1.本发明涉及智慧灯杆技术领域，具体的，涉及一种城市灯杆电气箱短路监测系统。
背景技术：2.当前，我国的各个城市都安装上了路灯，甚至是偏僻的农村干道上也有着路灯的存在，路灯已经成为当前人们生活当中不可缺少的一个部分。路灯在给人们带来便利的同时，也带来了一些隐患，例如，路灯电气箱的线路长期使用后，由于绝缘破损引发短路，轻者损坏路灯，重者引起附近物品起火，影响行人安全。因此，亟需对现有的城市灯杆电气箱短路监测电路进行改进。
技术实现要素：3.本发明提出一种城市灯杆电气箱短路监测系统，解决了相关技术中城市灯杆电气箱短路监测系统保护不及时的问题。
4.本发明的技术方案如下：包括短路电流检测电路，所述短路电流检测电路包括依次设置的电压跟随器u4a、分压电路、双限比较电路、与非门u6，所述电压跟随器u4a的输入端用于与电流传感器连接，
5.所述分压电路包括串联的电阻r1、电位器rp1和电阻r2，所述双限比较电路包括运放u5a和运放u5b，所述电阻r1的第一端与电源+15v连接，所述电阻r1的第二端接入所述运放u5a的同相输入端，所述运放u5a的反相输入端与所述电压跟随器u4a的输出端连接，所述电阻r2的第一端与电源-15v连接，所述电阻r2的第二端接入所述运放u5b的反相输入端，所述运放u5b的同相输入端接入所述运放u5a的反相输入端，所述运放u5a的输出端接入所述与非门u6的第一输入端，所述运放u5b的输出端接入所述与非门u6的第二输入端，所述与非门u6的输出端用于控制路灯的通断电。
6.进一步，还包括并联的电阻r3和电容c1，所述电容c1的一端接入所述比较器u4a的同相输入端，所述电容c1的另一端接地。
7.进一步，还包括第一输出控制电路，所述第一输出控制电路包括三极管q1和继电器k1，所述三极管q1的基极与所述与非门u6的输出端连接，所述三极管q1的发射极接地，所述三极管q1的继电器与继电器k1线圈的一端连接，所述继电器k1线圈的另一端与电源5v连接，所述继电器k1的常闭触点串联的路灯的供电电路中。
8.进一步，还包括火花检测电路，所述火花检测电路包括比较器u7a、定时电路和计数器u9，所述比较器u7a的同相输入端用于与弧光检测传感器连接，所述比较器u7a的反相输入端与基准电压vref1连接，所述比较器u7a的输出端与所述定时电路的输入端连接，所述定时电路的输出端接入所述计数器u9的清零端，所述比较器u7a的输出端还接入计数器u9的时钟输入端，所述计数器u9的进位输出端通过二极管d2接入所述三极管q1的基极，
9.还包括二极管d5，所述二极管d5的阳极与所述与非门u6的输出端连接，所述二极管d5的阴极与所述三极管q1的基极连接。
10.进一步，所述定时电路包括三极管q3和时基芯片u8，所述三极管q3的基极与所述比较器u7a的输出端连接，所述三极管q3的发射极接地，所述三极管q3的集电极接入所述时基芯片u8的触发端，所述时基芯片u8的输出端接入所述计数器u9的清零端，
11.还包括串联的电位器rp2、电阻r7和电容c4，所述电位器rp2的一端与电源vcc连接，所述电容c4的一端接地，所述电容c4的另一端接入所述时基芯片u8的阈值端和放电端。
12.进一步，还包括湿度检测电路，所述湿度检测电路包括依次连接的比较器u7b和第二输出控制电路，所述比较器u7b的同相输入端用于与湿度传感器连接，所述比较器u7b的反相输入端与所述基准电压vref2连接，所述比较器u7b的输出端接入所述第二输出控制电路的输入端，所述第二输出控制电路用于控制除湿装置的启停。
13.进一步，所述第二输出控制电路包括三极管q2和继电器k2，所述三极管q2的基极与所述比较器u7b的输出端连接，所述三极管q2的发射极接地，所述三极管q2的集电极与继电器k2线圈的一端连接，所述继电器k2线圈的另一端与电源5v连接，所述继电器k2的常闭触点串联在除湿装置的供电电路中。
14.进一步，还包括基准源电路一，所述基准源电路一包括串联的电阻r10和电阻r6，所述电阻r6的一端与电源5v连接，所述电阻r6的一端接地，所述电阻r10和所述电阻r6的串联点作为基准电压vref1。
15.进一步，还包括基准源电路二，所述基准源电路二包括串联的电阻r11和电阻r12，所述电阻r11的一端与电源5v连接，所述电阻r12的一端接地，所述电阻r11和所述电阻r12的串联点作为基准电压vref2。
16.本发明的工作原理及有益效果为：
17.本发明通过设置短路电流检测电路，用于检测路灯回路的电流，其中，电流传感器的输出信号经电压跟随器u4a接入双限比较电路，分压电路为双限比较电路提供了参考电压。正常情况下，双限比较电路中的运放u5a和运放u5b均输出高电平，与非门u6输出低电平，控制路灯通电；当电流超过设定范围时，运放u5a和运放u5b会有一个输出低电平，与非门u6输出高电平，控制路灯断电。
18.本发明实现了路灯短路电流的及时检测，其中，电压跟随器起到隔离缓冲的作用；由于路灯回路的电流为交流，为适应交流信号的检测，设置双限比较电路，其参考电压为正负电压，用于快速检测交流电流在正负半周的过流信号；双限比较电路中运放u5a和运放u5b的输出分别接入与非门u6的两个输入端，路灯电流的正半周或负半周发生过流，都会导致与非门u6输出高电平，从而控制路灯断电。双限比较电路配合与非门u6的设计，不仅实现路灯短路电流的准确检测，而且检测速度快，有利于发生短路时对路灯的及时保护。
附图说明
19.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
20.图1为本发明中短路电流检测电路原理图；
21.图2为本发明中第一输出控制电路原理图；
22.图3为本发明中火花检测电路原理图；
23.图4为本发明中湿度检测电路原理图；
24.图中：21短路电流检测电路，22第一输出控制电路，23火花检测电路，231定时电
路，25湿度检测电路，27第二输出控制电路。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
26.如图1所示，本实施例短路监测系统设置在电气箱内，包括短路电流检测电路，短路电流检测电路包括依次设置的电压跟随器u4a、分压电路、双限比较电路、与非门u6，电压跟随器u4a的输入端用于与电流传感器连接，
27.分压电路包括串联的电阻r1、电位器rp1和电阻r2，双限比较电路包括运放u5a和运放u5b，电阻r1的第一端与电源+15v连接，电阻r1的第二端接入运放u5a的同相输入端，运放u5a的反相输入端与电压跟随器u4a的输出端连接，电阻r2的第一端与电源-15v连接，电阻r2的第二端接入运放u5b的反相输入端，运放u5b的同相输入端接入运放u5a的反相输入端，运放u5a的输出端接入与非门u6的第一输入端，运放u5b的输出端接入与非门u6的第二输入端，与非门u6的输出端用于控制路灯的通断电。
28.本实施例通过设置短路电流检测电路，用于检测路灯回路的电流，其中，电流传感器的输出信号经电压跟随器u4a接入双限比较电路，分压电路为双限比较电路提供了参考电压。正常情况下，双限比较电路中的运放u5a和运放u5b均输出高电平，与非门u6输出低电平，控制路灯通电；当电流超过设定范围时，运放u5a和运放u5b会有一个输出低电平，与非门u6输出高电平，控制路灯断电。
29.本实施例实现了路灯短路电流的及时检测，其中，电压跟随器起到隔离缓冲的作用；由于路灯回路的电流为交流，为适应交流信号的检测，设置双限比较电路，其参考电压为正负电压，用于快速检测交流电流在正负半周的过流信号；双限比较电路中运放u5a和运放u5b的输出分别接入与非门u6的两个输入端，路灯电流的正半周或负半周发生过流，都会导致与非门u6输出高电平，从而控制路灯断电。双限比较电路配合与非门u6的设计，不仅实现路灯短路电流的准确检测，而且检测速度快，有利于发生短路时对路灯的及时保护。
30.进一步，如图1所示，还包括并联的电阻r3和电容c1，电容c1的一端接入比较器u4a的同相输入端，电容c1的另一端接地。
31.电容c1设置在比较器u4a的同相输入端，起到滤波作用，避免干扰信号进入比较器u4a，电阻r3为匹配电阻，保证过流信号的准确检测。
32.进一步，如图2所示，还包括第一输出控制电路，第一输出控制电路包括三极管q1和继电器k1，三极管q1的基极与与非门u6的输出端连接，三极管q1的发射极接地，三极管q1的继电器与继电器k1线圈的一端连接，继电器k1线圈的另一端与电源5v连接，继电器k1的常闭触点串联的路灯的供电电路中。
33.在正常情况下，双限比较电路中的运放u5a和运放u5b均输出高电平，与非门u6输出高电平，三极管q1导通，继电器k1的线圈通电，继电器k1的常闭触点闭合，路灯通电工作。当发生过流信号时，例如，电流正半周的瞬时值大于设定值，运放u5a输出低电平，运放u5b输出高电平，与非门u6输出高电平，三极管q1导通，继电器k1的线圈通电，继电器k1的常闭
触点断开，路灯断电。
34.进一步，还包括火花检测电路，如图3所示，火花检测电路包括比较器u7a、定时电路和计数器u9，比较器u7a的同相输入端用于与弧光检测传感器连接，比较器u7a的反相输入端与基准电压vref1连接，比较器u7a的输出端与定时电路的输入端连接，定时电路的输出端接入计数器u9的清零端，比较器u7a的输出端还接入计数器u9的时钟输入端，计数器u9的进位输出端通过二极管d2接入三极管q1的基极，
35.还包括二极管d5，二极管d5的阳极与与非门u6的输出端连接，二极管d5的阴极与三极管q1的基极连接。
36.火花是短路的前兆，本实施还设置有火花检测电路，在产生火花后，及时检测火花信号，并根据火花信号发生了短路，将会进一步提高短路检测的及时性。
37.其中，火花检测电路的工作原理为：弧光检测传感器的输出信号接入比较器u7a的同相输入端，当发生火花信号时，弧光检测传感器的输出电压大于基准电压vref1，比较器u7a输出跳变为高电平；比较器u7a的输出端接入计数器u9的时钟输入端clk，计数器u9对接收到的上升沿脉冲进行计数，同时，比较器u7a的输出端接入计时电路，计时电路开始计时；如果在计时电路的计时时间内，计数器u9已计满，则计数器u9的进位输出端为高电平，该高电平信号经二极管d2接入三极管q1的基极，三极管q1导通，继电器k1的线圈通电，继电器k1的常闭触点断开，路灯断电。
38.与非门u6的输出端(即短路电流检测电路的输出端)通过二极管d5接入三极管q1的基极，计数器u9的进位输出端(即火花检测电路的输出端)通过二极管d2接入三极管q1的基极，短路故障或火花故障中任一种情况都会导致三极管q1导通，继电器k1的线圈通电，继电器k1的常闭触点断开，及时断开路灯电源。
39.进一步，如图3所示，定时电路包括三极管q3和时基芯片u8，三极管q3的基极与比较器u7a的输出端连接，三极管q3的发射极接地，三极管q3的集电极接入时基芯片u8的触发端，时基芯片u8的输出端接入计数器u9的清零端，
40.还包括串联的电位器rp2、电阻r7和电容c4，电位器rp2的一端与电源vcc连接，电容c4的一端接地，电容c4的另一端接入时基芯片u8的阈值端和放电端。
41.当出现火花故障时，弧光检测传感器输出电压大于基准电压vref1，比较器u7a输出高电平，三极管q3导通，时基芯片u8的触发端trig接地，时基芯片u8的输出端out输出高电平，如果在设定时间内没有火花故障，时基芯片u8的输出端out输出低电平，将计数器u9的计数清零，计数器u9的计数输出端rco不动作；如果在设定时间内火花故障的发生次数超过设定值，计数器u9的计数输出端rco输出高电平信号，该高电平信号通过二极管d2接入三极管q1的基极，三极管q1导通，继电器k1的线圈通电，继电器k1的常闭触点断开，路灯断电。其中，设定时间由电位器rp2、电阻r7和电容c4的大小决定。
42.进一步，还包括湿度检测电路，如图4所示，湿度检测电路包括依次连接的比较器u7b和第二输出控制电路，比较器u7b的同相输入端用于与湿度传感器连接，比较器u7b的反相输入端与基准电压vref2连接，比较器u7b的输出端接入第二输出控制电路的输入端，第二输出控制电路用于控制除湿装置的启停。
43.进一步，如图4所示，第二输出控制电路包括三极管q2和继电器k2，三极管q2的基极与比较器u7b的输出端连接，三极管q2的发射极接地，三极管q2的集电极与继电器k2线圈
的一端连接，继电器k2线圈的另一端与电源5v连接，继电器k2的常闭触点串联在除湿装置的供电电路中。
44.如果线路长期处于潮湿的环境中，容易造成线路短路或者漏电伤人，本实施例中湿度检测电路用于检测电气箱内的空气湿度，当湿度大于设定值时，及时启动除湿装置进行除湿。其工作原理为：当湿度过大时，湿度传感器输出电压大于基准电压vref2，比较器u7b输出高电平的控制信号，三极管q2导通，继电器k2通电，除湿装置通电开始工作。
45.进一步，还包括基准源电路一，如图3所示，基准源电路一包括串联的电阻r10和电阻r6，电阻r6的一端与电源5v连接，电阻r6的一端接地，电阻r10和电阻r6的串联点作为基准电压vref1。
46.电阻r10和电阻r6串联在电源5v和地之间，电阻r6的分压作为基准电压vref1，根据实际需要，通过调节电阻r6和电阻r10的阻值，可以调节基准电压vref1的大小，电路结构简单、操作方便。
47.进一步，还包括基准源电路二，如图4所示，基准源电路二包括串联的电阻r11和电阻r12，电阻r11的一端与电源5v连接，电阻r12的一端接地，电阻r11和电阻r12的串联点作为基准电压vref2。
48.电阻r11和电阻r12串联在电源5v和地之间，电阻r12的分压作为基准电压vref2，根据实际需要，通过调节电阻r11和电阻r12的阻值，可以调节基准电压vref2的大小，电路结构简单、操作方便。
49.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种城市灯杆电气箱短路监测系统，设置在电气箱内，其特征在于，包括短路电流检测电路(21)，所述短路电流检测电路(21)包括依次设置的电压跟随器u4a、分压电路、双限比较电路、与非门u6，所述电压跟随器u4a的输入端用于与电流传感器连接，所述分压电路包括串联的电阻r1、电位器rp1和电阻r2，所述双限比较电路包括运放u5a和运放u5b，所述电阻r1的第一端与电源+15v连接，所述电阻r1的第二端接入所述运放u5a的同相输入端，所述运放u5a的反相输入端与所述电压跟随器u4a的输出端连接，所述电阻r2的第一端与电源-15v连接，所述电阻r2的第二端接入所述运放u5b的反相输入端，所述运放u5b的同相输入端接入所述运放u5a的反相输入端，所述运放u5a的输出端接入所述与非门u6的第一输入端，所述运放u5b的输出端接入所述与非门u6的第二输入端，所述与非门u6的输出端用于控制路灯的通断电。2.根据权利要求1所述的一种城市灯杆电气箱短路监测系统，其特征在于，还包括并联的电阻r3和电容c1，所述电容c1的一端接入所述比较器u4a的同相输入端，所述电容c1的另一端接地。3.根据权利要求1所述的一种城市灯杆电气箱短路监测系统，其特征在于，还包括第一输出控制电路(22)，所述第一输出控制电路(22)包括三极管q1和继电器k1，所述三极管q1的基极与所述与非门u6的输出端连接，所述三极管q1的发射极接地，所述三极管q1的继电器与继电器k1线圈的一端连接，所述继电器k1线圈的另一端与电源5v连接，所述继电器k1的常闭触点串联的路灯的供电电路中。4.根据权利要求3所述的一种城市灯杆电气箱短路监测系统，其特征在于，还包括火花检测电路(23)，所述火花检测电路(23)包括比较器u7a、定时电路(231)和计数器u9，所述比较器u7a的同相输入端用于与弧光检测传感器连接，所述比较器u7a的反相输入端与基准电压vref1连接，所述比较器u7a的输出端与所述定时电路(231)的输入端连接，所述定时电路(231)的输出端接入所述计数器u9的清零端，所述比较器u7a的输出端还接入计数器u9的时钟输入端，所述计数器u9的进位输出端通过二极管d2接入所述三极管q1的基极，还包括二极管d5，所述二极管d5的阳极与所述与非门u6的输出端连接，所述二极管d5的阴极与所述三极管q1的基极连接。5.根据权利要求4所述的一种城市灯杆电气箱短路监测系统，其特征在于，所述定时电路(231)包括三极管q3和时基芯片u8，所述三极管q3的基极与所述比较器u7a的输出端连接，所述三极管q3的发射极接地，所述三极管q3的集电极接入所述时基芯片u8的触发端，所述时基芯片u8的输出端接入所述计数器u9的清零端，还包括串联的电位器rp2、电阻r7和电容c4，所述电位器rp2的一端与电源vcc连接，所述电容c4的一端接地，所述电容c4的另一端接入所述时基芯片u8的阈值端和放电端。6.根据权利要求1所述的一种城市灯杆电气箱短路监测系统，其特征在于，还包括湿度检测电路(25)，所述湿度检测电路(25)包括依次连接的比较器u7b和第二输出控制电路(27)，所述比较器u7b的同相输入端用于与湿度传感器连接，所述比较器u7b的反相输入端与所述基准电压vref2连接，所述比较器u7b的输出端接入所述第二输出控制电路(27)的输入端，所述第二输出控制电路(27)用于控制除湿装置的启停。7.根据权利要求6所述的一种城市灯杆电气箱短路监测系统，其特征在于，所述第二输出控制电路(27)包括三极管q2和继电器k2，所述三极管q2的基极与所述比较器u7b的输出
端连接，所述三极管q2的发射极接地，所述三极管q2的集电极与继电器k2线圈的一端连接，所述继电器k2线圈的另一端与电源5v连接，所述继电器k2的常闭触点串联在除湿装置的供电电路中。8.根据权利要求4所述的一种城市灯杆电气箱短路监测系统，其特征在于，还包括基准源电路一，所述基准源电路一包括串联的电阻r10和电阻r6，所述电阻r6的一端与电源5v连接，所述电阻r6的一端接地，所述电阻r10和所述电阻r6的串联点作为基准电压vref1。9.根据权利要求1所述的一种城市灯杆电气箱短路监测系统，其特征在于，还包括基准源电路二，所述基准源电路二包括串联的电阻r11和电阻r12，所述电阻r11的一端与电源5v连接，所述电阻r12的一端接地，所述电阻r11和所述电阻r12的串联点作为基准电压vref2。
技术总结本发明涉及智慧灯杆技术领域，提出了一种城市灯杆电气箱短路监测系统，包括短路电流检测电路，短路电流检测电路包括依次设置的电压跟随器U4A、分压电路、双限比较电路、与非门U6，电压跟随器U4A的输入端用于与电流传感器连接，分压电路包括串联的电阻R1、电位器RP1和电阻R2，双限比较电路包括运放U5A和运放U5B，电阻R1的第一端与电源+15V连接，电阻R1的第二端接入运放U5A的同相输入端，运放U5A的反相输入端与电压跟随器U4A的输出端连接，电阻R2的第一端与电源-15V连接，电阻R2的第二端接入运放U5B的反相输入端。通过上述技术方案，解决了现有技术中城市灯杆电气箱短路监测系统保护不及时的问题。及时的问题。及时的问题。
技术研发人员：杜亚宁 李杰 于鹏 田志怀 唐兰香 付晓燕 曹世鲲
受保护的技术使用者：同辉电子科技股份有限公司
技术研发日：2022.04.07
技术公布日：2022/7/5
