一种配电站监控系统的制作方法

1.本实用新型属于配电站监控技术领域，具体涉及一种配电站监控系统。


背景技术：

2.随着经济的与日俱增，配电站的数量越来越多，传统的配电站的管理模式是管理人员定期对各个配电站进行巡检式管理，这种管理模式需要耗用大量的人力物力，而且检查不一定到位；同时周期性的巡检式管理无法及时发现突发事件，易对配电站造成了损失。


技术实现要素：

3.技术目的：针对现有技术中存在的问题，本实用新型公开了一种配电站监控系统。
4.技术方案：为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：一种配电站监控系统，其特征在于：包括控制模块以及均与控制模块通信连接的无线通讯模块、电力监控子系统、环境监控子系统和安防监控子系统，其中：
5.控制模块用于与远程终端进行通信，用于接收电力监控子系统、环境监控子系统和安防监控子系统的数据以及对环境监控子系统、安防监控子系统进行调控；
6.无线通讯模块用于控制模块发送接收到的数据给远程终端以及远程终端发送命令给控制模块；
7.电力监控子系统包括电流检测电路、电压检测电路和温度检测电路，电力监控子系统用于检测配电站中的三相电流、三相电压和三相电缆的电缆头温度；
8.环境监控子系统包括温湿度传感器、水位传感器、有害气体传感器、烟雾传感器、空调、水泵和风机，环境监控子系统用于检测配电站中的温度、湿度、水位、有害气体和烟雾，并根据检测结果对空调、水泵和风机进行调节；
9.安防监控子系统包括门禁和红外探测器，安防监控子系统用于对配电站设置防线；
10.控制模块包括控制芯片u6，控制芯片u6的型号为stm32f103vet6，控制芯片u6的引脚30、引脚31、引脚84、引脚85、引脚86、引脚87分别与无线通讯模块连接，控制芯片u6的引脚15、引脚16和引脚17分别输入a相电流检测值ia、b相电流检测值ib和c相电流检测值ic，控制芯片u6的引脚23、引脚24和引脚25分别输入a相电压检测值va、b相电压检测值vb和c相电压检测值vc，控制芯片u6的引脚81、引脚82和引脚83分别输入a相电缆的数字温度dqa、b相电缆的数字温度dqb和c相电缆的数字温度dqc，控制芯片u6的引脚56、引脚57和引脚58分别输出空调的控制信号ac、水泵的控制信号wc和风机的控制信号fc，控制芯片u6的引脚59输入门禁开关的检测信号oc，控制芯片u6的引脚60输出红外探测器的控制信号ic。
11.优选地：还包括与控制模块通信连接的视频监控子系统，视频监控子系统包括无线摄像头，用于将配电站内的视频信息发送给控制模块。
12.优选地：还包括与控制模块连接的显示屏，显示屏用于显示控制模块接收到的电力监控子系统、环境监控子系统和安防监控子系统的数据。
13.优选地：电流检测电路包括电路结构相同的a相电流检测电路、b相电流检测电路和c相电流检测电路，其中a相电流检测电路包括二极管d1、二极管d2、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电容c1和极性电容c2，二极管d1与二极管d2的正极端连接，二极管d2的负极端接地，二极管d1的负极端连接电阻r1、电阻r2和电阻r3的一端，电阻r1和电阻r2的另一端接地，电阻r3的另一端连接极性电容c2的正极端和电阻r4的一端，极性电容c2的负极端接地，电阻r4的另一端连接电容c1的一端，电容c1的另一端接地，二极管d1与二极管d2的公共端输入a相电流ac
‑
ia，电阻r4与电容c1的公共端输出a相电流检测值ia；
14.同理，b相电流检测电路中输入b相电流ac
‑
ib，输出b相电流检测值ib，c相电流检测电路中输入c相电流ac
‑
ic，输出c相电流检测值ic。
15.优选地：电压检测电路包括电路结构相同的a相电压检测电路、b相电压检测电路和c相电压检测电路，其中a相电压检测电路包括运算放大器u1、运算放大器u2、二极管d3、电容c3、电容c4、电容c5、变阻器rp1、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13和电阻r14，运算放大器u1和运算放大器u2的型号为lm324，运算放大器u1的引脚2通过电阻r5接地，运算放大器u1的引脚3通过串联的变阻器rp1和电阻r7接地，运算放大器u1的引脚1连接二极管d3的正极端，运算放大器u1的引脚3通过电阻r6连接二极管d3的负极端，二极管d3的负极端通过串联的电阻r8和电阻r15接地，电阻r8和电阻r15的公共端连接电阻r10和电容c4的一端，电阻r10的另一端连接运算放大器u2的引脚2，电容c4的另一端连接运算放大器u2的引脚1，运算放大器u2的引脚2通过电容c3接地，运算放大器u2的引脚3通过电阻r11接地，运算放大器u2的引脚3通过电阻r12连接运算放大器u2的引脚1，运算放大器u2的引脚1通过电阻r14接地，运算放大器u2的引脚1通过串联的电阻r13和电容c5接地，运算放大器u1的引脚2输入a相电压ac
‑
va，电阻r13和电容c5的公共端输出a相电压检测值va；
16.同理，b相电压检测电路中输入b相电压ac
‑
vb，输出b相电压检测值vb，c相电压检测电路中输入c相电压ac
‑
vc，输出c相电压检测值vc。
17.优选地：温度检测电路包括数字温度传感器u3、数字温度传感器u4、数字温度传感器u5、电容c6、极性电容c7、电阻r9、电阻r16和电阻r17，数字温度传感器u3、数字温度传感器u4和数字温度传感器u5的型号为ds18b20，极性电容c7的正极端与电容c6的一端连接，极性电容c7的负极端与电容c6的另一端连接，极性电容c7的正极端、数字温度传感器u3的引脚1、数字温度传感器u4的引脚1和数字温度传感器u5的引脚1接地，极性电容c7的负极端、数字温度传感器u3的引脚3、数字温度传感器u4的引脚3和数字温度传感器u5的引脚3接vcc电源，数字温度传感器u3的引脚2通过电阻r9接vcc电源，数字温度传感器u4的引脚2通过电阻r16接vcc电源，数字温度传感器u5的引脚2通过电阻r17接vcc电源，数字温度传感器u3的引脚2输出a相电缆的数字温度dqa，数字温度传感器u4的引脚2输出b相电缆的数字温度dqb，数字温度传感器u4的引脚2输出c相电缆的数字温度dqc。
18.优选地：无线通讯模块包括射频芯片u7、反相器u8、反相器u9、反相器u10、反相器u11、天线rf1、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电阻r22、电阻r23、电阻r26、电阻r27、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电感l1和电感l2，射频芯片u7的型号为nrf2401，反相器u8、反相器u9、反相器u10和反相器u11的型号为74hc04pw，射频芯片u7的引脚1通过电阻r21接地，射频芯片u7的引脚5通过电阻r22接地，射频芯片u7的引脚7通过电阻r23接地，射
频芯片u7的引脚13通过并联的电容12和电容13接地，射频芯片u7的引脚13通过电感l2连接射频芯片u7的引脚14，射频芯片u7的引脚15通过电感l1连接射频芯片u7的引脚14，射频芯片u7的引脚14通过电容c11连接天线rf1，射频芯片u7的引脚15通过电容c14接地，射频芯片u7的引脚23通过电阻r27接地，射频芯片u7的引脚1通过电阻r18连接控制芯片u6的引脚86，射频芯片u7的引脚5通过电阻r19连接控制芯片u6的引脚85，射频芯片u7的引脚6通过反相器u9和反相器u8连接控制芯片u6的引脚87，射频芯片u7的引脚7通过电阻r20连接控制芯片u6的引脚30，射频芯片u7的引脚8通过反相器u11和反相器u10连接控制芯片u6的引脚84，射频芯片u7的引脚23通过电阻r26连接控制芯片u6的引脚31。
19.优选地：环境监控子系统中，温湿度传感器的型号为dht11，水位传感器的型号为lc
‑
sw1，有害气体传感器的型号为mq
‑
135，烟雾传感器的型号为mq
‑
2，控制芯片u6的引脚88、引脚55、引脚26、引脚29分别输入温湿度传感器的输出p2.0、水位传感器的输出p2.1、有害气体传感器的输出p2.2和烟雾传感器的输出p2.3。
20.有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
21.本实用新型利用控制模块、无线通讯模块、电力监控子系统、环境监控子系统和安防监控子系统，对配电站的设备运行环境的多种信息和状态进行本地和远程后台监控，提高了无人值守状况下设备运行环境的安全性、可靠性；不需要管理人员定时定期的对数量众多的配电站进行巡检，节省了大量的人工；在发生突发事件时能够及时通知持有远程终端的工作人员，减少配电站因管理不到位而产生的故障和经济损失。
附图说明
22.图1为本实用新型的模块框图；
23.图2为本实用新型中控制模块的局部电路示意图；
24.图3为本实用新型中a相电流检测电路的电路示意图；
25.图4为本实用新型中a相电压检测电路的电路示意图；
26.图5为本实用新型中温度检测电路的电路示意图；
27.图6为本实用新型中无线通讯模块的电路示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图对本实用新型作更进一步的说明。
29.本实用新型公开了一种配电站监控系统，如图1所示，包括控制模块以及均与控制模块通信连接的无线通讯模块、电力监控子系统、环境监控子系统和安防监控子系统，其中：
30.控制模块用于与远程终端进行通信，用于接收电力监控子系统、环境监控子系统和安防监控子系统的数据以及对环境监控子系统、安防监控子系统进行调控；
31.无线通讯模块用于控制模块发送接收到的数据给远程终端以及远程终端发送命令给控制模块；
32.电力监控子系统包括电流检测电路、电压检测电路和温度检测电路，电力监控子系统用于检测配电站中的三相电流、三相电压和三相电缆的电缆头温度；
33.环境监控子系统包括温湿度传感器、水位传感器、有害气体传感器、烟雾传感器、
空调、水泵和风机，环境监控子系统用于检测配电站中的温度、湿度、水位、有害气体和烟雾，并根据检测结果对空调、水泵和风机进行调节；
34.安防监控子系统包括门禁和红外探测器，安防监控子系统用于对配电站设置防线。
35.本实用新型所述的配电站监控系统，还包括与控制模块通信连接的视频监控子系统，视频监控子系统包括无线摄像头，用于将配电站内的视频信息发送给控制模块；
36.与控制模块连接的显示屏，显示屏用于显示控制模块接收到的电力监控子系统、环境监控子系统和安防监控子系统的数据。
37.本实用新型中，电力监控子系统检测到三相电流、三相电压和三相电缆的电缆头温度后，将检测值发送到控制模块，控制模块将检测值与预设的正常值进行比较后得到电力系统的运行状态，控制模块将检测值和运行状态发送到显示屏进行现场显示，同时控制模块通过无线通讯模块将检测值和运行状态发送到工作人员的远程终端进行远程显示。若检测值与预设的正常值比较后得到电力系统运行异常，控制模块还通过无线通讯模块向工作人员的远程终端发送报警信息。
38.环境监控子系统检测到配电站内的温湿度、水位、有害气体含量和烟雾含量后，将检测值发送到控制模块，控制模块将检测值与预设的正常值进行比较后得到配电站内的环境状态，控制模块将检测值和环境状态发送到显示屏进行现场显示，同时控制模块通过无线通讯模块将检测值和环境状态发送到工作人员的远程终端进行远程显示。若检测值与预设的正常值比较后得到环境状态异常，控制模块还通过无线通讯模块向工作人员的远程终端发送报警信息，工作人员接收到报警信息后，可以通过远程终端发送控制命令，控制模块通过无线通讯模块接收控制命令，对空调、水泵和风机进行调控；若在预定时间内控制模块没有收到工作人员的控制命令，则控制模块通过预设的程序对空调、水泵和风机进行调控。
39.安防监控子系统检测到门禁开关打开或关闭后，将检测信号发送到控制模块，控制系统将检测信号发送到显示屏进行现场显示，同时控制模块通过无线通讯模块将检测信号发送到工作人员的远程终端进行远程显示。控制模块根据检测信号对红外探测器进行调控：当门禁开关打开时，关闭红外探测器，当门禁开关关闭时，打开红外探测器。
40.视频监控子系统中，无线摄像头处于常开状态，实时将配电站内的视频信息通过无线发送到控制模块，控制模块将视频信息发送到显示屏进行现场显示，同时控制模块通过无线通讯模块将视频信息发送到工作人员的远程终端进行远程显示。
41.本实用新型利用控制模块、无线通讯模块、电力监控子系统、环境监控子系统和安防监控子系统，对配电站的设备运行环境的多种信息和状态进行本地和远程后台监控，提高了无人值守状况下设备运行环境的安全性、可靠性；不需要管理人员定时定期的对数量众多的配电站进行巡检，节省了大量的人工；在发生突发事件时能够及时通知持有远程终端的工作人员，减少配电站因管理不到位而产生的故障和经济损失。
42.如图2所示，控制模块中包括控制芯片u6，控制芯片u6的型号为stm32f103vet6，具有72 mhz cpu的速度和高达1 mb的闪存，包含电动机控制外围设备以及can和usb全速接口，工作时具有低功率、低电压，并结合了实时功能的极佳性能。
43.如图6所示，无线通讯模块包括射频芯片u7、反相器u8、反相器u9、反相器u10、反相器u11、天线rf1、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电阻r22、电阻r23、电阻r26、电阻
r27、电容c11、电容c12、电容c13、电容c14、电感l1和电感l2，射频芯片u7的型号为nrf2401，反相器u8、反相器u9、反相器u10和反相器u11的型号为74hc04pw；
44.射频芯片u7的引脚1通过电阻r21接地，射频芯片u7的引脚5通过电阻r22接地，射频芯片u7的引脚7通过电阻r23接地，射频芯片u7的引脚9通过电容c8连接射频芯片u7的引脚10，射频芯片u7的引脚10接地，射频芯片u7的引脚11通过晶振y1连接射频芯片u7的引脚12，射频芯片u7的引脚11通过电容c9接地，射频芯片u7的引脚12通过电容c10接地，电容c9的接地端和电容c10的接地端之间通过电阻r24连接，射频芯片u7的引脚13通过并联的电容12和电容13接地，射频芯片u7的引脚13通过电感l2连接射频芯片u7的引脚14，射频芯片u7的引脚15通过电感l1连接射频芯片u7的引脚14，射频芯片u7的引脚14通过电容c11连接天线rf1，射频芯片u7的引脚15通过电容c14接地，射频芯片u7的引脚16、引脚18、引脚20和引脚22接地，射频芯片u7的引脚19通过电阻r25接地，射频芯片u7的引脚17、引脚21和引脚24连接vdd电源，vdd电源通过并联的电容c15和电容c16接地，射频芯片u7的引脚23通过电阻r27接地，射频芯片u7的引脚1通过电阻r18连接控制芯片u6的引脚86，射频芯片u7的引脚5通过电阻r19连接控制芯片u6的引脚85，射频芯片u7的引脚6通过反相器u9和反相器u8连接控制芯片u6的引脚87，射频芯片u7的引脚7通过电阻r20连接控制芯片u6的引脚30，射频芯片u7的引脚8通过反相器u11和反相器u10连接控制芯片u6的引脚84，射频芯片u7的引脚23通过电阻r26连接控制芯片u6的引脚31。
45.射频芯片u7的型号为nrf2401，nrf2401为无线收发一体芯片，它和蓝牙一样，都工作在2.4 ghz自由频段，能够在全球无线市场畅通无阻。nrf2401支持多点间通信，最高传输速率超过1 mbit/s，而且比蓝牙具有更高的传输速度；它采用soc方法设计，只需少量外围元件便可组成射频收发电路。与蓝牙不同的是，nrf2401没有复杂的通信协议，它完全对用户透明，同种产品之间可以自由通信。更重要的是，nrf2401比蓝牙产品更便宜。所以nrf2401是业界体积最小、功耗最少、外围元件最少的低成本射频系统级芯片。
46.如图3所示，电流检测电路包括电路结构相同、相位各相差120度的a相电流检测电路、b相电流检测电路和c相电流检测电路，其中以a相电流检测电路为例，a相电流检测电路包括二极管d1、二极管d2、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电容c1和极性电容c2，二极管d1与二极管d2的正极端连接，二极管d2的负极端接地，二极管d1的负极端连接电阻r1、电阻r2和电阻r3的一端，电阻r1和电阻r2的另一端接地，电阻r3的另一端连接极性电容c2的正极端和电阻r4的一端，极性电容c2的负极端接地，电阻r4的另一端连接电容c1的一端，电容c1的另一端接地，二极管d1与二极管d2的公共端输入a相电流ac
‑
ia，电阻r4与电容c1的公共端输出a相电流检测值ia。
47.a相电流检测电路中，a相电流ac
‑
ia经过电容d1的整波作用只留下正向电流即半波整流，并且电容d2也是为了防止负向电流流向电路而准备的，极性电容c2、电容c1及电阻r4共同组成典型的“t”型滤波电路，将得到的信号送入控制模块，进行模数转换，得到的信号和标准信号进行对比，从而完成电流的检测。
48.同理，b相电流检测电路中输入b相电流ac
‑
ib，输出b相电流检测值ib，c相电流检测电路中输入c相电流ac
‑
ic，输出c相电流检测值ic。a相电流检测值ia、b相电流检测值ib和c相电流检测值ic分别输入控制芯片u6的引脚15、引脚16和引脚17。
49.如图4所示，电压检测电路包括电路结构相同的a相电压检测电路、b相电压检测电
路和c相电压检测电路，其中a相电压检测电路包括运算放大器u1、运算放大器u2、二极管d3、电容c3、电容c4、电容c5、变阻器rp1、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13和电阻r14，运算放大器u1和运算放大器u2的型号为lm324，运算放大器u1的引脚2通过电阻r5接地，运算放大器u1的引脚3通过串联的变阻器rp1和电阻r7接地，运算放大器u1的引脚1连接二极管d3的正极端，运算放大器u1的引脚3通过电阻r6连接二极管d3的负极端，二极管d3的负极端通过串联的电阻r8和电阻r15接地，电阻r8和电阻r15的公共端连接电阻r10和电容c4的一端，电阻r10的另一端连接运算放大器u2的引脚2，电容c4的另一端连接运算放大器u2的引脚1，运算放大器u2的引脚2通过电容c3接地，运算放大器u2的引脚3通过电阻r11接地，运算放大器u2的引脚3通过电阻r12连接运算放大器u2的引脚1，运算放大器u2的引脚1通过电阻r14接地，运算放大器u2的引脚1通过串联的电阻r13和电容c5接地，运算放大器u1的引脚2输入a相电压ac
‑
va，电阻r13和电容c5的公共端输出a相电压检测值va。
50.a相电压检测电路中，a相电压ac
‑
va经过运算放大器u1之后，对交流电压信号进行放大，通过调节变阻器rp1，使其显示值可以变化，由于二极管d3的作用使其输出正向电压即进行了整波，其输出信号经过保护后进入无源增益放大电路，在再经过滤波保护输出a相电压检测值va到控制模块中。
51.同理，b相电压检测电路中输入b相电压ac
‑
vb，输出b相电压检测值vb，c相电压检测电路中输入c相电压ac
‑
vc，输出c相电压检测值vc，a相电压检测值va、b相电压检测值vb和c相电压检测值vc分别输入控制芯片u6的引脚23、引脚24和引脚25。
52.如图5所示，温度检测电路包括数字温度传感器u3、数字温度传感器u4、数字温度传感器u5、电容c6、极性电容c7、电阻r9、电阻r16和电阻r17，数字温度传感器u3、数字温度传感器u4和数字温度传感器u5的型号为ds18b20，极性电容c7的正极端与电容c6的一端连接，极性电容c7的负极端与电容c6的另一端连接，极性电容c7的正极端、数字温度传感器u3的引脚1、数字温度传感器u4的引脚1和数字温度传感器u5的引脚1接地，极性电容c7的负极端、数字温度传感器u3的引脚3、数字温度传感器u4的引脚3和数字温度传感器u5的引脚3接vcc电源，数字温度传感器u3的引脚2通过电阻r9接vcc电源，数字温度传感器u4的引脚2通过电阻r16接vcc电源，数字温度传感器u5的引脚2通过电阻r17接vcc电源，数字温度传感器u3的引脚2输出a相电缆的数字温度dqa，数字温度传感器u4的引脚2输出b相电缆的数字温度dqb，数字温度传感器u4的引脚2输出c相电缆的数字温度dqc，a相电缆的数字温度dqa、b相电缆的数字温度dqb和c相电缆的数字温度dqc分别输入控制芯片u6的引脚81、引脚82和引脚83。
53.ds18b20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，温度测量范围为
‑
55度～+125度，可编程为9位～12位转换精度，测温分辨率可达0.0625摄氏度，分辨率设定参数以及用户设定的报警温度存储在eeprom中，掉电后依然保存。多个ds18b20可以并联到3根或2根线上，cpu只需一根端口线就能与诸多ds18b20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路，因此可以用ds18b20来组成一个测温系统，线路简单。
54.环境监控子系统中，温湿度传感器的型号为dht11，水位传感器的型号为lc
‑
sw1，有害气体传感器的型号为mq
‑
135，烟雾传感器的型号为mq
‑
2，温湿度传感器的引脚2的输出p2.0、水位传感器的输出p2.1、有害气体传感器的引脚4的输出p2.2和烟雾传感器的引脚4
的输出p2.3分别输入控制芯片u6的引脚88、引脚55、引脚26、引脚29，控制芯片u6的引脚56、引脚57和引脚58分别输出空调的控制信号ac、水泵的控制信号wc和风机的控制信号fc，控制芯片u6的引脚59输入门禁开关的检测信号oc，控制芯片u6的引脚60输出红外探测器的控制信号ic。
55.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。