CN109709836A - 一种基于nb-iot的智能雷电监控*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于NB‑IOT的智能雷电监控***，其SPD监测模块采集各级SPD的运行环境、运行状态及电涌核心参数；雷电预警模块预测雷电的发生并上传报警；终端控制模块能远程操作特种电气设备的电源开合并自动更换故障、老化的电涌保护器；MCU模块与其他模块之间的数据通信；NB‑IOT无线传输模块将数据传输至云端服务器。NB‑IOT基站创建NB‑IOT网络。云端服务器用于实现数据存储、计算、分析以及控制指令下发，并为可移动设备发送警报和实时监控数据。该***是基于NB‑IOT窄带物联网技术、低功耗、低成本、广覆盖、长距离的智能雷电监控***，***设计合理、智能化程度高、应用领域广，易于实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于NB-IOT的智能雷电监控***，属于雷电监测技术领域。
背景技术
近年来随着智能建筑、智能电网（智能变电站）、智能通信基站等智能化***的发展，信息化的电子设备越来越多，雷电造成的过电压和过电流对智能化***中的电子设备造成危害，因此为确保变电站内设备的正常运行，变电站内安装了大量的电涌保护器（SPD）。SPD在线长时间运行，在雷击和自然老化的作用下，其性能将逐渐下降甚至失效。而目前绝大部分变电站和通信基站为无人值守，因此不能及时预防或排除失效的SPD，对配电***安全运行带来严重隐患。为了降低在雷电冲击和自然老化下SPD失效及其带来的变电站和通信基站无法工作等一系列后果，需要在对雷电进行预警报警的同时，为SPD增加寿命实时评估和自动更换的功能，从而形成一套完整可靠的智能雷电监控***。
现有的雷电监控***一般都采用GPRS/GSM模块作为通讯设备，利用GSM网络实现数据实时播报或预警报警功能。但GPRS/GSM模块功耗高、信号差、成本高、寿命相对较短的缺点导致此类***的整体性能不佳。而随着5G时代的来临和频谱资源的稀缺化，GPRS/GSM技术最终将会被新技术所取代。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术的不足提供一种基于NB-IOT的智能雷电监控***实现SPD设备的远程实时监控，解决现有雷电监测***中因SPD性能下降带来的安全隐患；提升***的综合通信能力，降低了***的功耗，从而在整体上提升了***的性能。
为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案：
一种基于NB-IOT的智能雷电监控***，包括智能终端设备（Ⅰ）、NB-IOT基站（Ⅱ）、云端服务器（Ⅲ）和可移动设备（Ⅳ）。智能终端设备（Ⅰ）与NB-IOT基站（Ⅱ）通过NB-IOT网络相连，NB-IOT基站（Ⅱ）通过TCP/IP网络与云端服务器（Ⅲ）相连，云端服务器（Ⅲ）与可移动设备（Ⅳ）通过LTE蜂窝网络相连。
所述智能终端设备（Ⅰ）包括电涌保护器包括电涌保护器SPD监测模块（1）、雷电预警模块（2）、终端控制模块（3）、MCU模块（4）和NB-IOT无线传输模块（5）。SPD监测模块（1）用于实时监测各级SPD的运行环境及运行状态，采集环境温湿度、电涌电流幅值、极性、时间、SPD工作状态等核心信息；雷电预警模块（2）用于预测雷电的发生并上传报警；终端控制模块（3）用于特殊情况下对特种电气设备的远程开关，以及故障、老化电涌保护器（SPD）的自动更换；MCU模块（4）用于将SPD监测模块（1）采集的数据通过串口通信1（UART1）传输至NB-IOT无线传输模块（5），同时将由云端服务器（Ⅲ）下达到NB-IOT无线传输模块（5）的控制指令通过串口通信1、4（UART1、4）传输至终端控制模块（3）；雷电预警模块（2）通过串口通信3（UART3）连接至MCU模块（4）；NB-IOT无线传输模块（5）负责智能终端设备（Ⅰ）与NB-IOT基站（Ⅱ）间数据的传输。
NB-IOT基站（Ⅱ）用于创建NB-IOT网络，该网络为云端与终端模块之间的数据交互提供通道。
云端服务器（Ⅲ）中包括数据库（6）、智能决策模块（7）和数据图形化模块（8），数据库（6）用于实现数据的存储，智能决策模块（7）用于计算分析数据库（6）中的数据并根据模块中的规则库为智能终端模块发出相应的控制指令，为可移动设备（Ⅳ）发送SPD的实时状态信息和报警信息。云端服务器（Ⅲ）在接收到SPD监测模块（1）发来的SPD核心参数数据后，经过智能决策模块（7）运算得出SPD的现有寿命曲线并判断是否可以继续使用，若已超过阈值无法继续使用则下发更换SPD指令并通过APP发送给用户的可移动设备（Ⅳ），若可继续使用则将预估可使用时间发送到APP上；在接收到雷电预警模块（2）发来的预警信息后立刻通过短信、APP推送等方式将报警信息发送给用户。数据图形化模块（8）用于将数据库中的数据通过图形化界面的形式更为直观的显示出来。
可移动设备（Ⅳ）包括笔记本电脑、台式机、智能手机等各类智能设备。在通过可移动设备（Ⅳ）的APP或网页接收云端发送的SPD实时数据和报警信息，并在其上显示实时数据和历史数据的变化情况从而完成对现场设备的全方位全时段监测，同时为用户提供远程控制现场SPD更换及现场特种电气开合的功能。
与现有***相比，本发明具有如下显而易见的突出实质性特点和显著的技术进步：
1. 本发明通过SPD监测模块（1）实时监测各级SPD的运行环境及运行状态，采集环境温湿度、电涌电流幅值、极性、时间、SPD工作状态等核心信息，并将其上传云端经运算得出可使用寿命再发送至用户移动设备的APP上，实现了SPD模块的远程实时监测与紧急报警，解决了现有雷电监测***中因SPD性能下降带来的安全隐患而现场无人逐一排查的问题；
2. 本发明通过终端控制模块（3）根据云端下发的指令控制现场特种电气设备在紧急情况下的电源开关和SPD设备的自动更换，彻底解决了紧急情况下SPD突然损坏而无法及时更换导致现场设备大规模损坏的隐患，极大地提高了***的安全性和可靠性；
3. 本发明使用了NB-IOT无线传输模块（5），该模块具有低功耗、广/深覆盖、低成本、大连接等特点，解决了无线传输模块在智能变电站、智能建筑中信号强度不稳定、功耗过高、成本较大、传输距离不足等问题，提升了***通信性能，减少了***的成本，使***的部署更为方便、覆盖范围更广。
附图说明
图1为本发明一种基于NB-IOT的变电站智能雷电监控***结构框图。
图2为本发明云端服务器（Ⅲ）的模块示意图。
图3为本发明一种基于NB-IOT的变电站智能雷电监控***的工作流程图。
具体实施方案
为了使本发明的目的技术方案及优点更加清楚明白，以下优选实施例结合附图对本发明进行进一步详细说明。
实施例一：
如图1所示，所述***的结构框图包括现场层、NB网络层、云端服务器层和可移动设备层，***各层功能具体如下：
现场层由智能终端设备（Ⅰ）构成。智能终端设备（Ⅰ）包括电涌保护器SPD监测模块（1）、雷电预警模块（2）、终端控制模块（3）、MCU模块（4）和NB-IOT无线传输模块（5）。SPD监测模块（1）用于实时监测各级SPD的运行环境及运行状态，采集环境温湿度、电涌电流幅值、极性、时间、SPD工作状态等核心信息；雷电预警模块（2）用于预测雷电的发生并上传报警；终端控制模块（3）用于特殊情况下对特种电气设备的远程开关，以及故障、老化电涌保护器（SPD）的自动更换；MCU模块（4）用于将SPD监测模块（1）采集的数据通过串口通信1（USART1）传输至NB-IOT无线传输模块（5），同时将由云端服务器（Ⅲ）下达到NB-IOT无线传输模块（5）的控制指令通过串口通信1、4（USART1、4）传输至终端控制模块（3）；雷电预警模块（2）通过串口通信3（UART3）连接至MCU模块（4）；NB-IOT无线传输模块（5）负责智能终端设备（Ⅰ）与NB-IOT基站（Ⅱ）间数据的传输。
NB网络层由NB-IOT基站（Ⅱ）组成，NB-IOT基站（Ⅱ）用于创建NB-IOT网络，该网络为云端与终端模块之间的数据交互提供通道；
云端服务器（Ⅲ）由包括数据库（6）、智能决策模块（7）和数据图形化模块（8）组成，数据库（6）用于实现数据的存储，智能决策模块（7）用于计算分析数据库（6）中的数据并根据模块中的规则库为智能终端模块发出相应的控制指令，为可移动设备（Ⅳ）发送SPD的实时状态信息和报警信息。云端服务器（Ⅲ）在接收到SPD监测模块（1）发来的SPD核心参数数据后，经过智能决策模块（7）运算得出SPD的现有寿命曲线并判断是否可以继续使用，若已超过阈值无法继续使用则下发更换SPD指令并通过APP发送给用户的可移动设备（Ⅳ），若可继续使用则将预估可使用时间发送到APP上；在接收到雷电预警模块（2）发来的预警信息后立刻通过短信、APP推送等方式将报警信息发送给用户。数据图形化模块（8）用于将数据库中的数据通过图形化界面的形式更为直观的显示出来。
可移动设备（Ⅳ）包括笔记本电脑、台式机、智能手机等各类智能设备。在可移动设备（Ⅳ）上通过APP或网页的方式接收云端发送的SPD实时数据和报警信息，并在其上显示实时数据和历史数据的变化情况从而完成对现场设备的全方位全时段监测，同时为用户提供远程控制现场SPD更换及现场特种电气开合的功能。
实施例二：
如图3所示，上述基于NB-IOT的变电站智能雷电监控***的工作流程图，具体步骤如下所示：
S01，采集信息：通过智能终端设备（Ⅰ）中的SPD监测模块（1）感知各级SPD的运行环境及运行状态，采集环境温湿度、电涌电流幅值、极性、时间、SPD工作状态等核心信息；通过雷电预警模块（2）预测雷电发生信息。在接收到雷电预警模块（2）发来的预警信息后立刻通过短信、APP推送等方式将报警信息发送给用户。
S02，传输信息：通过智能终端设备（Ⅰ）中的NB-IOT传输模块（5）将信息传输至NB-IOT基站（Ⅱ），并通过TCP/IP网络将信息上传至云端服务器（Ⅲ）。
S03，存储信息：通过云端服务器（Ⅲ）中的数据库（6）对上传信息进行智能存储，并通过数据图形化模块（8）实现信息的可视化。
S04，分析信息：通过云端服务器（Ⅲ）中的智能决策模块（7）将数据库中数据的提取出来，经运算得出SPD的现有寿命曲线并判断是否可以继续使用，若已超过阈值无法继续使用则下发更换SPD指令并通过APP发送给用户的可移动设备（Ⅳ），若可继续使用则将预估可使用时间发送到APP上。
S05，远程监控：将云端服务器（Ⅲ）中数据库（6）的数据下发至可移动设备（Ⅳ）中，通过其APP或网页实时监测现场SPD的核心数据、运行环境和雷电预警信息，并提供远程控制现场SPD更换及现场特种电气开合的功能。此外，智能终端设备(Ⅰ)发送的报警信息则通过短信、APP推送等方式向用户推送。
以上所述说明本发明的原理及其效果，而非用于限制本发明。任何熟练此技术的
人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实例进行修改或改进。因此，所述技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所覆盖。
Claims (2)
1.一种基于NB-IOT的智能雷电监控***，其特征在于，包括智能终端设备（Ⅰ）、NB-IOT基站（Ⅱ）、云端服务器（Ⅲ）和可移动设备（Ⅳ），智能终端设备（Ⅰ）与NB-IOT基站（Ⅱ）通过NB-IOT网络相连，NB-IOT基站（Ⅱ）通过TCP/IP网络与云端服务器（Ⅲ）相连，云端服务器（Ⅲ）与可移动设备（Ⅳ）通过LTE蜂窝网络相连；
所述智能终端设备（Ⅰ）包括电涌保护器SPD监测模块（1）、雷电预警模块（2）、终端控制模块（3）、MCU模块（4）和NB-IOT无线传输模块（5）：SPD监测模块（1）用于实时监测各级SPD的运行环境及运行状态，采集环境温湿度、电涌电流幅值、极性、时间、SPD工作状态等核心信息；雷电预警模块（2）用于预测雷电的发生并上传报警；终端控制模块（3）用于特殊情况下对特种电气设备的远程开关，以及故障、老化电涌保护器（SPD）的自动更换；MCU模块（4）用于将SPD监测模块（1）采集的数据通过串口通信1（UART1）传输至NB-IOT无线传输模块（5），同时将由云端服务器（Ⅲ）下达到NB-IOT无线传输模块（5）的控制指令通过串口通信1、4（UART1、4）传输至终端控制模块（3）；雷电预警模块（2）通过串口通信3（UART3）连接至MCU模块（4）；NB-IOT无线传输模块（5）负责智能终端设备（Ⅰ）与NB-IOT基站（Ⅱ）间的数据传输；
所述NB-IOT基站（Ⅱ）用于创建NB-IOT网络，为云端与终端模块之间的数据交互提供通道；
所述云端服务器（Ⅲ）用于实现数据的存储、计算、分析以及控制指令的下发，并为可移动设备（Ⅳ）提供实时报警功能；
所述可移动设备（Ⅳ）用于远程监控现场实时数据，并提供远程操控现场SPD控制模块的功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于NB-IOT的智能雷电监测***，其特征在于，所述云端服务器（Ⅲ）中包括数据库（6）、智能决策模块（7）和数据图形化模块（8），数据库（6）用于实现数据的存储，智能决策模块（7）用于计算分析数据库（6）中的数据，并根据模块中的规则库为智能终端模块发出相应的控制指令，为可移动设备（Ⅳ）发送SPD的实时状态信息和报警信息，云端服务器（Ⅲ）在接收到SPD监测模块（1）发来的SPD核心参数数据后，经过智能决策模块（7）运算得出SPD的现有寿命曲线并判断是否可以继续使用，若已超过阈值无法继续使用则下发更换SPD指令并通过APP发送给用户的可移动设备（Ⅳ），若可继续使用则将预估可使用时间发送到APP上；在接收到雷电预警模块（2）发来的预警信息后立刻通过短信、APP推送等方式将报警信息发送给用户；数据图形化模块（8）用于将数据库中的数据通过图形化界面的形式更为直观的显示出来。
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