1 引言
近年来随着我国基础产业的迅速发展，变电、用电负荷逐年增加，配电柜的安全稳定运行及可靠性更为重要，尤其是矿下配电柜，确保配电柜的安全稳定运行，杜绝运行中触头及母牌过热所引起的短路、接地所造成的电力设备事故。所以研究配电柜的安防监控系统具有重要的意义。本文提出采用用多传感器融合的技术对配电柜故障发热、失火等配电柜内部其他情况进行监测，实现对配电柜运行状态监测以及对运行环境检测和提前处理。
2 方案设计
本文设计的配电柜环境监控系统分为：温湿度传感模块、火焰传感模块、烟雾传感模块、空气质量检测模块、键盘模块、显示模块、风扇、WIFI通信模块等。传感模块和检测模块等将检测到的环境参数通过模数转换将数字信号发送到主控模块，主控模块将数据进行处理并发送给显示模块、按键模块等。按键分为四个不同功能键，用户根据不同的按键对阈值设置。通信模块可以通过手机APP连接在一起实现远程的数据传输。系统框图如图1所示。 图1 系统框图
3 系统硬件电路设计
3.1温湿度电路设计
对于温度、湿度的检测，设计采用DHT11传感器模块，在传感器上电后，主机先发送一个低电平，在此期间，DHT11内部就可以完成模数转换工作，当主机电位拉高后，在此期间完成输入信号与输出信号的切换，当主机为输入状态，总线被上拉电阻拉高，传感器DHT11尝试将总线拉低，拉低成功后，准备数据的发送工作，再次拉高开始数据传输。如下图2所示为传感器的电路原理图。
图2 DHT11温湿度传感器电路设计原理图
3.2烟雾传感器电路设计
本系统针对于火灾是否发生，根据烟雾浓度的测量来评价配电柜是否发生火灾或环境是否适合配电柜的应用等。MQ-2烟雾传感器模块由4个引脚构成，其中，MQ-2的4脚与U1A的2脚，Rp构成比较器的门槛电压。烟雾浓度增高，输出电压高于门槛电压，比较器输出低电平，LED点亮报警；反之，LED熄灭。调节Rp就是调节比较器的门槛电压，从而调节报警输出的灵敏度。R1串入传感器的加热回路，可以保护加热丝避免受冷上电时的冲击。烟雾传感器电路设计原理图如图3所示。
图3 烟雾传感模块电路原理图
3.3激光粉尘传感器模组电路设计
本设计选用了ZPH02激光粉尘传感器模组作为检测空气质量的模块， 该模块整合了红外PM2.5的检测技术。该传感器模块由五个引脚构成，0引脚接地GND，1号、3号引脚连接STM32F103C8T6单片机的控制器串口为TXD1和RXD1，2号引脚连接Vcc为5V，4号引脚接地GND，ZPH02激光粉尘传感器电路设计原理图如图4所示。
图4 ZPH02激光粉尘传感器电路设计原理图
4程序设计
本设计第一步进行系统初始化，系统初始化包括液晶初始化配置、传感器初始化、RTC时钟初始化、串口初始化配置、FLASH模拟EEPROM数据读取、A/D转换配置、控制器内部的定时器2和定时器3、串口初始化配置。第二步进入阈值的设置。第三步进入主程序循环，其主要是对配电柜内部各种数据的采集，利用A/D转换和定时器实现脉冲信号的捕捉，最终计算得到温度、湿度、烟雾浓度等参数的检测。如图5所示为主流程图。 图5 主程序流程图
5 结论
本文设计的配电柜环境监控系统实现了对配电柜内环境监测。通过设置阈值的不同，与现场环境实时参数进行比较，当超过阈值时，进行报警。该研究对于保护施工人员安全和财产安全具有重要意义，进一步使配电柜的工作智能化、便捷化。对于我国配电柜运行环境安防检测发展有很重要的价值。
参考文献
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该论文源于黑龙江省大学创新创业项目 编号：202113299001
