CN111431279A - 一种用电数据采集及控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线数据传输领域,尤其是一种用电数据采集及控制装置,现提出如下方案,其包括电流互感器,所述电流互感器的一侧设有剩余电流互感器,剩余电流互感器的一侧设有温度传感器,剩余电流互感器远离电流互感器的一侧设有变压器,电流互感器、剩余电流互感器和变压器的同一侧依次设有主控模块、通信模块、电子开关和电源模块,温度传感器的一侧设有断路器和断路器驱动电机,电流互感器远离剩余电流互感器的一侧设有用电器接线端子组。本发明杜绝家庭电气火灾发送,实现自动监测和自动断电,实现在0.5s快速断电,在220V的家用电的环境下,可以实现避免人员因漏电或触电导致的死亡事故发生,实现远程断电和远程合闸为一体。
Description
技术领域
本发明涉及无线数据传输技术领域,尤其涉及一种用电数据采集及控制装置。
背景技术
1、传统的空气开关通过物理性感知电流大小,通过电流传导器控制机械式弹片开关实现断电,微弱漏电和人员触电时由于传统空开对电流和剩余电流感知力十分微弱,所以这两类情况下空气开关极难实现自动断电,无法有效解决人员触电伤亡事故的发生;
2、对导线温度缺少探测,在家庭内的电器全部开启时对功率缺少计算和判断,导线过载导致的温度升高也会导致家庭内的电气火灾发生,空开无法解决这一问题;
3、传统空气开关完全属于机械式控制,缺乏物料网功能,无法实现与其他的火灾探测设备进行联动,特别是家庭火灾需要断电的情况下,传统的空气开关无法满足及时断电的要求;
4、传统空气开关无法实现探测电压,无论电压高低都只会固定式工作,当电压不稳定时需要在用电线路的下端加装稳压器才能实现稳压,无法解决电压高低波动时电器烧毁的隐患;
5、传统空开不具备远程断电的功能,持续性的家电量通电运行也会存在起火隐患,缺少远程断电功能会使得家庭用电缺少可控性,无法实现用户自主快速断电;
6、目前家庭内解决漏电和触电更多是通过漏电保护器实现,但是漏电保护器因为家庭线路用量的不同,数据是固定死的,家庭内的电器运行数量较多时都会导致断电,使用不便利的同时还不能与空气开关配合使用,目前有漏电保护器和空气开关整合使用的空气开关,但是也不能有效的检测微弱漏电,即使人员触电导致漏电,断电的也在2-6秒的时间左右,无法有效的保护触电人员的健康安全,仍然有存在死亡的可能;
7、目前能在家庭内实现电气火灾探测的设备体积较大,无法在家庭配电箱内安装,即使安装进去也无法减少原来的空气开关数量,安装困难,配件繁多,非专业技术人员很难正确安装,安装时间较长,对于配件也不能实现功能和故障自我检测;
8、现有技术探测电气线路数据都是采用外接式的电流互感器、剩余电流互感器、温度传感器等设备,体积较大,难以做到整合在一个小型设备内安装且实现对应的数据采集功能。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种用电数据采集及控制装置。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案:
一种用电数据采集及控制装置,包括电流互感器,所述电流互感器的一侧设有剩余电流互感器,剩余电流互感器的一侧设有温度传感器,剩余电流互感器远离电流互感器的一侧设有变压器,电流互感器、剩余电流互感器和变压器的同一侧依次设有主控模块、通信模块、电子开关和电源模块,温度传感器的一侧设有断路器和断路器驱动电机,电流互感器远离剩余电流互感器的一侧设有用电器接线端子组,用电器接线端子组远离电子开关的一侧设有火线接线端子和零线接线端子,断路器远离用电器接线端子组的一侧设有电机齿轮片、导线接触片和回弹柱。
优选的,所述电流互感器、剩余电流互感器、温度传感器和变压器均与主控模块相连接。
优选的,所述主控模块分别与通信模块、电子开关和电源模块相连接。
优选的,通信模块采用小体积的E104-BT10蓝牙mesh自组网模块,遵循SIG meshV1.0标准,空旷最大传输距离50米,嵌入主控模块内,实现与本地mesh设备自组网,再通过mesh网关设备代理上网,实现用电数据远程交互,支持同样蓝牙mesh自组网的手机端也可直接与本地mesh网络组网,直接获得本地mesh设备节点数据,本地mesh自组网通过网关代理上网后,将数据传输到云数据中心,其他终端或移动终端也可以通过网络获取该数据中心的数据,并实现用电的远程监控与控制及手机端控制使用,配套的网关也采用E104-BT10实现与本地mesh组网节点的通信,再由网关的DM9000网络适配器连接外网,支持TCP/UDP协议;或网关内嵌上行速率不低于30Mbps下行速率不低于100Mbps的4G移动通信模块E840-TTL-4G04代理上网,同样支持TCP/UDP实现远程数据交互。
优选的,所述电子开关与断路器驱动电机相连接。
优选的,所述主控模块为STM或ESP32位处理器芯片。
优选的,所述电流互感器的型号为LCTA2DCC 5A/2.5mA。
优选的,所述剩余电流互感器的型号为JCT03F。
优选的,所述变压器的型号为AM21-3W05V。
本发明中,所述一种用电数据采集及控制装置,
1、可以实现在0.5s的时间,针对线路漏电、人员触电等紧急状态下快速断电;
2、实现实时监测电流、电压、导线温度的变化,并在这些数据发送危险情况时可以实现自动控制断电;
3、可实现远程的用户自主断电,断电的方式包括APP、小程序、上位控制机等具备无线通信功能和对应接口协议的远程控制设备;
4、通过嵌入式和电子技术可以对内部的安全数值(电压、电流、剩余电流、导线温度等),根据实际的用电量进行分类,而且根据家庭内实际使用电器产品和电器功率进行调整和,对现有的相对物理数据固定且呆板的空气开关实现多型号多环境下,一个设备即可实现多种环境下使用;
5、电气火灾探测器和空气开关进行整合,实现一个设备实现多个电器安全设备的功能整合,对于家庭线路的改造基本没有,还能实现同样且更为多样的安全功能。
本发明杜绝家庭电气火灾发送,实现自动监测和自动断电,实现在0.5s快速断电,在220V的家用电的环境下,可以实现避免人员因漏电或触电导致的死亡事故发生,实现远程断电和远程合闸为一体。
附图说明
图1为本发明提出的一种用电数据采集及控制装置的结构示意图;
图2为本发明提出的一种用电数据采集及控制装置的运行框图示意图;
图3为本发明提出的一种用电数据采集及控制装置的电流在数控模块内进行处理的电流数据群组Δ稳定电流波动区间示意图;
图5为本发明提出的一种用电数据采集及控制装置的电压值曲线图;
图6为本发明提出的一种用电数据采集及控制装置的组网拓扑图。
图中:1、电流互感器;2、剩余电流互感器;3、温度传感器;4、变压器;5、主控模块;6、通信模块;7、电子开关;8、断路器;9、断路器驱动电机;10、电源模块;11、火线接线端子;12、零线接线端子;13、用电器接线端子组;14、电机齿轮片;15、导线接触片;16、回弹柱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
参照图1-5,一种用电数据采集及控制装置,包括电流互感器1,电流互感器1的一侧设有剩余电流互感器2,剩余电流互感器2的一侧设有温度传感器3,剩余电流互感器2远离电流互感器1的一侧设有变压器4,电流互感器1、剩余电流互感器2和变压器4的同一侧依次设有主控模块5、通信模块6、电子开关7和电源模块10,温度传感器3的一侧设有断路器8和断路器驱动电机9,电流互感器1远离剩余电流互感器2的一侧设有用电器接线端子组13,用电器接线端子组13远离电子开关7的一侧设有火线接线端子11和零线接线端子12,断路器8远离用电器接线端子组13的一侧设有电机齿轮片14、导线接触片15和回弹柱16。
本发明中,电流互感器1、剩余电流互感器2、温度传感器3和变压器4均与主控模块5相连接。
本发明中,主控模块5分别与通信模块6、电子开关7和电源模块10相连接。
本发明中,通信模块6采用小体积的E104-BT10蓝牙mesh自组网模块,遵循SIGmesh V1.0标准,空旷最大传输距离50米,嵌入主控模块5内,实现与本地mesh设备自组网,再通过mesh网关设备代理上网,实现用电数据远程交互,支持同样蓝牙mesh自组网的手机端也可直接与本地mesh网络组网,直接获得本地mesh设备节点数据,本地mesh自组网通过网关代理上网后,将数据传输到云数据中心,其他终端或移动终端也可以通过网络获取该数据中心的数据,并实现用电的远程监控与控制,配套的网关也采用E104-BT10实现与本地mesh组网节点的通信,再由网关的DM9000网络适配器连接外网,支持TCP/UDP协议;或网关内嵌上行速率不低于30Mbps下行速率不低于100Mbps的4G移动通信模块E840-TTL-4G04代理上网,同样支持TCP/UDP实现远程数据交互。
本发明中,电子开关7与断路器驱动电机9相连接。
本发明中,主控模块5为STM或ESP32位处理器芯片。
本发明中,电流互感器1的型号为LCTA2DCC 5A/2.5mA。
本发明中,剩余电流互感器2的型号为JCT03F。
本发明中,变压器4的型号为AM21-3W05V。
本发明中,使用时,当实际使用时,家庭电路进线火线接线端子11、零线接线端子12、则有电流互感器1监测到零线和火线的电路回路中的电流数据信息、且零线和火线同时经过剩余电流互感器2,以主控模块5内的计算数据可以知晓当前零线和火线组成的电路中电流和剩余电流的数据,进一步零线和火线经过温度传感器3探测零线和火线的导线温度数值,并通过变压器4的固定变压值,经过换算即可计算当前电路中的电压数据、所有的数据接入主控模块5后,电路数据即可通过通信模块6发出或接收到,当主控模块5计算的数据达到要断电的要求时,主控模块5控制电子开关7启动、进一步传导至断路器8,控制断路器驱动电机9转动,断路器8断开电源,本发明中设备运行使用STM或ESP32位处理器芯片作为主控模块5,通过电路电子技术使用嵌入式语言,实现这些设备的数据信息在主控模块5中的计算、交换、通信并通过通信模块将数据信息向服务器以及及其他具备数据接收协议的设备进行发送,同理的也可以接收来自于服务器或其他具备数据发送协议的设备所发出的信息;
针对电流互感器的数据,在本***设备内通过处理电流互感器1的数据的方式如下,并通过嵌入式算法设定可变量,即可实现在电流到达某一设定量时,由主控模块5驱动电子开关7实现断路器8驱动电机转动,进一步的驱动电机转动控制设备中的断路器断开电源连接,设定电流互感器1电流感应系数为α,则有变量β为导线实际电路电流,且在1s内,设定主控模块处理β数据5000组,则为0.2ms/组的电流数据,进一步的,所述β有数据区间为β1、β2、β3…β499、β500,通过固定值电流感应系数d,则有电流在数控模块内进行处理的电流数据群组Δ,有
Δ=0则代表当前电路中不存在电流,若Δ>0则代表当前电流有数据波动。
进一步的,在每2ms内产生十组电流数据,则有Δ1、Δ2...Δ10,进一步通过数据左边进行分布,正常的稳定电流波动区间如图3,
进一步的,则有Δ1=Δ4=Δ7=Δ10、Δ2=Δ5=Δ8、Δ3=Δ6=Δ9,当出现任意Δ不同于其他电流波动值时,设这个值为Δx,主控模块中的安全电流数值为ω若Δx≤ω,则判断为当前电流数据在当前时间区间内的电流属于安全电流。Δx>ω,则判断为当前电流数据在当前时间区间内的电流属于不安全或危险电流,进一步的Δx1为第一个2ms内的数据,则Δx2为第二个2ms内的数据,采集100ms的数据总值,若则判断为当前电流超过安全电流,主控模块5启动电子开关7,断路器8在第产生Δx21的时间内进行断路,近一步的换算为s(秒),则有100ms=0.1s,102ms=0.102s实现断电;
电流互感器1为现有设备和技术,设备原理不再赘述,在本***设备内通过处理电流互感器1的数据的方式如下,并通过嵌入式算法设定可变量,即可实现在电流到达某一设定量时,由主控模块5驱动电子开关7实现断路器驱动电机9转动,进一步的驱动电机转动控制设备中的断路器8断开电源连接,判断漏电的办法为设定剩余电流互感器2电流感应系数为δ,则有变量为导线实际剩余电流,且在1s内,设定主控模块5处理数据5000组,则为0.2ms/组的剩余电流数据,进一步的,所述有数据区间为 通过固定值电流感应系数δ,则有电流在数控模块5内进行处理的电流数据群组ζ,有
进一步的,在每2ms内产生十组电流数据,则有ζ1、ζ2...ζ10,进一步通过数据左边进行分布,正常的稳定电流波动区间如图4,
进一步的,则有ζ1=ζ4=ζ7=ζ10、ζ2=ζ5=ζ8、ζ3=ζ6=ζ9,当出现任意ζ不同于其他电流波动值时,设这个值为ζx,主控模块中的安全电流数值为ω,若ζx≤η,则判断为当前电流数据在当前时间区间内的电流属于安全电流。ζx>η,则判断为当前电流数据在当前时间区间内的电流属于不安全或危险电流,进一步的ζx1为第一个2ms内的数据,则ζx2为第二个2ms内的数据,采集100ms的数据总值,若则判断为当前电流超过安全电流,主控模块5启动电子开关7,断路器8在第产生ζx21的时间内进行断路,近一步的换算为s(秒),则有100ms=0.1s,102ms=0.102s实现断电;
温度传感器3通过电子技术探测导线的温度数值,则有导线温度数据C-PF和C-P0,记为C1和C2,当C1和C2任意数值在设定的温度转变值中存在如下波动时,主控模块5控制电子开关7驱动断路器驱动电机9控制电路断路。
,单位℃,主控模块通过无线通信模块发出电路温度预警信息,并提示远程断电;
区别于普通的空气开关,本发明通过接入变压器4设备,通过变压器4的数据转换,主控模块5可以将电压数据进行获取,进一步的,因电压为确保电气设备正常运行的重要条件,故针对电压波动也需要进行监测,进一步的设定初始电压值v,根据电的特性,电压是处于一种波动状态的,可导出电压为标准波浪型不间断线,故电压值v在实际过程中存在多组电压值v1、v2、v3、v4、v5…、vx,其曲线如图5;
当主控模块5在固定的时间内可获取的电压数据为v1…vx中的任意一组或几组时,通过多个固定时间内的电压数据进行监测,通过曲线示意图,正常的电压应该为第一和第四象限内的数据,且v1、v5、v9、等数值为相等特性,即v1=v5=v9;且v2、v4、v6等数值为相等特性,即v2=v4=v6;进一步的v3、v7、v11、等数值为相等特性,即v3=v7=v11;故而当一个时间周期内,基于以上对等关系,当任意对等关系变为不对等时,即判断电压不正常,进一步的,如v1<v5>v9等类型为欠压,代表周期内的一组电压低于正常电压,为欠压;进一步的,如v3<v7>v11等类型为过压,代表周期内的一组电压高于正常电压,为过压;
机械式开关增加了电机控制的电子开关7,通过通信模块6接收外来的断电指令,主控模块5可以启动电机控制的电子开关7,电机启动顺时针旋转,通过电机齿轮片14带动导线接触片15使得火线接线端子11和零线接线端子12向下移动,接入实现通路的导线接触片15处于断开状态,实现远程控制断电;
当本地的任意电流、剩余电流、导线温度、电压出现变动数据并超过本专利内所述主控模块5内嵌入式算法写入的安全数值后,进一步的主控模块5通过电子开关7,本地传输断电信息,通过电机连接的电机齿轮片14带动导线接触片15使得火线接线端子11和零线接线端子12接入实现通路的导线接触片15处于断开状态,实现远程控制断电;
处于断路状态后,需要通过手动操作实现通路,进一步的亦可通过无线模块接收外来的通电指令,使得主控模块5控制电机控制的电子开关7启动,让电机启动后逆时针旋转,电机齿轮片14的回弹柱16使得导线接触片15火线接线端子11、零线接线端子12向上移动,接触实现断路状态的导线接触片15处于通路状态。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种用电数据采集及控制装置,包括电流互感器(1),其特征在于,所述电流互感器(1)的一侧设有剩余电流互感器(2),剩余电流互感器(2)的一侧设有温度传感器(3),剩余电流互感器(2)远离电流互感器(1)的一侧设有变压器(4),电流互感器(1)、剩余电流互感器(2)和变压器(4)的同一侧依次设有主控模块(5)、通信模块(6)、电子开关(7)和电源模块(10),温度传感器(3)的一侧设有断路器(8)和断路器驱动电机(9),电流互感器(1)远离剩余电流互感器(2)的一侧设有用电器接线端子组(13),用电器接线端子组(13)远离电子开关(7)的一侧设有火线接线端子(11)和零线接线端子(12),断路器(8)远离用电器接线端子组(13)的一侧设有电机齿轮片(14)、导线接触片(15)和回弹柱(16)。
2.根据权利要求1所述的一种用电数据采集及控制装置,其特征在于,所述电流互感器(1)、剩余电流互感器(2)、温度传感器(3)和变压器(4)均与主控模块(5)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种用电数据采集及控制装置,其特征在于,所述主控模块(5)分别与通信模块(6)、电子开关(7)和电源模块(10)相连接。
4.根据权利要求1所述的一种用电数据采集及控制装置,其特征在于,所述电子开关(7)与断路器驱动电机(9)相连接。
5.根据权利要求1所述的一种用电数据采集及控制装置,其特征在于,所述主控模块(5)通过电路结构由一颗处理器芯片实现数据计算与代码运行。
6.根据权利要求1所述的一种用电数据采集及控制装置,其特征在于,所述电流互感器(1)位于装置出线口,并有导线从电流互感器中心孔处穿过。
7.根据权利要求1所述的一种用电数据采集及控制装置,其特征在于,所述剩余电流互感器(2)位于装置出线口,并有导线从剩余电流互感器中心孔处穿过。
8.根据权利要求1所述的一种用电数据采集及控制装置,其特征在于,所述变压器(4)与导线连接输出电能,稳定并读取电能电压数据。
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