，用于进行所述监测模块、所述控制模块和所述干涉模块之间的无线信号传输，其中，所述近程通信模块由多个zigbee发生器与所述监测模块、所述控制模块和所述干涉模块电连接构成。用于各个部件的连接，把各个模块组成一个近程通信的无线网络，当具有故障信号时，能够及时处理。

本发明基于物联网设备的无线通信技术和电路监测技术、直流电路的干涉技术的结合。本发明由监测设备监测智能家居设备弱电箱的温度状况和环境状况。通过温度状况和环境状况的电信号中的异常信号数据反馈给控制模块，控制模块判断接收的异常信号，并把异常信号处理为故障信号。干涉模块作为主动干涉和被动干涉两种，主动干涉主要是弱电箱环境上故障，通过报警寻找运维人员进行故障处理。对于电流电压的故障信号，通过被动干涉模块，自动切换电源或对电流防护电路，自动切换电源基于主路电和辅路电。而电流防护主要通过自动切换电源电路的两个信号开关都打开，直接断掉进行断电保护。

本发明优点在于：可以时时刻刻监控弱电箱的环境状况和弱电的电流电压状况，通过近程通信技术让故障信号可以及时处理，保护弱电箱运行。在出现环境故障时，及时报警寻找运维人员修理，出现电流电压故障时，通过被动干涉及时转换电源或者断电，防止弱电箱电流激增出现过流现象，烧毁弱电箱的转接设备。并且本发明中电压切换属于无缝切换，时间迅速，不会影响弱电箱正常运行。

作为本发明一种实施例，如图3所示本发明的温度反馈电路图：本发明的监测模块由温度反馈电路和与弱电箱串联的电流电压变送器，其中，

所述温度反馈电路由铂电阻rg、第一直流电源v1+、第二直流电源vs、运算放大器a、比较器g、第一电阻rt1、第二电阻rt2、第三电阻rt3组成，所述第一直流电源v1+串联所述铂电阻rg并连接于所述运算放大器a的反相输入端，所述运算放大器a的输出端串联于所述第二电阻rt2并连接于所述比较器g的正输入端，所述比较器g的输出端外接于所述zigbee发生器。

温度反馈电路的原理是通过铂电阻rg因为环境温度其阻值进行变化的原理，将第一直流电源v1+的电流信号通过铂电阻rg，铂电阻rg感受到温度的上升，阻值上升，而运算放大器a将按照比例使得电流信号放大，变为一个可以进行对比监测的电流信号。同过设定一个第二直流电源vs作为基准电压与运算放大器a处理的信号进行对比，判断电流和电压的波动幅度，进而判断弱电箱内部温度状况。

所述第一直流电源v1+还通过第二电容ct2与所述第二电阻rt2电连接，第二电容ct2作为一个储能器件，能够使得第一直流电源v1+的电压均匀，平稳传送到稳压二极管dt1，通过稳压二极管dt1与所述比较器g输入端电连接，所述第一直流电源v1+直接与所述比较器g的输出端电连接作为zigbee发生器的电源。

所述运算放大器a的所述反相输入端与接地端end电连接，降低电源电压的信噪比，其中，其正相输入端与所述接地端end之间还连有第一电容ct1，通过第一电容ct1的过滤作用，能够加强降低信噪比的能力。其反相输入端与所述运算放大器a输出端电连接，其中；其正相输入端与所述运算放大器a输出端之间还连有所述第一电阻rt1，能够对经过运算放大器a放大的电流信号进行阻抗匹配，因为电路中存在第一电容ct1所以对进入第一比较器g输入端的电流信号进行阻抗匹配，防止第一比较器g输出错误。

所述第一比较器g的第三输入端连接有所述第二直流电源vs，所述第二直流电源vs还与所述比较器g的输出端电连接，其中，所述第二直流电源vs还与所述比较器g的输出端之间还连有所述第三电阻rt3；第二直流电源vs作为一个基准电压，能够与输入电压进行比较，通过其输出的电流曲线，以判断温度的变化。

所述第一比较器g的负输入端与所述接地端end相连，其中，所述第一比较器g的负输入端与所述接地端end之间还连有第四电阻rt4。节省了比较器的内部空间，同时稳定了第一比较器g的输入和输出。

作为一种实施例：所述监测模块的所述电流电压变送器用于接收弱电箱中电源端电流电压波动信号和所述温度反馈电路的温度变化信号，并输入所述zigbee发生器，由所述zigbee发生器发送至所述控制模块，其中，

所述电流电压波动信号由所述电流电压变送器与所述弱电箱的电源端电连接测得。

电流电压变送器通过连接弱电箱的弱电电源，监测弱电箱转换设备的电压电流波动，作为电路信号；又通过温度反馈电路测得的弱电箱的环境温度，进而实现温度和电路的双重监测。

作为本发明的一种实施例：所述控制模块由数字控制器、a/d转换器、d/a转换器组成，其中，

所述a/d转换器用于将接收的监测信号转化为数字信号，传入数字控制器；

所述数字控制器用于判断数字信号的时环境故障信号还是电路故障信号，并将故障信号传入d/a转换器；

所述d/a转换器用于将故障类型转化为电信号输入zigbee发生器。

本控制模块采用了模拟信号转数字信号再转模拟信号的流程，其中，数字控制器可以将数字信号基于内部存储的基准参根据把传入电信号分类为故障信号其中一种，再将故障信号传入zigbee发生器。

发送给下层干涉模块，干涉模块判断通过主动干涉还是被动干涉处理问题。

有益效果在于：通过电信号和数字信号的转变进行故障信号的判断，所需要处理的数据要求比较低，因此，使用数字控制器这种地之能的产品就可以完成，而且结构简单。

作为本发明的一种实施例：干涉模块包括被动干涉模块和主动干涉模块，其中，

所述被动干涉模块包括电源切换电路和过流保护电路，其中，所述电源切换电路和所述过流保护电路电连接；

所述主动干涉模块包括数字报警器、画面处理器和摄像头组成，所述数字报警器和所述摄像头均和所述画面处理器通过所述zigbee发生器无线连接，其中，

所述画面处理器通过所述zigbee发生器与控制模块无线连接，其接收所述摄像头拍摄的画面，生成所述环境监测信号，判断是否输出所述环境故障信号。

主动干涉模块主要基于环境信号的改变，而进行报警。同时温度反馈电路检测得温度问题属于主动干涉模块中摄像头无法察觉到得问题，对于环境监测是一种多重保障。通过监测得信号和主动干涉得到得画面。若出现环境故障，控制模块发送给报警器信号，报警器报警，运维人员通过摄像头调出故障画面，主动得进行处理。

本设计得优点在于：可以在遇到弱电箱周边的环境故障问题时，可以通过主动干涉报警，提示周边运维人员进行维护，同时摄像头的画面也可以通过画面处理器和zigbee发生器传送给运维人员，方便运维人员维修。

作为本发明的一种实施例，附图4为本发明干涉模块的电源切换电路图，本发明的电源切换电路包括主电源vm1+、备用电源vs1+、第二比较器g2、选择器s、接触器km1、第一信号开关ks1和第二信号开关ks2，其中，

所述主电源vm1+输出端与所述第一信号开关ks1的输入端和第二比较器g2的第一输入端电连接；

所述备用电源vs1+输出端与所述第二比较器g2的基准电压输入端和所述选择器s的常开触电电连接；

所述第二比较器g2输出端与所述选择器s的选择输入端电连接；

所述选择器s的第一输出端通过所述接触器km1与所述第一信号开关ks1电连接；

所述选择器s的第二输出端与所述第二信号开关ks2输入端电连接，其中，

所述第二信号开关ks2输入端还与选择器s的常开触点的输出端电连接。

电源切换基于主电源vm1+和备用电源vs1+之间的比较，其中，备用电源vs1+作为基准电源，输出一个稳定的电平信号，当主电源vm1+电压不足，备用电源vs1+作为基准电源输出一个异常的电平信号，第二比较器g2的输出端连接的时选择器的常闭选择点，主电源vm1+为设定的优先连接点，接触器km1接收到电稳定的电平信号，控制第一信号开关ks1打开。当第二比较器g2接收到的是异常电平信号，常闭选择点，向下与另一常闭常开选择点连接，备用电源vs1+与选择器s的常开触点闭合，备用电源vs1+接通。

本方案的有益效果在于：通过电平信号的改变切换主电源和备用电源，实现无缝切换，防止因为被动干涉模块的电源切换使得弱电箱长时间处于无电状态。

作为本发明一种实施例，如附图5所示本发明干涉模块的过流保护电路：所述过流保护电路包括第一电阻rc1、第一三极管p1、第二三极管p2、第二电阻rc2、第三比较器g3第三电阻rc3、第四电阻rc4、稳压二极管d2和滤波电容cp，其中，

所述第一电阻rc1输出端与所述第一三极管p1基极和所述第二三极管p2集电极电连接，其输出端还通过第二电阻rc2与所述第二三极管p2输入端电连接；

所述所述第一三极管p1发射集连接所述第二三极管p2的基极；

所述第二三极管p2的发射集与第三比较器g3输入端电连接，其中，

所述第二三极管p2的基极与第二电阻rc2之间还连有稳压二极管d2，所述第二三极管p2的发射集与第二电阻rc2之间还连有滤波电容(cp)；

所述第三比较器g3基准电压输入端与所述主电源vm1+输出端电连接，其输出端与所述第一信号开关ks1和所述第二信号开关ks2电连接。

本方案通过两个三极管依次对电流进行放大，得到一个稳定的放大电流，然后放大电流通过与主电源vm1+进行对比，当电路电流正常可以正常运行，当电路电流溢出，及时通过第一信号开关ks1和所述第二信号开关ks2将电源关断。防止弱电设备因为过流烧毁。

有益效果在于：通过过流保护电路控制弱电箱电源的通断，能够更好的保护弱电设备和弱电箱因为电流溢出而产生烧坏或者烧毁弱电设备弱电事故。

如附图2所示，本发明的一种基于物联网的弱电控制监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

监测环境和电流电压的异常信号，并将所述异常信号转化为监测信号；

将所述监测信号转化为故障信号，其中，所述故障信号包括电路故障信号和环境故障信号；

采用被动干涉对所述电路故障信号进行调控，采用主动干涉对环境故障信号进行调控。

本方法的优点在于：可以时时刻刻监控弱电箱的环境状况和弱电的电流电压状况，通过近程通信技术让故障信号可以及时处理，保护弱电箱运行。在出现环境故障时，及时报警寻找运维人员修理，出现电流电压故障时，通过被动干涉及时转换电源或者断电，防止弱电箱电流激增出现过流现象，烧毁弱电箱的转接设备。并且本发明中电压无缝切换，时间迅速，不会影响弱电箱正常运行。

作为本发明的一种实施例：所述监测环境和电流电压的异常信号，并将所述异常信号转化为监测信号包括以下步骤：

步骤1：判断环境的异常信号，设环境信号为k,(k＝0,k＝1)环境信号输出的环境异常信号为y^k,得到如下表达式：

其中，c^k是电流的变化量，t^k是铂电阻阻值的变化量，v^k是输入电压的电压量；

步骤2：判断电流电压的异常信号，设电流电压的异常信号为y,(y＝1,y＝0)电流电压信号输出的异常信号为y^k，得到如下表达式：

其中，w^k是波形的变化量，i^k是电流的变化量，v^k是输入电压的电压量；

步骤3：设异常值为to通过异常值计算，进行异常信号信号的输出；

其中，当to大于1时，异常由环境引起，输出环境异常信号，当to小于1时，异常由内部电路电压引起，输出电流电压异常信号，当to＝1时，同时输出环境异常信号和电流电压异常信号，当to＝0时，无异常。

本实施例的原理在于：通过环境监测信号中，通过c^k电流的变化量，t^k铂电阻阻值的变化量，v^k输入电压的电压量；进而通过计算监测信号异常值，判断所取得的异常信号y^k是否为异常信号；

通过监测电路中电流电压的信号，在变量中根据w^k波形的变化量，i^k电流的变化量，v^k输入电压的电压量；进而通过计算监测信号异常值，判断所取得的异常信号y^k是否为异常信号；

异常信号的存在都会互相影响，但是异常值较大引起异常的概率也最大。因此，可以通过两个信号为异常信号异常值之比确定是何种异常信号。

本发明的有有益效果在于：可以通过异常值的计算，最终通过比较判断异常是因为何种原因引起的。最终可以定位异常，对于定位输出的异常可以进行优先处理。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的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，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。