一种文博场馆节能供电与环境联动装置

本发明涉及电气控制，尤其涉及一种文博场馆节能供电与环境联动装置。

背景技术：

1、文博场馆兼具文物保护与公共教育功能，能源消耗水平高。现有供电与控制装置在文物保护优先性、供电可靠性等方面存在以下缺陷：

2、1、供电回路结构单一：文物环境设备（如恒温恒湿机）与展陈照明设备共用同一供电支路，设备启停相互产生电气干扰，供电可靠性低。

3、2、环境监测与供电切换依赖软件信号中转：现有装置中传感器采集信号须经控制器软件处理后再输出控制指令，缺乏硬件级直连联动结构。cn206133256u公开的安全防护系统中，环境检测信号须经控制器处理后输出指令；cn204427384u的展示柜亦通过智能控制器处理传感器信号后驱动恒湿机；cn205691969u的恒湿机通用控制器同样依赖软件中转。上述方案均采用“传感器→控制器→执行器”的单路径软件中转架构，当控制器软件故障或通信中断时，文物环境调控设备无法及时获得供电优先级保障，存在文物受损风险。

4、3、负载控制覆盖性差：展区负载控制多采用单点传感器与单路继电器结构，无法适应展馆大空间分区布局要求，检测存在盲区。

5、4、清洁能源接入结构不完善：光伏、储能、市电之间切换多采用共地非隔离结构，电气隔离不足，供电稳定性与安全性欠佳。

6、现有文博场馆供电与环境控制装置长期存在安全隔离与快速响应、软件监测与硬件保护、文物优先与节能降耗三重技术矛盾，行业存在同一传感器无法同时实现电气隔离的软件数据传输和无隔离的硬件直连联动的技术偏见。为此，提出一种文博场馆节能供电与环境联动装置。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，而提出的一种文博场馆节能供电与环境联动装置。

2、一种文博场馆节能供电与环境联动装置，包括：

3、主控模块，通过硬件接口电路实现传感数据的电平采集、负载驱动的端口电平控制以及报警模块的信号驱动；

4、多源输入供电模块，包含光伏输入接口、储能单元接口、市电输入接口、硬件切换继电器电路、电压采样电路以及电气隔离式双路输出电路；所述硬件切换继电器电路的切换逻辑由电压采样电路与窗口比较器构成的硬件模拟判定电路实现；所述电气隔离式双路输出电路采用两路隔离型ac-ac变压器，其输入端并联于所述硬件切换继电器电路的输出端，输出端分别形成文物环境供电回路和展陈设备供电回路，两路输出回路的火线、零线之间电气隔离；

5、温湿度传感联动模块，包含至少一个温湿度传感单元，所述温湿度传感单元同时具有数字通信接口和硬件触发端；所述数字通信接口经光电耦合器与主控模块电性连接，构成第一信号路径；所述硬件触发端经信号调理电路和驱动缓冲电路连接至双组独立继电器驱动单元的控制端，构成不经主控模块进行信号处理的第二信号路径；所述第一信号路径与第二信号路径之间电气隔离；

6、负载控制模块，包含人体感应传感器阵列和双组独立继电器；所述双组独立继电器分别串联于文物环境供电回路和展陈设备供电回路的输出端；

7、数据监测报警模块，包含lcd显示单元、通信单元和声光报警单元，各单元分别与主控模块电性连接，实现装置运行状态的本地显示与异常报警，以及远程数据传输。

8、优选地，所述驱动缓冲电路包括npn晶体管、基极限流电阻及续流二极管；所述窗口比较器电路的输出端经所述基极限流电阻与晶体管基极相连，晶体管发射极接地，晶体管集电极与所述双组独立继电器驱动单元的继电器k4的控制端相连；所述续流二极管反向并联于晶体管集电极与继电器线圈之间。

9、优选地，所述温湿度传感单元的数字通信接口为i²c总线接口，所述第一信号路径为：所述i²c总线接口的sda线和scl线上分别串接光电耦合器后与主控模块电性连接；所述第二信号路径为：所述窗口比较器输出端起至所述双组独立继电器驱动单元的继电器k4的控制端止，不经由任何光电耦合器或主控模块接口；所述第二信号路径的响应时间≤40ms。

10、优选地，所述电气隔离式双路输出电路的两路隔离型ac-ac变压器输出回路地线之间设有大于等于8mm的爬电距离，隔离耐压≥1500v ac。

11、优选地，所述硬件切换继电器电路包括三只独立的继电器分别对应光伏逆变、储能逆变和市电三路输入，三只继电器通过电压采样电路与窗口比较器构成的硬件模拟判定电路实现互锁控制，确保任一时刻仅有一路电源输入导通。

12、优选地，所述人体感应传感器阵列为红外传感阵列，各传感器输出端串联二极管后汇总连接至主控模块的一路gpio端口，构成线或逻辑。

13、优选地，所述主控模块的gpio端口与所述双组独立继电器驱动单元的继电器k4线圈之间串联有隔离二极管，所述隔离二极管的正极连接gpio端口、负极连接继电器线圈驱动端。

14、优选地，所述主控模块通过光耦隔离检测电路监测继电器k4触点输出端的通断状态，当检测到所述第二信号路径已驱动继电器k4闭合时，所述主控模块自动放弃对该继电器k4的gpio控制。

15、优选地，所述温湿度传感联动模块包含多路温湿度传感单元，各温湿度传感单元的硬件触发端采用开漏输出线或连接：所有硬件触发端引脚直接相连，共用一个上拉电阻接至vdd，公共节点接入所述窗口比较器；任一路传感器温湿度超限时，其硬件触发端引脚输出低电平，将公共节点拉低，触发窗口比较器翻转。

16、与现有的技术相比，本发明优点在于：

17、1、本发明在同一温湿度传感单元上构建了i²c数据路径与硬件触发直连路径并行且电气隔离的双路径拓扑结构，其中硬件触发端不经任何光电耦合器或主控模块，直接经窗口比较器和驱动缓冲电路连接供电切换继电器，当环境温湿度超限时可独立完成文物保护供电优先级强制切换，解决了传统方案中依赖软件信号中转、控制器故障时保护响应中断的技术难题，显著提升了文物环境控制的可靠性与安全性。

18、2、本发明采用电压采样电路与窗口比较器构成纯硬件模拟判定电路，实现光伏、储能、市电三路输入的无软件参与自动互锁切换，优先利用清洁能源，适配场馆无人值守场景，同时采用两路隔离型ac-ac变压器分别形成文物环境供电回路和展陈设备供电回路，消除了共模干扰路径，有效提高供电可靠性与安全性。

1.一种文博场馆节能供电与环境联动装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种文博场馆节能供电与环境联动装置，其特征在于：所述驱动缓冲电路包括npn晶体管、基极限流电阻及续流二极管；所述窗口比较器电路的输出端经所述基极限流电阻与晶体管基极相连，晶体管发射极接地，晶体管集电极与所述双组独立继电器驱动单元的继电器k4的控制端相连；所述续流二极管反向并联于晶体管集电极与继电器线圈之间。

3.根据权利要求1所述的一种文博场馆节能供电与环境联动装置，其特征在于：所述温湿度传感单元的数字通信接口为i²c总线接口，所述第一信号路径为：所述i²c总线接口的sda线和scl线上分别串接光电耦合器后与主控模块电性连接；所述第二信号路径为：所述窗口比较器输出端起至所述双组独立继电器驱动单元的继电器k4的控制端止，不经由任何光电耦合器或主控模块接口；所述第二信号路径的响应时间≤40ms。

4.根据权利要求1所述的一种文博场馆节能供电与环境联动装置，其特征在于：所述电气隔离式双路输出电路的两路隔离型ac-ac变压器输出回路地线之间设有大于等于8mm的爬电距离，隔离耐压≥1500v ac。

5.根据权利要求1所述的一种文博场馆节能供电与环境联动装置，其特征在于：所述硬件切换继电器电路包括三只独立的继电器分别对应光伏逆变、储能逆变和市电三路输入，三只继电器通过电压采样电路与窗口比较器构成的硬件模拟判定电路实现互锁控制，确保任一时刻仅有一路电源输入导通。

6.根据权利要求1所述的一种文博场馆节能供电与环境联动装置，其特征在于：所述人体感应传感器阵列为红外传感阵列，各传感器输出端串联二极管后汇总连接至主控模块的一路gpio端口，构成线或逻辑。

7.根据权利要求1所述的一种文博场馆节能供电与环境联动装置，其特征在于：所述主控模块的gpio端口与所述双组独立继电器驱动单元的继电器k4线圈之间串联有隔离二极管，所述隔离二极管的正极连接gpio端口、负极连接继电器线圈驱动端。

8.根据权利要求1所述的一种文博场馆节能供电与环境联动装置，其特征在于：所述主控模块通过光耦隔离检测电路监测继电器k4触点输出端的通断状态，当检测到所述第二信号路径已驱动继电器k4闭合时，所述主控模块自动放弃对该继电器k4的gpio控制。

9.根据权利要求1所述的一种文博场馆节能供电与环境联动装置，其特征在于：所述温湿度传感联动模块包含多路温湿度传感单元，各温湿度传感单元的硬件触发端采用开漏输出线或连接：所有硬件触发端引脚直接相连，共用一个上拉电阻接至vdd，公共节点接入所述窗口比较器；任一路传感器温湿度超限时，其硬件触发端引脚输出低电平，将公共节点拉低，触发窗口比较器翻转。