电力电缆隧道物联网监控网络系统的制作方法

1.本实用新型涉及电力系统技术领域，具体涉及电力电缆隧道物联网监控网络系统。


背景技术：

2.随着经济的发展，电力系统面临的供电压力也日渐增大，这就造成了地下电缆铺设数量的大幅攀升。目前电缆总体呈现规模体量大、敷设密集、风险级别高等特点，与此同时，输电电缆技术创新、管理创新研究相对匮乏，遗留老旧疑难杂症较多，已无法满足新形势电缆精益化管控新要求。
3.在现有技术中，申请号为202010181676.0的中国专利公开了一种视频监控网络动态构建方法，其中，该方法包括步骤s1：为需要接入视频监控网络的所有节点设置相同的网络id、路由配置和softap配置；步骤s2：指定任意一个节点作为视频监控网络的根节点，并使其与路由器相连接；还包括步骤s3：节点向首选父节点发送连接请求信息；步骤s4：判断首选父节点位于网络的层数；步骤s5：选择信号强度最大且信号强度大于接入阈值的节点接入首选父节点；步骤s6：已接入首选父节点的节点将断开与其首选父节点的连接，其下层所有节点将全部断开连接。
4.其所公开的技术中，公开了采用多种类型节点进行信息交互实现视频监控的方法，但是在应用到电缆隧道时，受限于隧道内的无线信号接收情况，往往需要大量的节点进行数据的传输。
5.而现有技术中，还公开了申请号为202011029150.7的中国专利，其公开了一种基于电缆隧道内视频监控和无线通信的组合定位方法，所述方法包括：在电缆隧道内安装若干个视频监控单元以及基于光纤直放站和泄漏电缆的无线通信系统；当运维人员在电缆隧道内工作时，电缆在线监测主站平台的处理器利用视频监控和图像识别算法实现运维人员粗定位并利用无线通信系统和移动终端相互配合实现运维人员和缺陷的细定位。
6.在该现有技术中，采用了典型的总线式信号通信方式，但是在电缆隧道内应用时，如果隧道内发生火灾，很容易造成光纤损坏，使得一个区间段内所有的监控设备失去与通信中心的联系，不利于对灾情的监控和及时处理。


技术实现要素：

7.本实用新型所要解决的技术问题是现有的电力电缆隧道防灾技术中缺乏隧道内设备与监控中心有效的信号传输手段，目的在于提供电力电缆隧道物联网监控网络系统，解决上述问题。
8.本实用新型通过下述技术方案实现：
9.电力电缆隧道物联网监控网络系统，包括多个沿电力电缆隧道布置的子节点、设置于电力电缆隧道内通风井底部处的根节点和设置于所述通风井内的lte天线；
10.所述子节点均通信连接于所述根节点；所述根节点电连接于所述lte天线，且所述
根节点通过所述lte天线通信于外部。
11.在现有技术中，如申请号为202011029150.7的中国专利中，电力电缆隧道中各种设备依赖于总线式的通信方式，其中通信光纤与隧道中各器件交互方式采用泄露电缆等方式。虽然泄露电缆的技术非常成熟，但是在应对电力电缆隧道内火灾时，受高温高热影响，通信光纤很容易中断，而通信光纤一旦中断，一个区间内的设备就会与监控中心完全失联，使得监控中心无法获得该区间内的灾情数据，进而无法有效的调配消防资源进行灾情控制。
12.本实用新型应用时，采用了一种全新的电力电缆隧道内通信的架构设计，首先本实用新型采用的是现有技术中申请号为202010181676.0的中国专利一种视频监控网络动态构建方法所采用的组网方式，所以不需要作出任何软件方面的改进。在本实用新型中，主要的改进点在于结构方面的设计，沿着电力电缆隧道布置子节点，子节点的主要作用就是对电力电缆隧道内的运行数据进行采集，如进行温度检测、烟雾检测、漏电检测、视频监控等等相关数据的采集，而子节点和根节点之间通信连接，连接方式包括但不限于各种物联网通信，如mesh、lora网络等方式，子节点的数据可以直接发送到根节点上；由于根节点位于电力电缆隧道内通风井底部处，而lte天线位于通风井内，这样lte天线的信号发送效果就会得到极大的改善，使得子节点在电力电缆隧道内采集的数据得以有效发送。同时即使电力电缆隧道内发生了火灾，也不会干扰数据的传输，即使有部分的子节点被破坏，其他子节点的数据依然可以通过根节点发送到监控中心，而当任意根节点损坏时，可以利用现有技术中的再组网机制，通过其他的根节点进行数据发送。本实用新型通过构建上述物联网监控网络架构，实现了一种全新的电力电缆隧道内监控数据的发送方式，减缓了现有技术中由于灾情蔓延造成的电力电缆隧道内通信中断的问题，同时便于电力电缆隧道内数据与外部的交互。
13.进一步的，所述子节点沿所述电力电缆隧道内的电缆设置，且所述电力电缆隧道内的电缆接头处均设置有所述子节点。
14.进一步的，所述子节点包括唤醒模块u3、控制模块u1和多个传感器；
15.多个所述传感器分别连接于所述唤醒模块u3的多个不同的输入端；
16.所述唤醒模块u3的第一输出端连接于所述控制模块u1的使能端；且所述唤醒模块u3除第一输出端的多个输出端分别连接于所述唤醒模块u3的多个io端。
17.进一步的，所述子节点还包括通信模块u2；
18.所述通信模块u2输入端连接于所述控制模块u1的vdd端、txd端和rxd端；所述控制模块u1通过所述vdd端向所述通信模块u2供电，且所述控制模块u1通过所述通信模块u2通信连接于所述根节点。
19.进一步的，所述唤醒模块u3包括多条唤醒支路，所述唤醒支路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4和开关模块；
20.所述电阻r1的一端连接于传感器的输出端，所述电阻r1的另一端连接于所述开关模块的控制端；
21.所述电阻r2的一端连接于传感器的输出端，所述电阻r2的另一端连接于所述开关模块的输入端；
22.所述开关模块的输出端通过电阻r3连接于所述控制模块u1的io接口；
23.所述开关模块的输出端还通过电阻r4连接于所述控制模块u1的en使能接口。
24.进一步的，所述开关模块采用三极管、mos管和继电器中的一种或多种。
25.进一步的，当所述开关模块采用mos管时，所述开关模块的控制端为mos管的栅极g，所述开关模块的输入端为mos管的源极s，所述开关模块的输出端为mos管的漏级d。
26.进一步的，当所述开关模块采用三极管时，所述开关模块的控制端为三级管的基极，所述开关模块的输入端为三级管的集电极，所述开关模块的输出端为三级管的发射极。
27.进一步的，所述电阻r4的阻值大于所述电阻r3的阻值的10倍；所述电阻r1的阻值大于所述电阻r2的阻值的10倍。
28.进一步的，还包括运行于所述电力电缆隧道内的移动节点；当所述子节点无法通信连接于所述根节点时，所述子节点通过所述移动节点通信连接于所述根节点。且所述移动节点具有移动通信网络覆盖功能，可实现隧道内移动通信网络覆盖，确保人员在隧道内工作时，个人通讯设备能与隧道外正常通讯。
29.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
30.本实用新型电力电缆隧道物联网监控网络系统，通过设置上述物联网监控网络架构，实现了一种全新的电力电缆隧道内监控数据的发送方式，减缓了现有技术中由于灾情蔓延造成的电力电缆隧道内通信中断的问题，同时便于电力电缆隧道内数据与外部的交互。
附图说明
31.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
32.图1为本实用新型结构示意图；
33.图2为本实用新型实施例子节点结构示意图；
34.图3为本实用新型实施例子节点中唤醒模块电路结构示意图。
35.附图中标记及对应的零部件名称：
[0036]1‑
电力电缆隧道，2
‑
通风井。
具体实施方式
[0037]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
[0038]
实施例
[0039]
为了便于对本实用新型进行阐述，请结合参考图1，提供了本实用新型实施例所公开的电力电缆隧道物联网监控网络系统的结构示意图。
[0040]
包括多个沿电力电缆隧道1布置的子节点、设置于电力电缆隧道1内通风井2底部处的根节点和设置于所述通风井2内的lte天线；
[0041]
所述子节点均通信连接于所述根节点；所述根节点电连接于所述lte天线，且所述根节点通过所述lte天线通信于外部。
[0042]
在本实施例实施时，采用了一种全新的电力电缆隧道内通信的架构设计，首先本
实用新型采用的是现有技术中申请号为202010181676.0的中国专利一种视频监控网络动态构建方法所采用的组网方式，所以不需要作出任何软件方面的改进。在本实用新型中，主要的创新点在于结构方面的设计，沿着电力电缆隧道布置子节点，子节点的主要作用就是对电力电缆隧道1内的运行数据进行采集，如进行温度检测、烟雾检测、漏电检测、视频监控等等相关数据的采集，而子节点和根节点之间通信连接，连接方式包括但不限于各种物联网通信，如mesh、lora网络等方式，子节点的数据可以直接发送到根节点上；由于根节点位于电力电缆隧道1内通风井2底部处，而lte天线位于通风井2内，这样lte天线的信号发送效果就会得到极大的改善，使得子节点在电力电缆隧道1内的采集的数据得以有效发送。同时即使电力电缆隧道1内发生了火灾，也不会干扰数据的传输，即使有部分的子节点被破坏，其他子节点的数据依然可以通过根节点发送到监控中心，而当任意根节点损坏时，可以利用现有技术中的再组网机制，通过其他的根节点进行数据发送。本实用新型通过设置上述物联网监控网络架构，实现了一种全新的电力电缆隧道1内监控数据的发送方式，减缓了现有技术中由于灾情蔓延造成的电力电缆隧道1内通信中断的问题，同时便于电力电缆隧道1内数据与外部的交互。
[0043]
在一个实施例中，所述子节点沿所述电力电缆隧道1内的电缆设置，且所述电力电缆隧道1内的电缆接头处的电缆槽盒均设置有所述子节点。
[0044]
在本实施例中，子节点可以应用在电力电缆隧道1内进行电缆安全的检测，同时对于电缆接头处的防火电缆槽盒可以通过子节点进行重点监控，虽然现有技术对于电缆接头处的防火槽盒均进行了大量的监控布置，但是通过本实施例中的方案可以解决这些监控布置后数据传输的问题，极大的提高了本实施例的适用性。
[0045]
在上述基础上，请结合参阅图2，在一个实施例中，提供了一种具体的电路架构，所述子节点包括唤醒模块u3、控制模块u1和多个传感器；
[0046]
多个所述传感器分别连接于所述唤醒模块u3的多个不同的输入端；
[0047]
所述唤醒模块u3的第一输出端连接于所述控制模块u1的使能端；且所述唤醒模块u3除第一输出端的多个输出端分别连接于所述唤醒模块u3的多个io端。
[0048]
本实施例实施时，一般来说对于一个子节点的控制模块u1来说，都会使用双核或者多核心多线程的控制模块，便于对多种数据的及时处理，但是受限于子节点的独立供电特性，长期开启的多核控制模块会造成耗电量的增大，如在本实施例中优选的esp32模块，采用双核设计，一般可以通过其使能端en进行某一核心的唤醒或者休眠，这样对于不同的io接口接入的数据进行ad处理或者传输时，就可以节省电量。
[0049]
在本实施例中，可以通过唤醒模块u3来实现esp32模块的唤醒和休眠，例如，传感器采用温度传感器时，温度传感器检测的温度信号接入到唤醒模块u3中，当温度信号超过一定阈值时，唤醒模块u3可以通过向控制模块u1的使能端发送一个触发信号，例如一个高电平信号；而控制模块u1在收到该触发信号时，可以沿该高电平信号的上升沿触发某一个模块工作；同时唤醒模块u3将温度信号转发到控制模块u1的io接口上，控制模块u1接收该温度信号并进行ad转换后，经串口发送。
[0050]
在上述基础上，请结合参阅图2，在一个实施例中，提供了一种带有通信模块的电路结构，所述子节点还包括通信模块u2；
[0051]
所述通信模块u2输入端连接于所述控制模块u1的vdd端、txd端和rxd端；所述控制
模块u1通过所述vdd端向所述通信模块u2供电，且所述控制模块u1通过所述通信模块u2通信连接于所述根节点。
[0052]
在本实施例中，由供电电源vcc0通过控制模块u1的vcc引脚/端口提供供电，一般供电采用5v标准模块的供电，而控制模块u1则通过vdd接口向通信模块u2供电，供电采用3.3v的通信模块供电方式；同时控制模块u1的txd端和rxd端作为控制模块u1进行串口通信的发送和接收端口，向通信模块u2交互数据，由于控制模块u1的主要作用在于对传感器的信号进行ad处理，所以在本实施例中，通信模块u2收到的数据为形成了数字信号的检测数据，这些数据可以通过通信模块u2发送到根节点，再由根节点通过lte天线发送到远程的服务器/监控中心。
[0053]
在一个实施例中，通信模块u2可以进一步的优选为yl
‑
800n模块。
[0054]
在另一个实施例中，所述唤醒模块u3包括多条唤醒支路，所述唤醒支路包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4和开关模块；
[0055]
所述电阻r1的一端连接于传感器的输出端，所述电阻r1的另一端连接于所述开关模块的控制端；
[0056]
所述电阻r2的一端连接于传感器的输出端，所述电阻r2的另一端连接于所述开关模块的输入端；
[0057]
所述开关模块的输出端通过电阻r3连接于所述控制模块u1的io接口；
[0058]
所述开关模块的输出端还通过电阻r4连接于所述控制模块u1的en使能接口。
[0059]
在一个实施例中，唤醒模块u3可以优选为唤醒电路或带有逻辑功能的各种模块，但是考虑到纯模块化的唤醒模块u3往往会提高子节点成本，而在实际使用时，考虑到子节点一般的布置间隔在30～50米之间，在一个城市中就会出现成千上万的子节点，所以为了降低成本实现大规模推广，本实施例优选了唤醒电路的方案。
[0060]
在本实施例中，实现唤醒支路所使用的开关模块可以采用现有技术中成熟的开关电气单元，包括但是不限于mos管、三级管、igbt管等开关管，也可以使用如继电器等通用电气开关的类型进行实现。
[0061]
同样的，不同的唤醒支路所使用的开关模块可以不同，本领域技术人员可以在现有的开关模块中根据传感器类型的不同进行选择。
[0062]
在上述基础上，请结合参阅图3，在一个实施例中，提供了一种使用mos管的开关模块，其中，所述开关模块的控制端为mos管的栅极g，所述开关模块的输入端为mos管的源极s，所述开关模块的输出端为mos管的漏级d。
[0063]
在本实施例运行工作时，mos管m1处于截止状态，此时传感器j1检测到的信号会通过分压电阻r2到达mos管m1的源极处，同时传感器j1检测信号也通过偏置电阻r1到达mos管m1的栅极处，当检测信号高于一定值时，由于传感器j1发送出来的为模拟信号，此时该模拟信号的幅值会增大直到mos管m1的栅极处到达导通阈值，mos管m1导通；导通后，mos管m1的输出端就可以通过分压电阻r3和r4分别向控制模块u1的使能端和io接口发送信号，使能端en触发控制模块u1的某一核心唤醒对io接口接收到的信号进行ad处理，完成信号检测，处理和转发。
[0064]
在本实施例中，可以将电阻r1优选为1k欧左右的高精电阻，而电阻r2则可采用80欧左右的高精电阻。同样的电阻r4优选为2k欧左右的普通电阻，而电阻r3可以优选为150欧
左右的高精电阻。通过这种阻值设置可以实现对mos管m1的过压保护，避免器件损坏。
[0065]
在另一个实施例中，当所述开关模块采用三极管时，所述开关模块的控制端为三级管的基极，所述开关模块的输入端为三级管的集电极，所述开关模块的输出端为三级管的发射极。
[0066]
在另一个实施例中，所述电阻r4的阻值大于所述电阻r3的阻值的10倍；所述电阻r1的阻值大于所述电阻r2的阻值的10倍。
[0067]
在上述基础上，请结合参阅图1，在一个实施例中提供了更进一步的系统内容，还包括运行于所述电力电缆隧道1内的移动节点；当所述子节点无法通信连接于所述根节点时，所述子节点通过所述移动节点通信连接于所述根节点。
[0068]
在本实施例中，为了进一步的保障在灾情发生时电力电缆隧道1中的信息传递，还采用了一种移动节点的方式，由于本实施例采用了现有技术中申请号为202010181676.0的中国专利一种视频监控网络动态构建方法所采用的组网方式，所以子节点也是可以与该移动节点进行通信连接的，这种通信连接方式可以在部分根节点被破坏时，帮助子节点连接到其他的根节点上。
[0069]
在电力电缆隧道1内的移动节点可以采用移动小车、无人机、轨道小车、爬行机器人或者其他任何一种可以实现在电力电缆隧道1内自主/受控运行的现有设备，其基本架构与子节点相似，并可以实现信号转发的功能。且所述移动节点具有移动通信网络覆盖功能，可实现隧道内移动通信网络覆盖，确保人员在隧道内工作时，个人通讯设备能与隧道外正常通讯。
[0070]
在本实施例应用于西部某城市的电力电缆隧道时，通过发明人在西部某城市的隧道试验基地及防火试验中心的实验证明，本实施例对接头温度、接地环流等重要运行数据均可实现在线监控，可大大减少人工巡视工作量。同时将有效降低西部某城市数十条存在断面丧失会引发若干变电站全停风险的通道发生火灾群伤事件的风险，有效解决通道内防火隐患数十处，极大提升西部某城市输电电缆网运行可靠性，预计在未来10年可节省故障停电、事故抢修等造成的经济损失约5000万元。
[0071]
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。