一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统技术方案

一种基于NB‑IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统，本发明专利技术所述的智能用电开关是在不改变现有用电开关既有功能的基础上增加了短路、过载监测报警、漏电监测报警、用户负载超功率限制、过欠压监测报警、温度监测报警等电气火灾监测和用电监测报警功能，它采用基于NB‑IOT无线通信技术实现采集数据推送至物联网云平台、电气火灾监控管理平台或用电管理平台，用户可以通过IE浏览器或手机APP查看所采集的数据与历史纪录，也可以接收监控平台推送的各种报警信息，同时系统所采用的智能用电开关采用模块化结构，可以根据需要选用不同功能的组合，以满足用户的需求。

An intelligent electric switch system for electric fire monitoring based on nb-iot communication technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统
本专利技术涉及一种电气开关，具体说涉及一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统。
技术介绍
电气火灾监控系统是预防电气火灾发生的重要技术手段，经过多年的不断发展，我国以由单一的剩余电流、温度监控，逐渐发展出多种新型电气火灾探测技术，例如：故障电弧探测器、绝缘电阻探测器、限流式电子开关等，但在实际使用过程中出现了一些比较突出的问题,例如：第一、在现有的配电系统中增加电气火灾监控需要增加多种功能的探测器，在增加成本的同时安装施工也比较困难；第二、低压配电系统中具有的短路保护、过载保护、接地保护等故障动作信号与电气火灾监控系统很难共享和兼容，使系统升级改造困难；第三、目前国内各种用电开关和火灾探测器品种繁多，不但增加了产品的生产和使用成本，同时给用户选型造成困难。
技术实现思路
为了改善目前我国电气火灾监控系统和低压配电系统存在的上述困难，本专利技术在于提供一种基于NB-IOT物联网技术的模块化结构的电气火灾监控智能用电开关系统，为此，本专利技术采用如下技术方案：一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统，包括中继网关和智能用电开关。所述的中继网关包括：微处理器MKE06Z64、与所述微处理器MKE06Z64相连的POWER-BUS主控单元、显示单元、声光报警单元、NB-IOT通讯模组、WiFi通讯模组、CAN通讯接口单元和AC/DC开关电源；所述的智能用电开关包括自动分合闸控制单元、信号采集处理单元和断路器，可根据需要选用所述智能用电开关各单元的不同组合以获得不同功能的智能用电开关，比如组合1：可以由中继网关、自动分合闸控制单元、信号采集处理单元和断路器组合，实现一种多功能型自动重合闸智能用电开关，它具有电流有效值、电压有效值、有功功率、无功功率、有功电能、剩余电流、频率、温度等参数的实时监测和显示功能，提供短路报警及保护、过载报警及保护、电气线路剩余电流和接触电流的超限报警及保护、过欠压报警及保护、电能超限报警及保护和远程自动重合闸控制功能；组合2：由中继网关、信号采集处理单元和断路器组合，实现一种多功能型智能用电开关，它具有电流有效值、电压有效值、有功功率、无功功率、有功电能、剩余电流、频率、温度等参数的实时监测和显示功能，提供短路报警及保护、过载报警及保护、电气线路剩余电流和接触电流的超限报警及保护、过欠压报警及保护和电能超限报警及保护功能；组合3：由中继网关、自动分合闸控制单元、断路器组合，实现一种自动重合闸智能用电开关，具有短路报警及保护、过载报警及保护、自动重合闸控制和过欠压报警及保护功能。进一步设置，所述的智能用电开关系统包括一个智能用电总开关和多个智能用电分开关以组成智能用电开关系统。进一步设置，所述的中继网关和智能用电开关是这样连接的：电源线由P0进入中继网关中AC/DC开关电源的输入端，同时所述的电源线也并联到1#智能用电总开关的断路器进线端，经短路保护和过载保护后从所述总开关断路器的出线端P1输出，然后P1分别并联到各智能用电分开关的断路器进线端。进一步设置，所述中继网关采用电源载波通讯方式给各智能用电分开关的单元电路提供电源，电源载波信号通过S1线与智能用电开关的信号采集处理单元进行连接，各信号采集处理单元均设有S1线的两个接插端子，通过这种转接方式实现中继网关和各智能用电开关提供电源和通讯连接。进一步设置，所述的信号采集处理单元通过C1、C2、C3控制线与所述的自动分合闸控制单元进行连接，以实现对智能用电开关自动分合闸信号的传输。进一步设置，所述的微处理器MKE06Z64通过串行通信接口与POWER-BUS主控单元连接，采用巡检的方式分别读取智能用电开关信号采集处理单元和自动分合闸控制单元的监测数据，微处理器MKE06Z64内部存储着中继网关所连接的智能用电开关的具体参数，所述的具体参数包括中继网关所连接智能用电开关的数量，各开关的类型，并根据其参数设置区分各智能用电开关的组合方式和具体的功能，采取逐个巡检的方式以读取各智能用电开关的监测数据。进一步设置，所述的微处理器MKE06Z64通过串行通信接口与WiFi通讯模组或NB-IOT通讯模组连接以实现将所有智能用电开关的监测数据推送至物联网云平台，也可以将监测数据推送至其它管理服务平台或用户端手机APP。进一步设置，所述微处理器MKE06Z64通过CAN通讯接口单元实现智能用电开关基本参数的配置，所述显示单元采用了一块0.9寸的点阵液晶屏用于显示监测数据以及各种报警信息，所述声光报警单元由4只LED指示灯和一只蜂鸣器组成，LED指示灯分别为电源指示、通讯指示、故障指示、报警指示，蜂鸣器用以实现故障报警；进一步设置，所述的POWER-BUS主控单元包括：U3调制芯片PB620、电源芯片IC1、场效应管Q2、瞬态抑制二极管TVS1及电阻、电容、二极管、三极管，所述AC/DC开关电源输出的DC24V电压经电容C17、C18滤波后到场效应管Q2漏极，通过场效应管Q2进行功率放大后，经瞬态抑制二极管TVS1浪涌保护，并由L+和GND输出给智能用电分开关单元电路供电和数据通讯，场效应管Q2的栅极通过电阻R13与BH节点连接，调制芯片PB620的第9脚通过由三极管T1、T2、T4、电阻R15、电阻R16组成的信号驱动电路与BH信号节点连接，调制芯片PB620的第2脚和第8脚通过信号节点UART0_TX、UART0_RX和BRK1与中继网关的微处理器MKE06Z64串行通讯接口连接，以实现对所述信号采集处理单元所采集信号的集中处理。进一步设置，所述的信号采集处理单元包括：剩余电流信号采集单元、电流信号采集单元、电压信号采集单元、温度信号采集单元、电能计量芯片HT7107、微处理器LPC824、POWER-BUS终端节点单元和DC/DC直流转换电源。进一步设置，所述剩余电流信号由外置的剩余电流互感器T10、T9端取得，通过R54和C63由V2P端输出至电能计量芯片HT7107第1路差分放大器的第3脚，以实现剩余电流信号的采样。所述电流信号由外置的电流互感器T8、T11端经锰铜分流器取得，经R53、R56、C62、C64滤波整形后由R53的V1P端输出至电能计量芯片HT7107第2路差分放大器的第5脚，由R56的V1N端输出至电能计量芯片HT7107第2路差分放大器的第6脚，以实现电流信号的采样。所述的电压信号由AC220V电源L1端通过R57-R62分压电阻后由R63和R62连接端的V3P输出至电能计量芯片HT7107第3路差分放大器第2脚，同时电能计量芯片HT7107第3路差分放大器的第3脚V3N通过R52连接到GND，同时GND连接到220V电源的N1端，以实现电压信号的采样。进一步设置，所述微处理器LPC824通过串行通讯接口第25、26脚的RX2和TX2信号节点与电能计量芯片HT7107第10、11脚相连，以实现微处理器LPC824与信号采集处理单元的数据通讯，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统，包括中继网关和智能用电开关，其特征是：/n所述的中继网关包括：微处理器MKE06Z64、与所述微处理器MKE06Z64相连的POWER-BUS主控单元、显示单元、声光报警单元、NB-IOT通讯模组、WiFi通讯模组、CAN通讯接口单元和AC/DC开关电源；/n所述的智能用电开关包括自动分合闸控制单元、信号采集处理单元和断路器，可根据需要选用所述单元的不同组合以获得不同功能的智能用电开关；/n所述的智能用电开关系统包括一个智能用电总开关和多个智能用电分开关；/n所述的中继网关和智能用电开关是这样连接的：电源线由P0进入中继网关中AC/DC开关电源的输入端，同时所述的电源线也并联到1#智能用电总开关的断路器进线端，从所述总开关断路器的出线端P1输出，然后P1分别并联到各智能用电分开关的断路器进线端；/n所述中继网关采用电源载波通讯的方式给各智能用电分开关的单元电路提供电电源，电源载波信号通过S1线与智能用电开关的信号采集处理单元进行连接，各信号采集处理单元均设有两个S1线的接插端子，通过这种转接的方式实现中继网关为各智能用电开关提供电源和通讯连接；/n所述的信号采集处理单元通过C1、C2、C3控制线与所述的自动分合闸控制单元进行连接，以实现对智能用电开关自动分合闸信号的/n传输；/n所述的微处理器MKE06Z64通过串行通信接口与POWER-BUS主控单元连接，所述微处理器MKE06Z64采用巡检的方式分别读取智能用电开关信号采集处理单元和自动分合闸控制单元的监测数据，微处理器MKE06Z64内部存储着中继网关所连接的智能用电开关的具体参数，并根据其参数设置区分各智能用电开关的组合方式和具体的功能，采取逐个巡检的方式以读取各智能用电开关的监测数据；/n所述的微处理器MKE06Z64通过串行通信接口与WiFi通讯模组或NB-IOT通讯模组连接以实现将所有智能用电开关的监测数据推送至物联网云平台，也可以将监测数据推送至其它管理服务平台或用户端手机APP。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于NB-IOT通讯技术的电气火灾监控智能用电开关系统，包括中继网关和智能用电开关，其特征是：
所述的中继网关包括：微处理器MKE06Z64、与所述微处理器MKE06Z64相连的POWER-BUS主控单元、显示单元、声光报警单元、NB-IOT通讯模组、WiFi通讯模组、CAN通讯接口单元和AC/DC开关电源；
所述的智能用电开关包括自动分合闸控制单元、信号采集处理单元和断路器，可根据需要选用所述单元的不同组合以获得不同功能的智能用电开关；
所述的智能用电开关系统包括一个智能用电总开关和多个智能用电分开关；
所述的中继网关和智能用电开关是这样连接的：电源线由P0进入中继网关中AC/DC开关电源的输入端，同时所述的电源线也并联到1#智能用电总开关的断路器进线端，从所述总开关断路器的出线端P1输出，然后P1分别并联到各智能用电分开关的断路器进线端；
所述中继网关采用电源载波通讯的方式给各智能用电分开关的单元电路提供电电源，电源载波信号通过S1线与智能用电开关的信号采集处理单元进行连接，各信号采集处理单元均设有两个S1线的接插端子，通过这种转接的方式实现中继网关为各智能用电开关提供电源和通讯连接；
所述的信号采集处理单元通过C1、C2、C3控制线与所述的自动分合闸控制单元进行连接，以实现对智能用电开关自动分合闸信号的
传输；
所述的微处理器MKE06Z64通过串行通信接口与POWER-BUS主控单元连接，所述微处理器MKE06Z64采用巡检的方式分别读取智能用电开关信号采集处理单元和自动分合闸控制单元的监测数据，微处理器MKE06Z64内部存储着中继网关所连接的智能用电开关的具体参数，并根据其参数设置区分各智能用电开关的组合方式和具体的功能，采取逐个巡检的方式以读取各智能用电开关的监测数据；
所述的微处理器MKE06Z64通过串行通信接口与WiFi通讯模组或NB-IOT通讯模组连接以实现将所有智能用电开关的监测数据推送至物联网云平台，也可以将监测数据推送至其它管理服务平台或用户端手机APP。


2.根据权利要求1所述的电气火灾监控智能用电开关系统，其特征是：所述的POWER-BUS主控单元包括：U3调制芯片PB620、电源芯片IC1、场效应管Q2、瞬态抑制二极管TVS1及电阻、电容、二极管、三极管，所述AC/DC开关电源输出的DC24V电压经电容C17、C18滤波后到场效应管Q2的漏极，载波信号通过场效应管Q2进行功率放大后，经瞬态抑制二极管TVS1浪涌保护，并由L+和GND端输出给智能用电分开关的单元电路提供电源和数据通讯，场效应管Q2的栅极通过电阻R13与节点BH连接，U3调制芯片PB620的第9脚通过由三极管T1、T2、T4、电阻R15、电阻R16组成的信号驱动电路通过电阻R16和电容C10的并联端与节点BH连接，U3调制芯片PB620的第2脚和第8脚通过节点UART0_TX、UART0_RX和BRK1与中继网关的微处理器MKE06Z64串行通讯接口连接，通过微处理器MKE06Z64以实现对所述信号采集处理单元所采集信号的集中处理。


3.根据权利要求1所述的电气火灾监控智能用电开关系统，其特征是：所述的信号采集处理单元包括：剩余电流信号采集单元、电流信号采集单元、电压信号采集单元、温度信号采集单元、电能计量芯片HT7107、微处理器LPC824、POWER-BUS终端节点单元和DC/DC直流转换电源；
所述微处理器LPC824通过串行通讯接口与电能计量芯片HT7107连接，所述的电能计量芯片HT7107内置3路可编程差分放大器，所述差分放大器1连接外置的剩余电流互感器采样的剩余电流信号，差分放大器2连接外置的电流信号分流器采样的电流信号，差分放大器3连接外置电压分压器采样的电源电压信号，3路采样信号数据进入电能计量芯片HT7107内置的3路22位模数转换器，进行低通滤波和有效值运算后通过串口输出电压的有效值、电流的有效值、剩余电流的有效值、有功功率，无功功率、视在功率、电能、频率等参数至微处理器LPC824内部固定的数据缓存区保存，等待中继网关单元微处理器MKE06Z64对数据的读取；
所述温度信号采集单元采集的温度信号直接输入微处理器LPC824进行处理和保存；
所述微处理器LPC824设置有可调节的阀值寄存器，所述的智能用电开关使用时要根据需要对该寄存器各种参数的阀值进行配置，微处理器LPC824上电运行前首先会读取该阀值寄存器的数据，以判定对监测参数是否实施超限报警。


4.根据权利要求3所述的电气火灾监控智能用电开关系统，其特征是：所述的POWER-BUS终端节点单元包括：U6解码芯片PB331、整流器ZD1、三级管Q5、二极管D8、电容C26-C30、电阻R34-R37和浪涌保护器TVS10，所述的载波信号通过L+和GND端输入，经TVS10、C26、C29滤波后通过整流器ZD1整流，一路经二极管D8和C27、C28滤波后输出24V直流电压，由DC/DC直流转换电源U17将24V直流电压转换成有关单元需要的3.3V电源电压，另一路...

【专利技术属性】
技术研发人员：张天福，
申请(专利权)人：北京明日电力电子有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11