基于泛在电力物联网低压配电柜内电气设备状态采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及电网设备监测技术领域，特别涉及一种基于泛在电力物联网低压配电柜内电气设备状态采集装置。


背景技术：

2.近年来，随着物联网技术、通信技术等不断发展，我国的智慧城市正在迅速发展，电网系统也在不断进步。为解决当今电网企业遭遇的三大难题和建设世界一流的能源互联网企业，国家电网在2019年提出“三型两网”目标，建设泛在电力物联网。泛在电力物联网系统应用了大数据、云计算、物联网、移动互联网、人工智能等现代信息技术，通过物联网技术、边缘计算技术和人工智能技术，将电力系统各环节相互关联、人机交互，将信息全面、快速、高效地处理。泛在电力物联网与传统电网相比，可提供共享数据、使顾客得到更好的服务，可提供枢纽平台、使电网企业发展新兴业务。
3.泛在电力物联网使用大量电子设备以及其他设备，这些设备产生和消费大量数据，而网络边缘处理了将近45％的物联网产生的数据，传统的以云计算模型为核心的集中式大数据处理技术不能高效处理这些设备所产生的海量数据，不能满足更短的响应时间、保护个人隐私数据的要求。而新产生的以边缘计算模型为核心的边缘式大数据处理技术能很好地解决这些在网络边缘设备所产生的海量数据计算问题。在边缘计算模型中，网络边缘设备需要拥有足够的计算能力能够在本地处理源数据，并将处理后的结果数据发送到云计算中心。边缘计算模型不仅降低了数据传输带宽，同时能较好地维护个人隐私数据安全，减少终端收集的敏感数据向外泄露的风险。而为了更好地处理网络边缘数据、充分释放边缘大数据的潜力，结合了边缘计算技术和人工智能技术的边缘智能技术开始被研究。
4.当前在用户侧配电柜尤其是低压配电柜里面，由于特殊环境的原因，电气设备的运行状态除了电压和电流表计测量电压和电流之外，其他电气设备的运行状态以及运行环境无从得知，不能全面对电力设备运行进行整体的监控，这个和国网提倡的泛在边缘智能感知的要求明显相违背。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在以上缺陷，本实用新型提供一种基于泛在电力物联网低压配电柜内电气设备状态采集装置如下：
6.本实用新型的技术方案是这样实现的：
7.一种基于泛在电力物联网低压配电柜内电气设备状态采集装置，所述装置包括搭载有嵌入式mcu处理器和freertos操作系统及可运行多传感器数据采集和融合程序的硬件装置，所述硬件装置包括：
8.多传感器接入单元，所述多传感器接入单元用于电气设备状态信息采集，采集的状态信息实时的传送至嵌入式mcu处理器单元进行分析、处理，
9.嵌入式mcu处理器单元，所述嵌入式mcu处理器单元用于运行多传感器数据采集和
融合程序，以对多传感器采集的数据进行分析、处理得到日志信息并传送至网关，
10.存储单元，所述存储单元用于存储数据库内部的原始数据包，以供追溯所用，
11.网络通信单元，所述网络通信单元用于配置各个传感器的连接通道和连接类型以及将处理后的状态信息数据上传至网关，
12.电源单元，所述电源单元用于硬件装置的各个单元供电，
13.所述嵌入式mcu处理器单元分别连接多传感器接入单元、存储单元、网络通信单元以及电源单元。
14.优选地，所述嵌入式mcu处理器单元采用cortex m7f处理器rt1060的arm芯片,所述arm芯片内部集成浮点dsp处理单元，可对多传感器接入单元采集的状态信息数据进行实时分析及处理。
15.优选地，所述存储单元包括16mb sdram和64mb nor flash。
16.优选地，所述多传感器接入单元包括2路4ma～20ma的电流模拟量和0～10v的电压模拟量接入接口、2路rs232接入接口、2路uart接入接口、2路rs485/422自适应接入接口。
17.优选地，所述网络通信单元包括1个lora无线通信模块和1个10/100m以太网接口。
18.优选地，所述电源单元包括多路dcdc转换和掉电保护模块。
19.优选地，所述各个传感器包括温湿度传感器、柜体平衡传感器、电磁传感器、电流测量环。
20.优选地，所述硬件装置还包括由于监测各个传感器连接通道通断的指示led灯珠。
21.与现有技术相比，本实用新型有以下有益效果：
22.本实用新型的一种基于泛在电力物联网低压配电柜内电气设备状态采集装置，以达到面向泛在电力物联网场景下，通过lora无线技术和低压配电柜内的电气设备多传感器部署，达到对低压配电柜内电气设备运行状态的智能全感知，具体的是通过多传感器接入单元将温湿度传感器、柜体平衡传感器、电磁传感器、电流测量环等接入硬件装置，实现电气设备的运行状态以及运行环境的实时监测，使之符合国网提倡的泛在边缘智能感知的要求。
附图说明
23.图1为本实用新型基于泛在电力物联网低压配电柜内电气设备状态采集装置的电路原理框图；
24.图2为本实用新型嵌入式mcu处理器单元的电路原理图；
25.图3为本实用新型16mb sdram芯片的电路原理图；
26.图4为本实用新型64mb nor flash的电路原理图；
27.图5为本实用新型电源单元的电路原理图；
28.图6为本实用新型硬件装置涉及的多传感器数据采集、处理工作流程图。
29.图中：多传感器接入单元100，嵌入式mcu处理器单元200，存储单元300，网络通信单元400，电源单元500，网络指示led灯珠600。
具体实施方式
30.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型进行清楚、完整地描述。
31.如图1至图5所示，一种基于泛在电力物联网低压配电柜内电气设备状态采集装置，所述装置包括搭载有嵌入式mcu处理器和freertos操作系统及可运行多传感器数据采集和融合程序的硬件装置，所述硬件装置包括：
32.多传感器接入单元100，所述多传感器接入单元100用于电气设备状态信息采集，采集的状态信息实时的传送至嵌入式mcu处理器单元进行分析、处理，
33.嵌入式mcu处理器单元200，所述嵌入式mcu处理器单元200用于运行多传感器数据采集和融合程序，以对多传感器采集的数据进行分析、处理得到日志信息并传送至网关，
34.存储单元300，所述存储单元300用于存储数据库内部的原始数据包，以供追溯所用，
35.网络通信单元400，所述网络通信单元400用于配置各个传感器的连接通道和连接类型以及将处理后的状态信息数据上传至网关，
36.电源单元500，所述电源单元500用于硬件装置的各个单元供电，
37.所述嵌入式mcu处理器单元200分别连接多传感器接入单元100、存储单元300、网络通信单元400以及电源单元500。
38.所述嵌入式mcu处理器单元200采用cortex m7f处理器rt1060的arm芯片,所述arm芯片内部集成浮点dsp处理单元，可对多传感器接入单元100采集的状态信息数据进行实时分析及处理。
39.所述存储单元300包括16mb sdram和64mb nor flash。
40.所述多传感器接入单元100包括2路4ma～20ma的电流模拟量和0～10v的电压模拟量接入接口、2路rs232接入接口、2路uart接入接口、2路rs485/422自适应接入接口，所述多传感器接入单元100支持外部多种协议和电平输出的传感器模块。
41.所述网络通信单元400包括1个lora无线通信模块和1个10/100m以太网接口。
42.所述电源单元500包括多路dcdc转换和掉电保护模块。
43.所述各个传感器包括温湿度传感器、柜体平衡传感器、电磁传感器、电流测量环，各个传感器通过固定的屏蔽信号线(包括电源线)和多传感器接口单元100对应的接口连接。
44.所述硬件装置还包括由于监测各个传感器连接通道通断的网络指示led灯珠600。
45.如图6所示，本实用新型硬件装置涉及的多传感器数据采集、处理工作流程包括如下：
46.(1)将所述硬件装置置于低压配电柜内部，可将一个低压配电柜放置一个所述硬件装置。将外置的温湿度传感器、柜体平衡传感器、电磁传感器、电流测量环等放置相应待测量电气设备处，各个传感器通过固定的屏蔽信号线(包括电源线)和所述硬件装置对应的传感器接口单元连接；
47.(2)所述硬件装置上电初始化，以太网连接路工作人员电脑，通过web server登陆，配置各个传感器的连接通道和连接类型，同时配置lora无线通信模块的节点ip地址和lora网关地址，同时修改对应的lora节点名称，确保名称id在同一个lora网关内不重复，ip地址也一样不能重复，如果是以太网连接，需要设置以太网网络参数，设置好后保存；
48.(3)所述传感器数据采集和融合程序开始启动硬件检测，如果探测到对应传感器的数据，相应的led绿灯(网络指示led灯珠)亮起，标识检测通过，如果对应通道红灯(网络
指示led灯珠)亮起，标识通道有问题，需要重新核查对应接口的连接线以及传感器的状态；同样对于lora节点，配置好后，如果lora节点和lora网关入网连接正常，对应lora节点入网绿灯亮起，并且闪烁，否则红灯亮起；
49.(4)所述硬件装置实时采集多路传感器数据，并且对数据进行分析处理，主要步骤如下：
50.步骤1：对每一个传感器按照时间顺序，连接采集10次作为一个采集组，对每一次采集的数据包头插入时间标识戳，同时对采集数据做统计，计算出同组数据的统计平均值，进入下一步；
51.步骤2：对同组数据内部进行横向比较，计算均方误差，如果误差超过门限，标明当前采集的数据存在采集误差、干扰或其他原因引起的数据错误，抛弃该数据，进入下一步；
52.步骤3：将当前数据组的统计平均值存入到数据库，同时对数据库内的时间顺序最近的10次数据组的统计平均值进行比较，如果超过门限值，认为当前设备可能存在异常，返回到第一步继续连续采集10次作为另外一组采集组，若同样的问题产生，标识设备异常，立即产生本地告警，同时将告警发送到网关；如果没有超过门限值，进入下一步；
53.步骤4：计算采集的组数，如果组数超过10组，将当前数据库内部的数据全部打包成一组上报数据包，插入当前的时间标识戳，按照lora通信协议，上报到网关，上报成功，返回到步骤1，如果上报错误，尝试连续5次上报，如果超过5次后错误，产生本地lora上报告警，同时存入本地告警日志。
54.综合本实用新型的电路结构以及工作流程可知，本实用新型的一种基于泛在电力物联网低压配电柜内电气设备状态采集装置，以达到面向泛在电力物联网场景下，通过lora无线技术和低压配电柜内的电气设备多传感器部署，达到对低压配电柜内电气设备运行状态的智能全感知，具体的是通过多传感器接入单元将温湿度传感器、柜体平衡传感器、电磁传感器、电流测量环等接入硬件装置，实现电气设备的运行状态以及运行环境的实时监测，使之符合国网提倡的泛在边缘智能感知的要求。