泛在電力物聯(lián)——智能電纜井蓋您見過嗎

“智慧城市”、“智能電網(wǎng)”、“泛在電力物聯(lián)”．．．．．．近幾年一些新概念相繼被提出，這些規(guī)劃相互交叉影響，在一些試點城市快速建設(shè)推進(jìn)，如高壓電纜線已由空架開始轉(zhuǎn)到地下，以青島為例，主干道、高新區(qū)老區(qū)改造新區(qū)建設(shè)都要求電纜下地，每50m－100m覆蓋一個智能井蓋來保證城市安全，釋放城市空間資源。

電力智能井蓋產(chǎn)品定義及終端功能

產(chǎn)品定義： 智能井蓋監(jiān)控系統(tǒng)，可以檢測井蓋是否丟失，智能井蓋監(jiān)控系統(tǒng)利用目前先進(jìn)的無線通訊技術(shù)、電源技術(shù)、可以持續(xù)采集井蓋狀態(tài)和井下環(huán)境信息，包括水位、溫度、有害氣體等，然后存儲和遠(yuǎn)傳。將井蓋的開啟、井蓋巡檢納入到統(tǒng)一的維護(hù)管理系統(tǒng)中，并建立相對應(yīng)的報警處理機(jī)制，通過電子地圖展示井蓋所處位置的狀態(tài)和報警內(nèi)容，例如井蓋被盜或者破壞，監(jiān)控人員能夠及時到達(dá)現(xiàn)場處理，快速地解決安全遺患。

電力井蓋監(jiān)控終端功能：

入侵報警： 實時監(jiān)控井蓋的開啟及破壞情況

環(huán)境監(jiān)測：井下O2濃度有毒氣體如CO，H2S．．．．．．

狀態(tài)管理： 遠(yuǎn)程控制或密鑰開啟、關(guān)閉井蓋

通過通訊協(xié)議接口實現(xiàn)與其他系統(tǒng)的互聯(lián)互通

基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備的全生命周期的管理

與ADI合作三十多年的技術(shù)型分銷商——Excelpoint世健公司的工程師Ethan Li向我們介紹了ADI IC從感知（iSensor MEMS）、采集（Analog to Digital Converter），到數(shù)字隔離通訊接口（iCoupler）、電源供電系統(tǒng)（ADI Power by Linear），在一個典型小而智慧的應(yīng)用“電力智能井蓋”中的應(yīng)用。

產(chǎn)品典型信號鏈

圖1 電力智能井蓋典型信號鏈（企業(yè)供圖，下同）

系統(tǒng)技術(shù)要求

系統(tǒng)供電： 24Vdc（Range16V～36V） 在線式供電系統(tǒng)（同樣要求有后備電源系統(tǒng)或者鋰電池供電系統(tǒng)）

井蓋傾斜檢測： 閾值報警，1～2°誤差

氣體檢測精度：～5％

通訊方式：隔離RS－232／485總線通訊，速率＜115200bps，2G／4G／NB－IOT無線

靜態(tài)功耗：＜0．02W

報警響應(yīng)時間：＜10S

免維護(hù)時間：1年以上

電源供電系統(tǒng)－ ADIPower by Linear

電源需啟動較大功率機(jī)械動作開關(guān)，也要保證下井后系統(tǒng)斷電的人工安全，所以供電方式上采用在線式24Vdc供電Vin＝16～36V，后備電源為6～8節(jié)Li－ion（25．2Vfull／29．4Vfull）串聯(lián)充電。

成功設(shè)計使用案例：LTC4020高壓buck－boost兼容MPPT太陽能充電功能＋LTC4416外部路徑管理的高可靠性設(shè)計方案。

圖2 LTC4020應(yīng)用簡圖及特點

此外，還有反激式LT8302隔離電源方案，LT860X多路同步整流DC／DC，以及Silent switcher技術(shù)的LT8609S、LTC8645S、LTC8650S等全套電源供電可參考方案。

ADI MEMS G－sensor在傾角檢測的應(yīng)用

成功設(shè)計使用案例：超低功耗3軸MEMS加速度計ADXL362，保證整機(jī)的靜態(tài)功耗。

關(guān)于3軸G－SENOR測傾角的設(shè)計，可參考ADI官網(wǎng)完整的應(yīng)用筆記AN1057。

井下氣體檢測

系統(tǒng)一般會要求有O2、CO、CO2、H2S四種氣體加常規(guī)輔助量檢測，檢測誤差精度～5％，要求不高，現(xiàn)在客戶設(shè)計方案還是電化學(xué)傳感器加放大器，如ADA4528、AD623 TIA信號調(diào)理后MCU片內(nèi)ADC采集的方案。

ADuCM355高集成度、高精度、高安全可靠性、小體積、低功耗等特性，在基于電化學(xué)傳感器做氣體檢測中應(yīng)用中優(yōu)勢顯著，有客戶已開始導(dǎo)入評測，ADuCM355具體的應(yīng)用設(shè)計本文不展開細(xì)說，可參考ADI官網(wǎng)電路筆記CN0425、CN0429了解。

隔離通訊接口

通訊方式：隔離RS－232／485總線通訊，功能性隔離2500Vdc，通訊速率＜115200bps，以及2G／4G／NB－IOT無線。

成功設(shè)計使用案例：隔離RS－232、 ADM3251E、 隔離RS－485、 低成本ADM2483， 集成isoPower 的ADM2587E。相比于傳統(tǒng)的光耦隔離與電容隔離，ADI iCoupler專利的磁隔離技術(shù)魯棒性高，抗干擾能力強(qiáng)。新一代的磁隔離編解碼技術(shù)在原有解碼基礎(chǔ)上又升級進(jìn)一步增加抗干擾性，集成度高、設(shè)計簡單。

磁耦技術(shù) 聚酰亞胺隔離

單端“一脈沖兩脈沖”編碼架構(gòu)

差分開關(guān)鍵控架構(gòu)

Ethan 表示，ADI可提供的iSensor＋ Single process＋ iCoupler＋ ADI power by Linear全套產(chǎn)品方案。此外，Excelpoint 世健公司在山東區(qū)域已配合客戶設(shè)計支持，具有成功設(shè)計使用的經(jīng)驗，并且已經(jīng)量產(chǎn)。隨著城市發(fā)展和泛電力物聯(lián)網(wǎng)的大力推進(jìn)，電力智能井蓋產(chǎn)品功能也會不斷豐富。相信將來ADI產(chǎn)品與客戶方案設(shè)計上會有更全面、更深入的合作。

（本文作者：Ethan Li）

關(guān)于世健——亞太區(qū)領(lǐng)先的元器件授權(quán)代理商

世健是完整解決方案的供應(yīng)商，為亞洲電子廠商包括原設(shè)備生產(chǎn)商（OEM）、原設(shè)計生產(chǎn)商（ODM）和電子制造服務(wù)提供商（EMS）提供優(yōu)質(zhì)的元器件、工程設(shè)計及供應(yīng)鏈管理服務(wù)。

世健與供應(yīng)商及電子廠商緊密協(xié)作，為新的科技與趨勢作出定位，并幫助客戶把這些最先進(jìn)的科技揉合于他們的產(chǎn)品當(dāng)中。集團(tuán)分別在新加坡、中國及越南設(shè)有研發(fā)中心，專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊不斷創(chuàng)造新的解決方案，幫助客戶提高成本效益并縮短產(chǎn)品上市時間。世健研發(fā)的完整解決方案及參考設(shè)計可應(yīng)用于工業(yè)、無線通信及消費(fèi)電子等領(lǐng)域。

世健是新加坡的主板上市公司，總部設(shè)于新加坡，擁有約750名員工，業(yè)務(wù)范圍已擴(kuò)展至亞太區(qū)40多個城市和地區(qū)，遍及新加坡、馬來西亞、泰國、越南、中國、印度、印度尼西亞、菲律賓及澳大利亞等十多個國家。世健集團(tuán)在2019年的年營業(yè)額超過9億7千萬美元。1993年，世健在香港設(shè)立區(qū)域總部——世健系統(tǒng)（香港）有限公司，正式開始發(fā)展中國業(yè)務(wù)。目前，世健在中國擁有十多家分公司和辦事處，遍及中國主要大中型城市。憑借專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊、頂尖的現(xiàn)場應(yīng)用支持以及豐富的市場經(jīng)驗，世健在中國業(yè)內(nèi)享有領(lǐng)先地位。