专利名称：基于分布式网络的智能变电站工作环境综合监控装置的制作方法
技术领域：
本发明属于智能变电站环境温度湿度监控领域，涉及一种智能变电站工作环境综合监控装置，尤其涉及一种兼具温湿度监测与控制调整功能的智能变电站工作环境综合监控装置。
背景技术：
无人职守智能变电站在运行时可能会由于智能变电站设备工作异常、天气、自然灾害、火灾等导致智能变电站内局部环境温度和湿度异常。这些情况通常会导致智能变电站设备工作异常或损坏，有可能带来大量的损失。因此需要一种装置对智能变电站内的环境温度湿度进行监测，并通过监测的数据对空调风机等设备进行控制，同时需要把监测和控制的数据向远端发送，或者是接收远端管理系统的控制指令，对所连接的空调风机等装置进行控制。传统的温湿度传感装置智能实时记录温湿度的值，并发送给外部系统；或者设定温湿度告警门限，当温湿度超标的时候，向外部系统发送告警消息。传统的温湿度监测装置没有控制的能力，需要发送告警消息到外部系统，由外部系统判断后，经由另外的控制器对空调、风机等设备进行控制。这种温湿度监测装置不符合变电站内或者是其他对可靠性要求较高的应用场景。当上传通讯链路失效，传统的温湿度监控系统由于不能获取现场的温湿度信息，而不能对现场的温湿度控制装置(风机空调等)进行有效的控制，将可能造成环境温湿度失控，进而可能导致智能变电站设备工作异常或损坏，带来大量的损失。由此可见，现有的温度湿度监测装置，仅具温湿度监测的功能，而无控制调整温湿度的能力，在可靠性和易用性方面都存在较大的问题，不适合智能变电站的要求。
发明内容
针对上述不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种兼具温湿度监测与控制调整功能的变电站环境温度湿度智能监控系统。为了使变电站环境温度湿度智能监控系统兼具温湿度监测与控制调整功能。本发明采用的基本思路是设置中央处理模块以及与中央处理模块连接的温度湿度获取模块、 学习控制模块、数据传输模块。事先设定告警条件与对应的控制策略。当发生温湿度越界的时候，可以主动控制与之连接的空调或者是风机，然后向外部系统上报处理结果；如果网络不通，可以把结果暂时缓存，待网络恢复后再进行上传。同时，也可以接收外部系统的控制来对与之连接的风机或者空调进行控制。具体包括中央处理模块以及与所述中央处理模块连接的温度湿度获取模块、学习控制模块、数据传输模块；所述温度湿度获取模块采集周围环境的温度湿度信息并将温度湿度信息发送到中央处理模块；所述学习控制模块与温度湿度调节设备连接，对空调遥控器键码进行学习并将该空调遥控器键码发送至中央处理模块；根据中央处理模块发来的指令向温度湿度调节设备发送控制信号，控制温度湿度调节设备的工作状态；所述数据传输模块，与外部系统连接，用于和外部系统通讯，向外部系统发送温度湿度信息，以及告警信息；接收外部系统发送的控制和设置指令并转发至中央处理模块；所述中央处理模块接收温度湿度获取模块采集的温度湿度信息，处理后发送至数据传输模块，如果温度湿度信息在预设的告警范围内，还发送告警信息至数据传输模块；接收数据传输模块转发的由外部系统发送的控制和设置指令，处理后发送至学习控制模块； 内部保存了常用空调的控制码，接收学习控制模块发送的空调遥控器键码，处理并储存，以备将来控制对应的空调时调用，调用空调时将相应的指令发送至学习控制模块。还包括设备工作反馈模块；所述设备工作反馈模块与中央处理模块连接，对温度湿度调节设备的运行情况进行检测并将检测到的信息反馈至中央处理模块；所述中央处理模块接收该信息并进行相应处理。所述设备工作反馈模块包括电流互感器，各温度湿度调节设备的电源线相线分别穿过一电流互感器，所述电流互感器对温度湿度调节设备的电源线相线进行电流检测，根据电源线相线电流的状况获知温度湿度调节设备的工作状态。所述设备工作反馈模块包括比较电压设定部件，所述比较电压设定部件包含放大器、比较器以及一可变电阻，通过调节所述可变电阻可设定比较电压门槛。所述温度湿度调节设备包括空调；所述学习控制模块包括红外接收模块，所述红外接收模块用于对空调遥控器键码进行学习；所述中央处理模块内部保存了常用空调的控制码；当出现某些空调内置的空调识别码不起作用的情形时，可以使用所述红外接收模块接收空调遥控器的发出的红外键码，并保存在中央处理模块中，以便中央处理模块将来进行调用。进一步包括显示模块，所述显示模块与所述中央处理模块连接，接收中央处理模块发送的工作状态相关信息，根据接收的信息显示当前的温度湿度值、温度湿度调节设备的工作状态、温度湿度调节设备输出控制的状态以及相关的告警信息等。所述中央处理模块内置了一个HTTP服务器，装置与外界联网后，通过一个客户端的浏览器即可方便的对系统进行设置，如设置温度门限值、湿度门限值、相关的联动策略等寸。所述学习控制模块包括红外接收模块、红外发射模块，由所述红外接收模块对空调遥控器键码进行学习并将该空调遥控器键码发送至中央处理模块；由所述红外发射模块根据中央处理模块发来的指令向温度湿度调节设备发送控制信号，控制温度湿度调节设备的工作状态。所述装置包括门禁、报警器等第三方装置，所述温度湿度调节设备包括风机，所述学习控制模块包括开关量输出接口，所述开关量输出接口与风机连接，输出对风机的控制信息、对门禁、报警器等第三方装置的控制信息。所述装置中央处理模块内部设定并存放温度湿度告警的门限值，以及相应的联动策略等控制参数，在分析温度湿度数据后，通过所述数据传输模块向外部系统发送温度湿度信息，接收外部系统的配置控制命令并根据配置控制命令对温度湿度调节设备的动作进行控制；如果未接收到外部系统的配置控制命令则根据温度湿度数据及原先预设的控制参数自动发出相应的温度湿度调节设备的联动控制指令对温度湿度调节设备的动作进行控制。本发明将对现场的温湿度的监测与对现场的温湿度控制装置(风机空调等)的有效控制结合起来，很好的解决了传统的温湿度监测装置只能监测不能控制带来的可靠性和易用性方面存在的问题，具有良好的可靠性和易用性，可很好的满足智能变电站的使用要求。
图1变电站环境温度湿度智能监控装置原理简图；图2变电站环境温度湿度智能监控装置一种实施例的结构简图；图3变电站环境温度湿度智能监控装置一种实施例中央处理模块电路图；图4变电站环境温度湿度智能监控装置一种实施例温湿度传感器电路图；图5变电站环境温度湿度智能监控装置一种实施例空调红外控制原理图；图6变电站环境温度湿度智能监控装置一种实施例空调红外学习原理图；图7变电站环境温度湿度智能监控装置一种实施例开关量控制输出图；图8变电站环境温度湿度智能监控装置一种实施例以太网接口电路图；图9变电站环境温度湿度智能监控装置一种实施例RS232接口电路图；图10变电站环境温度湿度智能监控装置一种实施例RS485接口电路图；图11变电站环境温度湿度智能监控装置一种实施例设备工作反馈模块工作原理图；图12变电站环境温度湿度智能监控装置一种实施例LED显示器电路图；图13变电站环境温度湿度智能监控装置一种实施例电源供电原理图。
具体实施例方式为了便于对发明的进一步理解，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。在图1的变电站环境温度湿度智能监控系统简图中，提供了智能变电站环境温度湿度监控的硬件系统结构以及数据的传输方向，下面结合图2的实施例对智能变电站环境温度湿度监控的硬件系统工作过程进行说明。变电站环境温度湿度智能监控系统包括供电模块、温度湿度获取模块、学习控制模块、数据传输模块、设备工作反馈模块、显示模块以及中央处理模块。温度湿度获取模块、 学习控制模块、数据传输模块、设备工作反馈模块、显示模块均与中央处理模块连接。供电模块作为工作电源为整个系统运行提供电力，在图2的实施例中未绘出。温度湿度获取模块用于监测当前环境的温度湿度，温度湿度获取模块与中央处理模块连接，采集到周围环境的温度湿度信息后将温度湿度信息发送到中央处理模块。在图 2的实施例中采用了温度湿度传感器作为温度湿度获取模块。学习控制模块与中央处理模块连接，并与空调、风机以及精密空调等温度湿度调节设备连接。可对空调遥控器键码进行学习并将该空调遥控器键码发送至中央处理模块保存；根据中央处理模块发来的指令向空调、风机以及精密空调等温度湿度调节设备发送控制指令，控制空调、风机以及精密空调等温度湿度调节设备的工作状态。在图2的实施例中，学习控制模块包括红外接收模块、红外发射模块、RS232接口、RS485接口、开关量输出接口。红外接收模块用于对空调遥控器键码进行学习，学习后将该空调遥控器键码发送至中央处理模块。中央处理模块内部保存了常用空调的控制码，当遇到某些空调内置的空调识别码不起作用的时候，可以使用该红外接收模块接收空调遥控器的发出的红外键码，并保存在中央处理模块内部的非易失性存储器ROM中，以便中央处理模块将来进行调用。红外发射模块用于模拟空调/风机的遥控工作方式，根据中央处理模块发来的指令向空调/ 风机发送控制信号，控制空调/风机的各种工作状态。RS232接口、RS485接口用于对精密空调的控制。开关量输出接口控制风机的起停。数据传输模块与中央处理模块连接，用于和外部系统通讯，向外部系统发送温度湿度监测值，告警信息，或者接收外部系统发出控制和设置指令。在图2的实施例中数据传输模块采用的是以太网接口。显示模块与中央处理模块连接，接收中央处理模块发送的工作状态相关信息，根据接收的信息显示当前的温度湿度值、空调及精密空调的工作状态以及控制风机的各个开关量输出接口的输出控制的状态。在图2的实施例中，显示模块包括LED显示器、LED指示灯，LED显示器用于显示当前的温度湿度值，以及装置的工作状态。LED指示灯用于显示各个开关量输出接口控制的状态。设备工作反馈模块与中央处理模块连接，检测空调、风机以及精密空调等温度湿度调节设备是否工作正常，将检测结果反馈至中央处理模块。如果有设备工作不正常，则检测结果反馈后由中央处理模块向外部系统发送相应的告警信息。中央处理模块与上述各个模块连接，发送、接收、处理相关信息，控制上述各个模块的工作。中央处理模块实时读取温度湿度获取模块的温度湿度参数，并通过数据传输模块发送至外部系统。中央处理模块内部可设定并存放温度湿度告警的门限值，以及相应的联动策略。在图2的实施例中，中央处理模块采用STM32处理器。当温度湿度超过了预先设定的门限值，中央处理模块会根据内部存放的联动策略来开启/关闭相应的开关量输出接口，控制外部风机的起停；同时，通过红外发射模块控制空调的工作状态；通过RS232接口、 RS485接口控制精密空调的工作状态；同时通过以太网接口向外部系统发送告警消息以及操作结果。外部系统通过以太网接口发送控制指令至STM32处理器，STM32处理器通过开关量输出接口控制风机的起停；或者通过红外发射模块控制空调的状态；或者通过RS232接口、RS485接口控制精密空调的工作状态。此外，STM32处理器内置了一个HTTP服务器(图 2中未绘出)，本温度湿度智能监控系统联网后，通过一个客户端的浏览器即可方便的对系统进行设置，如设置温度门限值、湿度门限值、相关的联动策略等等。温度湿度获取模块可采用温湿度传感器来实现，在图2的实施例中，温湿度传感器由图4中M(SHTll)温湿度传感器构成。STM32处理器通过I2C总线也即图3中的PB10、 PBll端口分别与图4中的SCL、SDA端口对应连接，控制SHTll进行环境温度、湿度转换，并获取来自SHTll的转换结果。经过由STM32处理器内部的计算程序计算出当前的相对环境温度、湿度。STM32处理器分析温度湿度数据后，根据温度湿度数据发出相应的空调风机等装置的联动控制指令。空调控制通过使用图3中STM32处理器的PB6向图5中的IR_T发送空调控制指令，并通过Q9控制D7、D9、D9三个红外发射管发射遥控控制数据，利用红外数据传输方式，模拟空调遥控工作的方式，对空调开启、关闭、温度、制冷、制热等动作进行控制。同时具备自我学习记忆功能，可以对已经设置好的控制参数进行记忆，在日后遇到类似情况时，也可以直接将空调调整到所记忆的工作方式，以节省处理时间。STM32处理器通过图3中的PAO连接到图5中的IR_R接收来自图6中的TO获取的空调遥控器数据，对该数据进行分析并存储。开关量输出采用继电器干节点驱动方式，图3中STM32处理器的PE12 连接图7中的0C0N，并经过UL拟803驱动器驱动K4继电器工作，在SOUTA和SOUTB上以干节点方式输出控制信号。例如风机控制就是直接通过开关量输出接口输出对风机的开启和关闭的控制信息。同时，开关量输出接口还可以同时控制其他第三方装置，例如门禁、各类报警器等。以太网接口由图8中的U1、RJ1构成。Ul使用ENa8J60以太网控制器，RJl为 10/100M网络端口集成网络变压器。图3中STM32处理器的PA4、PA5、PA6、PA7、PCU PC2 端口分别与图8中的S1NSS、SICK、S1S0、SlSI、INTO、INTl端口连接，完成STM32处理器与以太网接口的通信。图8中电阻R16、R17为以太网端口显示LED提供限流，并通过LEDA、 LEDB与Ul连接显示以太网工作状态。STM32处理器通过控制以太网接口将环境温度、湿度信息传送至外部系统，接收外部系统的配置控制命令。本发明可以实现自动工作和远程控制工作两种模式。RS232接口采用图9中的U13来实现。STM32处理器的串口 1也即图3 中的PA9、PA10分别与RS232接口也即图9中的T)(D1、RXD1连接，实现S232接口的串口通信。RS232通信输入输出通过图9中的RX、TX端口连接，可用于RS232接口的扩展以及原有智能变电站温度湿度采集装置的接入。RS485接口采用图10中的U12来实现。STM32处理器的串口 2也即图3中的PA2、PA3、PA8分别与RS485接口也即图10中的TXD2、RXD2、SP_ EN连接，实现S485接口的串口通信，RS485接口的信息输入输出通过图10中的RS485_A、 RS485_B端口实现。可用于RS485接口的扩展以及对原有智能变电站温度湿度采集装置的接入。 设备工作反馈模块的实现原理为通过检测空调、风机、精密空调等温度湿度调节设备的电源线相线是否有电流运行，对空调、风机、精密空调等温度湿度调节设备是否工作作出判断。在图11中，CTl为电流互感器(LCTA2DCC)，电流比例为5A 5mA ；各温度湿度调节设备的电源线相线分别穿过一个电流互感器(LCTA2DCC)。空调、风机、精密空调等温度湿度调节设备工作的时候，其电源线相线在所穿过的电流互感器(LCTA2DCC)次级产生等比例的输出电流，此电流经过R2变换成一个电压。^ = I*R2。D2为雪崩二极管，用来限制UlA输入电压不会瞬态过高，损坏UlA0当空调、风机、精密空调等温度湿度调节设备运行时，流经该设备的电源相线电流增大，在电流互感器(LCTA2DCC)的输出电流增加，产生在R2上面的电压^jJfWJSauiAa 2直流放大器)放大后，输入到由R18、R9、R5、R6 以及UlB组成的比较器比较(比较器的比较电压由R18、R9、R5、R6决定，R9为可变电阻， 调节R9即可设置不同的比较电压门槛)，若此时该温度湿度调节设备已经工作，则在UlB 5 脚上的电压高于6脚的比较基准电压。同时，因该温度湿度调节设备已工作，在电流互感器 (LCTA2DCC)输出的电流增大，R2上的电压^上升，U1B5脚上的电压高于U1B6脚的比较基准电压，在7脚输出高电平，此时Q2将导通，继电器工作，通过继电器连接开关量输入接口 IN3，扩展对温度湿度调节设备以及其他相关设备如门禁、报警器等的状态开关量输入功能。由IN3和12V输入一个状态，当外设开关为关闭状态时，U14通过CHECK3输出一个低电平给图3中STM32处理器的PG9，当外设开关为打开状态时，U14通过CHECK3输出一个高电平给图3中STM32处理器的PG9。STM32处理器根据当前端口的配置执行相应的响应。此外，电流传感可以用霍尔电流传感器来实现，但成本高，在交流测量的时候飘逸大。UlA放大器和UlB比较器也可以由专用的电流检测芯片替代，此种方案需要使用CPU来计算电流，成本高，反馈速度慢。LED显示器完成温度湿度数据的显示及整个设备的工作状态显示。在实施例中采用8段数码管，具有高亮、可视距离远、角度大的特性。图3中STM32处理器的PF11、PF12、 PF13、PF14、PD0、PD1、PD2、PD3 等端口分别与图 12 中的 Dl、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8 等端口连接，获取LED显示器的扫描信号，STM32处理器图3中的PFO、PF1、PF2、PF3、PF4、PF5、 PF6、PF7 等端口分别与图 13 中的 DS_a、DS_b、DS_c、DS_d、Dk、DS_f、DS_g、DS_dp 等端口对应连接，获取LED显示器的数据传送信号。供电模块由图13中的Jl输入220V交流电源经U1、U2两个AC/DC模块后通过J2 连接到J3为系统提供电源。Pl为中央处理模块提供3. 3V电压，P2为RS232、RS485提供隔离电压。DlO指示出当前系统电源状态，亮为上电，灭为未上电。显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，即使对各个步骤的执行顺序进行了改变，都属于本发明的保护范围。熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种变电站环境温度湿度智能监控装置，包括中央处理模块以及与所述中央处理模块连接的温度湿度获取模块、学习控制模块、数据传输模块；所述温度湿度获取模块采集周围环境的温度湿度信息并将温度湿度信息发送到中央处理模块；所述学习控制模块与温度湿度调节设备连接，对空调遥控器键码进行学习并将该空调遥控器键码发送至中央处理模块；根据中央处理模块发来的指令向温度湿度调节设备发送控制信号，控制温度湿度调节设备的工作状态；所述数据传输模块，与外部系统连接，用于和外部系统通讯，向外部系统发送温度湿度信息，以及告警信息；接收外部系统发送的控制和设置指令并转发至中央处理模块；所述中央处理模块接收温度湿度获取模块采集的温度湿度信息，处理后发送至数据传输模块，如果温度湿度信息在预设的告警范围内，还发送告警信息至数据传输模块；接收数据传输模块转发的由外部系统发送的控制和设置指令，处理后发送至学习控制模块；内部保存了常用空调的控制码，接收学习控制模块发送的空调遥控器键码，处理并储存，以备将来控制对应的空调时调用，调用空调时将相应的指令发送至学习控制模块。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括设备工作反馈模块；所述设备工作反馈模块与中央处理模块连接，对温度湿度调节设备的运行情况进行检测并将检测到的信息反馈至中央处理模块；所述中央处理模块接收该信息并进行相应处理。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述设备工作反馈模块包括电流互感器，各温度湿度调节设备的电源线相线分别穿过一电流互感器，所述电流互感器对温度湿度调节设备的电源线相线进行电流检测，根据电源线相线电流的状况获知温度湿度调节设备的工作状态。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述设备工作反馈模块包括比较电压设定部件，所述比较电压设定部件包含放大器、比较器以及一可变电阻，通过调节所述可变电阻可设定比较电压门槛。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度湿度调节设备包括空调；所述学习控制模块包括红外接收模块，所述红外接收模块用于对空调遥控器键码进行学习；所述中央处理模块内部保存了常用空调的控制码；当出现某些空调内置的空调识别码不起作用的情形时，可以使用所述红外接收模块接收空调遥控器的发出的红外键码，并保存在中央处理模块中，以便中央处理模块将来进行调用。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括显示模块，所述显示模块与所述中央处理模块连接，接收中央处理模块发送的工作状态相关信息，根据接收的信息显示当前的温度湿度值、温度湿度调节设备的工作状态、温度湿度调节设备输出控制的状态以及相关的告警信息等。
7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中央处理模块内置了一个HTTP服务器， 装置与外界联网后，通过一个客户端的浏览器即可方便的对系统进行设置，如设置温度门限值、湿度门限值、相关的联动策略等等。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述学习控制模块包括红外接收模块、红外发射模块，由所述红外接收模块对空调遥控器键码进行学习并将该空调遥控器键码发送至中央处理模块；由所述红外发射模块根据中央处理模块发来的指令向温度湿度调节设备发送控制信号，控制温度湿度调节设备的工作状态。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括门禁、报警器等第三方装置， 所述温度湿度调节设备包括风机，所述学习控制模块包括开关量输出接口，所述开关量输出接口与风机连接，输出对风机的控制信息、对门禁、报警器等第三方装置的控制信息。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置中央处理模块内部设定并存放温度湿度告警的门限值，以及相应的联动策略等控制参数，在分析温度湿度数据后，通过所述数据传输模块向外部系统发送温度湿度信息，接收外部系统的配置控制命令并根据配置控制命令对温度湿度调节设备的动作进行控制；如果未接收到外部系统的配置控制命令则根据温度湿度数据及原先预设的控制参数自动发出相应的温度湿度调节设备的联动控制指令对温度湿度调节设备的动作进行控制。
全文摘要
本发明公开了一种基于分布式网络的智能变电站工作环境综合监控装置，包括中央处理模块以及与所述中央处理模块连接的温度湿度获取模块、学习控制模块、数据传输模块；温度湿度获取模块采集温度湿度信息；学习控制模块对空调遥控器键码进行学习，向温度湿度调节设备发送控制信号；数据传输模块，发送温度湿度信息及告警信息，接收控制和设置指令并转发至中央处理模块；中央处理模块接收、处理、发送各相关信息，控制温度湿度获取模块、学习控制模块、数据传输模块的工作。本发明兼具温湿度监测功能与控制调整功能，具有很高的可靠性和易用性。
文档编号H02J13/00GK102185386SQ20111014210
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月30日 优先权日2011年5月30日
发明者吴家林, 李琪林, 范荣全, 高宏宇 申请人:四川省电力公司, 成都荣耀科技有限公司