一种隧道电缆对接过程环境综合监控装置、系统及方法与流程

1.本发明涉及一种环境综合监控领域，特别是涉及一种隧道电缆对接过程环境综合监控装置、系统及方法。


背景技术：

2.随着我国城市建设步伐的加快，对电力输电的要求也越来越高，城市新建或改迁过程中，大部分都要求原有的架空高压线路通过电缆隧道、管廊或电缆沟排管的形式入地。每条线路需要有若干个电缆接头，电缆接头处往往是整条线路供电安全的薄弱环节。在电缆对接过程中，电缆接头的工艺好坏决定整条电缆线路的供电安全可靠性。
3.在高压电缆接头制作过程中，对施工现场环境有严格的要求，包括灰尘颗粒大小和浓度、有害气体含量、环境温湿度等环境参数，当环境参数不达标时可能会影响高压电缆接头的制作质量，为以后电缆运行时埋下安全隐患。所以如何借助于科技力量加强对现场制作环境的监测，并能够采取有效措施改善环境质量是急需要解决的一个难题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种能够检测周围空气质量并发出声光报警的隧道电缆对接过程环境综合监控装置、系统及方法。
5.本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：一种隧道电缆对接过程环境综合监控装置，包括主控制器，所述主控制器上连接有颗粒物温湿度一体化检测传感器和co浓度检测传感器，所述颗粒物温湿度一体化检测传感器通过颗粒物温湿度检测电路与所述主控制器连接，所述co浓度检测传感器通过co浓度检测电路与所述主控制器连接，所述主控制器上还设置有语音播告模块和报警指示模块，所述主控制器通过i2c串口与按键显示模块连接，通过tx_2引脚和rx_2引脚与wifi通讯模块连接，所述主控制器上还连接有能够对所述颗粒物温湿度一体化检测传感器、co浓度检测传感器、wifi通讯模块和语音播告模块的供电电源进行控制的电源控制模块。
6.所述颗粒物温湿度一体化检测传感器上连接有颗粒物温湿度传感器电源，所述co浓度检测传感器上连接有co浓度检测传感器电源，所述语音播告模块上连接有语音播告模块电源，所述wifi通讯模块上连接有wifi通讯模块电源；所述电源控制模块包括用于控制所述颗粒物温湿度传感器电源的颗粒物温湿度传感器电源控制电路、用于控制co浓度检测传感器电源的co浓度检测传感器电源控制电路、用于控制语音播告模块电源的语音播告模块电源控制电路和用于控制wifi通讯模块电源的wifi通讯模块电源控制电路。
7.所述颗粒物温湿度传感器电源控制电路包括场效应管q15和三极管q13，所述场效应管q15的漏极与所述颗粒物温湿度一体化检测传感器连接，源极接vcc，栅极通过电阻r31与三极管q13上的集电极c连接，所述三极管q13上的基极b通过一个电阻r32后利用pm_pwr_ctrl端口与所述主控制器连接，所述三极管q13上的发射极e接地，通过所述主控制器给所述场效应管q15上的栅极一个低电平，使所述场效应管q15上的漏极产生高电平，从而给所
述颗粒物温湿度一体化检测传感器通上电，所述场效应管q15上的漏极和源极之间设置有用于平常测试用的短路测试块jp6。
8.所述co浓度检测传感器电源控制电路包括三极管q7和三极管q9，所述三极管q7的集电极c与co浓度检测传感器连接，发射极e接vcc，基极b通过电阻r20与三极管q9上的集电极c连接，所述三极管q9上的基极b通过一个电阻r22后利用co_pwr_ctrl端口与所述主控制器连接，所述三极管q9上的发射极e接地，通过所述主控制器给所述三极管q7上集电极c一个高电平，从而给所述co浓度检测传感器通上电，所述三极管q7上的集电极c和发射极e之间设置有用于平常测试用的短路测试块jp4。
9.所述语音播告模块电源控制电路包括三极管q1、三极管q2和三极管q6，所述三极管q1和所述三极管q2并联连接，所述三极管q2的集电极c与语音播告模块中的语音芯片连接，发射极e接vcc，基极b通过电阻r4与所述三极管q6上的集电极c连接，所述三极管q6上的基极b通过一个电阻r10后利用hk_pwr_ctrl端口与所述主控制器连接，所述三极管q6上的发射极e接地，通过所述主控制器给所述三极管q2上集电极c一个高电平，从而给所述语音播告模块通上电，所述三极管q2上的集电极c和发射极e之间设置有用于平常测试用的短路测试块jp3。
10.所述wifi通讯模块电源控制电路包括三极管q8和三极管q10，所述三极管q8和所述三极管q10并联连接，三极管q10的集电极c与所述wifi通讯模块中的通讯芯片连接，发射极e接vcc，基极b通过电阻r26利用e103_pwr_ctrl端口与所述主控制器连接，通过所述主控制器给所述三极管q10上集电极c一个高电平，从而给所述wifi通讯模块通上电，三极管q10上的集电极c和发射极e之间设置有用于平常测试用的短路测试块jp5。
11.所述主控制器、报警指示模块、按键显示模块和所述电源控制模块均由电源模块进行供电，且所述主控制器，颗粒物温湿度一体化检测传感器，co浓度检测传感器，语音播告模块，报警指示模块，按键显示模块，wifi通讯模块，电源控制模块和电源模块均设置在同一个壳体上。
12.一种隧道电缆对接过程环境综合监控系统，包括主控制器模块及与主控制器模块连接的颗粒物温湿度一体化检测模块、co浓度检测模块、按键显示模块、wifi通讯模块、语音播告模块、报警指示模块和电源控制模块；颗粒物温湿度一体化检测模块：内设颗粒物温湿度一体化检测传感器，能够检测出现场制作环境中的温湿度和pm值并传输到主控制器模块；co浓度检测模块：内设co浓度检测传感器，能够检测出现场制作环境中的co浓度并传输到主控制器模块；主控制器模块：其内置有中央处理器cpu，能够获取颗粒物温湿度一体化检测传感器和co浓度检测传感器的检测值，并与预定阈值进行对比，检测值超过预定阈值或低于预定阈值则生成告警信号并发送到语音播告模块和报警指示模块；通过电源控制模块控制颗粒物温湿度一体化检测模块、co浓度检测模块、语音播告模块和wifi通讯模块的通电和断电；通过wifi通讯模块与智能手持终端通讯；按键显示模块：包括lcd显示模块和按键模块，lcd显示模块接收主控制器模块发送的环境数据和告警信号并进行显示，并通过操作按键来查看颗粒物温湿度一体化检测传感器或co浓度检测传感器数据。
13.wifi通讯模块：完成主控制器模块与智能手持终端的通讯，通过智能手持终端自建wifi热点后，主控制器模块与wifi热点连接，将主控制器上存储的历史数据和报警时间上传给智能手持终端；语音播告模块：包括语音播报模块和语音告警模块，语音播报模块主要完成实测环境数据时的语音播报，语音告警模块主要完成在实测环境时，检测值超过预定阈值或低于预定阈值时进行语音告警；报警指示模块：在完成实测环境数据后，在环境数据检测值超过预定阈值或低于预定阈值时通过蜂鸣器和led灯进行声光预警；电源控制模块：对颗粒物温湿度一体化检测模块、co浓度检测模块、语音播告模块和wifi通讯模块进行供电，在不需要颗粒物温湿度一体化检测模块、co浓度检测模块、语音播告模块和wifi通讯模块进行工作时，能够切断电源模块给颗粒物温湿度一体化检测模块、co浓度检测模块、语音播告模块和wifi通讯模块的供电，且不妨碍主控制器进行正常工作，在需要颗粒物温湿度一体化检测模块、co浓度检测模块、语音播告模块和wifi通讯模块进行工作的时候，通过电源控制模块启动相应的模块进行工作。
14.所述颗粒物温湿度一体化检测传感器上连接有颗粒物温湿度传感器电源，颗粒物温湿度传感器电源由电源控制模块上的颗粒物温湿度传感器电源控制电路进行控制；co浓度检测传感器上连接有co浓度检测传感器电源，co浓度检测传感器电源由电源控制模块上的co浓度检测传感器电源控制电路进行控制；语音播告模块上连接有语音播告模块电源，语音播告模块电源由电源控制模块上的语音播告模块电源控制电路进行控制；wifi通讯模块上连接有wifi通讯模块电源，wifi通讯模块电源由电源控制模块上的wifi通讯模块电源控制电路进行控制。
15.一种隧道电缆对接过程环境综合监控方法，其步骤是：在颗粒物温湿度一体化检测传感器、co浓度检测传感器、语音播告模块和wifi通讯模块设定的工作时间到达时，发送供电信号到电源控制模块，使电源控制模块对颗粒物温湿度一体化检测传感器、co浓度检测传感器、语音播告模块和wifi通讯模块进行供电；通过颗粒物温湿度一体化检测传感器、co浓度检测传感器获取现场制作环境的温湿度、pm值和co浓度；根据获取的温湿度、pm值和co浓度与设定阈值进行对比，超过阈值或低于阈值则生成告警信号并发送到语音播告模块和报警指示模块进行告警；对获取的温湿度、pm值、co浓度及告警数据进行储存，并通过lcd显示模块进行显示，定时和/或根据智能手持终端的请求，把储存的数据通过wifi通讯模块发送到智能手持终端。
16.本发明的积极有益效果是：1、本发明能够实现在高压电缆接头制作过程中的环境监测，通过颗粒物温湿度一体化检测传感器和co浓度检测传感器检测出现场制作环境中温湿度，pm值以及co浓度是否达标，当检测数据出现异常时，能够通过语音播告模块和报警指示模块进行声光报警提醒工作人员及时改善现场环境质量；从而有效提高电缆对接作业环境的监测水平，优化环境质量，提高现场施工的安全性，并将数据通wifi通讯模块传输到工作人员手持设备上，为现
场事故处理和行政执法提供数据支持。
17.2、本发明中设置有电源控制模块，在不需要颗粒物温湿度一体化检测传感器，co浓度检测传感器，语音播告模块和wifi通讯模块进行工作的时候，能够切断电源模块给颗粒物温湿度一体化检测传感器，co浓度检测传感器，语音播告模块和wifi通讯模块进行供电，且不妨碍主控制器进行正常工作，在需要颗粒物温湿度一体化检测传感器，co浓度检测传感器，语音播告模块和wifi通讯模块进行工作的时候，通过电源控制模块启动对应的传感器和语音播告模块进行工作，这样不仅能够减少设备的能源消耗，还能增加传感器、语音播告模块和wifi通讯模块的使用寿命。
附图说明
18.图1是本发明一种隧道电缆对接过程环境综合监控装置的结构连接框图；图2是本发明中颗粒物温湿度检测电路；图3是本发明中co浓度检测电路；图4是本发明中语音告警模块功放电路图a；图5是本发明中语音告警模块功放电路图b；图6是本发明中语音播报模块中语音芯片的管脚连接图；图7是本发明中语音播告模块电源控制电路图；图8是本发明中lcd显示模块电路图；图9是本发明中按键模块电路图；图10是本发明中颗粒物温湿度传感器电源控制电路图；图11是本发明中co浓度检测传感器电源控制电路图；图12是本发明中wifi通讯模块芯片管脚连接图；图13是本发明中wifi通讯模块电源控制电路图；图14是本发明中主控制器电路图；图15是本发明中主控制器仿真口电路图。
具体实施方式
19.下面将参照附图1_图15，更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
20.本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。
21.本发明实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。实施例1：一种隧道电缆对接过程环境综合监控装置，包括主控制器，主控制器上连接有颗粒物温湿度一体化检测传感器和co浓度检测传感器，颗粒物温湿度一体化检测传感器通过颗粒物温湿度检测电路与主控制器连接，颗粒物温湿度检测电路一端与颗粒物温湿度一体化检测传感器连接，另一端通过滤波降压后通过rx_4端口与主控制器连接。
22.颗粒物温湿度一体化检测传感器主要完成电缆对接环境中pm2.5和pm10尘埃颗粒
以及温湿度的检测，采用ttl串口与主控制器通讯。
23.颗粒物温湿度一体化检测传感器上连接有颗粒物温湿度传感器电源，颗粒物温湿度传感器电源由电源控制模块上的颗粒物温湿度传感器电源控制电路进行控制。
24.颗粒物温湿度传感器电源控制电路包括场效应管q15和三极管q13，场效应管q15的漏极与颗粒物温湿度一体化检测传感器连接，源极接vcc，栅极通过电阻r31与三极管q13上的集电极c连接，三极管q13上的基极b通过一个电阻r32后利用pm_pwr_ctrl端口与主控制器连接，三极管q13上的发射极e接地，通过主控制器给场效应管q15上的栅极一个低电平，使场效应管q15上的漏极产生高电平，从而给颗粒物温湿度一体化检测传感器通上电，颗粒物温湿度一体化检测传感器开始工作，若无高电平从漏极输入，颗粒物温湿度一体化检测传感器则不工作，场效应管q15上的漏极和源极之间设置有用于平常测试用的短路测试块jp6。
25.co浓度检测传感器通过co浓度检测电路与主控制器连接，co浓度检测电路一端与co浓度检测传感器连接，另一端通过滤波降压后通过rx_5端口与主控制器连接。
26.co浓度检测传感器主要完成电缆对接环境中co浓度的检测。
27.co浓度检测传感器上连接有co浓度检测传感器电源，co浓度检测传感器电源由电源控制模块上的co浓度检测传感器电源控制电路进行控制；co浓度检测传感器电源控制电路包括三极管q7和三极管q9，三极管q7的集电极c与co浓度检测传感器连接，发射极e接vcc，基极b通过电阻r20与三极管q9上的集电极c连接，三极管q9上的基极b通过一个电阻r22后利用co_pwr_ctrl端口与主控制器连接，三极管q9上的发射极e接地，通过主控制器给三极管q7上集电极c一个高电平，从而给co浓度检测传感器通上电，co浓度检测传感器开始工作，若无高电平从三极管q7上集电极c输入，co浓度检测传感器则不工作，三极管q7上的集电极c和发射极e之间设置有用于平常测试用的短路测试块jp4。
28.主控制器上还设置有语音播告模块和报警指示模块，语音播告模块包括语音播报模块和语音告警模块，语音播报模块主要完成实测环境数据时的语音播报，语音告警模块主要完成在实测环境数据低或超标时进行语音告警；报警指示模块主要在完成实测环境数据后，在环境数据低或超标时通过蜂鸣器和led灯进行声光预警。
29.语音播报模块上设置有语音芯片，语音芯片的型号为hk4002，语音芯片通过其上的uart1_tx引脚和uart1_rx引脚分别与主控制器上的tx_3引脚和rx_3引脚连接，通过其上的classdn引脚和classdp引脚与语音告警模块上的功放电路a连接，通过其上的audio_mute引脚与语音告警模块上的功放电路b连接，功放电路a通过audio_p和audio_n引脚与功放电路b连接。
30.语音播告模块上连接有语音播告模块电源，语音播告模块电源由电源控制模块上的语音播告模块电源控制电路进行控制；语音播告模块电源控制电路包括三极管q1、三极管q2和三极管q6，三极管q1和三极管q2并联连接，三极管q2的集电极c与语音播告模块中的语音芯片连接，发射极e接vcc，基极b通过电阻r4与三极管q6上的集电极c连接，三极管q6上的基极b通过一个电阻r10后利用hk_pwr_ctrl端口与主控制器连接，三极管q6上的发射极e接地，通过主控制器给三极管q2上集电极c一个高电平，从而给语音播告模块通上电，语音播告模块开始工作，若无高电
平从三极管q2上集电极c输入，语音播告模块则不工作，三极管q2上的集电极c和发射极e之间设置有用于平常测试用的短路测试块jp3。
31.主控制器通过i2c串口与按键显示模块连接，按键显示模块包括lcd显示模块和按键模块。
32.lcd显示模块主要完成实测环境数据、电量低和超标报警事件的显示，显示屏采用1.3寸olcd显示屏，通过lcd_scl端口和lcd_sda端口与主控制器连接。
33.按键模块上设置有四个不同的按键，用于切换数据显示页面，分别通过key1端口、key2端口、key3端口和key4端口与主控制器连接。
34.主控制器通过tx_2引脚和rx_2引脚与wifi通讯模块连接， wifi通讯模块主要完成本装置与智能手持终端的通讯，通过智能手持终端自建wifi热点后，本装置与wifi热点连接，将主控制器上存储的历史数据和报警时间上传给智能手持终端。
35.wifi通讯模块上连接有wifi通讯模块电源；wifi通讯模块电源由电源控制模块上的wifi通讯模块电源控制电路进行控制；wifi通讯模块电源控制电路包括三极管q8和三极管q10，三极管q8和三极管q10并联连接，三极管q10的集电极c与wifi通讯模块中的通讯芯片连接，发射极e接vcc，基极b通过电阻r26利用e103_pwr_ctrl端口与主控制器连接，通过主控制器给三极管q10上集电极c一个高电平，从而给wifi通讯模块通上电，wifi通讯模块开始工作，若无高电平从三极管q10上集电极c输入，wifi通讯模块则不工作，三极管q10上的集电极c和发射极e之间设置有用于平常测试用的短路测试块jp5。
36.电源模块主要完成将8.4v电源降压至5v后，给主控制器、报警指示模块、按键显示模块和电源控制模块均由电源模块进行供电；同时能采集8.4v电源的电压传输给主控制器。
37.且主控制器，颗粒物温湿度一体化检测传感器，co浓度检测传感器，语音播告模块，报警指示模块，按键显示模块，wifi通讯模块，电源控制模块和电源模块均设置在同一个壳体上。
38.其中，壳体的左侧面设置有进风口，电池槽、电源开关和充电口，电池槽内设置有电池，右侧面设置有出风口和wifi通讯信号窗，下侧面设置有语音播放窗，正面设置有显示屏和四个不同的按键以及报警指示模块中的指示灯，显示屏用于显示各种传感器检测到的数据，按键用于切换数据显示页面，指示灯用于在报警时发生灯光预警。
39.主控制器是本装置的核心模块，其内设置有中央处理器cpu，能够收集各种传感器的数据，并进行数据记录、告警事件记录、控制各传感器模块电源工作，完成节能工作；通过报警指示模块、按键显示模块、语音播告模块向用户展示当前环境状况，通过wifi通讯模块与智能手持终端通讯，将存储事件和记录上传系统平台，内含数据存储电路、时钟电路和看门狗电路。
40.本装置通过在电缆接头制作现场部署颗粒物温湿度一体化检测传感器和co浓度检测传感器来检测电缆接头现场制作环境是中的温湿度，pm值以及co浓度是否达标，当检测数据出现异常时，能够通过语音播告模块和报警指示模块进行声光报警提醒工作人员及时改善现场环境质量，保持电缆接头制作环境在合格的范围内，从而有效提高电缆对接作业环境的监测水平，优化环境质量，提高现场施工的安全性，并将数据通wifi通讯模块传输
到工作人员手持设备上，为现场事故处理和行政执法提供数据支持。
41.实施例2：一种隧道电缆对接过程环境综合监控系统，包括主控制器模块及与主控制器模块连接的颗粒物温湿度一体化检测模块、co浓度检测模块、按键显示模块、wifi通讯模块、语音播告模块、报警指示模块和电源控制模块；颗粒物温湿度一体化检测模块：内设颗粒物温湿度一体化检测传感器，能够检测出现场制作环境中的温湿度和pm值并传输到主控制器模块；co浓度检测模块：内设co浓度检测传感器，能够检测出现场制作环境中的co浓度并传输到主控制器模块；主控制器模块：其内置有中央处理器cpu，能够获取颗粒物温湿度一体化检测传感器和co浓度检测传感器的检测值，并与预定阈值进行对比，检测值超过预定阈值或低于预定阈值则生成告警信号并发送到语音播告模块和报警指示模块；通过电源控制模块控制颗粒物温湿度一体化检测模块、co浓度检测模块、语音播告模块和wifi通讯模块的通电和断电；通过wifi通讯模块与智能手持终端通讯；按键显示模块：包括lcd显示模块和按键模块，lcd显示模块接收主控制器模块发送的环境数据和告警信号并进行显示，并通过操作按键来查看颗粒物温湿度一体化检测传感器或co浓度检测传感器数据。
42.wifi通讯模块：完成主控制器模块与智能手持终端的通讯，通过智能手持终端自建wifi热点后，主控制器模块与wifi热点连接，将主控制器上存储的历史数据和报警时间上传给智能手持终端；语音播告模块：包括语音播报模块和语音告警模块，语音播报模块主要完成实测环境数据时的语音播报，语音告警模块主要完成在实测环境时，检测值超过预定阈值或低于预定阈值时进行语音告警；报警指示模块：在完成实测环境数据后，在环境数据检测值超过预定阈值或低于预定阈值时通过蜂鸣器和led灯进行声光预警；电源控制模块：对颗粒物温湿度一体化检测模块、co浓度检测模块、语音播告模块和wifi通讯模块进行供电，在不需要颗粒物温湿度一体化检测模块、co浓度检测模块、语音播告模块和wifi通讯模块进行工作时，能够切断电源模块给颗粒物温湿度一体化检测模块、co浓度检测模块、语音播告模块和wifi通讯模块的供电，且不妨碍主控制器进行正常工作，在需要颗粒物温湿度一体化检测模块、co浓度检测模块、语音播告模块和wifi通讯模块进行工作的时候，通过电源控制模块启动相应的模块进行工作。
43.所述颗粒物温湿度一体化检测传感器上连接有颗粒物温湿度传感器电源，颗粒物温湿度传感器电源由电源控制模块上的颗粒物温湿度传感器电源控制电路进行控制；co浓度检测传感器上连接有co浓度检测传感器电源，co浓度检测传感器电源由电源控制模块上的co浓度检测传感器电源控制电路进行控制；语音播告模块上连接有语音播告模块电源，语音播告模块电源由电源控制模块上的语音播告模块电源控制电路进行控制；wifi通讯模块上连接有wifi通讯模块电源，wifi通讯模块电源由电源控制模块上的wifi通讯模块电源控制电路进行控制。
44.实施例3：一种隧道电缆对接过程环境综合监控方法，其步骤是：
在颗粒物温湿度一体化检测传感器、co浓度检测传感器、语音播告模块和wifi通讯模块设定的工作时间到达时，发送供电信号到电源控制模块，使电源控制模块对颗粒物温湿度一体化检测传感器、co浓度检测传感器、语音播告模块和wifi通讯模块进行供电；通过颗粒物温湿度一体化检测传感器、co浓度检测传感器获取现场制作环境的温湿度、pm值和co浓度；根据获取的温湿度、pm值和co浓度与设定阈值进行对比，超过阈值或低于阈值则生成告警信号并发送到语音播告模块和报警指示模块进行告警；对获取的温湿度、pm值、co浓度及告警数据进行储存，并通过lcd显示模块进行显示，定时和/或根据智能手持终端的请求，把储存的数据通过wifi通讯模块发送到智能手持终端。
45.上文对各个实施例的描述倾向于强调各个实施例之间的不同之处，其相同或相似之处可以互相参考，为了简洁，本文不再赘述。
46.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。