一种无线电力故障监测终端设备的制作方法

1.本实用新型涉及高速公路隧道中机电设备监测技术领域，尤其涉及一种无线电力故障监测终端设备。


背景技术：

2.我国高速公路总长度在迅速增长，高速公路广泛向山区延伸，隧道数量不断增多。隧道内环境恶劣，例如经常出现潮湿、渗水、油污、积尘、尾气等情况，这种恶劣的环境容易导致机电设备的电力故障频发。当隧道内的机电设备发生电力故障后，设备无法正常工作，若不能及时发现并维护，故障点累积增多还容易使整个隧道的机电系统总体瘫痪，极易造成隧道安全事故，导致人员伤亡与巨大的经济损失。
3.目前，隧道内的机电设备大多利用机电设备的自检功能，且大多采用有线方式对故障状态进行数据传输。但是，现有的自检功能较为简单，不能监测现场机电设备的直流供电状态、交流供电状态等信息。可见，现有的监测功能单一，不能满足实际的需求。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种无线电力故障监测终端设备，以解决现有技术中存在的问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型通过如下的技术方案来实现：
6.本实用新型提供一种无线电力故障监测终端设备，包括：直流供电检测电路、交流供电检测电路以及开关量输出控制电路，所述直流供电检测电路、所述交流供电检测电路以及开关量输出控制电路均与待测机电设备连接；所述直流供电检测电路用于采集所述待测机电设备的直流供电状态；所述交流供电检测电路用于采集所述待测机电设备的交流供电状态；所述开关量输出控制电路用于对机电设备进行开关量控制。
7.可选地，所述开关量输出控制电路包括电阻r1、光电耦合器to1、电阻r2、电阻r3、第二三极管、电阻r4、电容c1，所述光电耦合器to1的输入侧为第一发光二极管，所述光电耦合器to1的输出侧为第一三极管；
8.所述电阻r1的第一端与gpa1引脚连接，所述电阻r1的第二端与所述第一发光二极管的正极连接，所述第一发光二极管的负极接地，所述第一三极管的集电极接12伏电源，所述第一三极管的发射极与所述电阻r2的第一端连接，所述电阻r2的第二端与所述第二三极管的基极连接，且所述电阻r2的第二端与所述电阻r3的第一端连接，所述电阻r3的第二端与所述第二三极管的发射极连接，且所述电阻r3的第二端接地，所述第二三极管的集电极与所述电阻r4的第一端连接，所述电阻r4的第二端与所述电阻r3的第二端连接，所述电阻r4的第一端还与所述电容c1的第一端连接，所述电容c1的第二端与所述电阻r4的二端连接。
9.可选地，所述直流供电检测电路包括电阻r5、光电耦合器td1、电阻r6、电阻r7和电容c2，所述光电耦合器td1的输入侧为第二发光二极管，所述光电耦合器td1的输出侧为第
三三极管；
10.所述电阻r5的第一端为正输入端，所述电阻r5的第二端与所述第二发光二极管的正极连接，所述第二发光二极管的负极为负输入端，所述第三三极管的集电极与所述电阻r6的第一端连接，所述第三三极管的发射极接地，所述电阻r6的第二端与3.3伏电源连接，所述电阻r6的第一端还与所述电容c2的第一端和电阻r7的第一端连接，所述电容c2接地，所述电阻r7的第二端与gpb1引脚连接。
11.可选地，所述交流供电检测电路包括二极管d3、电阻r8、电阻r9、电容c3、光电耦合器ta1、电阻r10、电容c4以及电阻r11，所述光电耦合器ta1的输入侧为第三发光二极管，所述光电耦合器ta1的输出侧为第四三极管；
12.所述二极管d3的正极为交流正极输入端，所述二极管d3的负极与所述电阻r8的第一端连接，所述电阻r8的第二端与所述电容c3的第一端和所述电阻r9的第一端连接，所述电容c3的第二端为交流负极输入端，所述电阻r9的第二端与所述第三发光二极管的正极连接，所述第三发光二极管的负极与所述电容c3的第二端连接，所述第四三极管的集电极与所述电阻r10的第一端、所述电阻r11的第一端以及所述电容c4的第一端连接，所述第四三极管的发射极接地，所述电阻r10的第二端与3.3伏电源连接，所述电阻r11的第二端与gpb5引脚连接，所述电容c4的第二端接地。
13.可选地，还包括无线通信模块、mcu、i/o扩展模块，所述无线通信模块和i/o扩展模块与所述mcu连接，所述i/o模块分别与所述直流供电检测电路、交流供电检测电路以及开关量输出控制电路连接。
14.有益效果：
15.本实用新型提供的无线电力故障监测终端设备，包括：直流供电检测电路、交流供电检测电路以及开关量输出控制电路，直流供电检测电路、交流供电检测电路以及开关量输出控制电路均与待测机电设备连接；直流供电检测电路用于采集待测机电设备的直流供电状态；交流供电检测电路用于采集待测机电设备的交流供电状态；开关量输出控制电路用于对机电设备进行开关量控制，可以实现直流供电检测、交流供电检测、和开关量输出控制的功能，能够准确监测隧道内机电设备的电力故障，满足隧道机电设备高效、智能运维需要。
附图说明
16.图1为本实用新型优选实施例的一种无线电力故障监测终端设备的结构图之一；
17.图2为本实用新型优选实施例的一种无线电力故障监测终端设备的结构图之二；
18.图3为本实用新型优选实施例提供的1路开关量输出控制电路的电路图；
19.图4为本实用新型优选实施例提供的1路直流供电检测电路；
20.图5为本实用新型优选实施例提供的1路交流供电检测电路。
具体实施方式
21.下面对本实用新型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作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。
22.请参见图1，本技术实施例提供一种无线电力故障监测终端设备，包括：直流供电检测电路、交流供电检测电路以及开关量输出控制电路，所述直流供电检测电路、所述交流供电检测电路以及开关量输出控制电路均与待测机电设备连接；所述直流供电检测电路用于采集所述待测机电设备的直流供电状态；所述交流供电检测电路用于采集所述待测机电设备的交流供电状态；所述开关量输出控制电路用于对机电设备进行开关量控制。
23.上述的无线电力故障监测终端设备，通过设计了直流供电检测电路、交流供电检测电路以及开关量输出控制电路，可以实现直流供电检测、交流供电检测、和开关量输出控制的功能，能够准确监测隧道内机电设备的电力故障，满足隧道机电设备高效、智能运维需要。
24.在一个可行的实施方式中，如图2所示，无线电力故障监测终端设备还可以包括220vac转12vdc电源模块、12vdc转3.3vdc电源模块、12vdc转5vdc电源模块、12vdc转12vdc电源模块、lora无线模块、嵌入式mcu、rs485串口通信模块、外部看门狗模块、i/o扩展模块。其中，交流220v市电接lora无线电力故障监测终端的电源输入端，在内部经过220v转12v电源模块输出直流12v电源。该直流12v经过12v转3.3v电源模块输出直流3.3v电压，给嵌入式mcu、lora无线模块、外部看门狗模块、i/o扩展模块、4路交流供电检测电路、8路直流供电检测电路以及8路开关量输出控制电路供电；同时，又经过12v转5v隔离电源模块输出直流5v电压，给rs485串口通信模块提供5v供电。同时，又经过12v转12v隔离电源模块输出直流12v电压，给开关量输出控制电路供电。lora无线电力故障监测终端对外具有8个直流供电检测端口in1～in8、4个交流供电检测端口ac1～ac4、8个开关量输出控制端口do1～do8以及1个485通信端口，用于与外部设备接线。
25.嵌入式mcu分别与lora无线模块、rs485串口通信模块、外部看门狗模块、i/o扩展模块相连接；rs485串口通信模块通过485通信端口与现场带有485通信接口的设备相连；开关量输出控制端口与现场由开关量控制的设备相连实现开关量控制；直流供电检测端口与交流供电检测端口与现场设备的供电电源相连接，实现现场设备的直流与交流供电检测。
26.mcu控制lora无线模块发送或接收无线命令实现无线通信。mcu在接收到lora无线通信命令后，控制相应模块实现特定功能，若需要返回数据到上位机，则通过lora无线模块实现无线发送，将数据返回到上位机，与上位机进行无线通信。
27.mcu通过iic数据通信对i/o扩展模块进行通信与控制，i/o扩展模块具有16路i/o端口，其中的8路作为开关量输出控制电路的控制信号，实现开关量输出控制；另外8路作为直流供电检测电路或交流供电检测电路输出的检测信号，实现直流或交流供电状态检测。
28.可选地，所述开关量输出控制电路包括电阻r1、光电耦合器to1、电阻r2、电阻r3、第二三极管、电阻r4、电容c1，所述光电耦合器to1的输入侧为第一发光二极管，所述光电耦合器to1的输出侧为第一三极管；
29.所述电阻r1的第一端与gpa1引脚连接，所述电阻r1的第二端与所述第一发光二极管的正极连接，所述第一发光二极管的负极接地，所述第一三极管的集电极接12伏电源，所述第一三极管的发射极与所述电阻r2的第一端连接，所述电阻r2的第二端与所述第二三极管的基极连接，且所述电阻r2的第二端与所述电阻r3的第一端连接，所述电阻r3的第二端与所述第二三极管的发射极连接，且所述电阻r3的第二端接地，所述第二三极管的集电极
与所述电阻r4的第一端连接，所述电阻r4的第二端与所述电阻r3的第二端连接，所述电阻r4的第一端还与所述电容c1的第一端连接，所述电容c1的第二端与所述电阻r4的二端连接。
30.在本可选的实施方式中，如图3所示，gpa1～gpa8分别为从i/o扩展模块输出到8路开关量输出控制电路的8路控制信号，图3为第1路开关量输出控制电路，其它7路电路结构与参数相同。mcu通过控制i/o扩展模块来对gpa1的电平进行控制，当控制使gpa1为高电平，该高电平通过电阻r1驱动光电耦合器to1的输入侧光电二极管发光，进而使光电耦合器to1的输出侧导通，+12v通过r2导入三极管q1的基极，从而可使q1集电极开路输出闭合；当控制使gpa1为低电平，光电耦合器to1的输入侧光电二极管不发光，光电耦合器to1的输出端关断，q1的基极无电压，q1集电极开路输出断开。通过开关量输出控制电路的外部接线端口out1+与out1-，实现该路开关量输出，对该路输出所接机电设备进行开关量输出控制。这样，通过设计结构简单的8路开关量控制输出电路，使终端具备了无线开关量输出控制功能，此电路设计使产品体积较小，节省产品造价。
31.可选地，所述直流供电检测电路包括电阻r5、光电耦合器td1、电阻r6、电阻r7和电容c2，所述光电耦合器td1的输入侧为第二发光二极管，所述光电耦合器td1的输出侧为第三三极管；
32.所述电阻r5的第一端为正输入端，所述电阻r5的第二端与所述第二发光二极管的正极连接，所述第二发光二极管的负极为负输入端，所述第三三极管的集电极与所述电阻r6的第一端连接，所述第三三极管的发射极接地，所述电阻r6的第二端与3.3伏电源连接，所述电阻r6的第一端还与所述电容c2的第一端和电阻r7的第一端连接，所述电容c2接地，所述电阻r7的第二端与gpb1引脚连接。
33.在本可选的实施方式中，如图4所示，gpb1～gpb8为i/o扩展模块接收直流供电检测电路输出的检测信号，直流供电检测电路对机电设备的直流供电状态进行检测并转换为开关量检测信号输入到i/o扩展模块，i/o扩展模块与mcu进行数据通信将数据传输给mcu并由mcu解析，得到所接机电设备的直流供电检测状态信息。图4为第1路直流供电检测电路，其它7路与该电路结构和参数相同。将由直流供电的外部机电设备的供电电压的正负极分别接入直流供电检测外部端口的in1+与in1-，当机电设备直流供电正常时，外部5-24v直流供电电压通过r5驱动光电耦合器td1的输入侧光电二极管发光，使td1的输出侧导通，直流供电检测电路输出低电平到gpb1，i/o扩展模块获取该低电平数据，并将数据传输给mcu，mcu对数据进行解析并保存，判定该外部机电设备的直流供电正常；当机电设备直流供电异常时，光电耦合器td1的输入侧光电二极管不发光，td1的输出侧关断，直流供电检测电路输出高电平到gpb1，i/o扩展模块获取该高电平数据，并将数据传输给mcu，mcu对数据进行解析并保存，判定该外部机电设备的直流供电异常。
34.可选地，所述交流供电检测电路包括二极管d3、电阻r8、电阻r9、电容c3、光电耦合器ta1、电阻r10、电容c4以及电阻r11，所述光电耦合器ta1的输入侧为第三发光二极管，所述光电耦合器ta1的输出侧为第四三极管；
35.所述二极管d3的正极为交流正极输入端，所述二极管d3的负极与所述电阻r8的第一端连接，所述电阻r8的第二端与所述电容c3的第一端和所述电阻r9的第一端连接，所述电容c3的第二端为交流负极输入端，所述电阻r9的第二端与所述第三发光二极管的正极连
接，所述第三发光二极管的负极与所述电容c3的第二端连接，所述第四三极管的集电极与所述电阻r10的第一端、所述电阻r11的第一端以及所述电容c4的第一端连接，所述第四三极管的发射极接地，所述电阻r10的第二端与3.3伏电源连接，所述电阻r11的第二端与gpb5引脚连接，所述电容c4的第二端接地。
36.在本可选的实施方式中，lora无线电力监测系统通过4路交流供电检测端口ac1～ac4实现交流供电检测。图5为第1路交流供电检测电路，其他3路与该电路结构和参数相同。光电耦合器ta1、ta2、ta3、ta4的输出侧所接电路与步骤五中的直流供电检测电路的光电耦合器td5、td6、td7、td8输出侧的电路复用。由220vac或380vac交流供电的外部机电设备的电源可接入ac1+、ac1-，当机电设备交流供电正常时，交流电经d3进行半波整流，并经c3滤波后，转换为相对稳定的直流电驱动光电耦合器ta1的输入侧光电二极管发光，使ta1的输出侧导通，输出低电平到gpb5，i/o扩展模块获取该低电平数据，并将数据传输给mcu，mcu对数据进行解析并保存，判定该路外部机电设备的交流供电正常；当机电设备交流供电异常时，光电耦合器ta1的输入侧光电二极管不发光，使ta1的输出侧关断，输出高电平到gpb5，i/o扩展模块获取该高电平数据，并将数据传输给mcu，mcu对数据进行解析并保存，判定该外部机电设备的交流供电异常。
37.值得强调的是，在本实施例中，直流供电检测电路包括8路直流供电检测电路，交流供电检测电路包括4路交流供电检测电路，其中，4路交流供电检测电路与8路直流供电检测电路的其中4路复用了一部分电路，这些设计都大大减小了产品的体积，并节省了产品造价成本，且实用性很强。
38.可选地，还包括无线通信模块、mcu、i/o扩展模块，所述无线通信模块和i/o扩展模块与所述mcu连接，所述i/o模块分别与所述直流供电检测电路、交流供电检测电路以及开关量输出控制电路连接。
39.本实施例中，无线通信模块为lora无线通信模块，通过采用lora无线通信的方式，解决了有线采集方式布线复杂、施工困难等问题，适用于隧道等复杂的实际情况。
40.以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。