顧新，陳丹

摘要：針對城市小區(qū)變電所存在的實際問題，設計了基于的ARM-Linux平臺的小區(qū)變電所遠程監(jiān)控系統(tǒng)。采用用高端的ARM9作為控制核心，實現(xiàn)ARM和各種功能的變送器之間的連接，用戶只要通過手機發(fā)送GSM短消息就能對ARM發(fā)送控制命令，ARM對各個變送器進行控制，以此實現(xiàn)對無人看守的變電所的遠程監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：ARM9；Linux；遠程控制；變電所

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)02-0461-03

Design of the Remote Monitoring System of Substation Based on ARM9

GU Xin1,CHEN Dan2

（1.Changzhou Branch Electrical Appliance Limited Company,Changzhou 213160,China;2.Jiangsu Teachers University of Technology, Changzhou 213001,China)

Abstract: Based on the urban substation practical problems in the community, it designed a community based on the ARM-Linux plat? form of substation remote monitoring systems. High-end ARM9 core control, realization of ARM and connections between the various features of the transmitter, As long as the user by sending a GSM mobile phone short messages can be sent to ARM control commands, ARM on each transmitter to control, to enable unattended substation remote monitoring.

Key words: ARM9;Linux;the remote control system; the substation

隨著電力事業(yè)的迅速發(fā)展和人民生活水平日益提高，城市中的小區(qū)變電所的數(shù)量越來越多，運行管理的難度也日益加重，特別是確保人身和設備安全的壓力也越來越大。在實際運行中極有可能出現(xiàn)下面幾種情況：1)由于一般小區(qū)變電所沒有不停電電源，致使其部分防誤聯(lián)鎖功能不能實現(xiàn)，給安全運行埋下重大隱患。2)小區(qū)變電所電源進線檢修，需要進線接地刀閘或掛接地線，而很多都沒有這樣的防誤操作的裝置。3)部分小區(qū)變電所使用了SF6開關(guān),但沒有監(jiān)控SF6氣體含量是否超標的裝置,而《電力安全工作規(guī)程》和《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》中明確要求“室內(nèi)安裝SF6開關(guān)設備應設置一定數(shù)量的氧量儀和SF6濃度報警儀”。4.小區(qū)變電所均是無人值守，也多次發(fā)生小偷破門(窗)而入的現(xiàn)象，這也給安全運行構(gòu)成重大威脅。5.小區(qū)變電所里有很多電力設備，沒有對火災的監(jiān)測，存在安全隱患。6.小區(qū)變電所里的變壓器一般都有超溫報警接點，由于變電所沒有遠程通信通道，即使安裝了監(jiān)測設備，由于是無人值班，很難起到預期的效果。7.小區(qū)變在雨季，電纜溝會發(fā)生水浸，未及時處理，會產(chǎn)生重大安全事故。針對上述問題我們設計了基于ARM9的小區(qū)變電所遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

系統(tǒng)采用三星公司高端的arm9單片機S3C2440作為系統(tǒng)主機，擴展了64M的ROM和64M的RAM，速度快，擴展性強，升級方便。主機內(nèi)置Linux操作系統(tǒng)，人機界面友好，容易操作，穩(wěn)定可靠，實時性強。在解決無人值守小區(qū)變電所無遠程通信功能的問題上，我們采用GSM手機模塊，利用GSM公網(wǎng)的中文短信去實現(xiàn)遙控、遙信功能。

圖1系統(tǒng)框圖

1系統(tǒng)總設計

本系統(tǒng)的設計是一款多功能集成的變電所遠程檢測系統(tǒng)，將氣體變送器、防盜傳感器、火災傳感器、高壓感應傳感器、高壓帶電顯示閉鎖裝置、門禁控制器等多種變送器功能集于一身。如圖1。主監(jiān)控單元采用高端的ARM9來實現(xiàn)其控制和管理的功能，監(jiān)測系統(tǒng)各種信號通過GSM手機模塊發(fā)送短信給運行維護人員的手機和監(jiān)控中心，同時維護人員手機和監(jiān)控中心可發(fā)送短信遙控監(jiān)控主機。通過這個簡潔、便捷、廉價的通信平臺，很多監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制指令可以進行有效可靠的傳輸。

嵌入式處理器采用三星公司的基于ARM920T內(nèi)核的16/32位RISC嵌入式微處理器S3C2440，主頻高達400MHZ，適合于圖像、視頻處理，主要面向高性價比、低的應用。S3C2440內(nèi)置有豐富的外設資源，其中包括：存儲器、LCD、Camera串口、IIC、IIS和USB等接口控制電路。在S3C2440處理器的控制下，將從變送器和傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)幀同步信號觸發(fā)產(chǎn)生中斷傳遞給SDRM,通過GSM手機模塊發(fā)送短信給維護人員的手機和監(jiān)控中心，或者直接發(fā)送報警信號，啟動報警信號燈。

2系統(tǒng)的主要功能

2.1多種功能的變送器

各個變送器模塊的安裝主要用來衡量監(jiān)控系統(tǒng)的運行狀態(tài)。在LINUX操作系統(tǒng)界面上直接反映系統(tǒng)的工作狀態(tài)，主要包括：煙感報警狀態(tài)、SF氣體含量、O2氣體含量、防盜報警狀態(tài)、主變超溫狀態(tài)、水浸狀態(tài)等。同時也可以根據(jù)實際場地或客戶的需要，安裝擴展變送器。

2.1.1集SF6氣體和氧氣濃度檢測功能于一身的SF6/O2變送器

主要針對最重要的SF6氣體和氧氣濃度進行檢測，并兼有溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)的輔助檢測功能。完全符合《國家電網(wǎng)公司電力安全工作規(guī)程》和《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》的要求。選用先進的高靈敏度傳感器，最低能檢測到環(huán)境中100ppm的SF6氣體，報警誤差＜5%,氧氣報警誤差＜0.5%。變送器檢測的有效面積為40m2左右。

2.1.2先進的人體感應傳感器

人體感應紅外及微波傳感器有效感應直射范圍15m左右（無遮擋物），傳感器應監(jiān)視相對空曠的空間。一般變電所可配備二只傳感器，根據(jù)監(jiān)測區(qū)域的大小任意配置。

2.1.3防止帶電合地刀(掛接地線)

主機采用大容量、高性能免維護的蓄電池組，利用變電站所用電或PT二次電源對其浮充，用逆變電源將直流電壓轉(zhuǎn)換為AC220V交流電，為門禁裝置、高壓帶電顯示閉鎖裝置、電磁鎖、SF6/O2變送器、監(jiān)控主機、傳感器等提供工作電源。防誤回路一般安裝于變電站有源線路的開關(guān)柜內(nèi)。帶電顯示閉鎖裝置用接觸式或非接觸式帶電顯示閉鎖裝置，顯示終端見圖2。

圖2顯示終端框圖

2.1.4門禁控制

門禁控制器與門上刷卡器相連，與主機同步存儲ic卡號，由檢修人員刷卡進入維護，每次維護人員進入變電所都有數(shù)據(jù)記錄，以備查詢。解決供電所鑰匙管理問題。

2.1.5火災報警監(jiān)控

煙霧傳感器接在主變壓器上部，當發(fā)生火災，主機會發(fā)信息到指定上位機或者負責人手機上。

2.2發(fā)送多種監(jiān)控遙控短消息

可以通過上位機、管理人員的手機對監(jiān)控主機進行短信開、關(guān)風機、開門、解警、布防，同時上位機、管理人員的手機接收主機的報警短信。例如：

2.2.1防盜信息

本系統(tǒng)安裝防盜傳感器，當有人非法進入小區(qū)變電所內(nèi)，主機將延時發(fā)出警報語音：“高壓危險、請趕快離開”，光字牌紅燈和藍燈交替閃亮，同時通過短信向數(shù)據(jù)中心(監(jiān)控中心)或定向手機發(fā)出“***有人非法闖入”的短信，及時通知巡檢人員進行檢查。系統(tǒng)主機上可以手動布防和解警，也可以用手機遠程布防和解警。

2.2.2門禁鑰匙管理

小區(qū)變門采用IC卡門禁控制器，使用有權(quán)限的員工證（IC卡）刷卡即可進入開門進入小區(qū)變，同時向數(shù)據(jù)中心（監(jiān)控中心）或定向手機發(fā)送“***小區(qū)變***卡號在***時間刷卡開門”。

2.2.3火災監(jiān)測管理

由于小區(qū)變電所內(nèi)有很多的電力設備、電纜，發(fā)熱、放電弧光、設備故障等都容易引起火災，當煙霧傳感器報警時，同時向數(shù)據(jù)中心(監(jiān)控中心)或定向手機發(fā)出“***小區(qū)變火災報警”的短信，及時通知巡檢人員進行檢查。

2.2.4變壓器超溫報警管理

利用小區(qū)變現(xiàn)有的溫控設備超溫報警接點，當變壓器超溫時，向數(shù)據(jù)中心（監(jiān)控中心）或向手機發(fā)出“***小區(qū)變主變超溫報警”的短信。

3工作原理

主機內(nèi)含有充電回路、蓄電池組、逆變回路、中央處理器、GSM手機短信模塊、手機SIM卡、報警后的功能擴展回路、人機對話的顯示屏、觸摸屏、功放及音響、光字牌等。上述功能集中組裝在主機箱內(nèi)，如圖3主機原理框圖。下面以防盜監(jiān)控方面的管理和手機發(fā)送命令兩個方面舉例說明系統(tǒng)的工作原理。

系統(tǒng)主機內(nèi)安裝防盜傳感器，當有人非法進入變電所，防盜傳感器接受到感應，多路模擬選擇開關(guān)的防盜通道打通，通過波形方法，A/D轉(zhuǎn)換電路，將信號傳遞給控制核心單片機，單片機啟動相應的報警程序，包括啟動延時發(fā)出警報語音和光字牌紅燈和藍燈交替閃亮，同時通過GSM系統(tǒng)利用短信功能向數(shù)據(jù)中心(監(jiān)控中心)或定向手機發(fā)出“***有人非法闖入”的短信。如果非法人員聽到報警語音，立即離開不在防盜傳感器檢測范圍之內(nèi)，手機又會收到的短信：“***非法闖入報警解除”。

手機遙控主機是系統(tǒng)工作的另外一個主要的方面。通過GMS短消息模塊將短消息進行電平轉(zhuǎn)化給單片機，單片機再將相應的命令轉(zhuǎn)化給變送器模塊。首先系統(tǒng)要初始化，遙控系統(tǒng)的手機號碼必須在主機中設置，手機發(fā)送的命令應發(fā)送至當前監(jiān)控主機的號碼。先設定小區(qū)變電所命名：手機發(fā)“名稱為***”，（名稱不得大于15個漢字），此后將收到“***小區(qū)變命名成功”的短信，然后發(fā)相關(guān)的命令，手機發(fā)“開風機”，此后將收到“***小區(qū)變開風機成功”的短信。

圖3主機原理框圖

4系統(tǒng)的操作界面

軟件部分的設計主要基于ARM-Linux,與其他嵌入式操作系統(tǒng)相比，Linux操作系統(tǒng)具有完整的TCP/IP協(xié)議，界面友好，容易操作，穩(wěn)定可靠，實時性強，滿足了遠程控制系統(tǒng)對系統(tǒng)可靠性的要求，此外，Linux易于移植裁剪，內(nèi)核小，效率高，源代碼開放，為系統(tǒng)開發(fā)提供很好的技術(shù)支持。

主界面顯示系統(tǒng)各個變送器和傳感器的運行狀態(tài)。另外有報警記錄、系統(tǒng)日志、用戶設置，開風機，解警等九個常用界面模塊。例如，如圖4用戶設置操作界面。在主界面點擊“用戶設置”，輸入密碼“0000”后點“確認”，語音提示“請稍候”進入用戶設置界面，其中第一項手機號碼設置，點擊號碼輸入框，手選數(shù)字輸入要添加的手機號碼，點“添加”鍵加入“已設號碼”內(nèi)，按“確定”鍵保存。若要刪除，點中“已設號碼”框內(nèi)的號碼，點“刪除”鍵再按“確定”鍵保存。

圖4用戶設置操作界面

5結(jié)束語

在利用GSM手機模塊和GSM公網(wǎng)的中文短信去實現(xiàn)遙控的可行性基礎上，提出基于單片機的遠程監(jiān)控終端設計思路，并形成硬件組成和軟件操作系統(tǒng)設計方案，包括單片機的合理選擇以及外圍變送器和傳感器電路設計，GSM模塊的選擇和整個系統(tǒng)操作系統(tǒng)的設計方案。

基于單片機的遠程小區(qū)變電所遠程監(jiān)控系統(tǒng)是一款集火災報警功能、防盜報警功能、主變超溫報警功能、SF6氣體檢測泄漏和氧氣含量偏低報警功能、門禁控制功能、強制解警、布防功能、手機短信開、關(guān)風機、開門、解警、布防功能于一身的多功能遠程監(jiān)控遙控系統(tǒng)，它廣泛適用于小型的居民小區(qū)和無人居住的偏遠地區(qū)。此系統(tǒng)有良好的適用性和擴展性，因此具有很大的研究意義和實用價值，為遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸提供了一種可行的方法。

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