一种太阳能自供电的电力光缆接头盒监测终端

技术领域

本发明属于电力信息通信技术领域，具体涉及太阳能自供电的电力光缆接头盒监测终端。

背景技术

电力光缆接头盒是电力通信光纤复合地线(OPGW)中最薄弱的环节，由于其地理分布的特殊性，因此长期未得到有效的监控，目前主要的监控手段也是监测接头盒内部的温度、气压以及地理位置信息，采用外置太阳能面板供电，并且现有的监测手段仅在有公网覆盖的领域采用移动通信网络完成设备的状态信息传输。该种传输方式在无公网覆盖的区域使用，使得电力光缆接头盒的监测成为盲区、并一直成为困扰电力通信系统设备监测领域的一个长期痛点。对于电力光缆接头盒的监测、现有的解决方案是通过温度传感器以及气压传感器根据理查定理判断电力光缆接头盒的气密性是否良好，传输方案采用LoRa组网方案，最后通过末端组网节点或集成了移动通信网络的集中器完成接头盒状态数据的汇集及远传。该方案具有一定的成本优势但是其短板是只能监测电力光缆接头盒的气密性，实际对于电网企业而言，这些监测量还很难比较全面反应电力光缆接头盒的状态，以及缺少必要的监测量、积累历史状态信息结合机器学习等技术做到预测性维护等工作。此外对无公网区、风灾区，一方面是移动通信面临无信号等问题，另一方面如电力光缆接头盒的松动、倾斜、开盖、掉落等严重影响电力通信安全的问题无法及时有效的监测，最后是设备供电及电量自存储问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能自供电的电力光缆接头盒监测终端，用以解决现有技术中存在的上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种太阳能自供电的电力光缆接头盒监测终端，包括电力光缆接头盒，所述电力光缆接头盒内设置有微控制器主控单元、传感器数据采集单元、北斗三代定位及通信单元、电源管理单元和数据存储单元，所述微控制器主控单元的第一信号输出端与北斗三代定位及通信单元的信号输入端连接，所述微控制器主控单元的第二信号输出端与电源管理单元的信号输入端连接，所述微控制器主控单元的第三信号输出端与数据存储单元的信号输入端连接，所述微控制器主控单元的第一信号输入端与传感器数据采集单元的信号输出端连接，所述微控制器主控单元的第二信号输入端与电源管理单元的信号输出端连接，所述微控制器主控单元的第三信号输入端与数据存储单元的信号输出端连接；

所述电力光缆接头盒的表面嵌设有类圆柱型柔性太阳能电池板。

上述结构的工作过程及原理如下：

采用改进的柔性太阳能电池板直接嵌于电力光缆接头盒表面，其类圆柱型的结构减少了受风面积，在保障设备自供电的情况下，降低因增加外部组件而引入的新的故障隐患点，北斗三代定位及通信单元采用模块化的设计，该模块引出两路串口，分别用于定位及短报文通信，定位遵循NMEA-0183协议，短报文协议采用北斗三代短报文协议；微控制器主控单元通过串口读取/接收北斗信息；采用最新的北斗三代无源定位，有效的提高了电力光缆接头盒的定位精度；在监测数据回传方面采用北斗三代短报文技术、在降低功耗的同时，提高了数据回传的成功率；微控制器主控单元采用低功耗的模式，北斗卫星及地面站系统、北斗指挥机、监控中心是完成数据上传下发的必要设备，通过该功能流程，能够实现对电力光缆接头盒数据的采集、数据上传，远程监测及监控中心处的各类三维展示、统计、故障预警等丰富的功能；电源管理单元主要给出北斗部分电路供电设计，其包含使能引脚，自低功耗模式时可以通过外不控制引脚EN_5V实现该电路的关断，达到进一步降低功耗的目的。

进一步的，所述传感器数据采集单元包括振动监测单元、姿态监测单元、北斗定位单元、温度监测单元和气压监测单元，所述振动监测单元、姿态监测单元、北斗定位单元、温度监测单元和气压监测单元的信号输出端均与微控制器主控单元的信号输入端连接。

通过振动监测单元，可以通过外部串口设定振动阈值，完成超过振动阈值报警输出的功能；姿态监测单元主要应用其内部集成的3轴加速度计3轴角速度计，通过运动处理单元输出姿态角信息，包括横滚角、俯仰角、偏航角等姿态信息；北斗定位单元采用最新的北斗三代无源定位，有效的提高了电力光缆接头盒的定位精度；温度监测单元采用DS18B20，其工作温度宽，满足工业宽温需求，在该范围内测温精度达到0.5℃，保证温度采集的精度要求；气压监测单元为常规的气压监测电路，对周围的气压形成监测。

进一步的，所述北斗三代定位及通信单元包括北斗天线和北斗下属卡，所述北斗天线设置在电力光缆接头盒的外部，所述光接头盒内设置有用于插设北斗下属卡的卡槽，所述北斗下属卡设置在电力光缆接头盒内部的卡槽内。

进一步的，所述微控制器主控单元连接有开盖监测电路。

微控制器主控单元通过监测高低电平可以反应电力光缆接头盒是否处于打开状态，在合盖状态下，电平为低，当盖处于打开状态时此时电平状态为高。

进一步的，所述姿态监测单元包括MEMS加速度传感器和陀螺仪，所述MEMS加速度传感器和陀螺仪的信号输出端均与微控制器主控单元的信号输入端连接。

采用MEMS加速度传感器、陀螺仪以及振动监测上述的故障信息，如出现倾斜、松动的故障状态，有效的解决了监测短板问题。

有益效果：本发明解决了长期困扰企业电力光缆接头盒无法有效监测的问题，采用北斗三代短报文通信方式、有效降低了对发射功率的的要求，并实现了无公网区域数据正常回传的问题，具备在山区、荒漠、隔壁等野外环境下应用的要求，不受传统公网覆盖区域不足的限制。本装置解决了设备自身长期自供电的问题，从软硬件的角度做了优化创新。在硬件设计方面，使用相较于北斗二代更先进的北斗三代技术，从定位精度、传输频次、报文长度、发射功率、待机功耗等做了全面的优化升级，其硬件模组尺寸也进一步减小；感知层面，应用低功耗的MCU、传感器、电源管理芯片等进一步降低功耗；供电采用新型柔性太阳能电池板，以及锂电池充放管理解决设备长期供电。软件设计方面从初始化、数据采集、数据传输、低功耗休眠等角度分功能结合环境进行流程化处理，处理完数据采集传输业务后进入在低功耗模式下，当电力光缆接头盒振动超阈值后会主动唤醒，完成新一轮数据的采集传输。

附图说明

图1为本发明的系统功能结构图；

图2为本发明的电力光缆接头盒监测终端嵌入式功能框图；

图3为本发明中电力光缆接头盒监测终端嵌入式软件的工作导图；

图4为本发明中微控制器主控单元的核心电路图；

图5为本发明中数据存储单元的电路图；

图6为本发明中温度监测单元的电路图；

图7为本发明中开盖监测单元的电路图；

图8为本发明中姿态监测单元的电路图；

图9为本发明中北斗三代定位及通信单元的电路图；

图10为本发明中电源管理单元的电路图；

图11为本发明中电力光缆接头盒的结构示意图。

附图标记：1、电力光缆接头盒；2、柔性太阳能电池板；3、北斗天线。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

实施例：

如图1-图11所示，本实施例提供了一种太阳能自供电的电力光缆接头盒监测终端，包括电力光缆接头盒1，电力光缆接头盒1内设置有微控制器主控单元、传感器数据采集单元、北斗三代定位及通信单元、电源管理单元和数据存储单元，微控制器主控单元微控制器主控单元的第一信号输出端与北斗三代定位及通信单元的信号输入端连接，微控制器主控单元的第二信号输出端与电源管理单元的信号输入端连接，微控制器主控单元的第三信号输出端与数据存储单元的信号输入端连接，微控制器主控单元的第一信号输入端与传感器数据采集单元的信号输出端连接，微控制器主控单元的第二信号输入端与电源管理单元的信号输出端连接，微控制器主控单元的第三信号输入端与数据存储单元的信号输出端连接；如图3所示，电力光缆接头盒监测终端嵌入式软件设计主要可分为4部分，分别为上电初始化操作、数据采集过程、数据发送过程以及低功耗运行过程。程序通过上电初始化→数据采集→数据发送→进入低功耗的循环的流程工作，通过定时及外部终端可以唤醒电力光缆接头盒监测终端再次执行数据采集→数据发送→进入低功耗的流程如此循环。如图4所示，微控制器主控单元采用STM32L431RCT6超低功耗单片机，专为苛刻的电池供电应用而设计，核心电路包括外部高速及低速晶振电路、阻容复位电路、电源退耦电容、SWD程序下载电路，及其他扩展引出IO口。如图5所示，数据存储单元采用M24C64 EEPROM芯片，主要应用于设备本机地址、北斗指挥机卡号及本机北斗指挥机下属卡号存储，掉电后参数不丢失。

如图11所示，电力光缆接头盒的表面嵌设有类圆柱型柔性太阳能电池板2，柔性太阳能电池板2连接有锂电池，锂电池设置在电力光缆接头盒内。

上述结构的工作过程及原理如下：

采用改进的柔性太阳能电池板直接嵌于电力光缆接头盒表面，其类圆柱型的结构减少了受风面积，在保障设备自供电的情况下，降低因增加外部组件而引入的新的故障隐患点，北斗三代定位及通信单元采用模块化的设计，该模块引出两路串口，分别用于定位及短报文通信，定位遵循NMEA-0183协议，短报文协议采用北斗三代短报文协议；微控制器主控单元通过串口读取/接收北斗信息；采用最新的北斗三代无源定位，有效的提高了电力光缆接头盒的定位精度；在监测数据回传方面采用北斗三代短报文技术、在降低功耗的同时，提高了数据回传的成功率；微控制器主控单元采用低功耗的模式，北斗卫星及地面站系统、北斗指挥机、监控中心是完成数据上传下发的必要设备，通过该功能流程，能够实现对电力光缆接头盒数据的采集、数据上传，远程监测及监控中心处的各类三维展示、统计、故障预警等丰富的功能；电源管理单元主要给出北斗部分电路供电设计，其包含使能引脚，自低功耗模式时可以通过外不控制引脚EN_5V实现该电路的关断，达到进一步降低功耗的目的。

在本发明的另一个实施例中，如图6所示，传感器数据采集单元包括振动监测单元、姿态监测单元、北斗定位单元、温度监测单元和气压监测单元，振动监测单元、姿态监测单元、北斗定位单元、温度监测单元和气压监测单元的信号输出端均与微控制器主控单元的信号输入端连接。

通过振动监测单元，可以通过外部串口设定振动阈值，完成超过振动阈值报警输出的功能；姿态监测单元主要应用其内部集成的3轴加速度计3轴角速度计，通过运动处理单元输出姿态角信息，包括横滚角、俯仰角、偏航角等姿态信息；北斗定位单元采用最新的北斗三代无源定位，有效的提高了电力光缆接头盒的定位精度；温度监测单元采用DS18B20，其工作温度宽，满足工业宽温需求，在该范围内测温精度达到0.5℃，保证温度采集的精度要求；气压监测单元为常规的气压监测电路，对周围的气压形成监测。

在本发明的另一个实施例中，如图11所示，北斗三代定位及通信单元包括北斗天线3和北斗下属卡，北斗天线3设置在电力光缆接头盒的外部，光接头盒内设置有用于插设北斗下属卡的卡槽，北斗下属卡设置在电力光缆接头盒内部的卡槽内。

在本发明的另一个实施例中，如图7所示，微控制器主控单元连接有开盖监测电路。

微控制器主控单元通过监测高低电平可以反应电力光缆接头盒是否处于打开状态，在合盖状态下，电平为低，当盖处于打开状态时此时电平状态为高。

在本发明的另一个实施例中，姿态监测单元包括MEMS加速度传感器和陀螺仪，MEMS加速度传感器和陀螺仪的信号输出端均与微控制器主控单元的信号输入端连接。

采用MEMS加速度传感器、陀螺仪以及振动监测上述的故障信息，如出现倾斜、松动的故障状态，有效的解决了监测短板问题。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。