一種開關(guān)柜內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法與流程

1.本發(fā)明涉及開關(guān)柜監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種開關(guān)柜內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：2.開關(guān)柜作為電力調(diào)配的關(guān)鍵設(shè)備之一，若出現(xiàn)異常，則會(huì)對(duì)用戶端造成難以估量的后果與損失。開關(guān)柜內(nèi)有許多電氣設(shè)備，溫濕度的異常會(huì)增加設(shè)備出現(xiàn)故障的概率。如果在開關(guān)柜內(nèi)部增加對(duì)溫濕度的監(jiān)控，一方面可以監(jiān)測(cè)設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行的狀態(tài)是否處于異常，另一方面可以根據(jù)突發(fā)的異常信號(hào)，對(duì)檢修人員及時(shí)發(fā)送報(bào)警信息，節(jié)省運(yùn)維時(shí)間。綜上，對(duì)開關(guān)柜內(nèi)中的溫濕度環(huán)境因素進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)控是十分必要的。
3.目前針對(duì)溫濕度監(jiān)測(cè)的技術(shù)或系統(tǒng)，一般不具備系統(tǒng)自身性能的自診斷技術(shù)，當(dāng)溫濕度傳感器自身輸出異常時(shí)無法判斷，也無法對(duì)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的修正或補(bǔ)償，導(dǎo)致溫濕度監(jiān)測(cè)結(jié)果無法保證可靠性，給開關(guān)柜的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了一定隱患。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

4.針對(duì)目前開關(guān)柜溫濕度監(jiān)測(cè)技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出了一種開關(guān)柜內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法，可以實(shí)現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)測(cè)量是否異常的自診斷，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正處理，提升測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可有效保障開關(guān)柜運(yùn)行的可靠性。
5.本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種開關(guān)柜內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)裝置，該裝置包括：輸入模塊、輸出模塊、供電模塊、處理器模塊；所述供電模塊分別連接輸入模塊、輸出模塊、處理器模塊；所述輸入模塊包括溫度傳感器、溫濕度傳感器、濾波電路、a/d轉(zhuǎn)換模塊，所述溫度傳感器、溫濕度傳感器分別通過第一、第二運(yùn)算放大器連接濾波電路，濾波電路連接a/d轉(zhuǎn)換模塊，a/d轉(zhuǎn)換模塊連接處理器模塊；所述輸出模塊包括led顯示模塊、預(yù)警模塊、無線通信模塊，所述led顯示模塊、預(yù)警模塊、無線通信模塊分別連接處理器模塊。
6.所述輸入模塊中，溫度傳感器，用于采集開關(guān)柜內(nèi)溫度信號(hào)；溫濕度傳感器，用于采集開關(guān)柜內(nèi)濕度信號(hào)信號(hào)；運(yùn)算放大器，用于對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，提高信噪比；濾波電路，用于對(duì)傳感器輸出進(jìn)行濾波處理，濾除噪聲信號(hào)；a/d轉(zhuǎn)換模塊，用于將傳感器輸出的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)。
7.所述輸出模塊中，led顯示模塊，用于顯示溫度、濕度、時(shí)間信息；預(yù)警模塊，用于傳感器輸出的溫濕度值超過設(shè)定閾值時(shí)進(jìn)行預(yù)警。
8.所述無線通信模塊連接遠(yuǎn)程終端。
9.所述供電模塊通過屏蔽線與220v交流電源相連，供電模塊包括電壓變換模塊，電壓變換模塊將220v交流電源轉(zhuǎn)換成直流
±12v、5v及3.3v的信號(hào)，分別給輸入模塊、輸出模塊、處理器模塊進(jìn)行供電。
10.一種開關(guān)柜內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)方法，其一是:分析溫度傳感器和溫濕度傳感器輸出的溫度信號(hào)，判斷兩傳感器的溫度輸出信號(hào)是否差異過大，若差異過大則，說明至少存在一個(gè)傳感器有較大的精度漂移，此時(shí)則改變處理器模塊與預(yù)警模塊連接的i/o口的電位狀態(tài)，并通過無線通信模塊發(fā)送詳細(xì)的預(yù)警信息給遠(yuǎn)程終端；當(dāng)遠(yuǎn)程終端接收到預(yù)警信號(hào)后確認(rèn)返回，再次改變處理器模塊與預(yù)警模塊連接的i/o口的電位狀態(tài)，取消預(yù)警；如果差異較小，則以兩個(gè)溫度值的平均值作為輸出。
11.上述i/o口電位狀態(tài)為0和1兩種：0表示低電平，1表示高電平。當(dāng)傳感器正常時(shí)，狀態(tài)為0，此時(shí)不預(yù)警，當(dāng)i/o狀態(tài)為1時(shí)，此時(shí)觸發(fā)預(yù)警。
12.其二是:分析當(dāng)前濕度測(cè)量數(shù)據(jù)，根據(jù)溫濕度傳感器中濕度傳感單元輸出信號(hào)與溫度之間的變化特性，結(jié)合當(dāng)前溫度測(cè)量值，對(duì)溫濕度傳感器中濕度傳感單元的輸出進(jìn)行修正，提升溫濕度傳感器中濕度傳感單元的傳感精度。
13.其三是：分析溫度及濕度的變化情況。由于環(huán)境因素對(duì)電氣設(shè)備有直接影響，因此需要檢測(cè)溫濕度的數(shù)值是否到達(dá)了對(duì)開關(guān)柜影響較為嚴(yán)重的預(yù)警水平，溫濕度的數(shù)值中若處于預(yù)警水平一段時(shí)間，則同樣改變處理器模塊與預(yù)警模塊連接的i/o口的電位狀態(tài), 并通過無線通信模塊發(fā)送詳細(xì)的預(yù)警信息給遠(yuǎn)程終端。此處i/o口電位狀態(tài)為0和1兩種：0表示低電平，1表示高電平。當(dāng)溫度正常時(shí)，狀態(tài)為0，此時(shí)不預(yù)警，當(dāng)i/o狀態(tài)為1時(shí)，此時(shí)觸發(fā)預(yù)警。這里溫濕度數(shù)值異常時(shí)，i/o狀態(tài)從0變?yōu)?，觸發(fā)預(yù)警信號(hào)。
14.當(dāng)遠(yuǎn)程終端接收到預(yù)警信號(hào)后確認(rèn)返回，再次改變處理器模塊與預(yù)警模塊連接的i/o口的電位狀態(tài)從1變?yōu)?，取消預(yù)警。
15.此外，當(dāng)溫濕度突然上升時(shí)，極有可能是開關(guān)柜出現(xiàn)較為嚴(yán)重的異常造成的，此時(shí)傳感器的檢測(cè)結(jié)果相比以往會(huì)有非常明顯的異常，當(dāng)異常數(shù)值通過a/d轉(zhuǎn)換模塊傳入到處理器模塊中，處理器模塊進(jìn)行判定，當(dāng)判定結(jié)果為嚴(yán)重異常時(shí)，改變處理器模塊與預(yù)警模塊連接的i/o口的電位狀態(tài)從0變?yōu)?，同時(shí)通過無線通信模塊發(fā)送詳細(xì)的報(bào)警信息給遠(yuǎn)程終端，報(bào)警狀態(tài)屬于比較緊急的狀態(tài)，檢修人員到達(dá)特定開關(guān)柜后進(jìn)行檢修，無誤后方可解除報(bào)警狀態(tài)。
16.本發(fā)明一種開關(guān)柜內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法，技術(shù)效果如下：1）通過溫度傳感器、溫濕度傳感器的溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量精度的提升及異常判斷，實(shí)現(xiàn)了溫度測(cè)量的自診斷及測(cè)量數(shù)據(jù)修正，提升了溫度測(cè)量的可靠性。
17.2）通過對(duì)溫濕度傳感器中的濕度傳感單元的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行溫度變化的修正，提升了濕度測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
18.3）通過對(duì)溫度、濕度數(shù)據(jù)當(dāng)前及歷史數(shù)據(jù)變化情況的分析，實(shí)現(xiàn)開關(guān)柜內(nèi)環(huán)境參量是否發(fā)生突變的異常判斷，為開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了數(shù)據(jù)支撐，保障了開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。
附圖說明
19.圖1為本發(fā)明開關(guān)柜內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)裝置硬件連接示意圖。
20.圖2為本發(fā)明開關(guān)柜內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)裝置在開關(guān)柜內(nèi)的安裝示意圖。
具體實(shí)施方式
21.如圖1、圖2所示，一種開關(guān)柜內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)裝置，該裝置包括：輸入模塊1、輸出模塊2、供電模塊3、處理器模塊4；所述供電模塊3分別連接輸入模塊1、輸出模塊2、處理器模塊4；所述輸入模塊1包括溫度傳感器1.1、溫濕度傳感器1.2、濾波電路1.5、a/d轉(zhuǎn)換模塊1.6，所述溫度傳感器1.1、溫濕度傳感器1.2分別通過第一運(yùn)算放大器1.3、第二運(yùn)算放大器1.4連接濾波電路1.5，濾波電路1.5連接a/d轉(zhuǎn)換模塊1.6，a/d轉(zhuǎn)換模塊1.6連接處理器模塊4；所述輸出模塊2包括led顯示模塊2.1、預(yù)警模塊2.2、無線通信模塊2.3，所述led顯示模塊2.1、預(yù)警模塊2.2、無線通信模塊2.3分別連接處理器模塊4。
22.所述輸入模塊1中，溫度傳感器1.1，用于采集開關(guān)柜內(nèi)溫度信號(hào)；溫濕度傳感器1.2，用于采集開關(guān)柜內(nèi)濕度信號(hào)信號(hào)；運(yùn)算放大器，用于對(duì)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，提高信噪比；濾波電路1.5，用于對(duì)傳感器輸出進(jìn)行濾波處理，濾除噪聲信號(hào)；a/d轉(zhuǎn)換模塊1.6，用于將傳感器輸出的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號(hào)，然后到達(dá)處理器模塊4內(nèi)進(jìn)行處理。
23.處理器模塊4，分別對(duì)傳感器輸出的溫濕度值進(jìn)行是否預(yù)警的判斷及相應(yīng)操作。
24.所述輸出模塊2中，led顯示模塊2.1，用于顯示溫度、濕度、時(shí)間信息；預(yù)警模塊2.2，用于傳感器輸出的溫濕度值超過設(shè)定閾值時(shí)進(jìn)行預(yù)警。
25.所述無線通信模塊2.3連接遠(yuǎn)程終端5。無線通信模塊2.3并非僅僅在設(shè)備出現(xiàn)預(yù)警或報(bào)警時(shí)才將信息發(fā)射給遠(yuǎn)程終端5，還可以實(shí)時(shí)傳遞溫濕度結(jié)果給遠(yuǎn)程終端5，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
26.所述供電模塊3通過屏蔽線與220v交流電源3.1相連，供電模塊3包括電壓變換模塊3.2，電壓變換模塊3.2將220v交流電源3.1轉(zhuǎn)換成直流±12v、5v及3.3v的信號(hào)，分別給輸入模塊1、輸出模塊2、處理器模塊4進(jìn)行供電。
27.電壓變換模塊3.2包括lde02?23b12、lde02?23b05、lde02?23b03模塊，分別可將220v交流轉(zhuǎn)換為12v、5v及3.3v直流信號(hào)。
28.如圖2所示，溫度傳感器1.1、溫濕度傳感器1.2可根據(jù)需要安裝于開關(guān)柜內(nèi)母線室a、電纜室b、手車室c等位置，兩傳感器并排安裝，其輸出信號(hào)通過屏蔽電纜傳送給輸出模塊2。手車室c內(nèi)設(shè)有斷路器e。
29.輸出模塊2、供電模塊3、處理器模塊4等均位于儀表室d中。
30.一種開關(guān)柜內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)方法，處理器模塊4針對(duì)溫度傳感器1.1和溫濕度傳感器1.2的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理：一是處理兩路溫度信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行差異性分析，若存在較大差異，
閾值可設(shè)置，一般為1℃，則說明至少有一個(gè)傳感器的精度存在較大漂移。此時(shí)可觸發(fā)監(jiān)測(cè)裝置預(yù)警模塊2.2的預(yù)警功能。如差異較小，則以兩個(gè)溫度值的平均值作為輸出，這樣可以降低溫度測(cè)量誤差，比如一個(gè)傳感器溫度為正偏差、一個(gè)為負(fù)偏差，平均之后就可以降低偏差。
31.二是處理濕度信號(hào)，根據(jù)溫濕度傳感器1.2中濕度傳感單元輸出信號(hào)與溫度之間的變化特性，結(jié)合當(dāng)前溫度測(cè)量值，對(duì)溫濕度傳感器1.2中濕度傳感單元的輸出進(jìn)行修正。通過這兩種信號(hào)處理方式，可有效提高溫度和濕度的測(cè)量精度。
32.當(dāng)前濕度測(cè)量數(shù)據(jù)，根據(jù)溫濕度傳感器1.2中濕度傳感單元輸出信號(hào)與溫度之間的變化特性，結(jié)合當(dāng)前溫度測(cè)量值，對(duì)溫濕度傳感器1.2中濕度傳感單元的輸出進(jìn)行修正。
33.溫濕度傳感器1.2中濕度傳感單元的輸出會(huì)受到溫度的影響，不同溫度下濕度測(cè)量值會(huì)有一定誤差，由于監(jiān)測(cè)濕度的同時(shí)也監(jiān)測(cè)了溫度，就可以利用溫度值來對(duì)濕度的測(cè)量值進(jìn)行修正：首先在實(shí)驗(yàn)室條件下，測(cè)量濕度傳感單元在不同溫度下的輸出值，獲取濕度傳感單元輸出信號(hào)與溫度之間的關(guān)系，如：h=kt+c，h為濕度傳感單元輸出信號(hào)，t為當(dāng)前溫度值，k為修正系數(shù)，c為濕度傳感單元在室溫20攝氏度下的輸出值，這個(gè)稱之為濕度傳感單元輸出信號(hào)與溫度之間的變化特性。k和c的值可在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試確定，確定之后現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)，只需要監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)的溫度t值，就可以計(jì)算出修正后的濕度值。
34.若溫度及濕度監(jiān)測(cè)結(jié)果長(zhǎng)時(shí)間處于較高水平，則環(huán)境因素對(duì)開關(guān)柜的工作不利，需要提醒工作人員注意。此時(shí)可觸發(fā)預(yù)警模塊2.2，并將詳細(xì)的預(yù)警信息借助無線通信模塊2.3提交給遠(yuǎn)程終端5。
35.若溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)大幅度增加，則說明大概率是由于開關(guān)柜內(nèi)某些電氣模塊出現(xiàn)較為嚴(yán)重的故障所致。當(dāng)處理器模塊4檢測(cè)到這種信號(hào)時(shí)，通過無線通信模塊2.3向遠(yuǎn)程終端5發(fā)出報(bào)警信息，并提供開關(guān)柜所處位置信息，方便檢修人員快速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。
36.遠(yuǎn)程終端5可以是處于中控室的計(jì)算機(jī)等，也可以是智能手機(jī)等終端設(shè)備，方便工作人員現(xiàn)場(chǎng)檢修。
37.實(shí)施例：溫度傳感器1.1選擇pt100，溫濕度傳感器1.2選擇th10s?b?h。溫度的測(cè)量范圍可達(dá)?40?120攝氏度，濕度測(cè)量范圍0?100%rh。38.pt100和th10s?b?h兩傳感器的溫度信號(hào)經(jīng)運(yùn)算放大器放大后，進(jìn)入濾波電路1.5濾波去噪，然后經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換模塊1.6轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，進(jìn)入處理器模塊4進(jìn)行數(shù)據(jù)組幀及分析處理。處理器模塊4對(duì)兩路溫度信號(hào)進(jìn)行分析處理，分析兩傳感器的溫度輸出信號(hào)是否差異過大。若差異過大則說明至少存在一個(gè)傳感器有較大的精度漂移，則進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)異常預(yù)警。溫度預(yù)警閾值設(shè)置為1℃，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況需要靈活可調(diào)。如果差異較小，則以兩個(gè)溫度值的平均值作為輸出，進(jìn)一步提升溫度監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度。
39.第一運(yùn)算放大器1.3、第二運(yùn)算放大器1.4均采用德州儀器的opa627bp運(yùn)算放大器濾波電路1.5由電容和電阻構(gòu)成的rc濾波電路實(shí)現(xiàn)。
40.a/d轉(zhuǎn)換模塊1.6采用ads7822u模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
41.處理器模塊4采用altera max 7000a 系列 cpld，epm7064aeti44?7n。42.th10s?b?
h型溫濕度傳感器的濕度監(jiān)測(cè)結(jié)果可作為主要的濕度監(jiān)測(cè)結(jié)果，為進(jìn)一
步提升濕度監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，考慮溫度變化對(duì)濕度測(cè)量的影響，將溫度測(cè)量結(jié)果對(duì)濕度傳感單元的影響考慮進(jìn)去，補(bǔ)償溫度變化造成的濕度傳感器輸出誤差，進(jìn)一步提升濕度測(cè)量的準(zhǔn)確度。
43.處理器模塊4對(duì)兩傳感器的信號(hào)進(jìn)行分析處理，當(dāng)pt100溫度傳感器與th10s?b?
h型溫濕度傳感器的溫濕度結(jié)果出現(xiàn)突然的增加且兩傳感器輸出差異較小時(shí)時(shí)，如小于1℃時(shí)，此時(shí)分析可知大概率是電氣設(shè)備故障造成，此時(shí)觸發(fā)報(bào)警，并立刻向遠(yuǎn)程終端5提交報(bào)警信息。
44.輸出模塊2包括led顯示模塊2.1、預(yù)警模塊2.2、無線通信模塊2.3等。led顯示模塊2.1用于顯示溫度、濕度、時(shí)間等信息。預(yù)警模塊2.2用于傳感器輸出的溫濕度值超過設(shè)定閾值時(shí)進(jìn)行預(yù)警。無線通信模塊2.3將結(jié)果發(fā)送給遠(yuǎn)程終端5進(jìn)行進(jìn)一步處理及分析。
45.led顯示模塊2.1采用16*16led點(diǎn)陣顯示屏。
46.預(yù)警模塊2.2采用nd16?
22fs蜂鳴器。
47.無線通信模塊2.3采用nrf24l01無線通信模塊。