基于ARM9的小區(qū)變電所遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

顧新，陳丹

摘要：針對(duì)城市小區(qū)變電所存在的實(shí)際問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于的ARM-Linux平臺(tái)的小區(qū)變電所遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。采用用高端的ARM9作為控制核心，實(shí)現(xiàn)ARM和各種功能的變送器之間的連接，用戶只要通過(guò)手機(jī)發(fā)送GSM短消息就能對(duì)ARM發(fā)送控制命令，ARM對(duì)各個(gè)變送器進(jìn)行控制，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)人看守的變電所的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

關(guān)鍵詞：ARM9；Linux；遠(yuǎn)程控制；變電所

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(lái)越多，運(yùn)行管理的難度也日益加重，特別是確保人身和設(shè)備安全的壓力也越來(lái)越大。在實(shí)際運(yùn)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(méi)有不停電電源，致使其部分防誤聯(lián)鎖功能不能實(shí)現(xiàn)，給安全運(yùn)行埋下重大隱患。2)小區(qū)變電所電源進(jìn)線檢修，需要進(jìn)線接地刀閘或掛接地線，而很多都沒(méi)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(kāi)關(guān),但沒(méi)有監(jiān)控SF6氣體含量是否超標(biāo)的裝置,而《電力安全工作規(guī)程》和《國(guó)家電網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》中明確要求“室內(nèi)安裝SF6開(kāi)關(guān)設(shè)備應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的氧量?jī)x和SF6濃度報(bào)警儀”。4.小區(qū)變電所均是無(wú)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(yùn)行構(gòu)成重大威脅。5.小區(qū)變電所里有很多電力設(shè)備，沒(méi)有對(duì)火災(zāi)的監(jiān)測(cè)，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(bào)警接點(diǎn)，由于變電所沒(méi)有遠(yuǎn)程通信通道，即使安裝了監(jiān)測(cè)設(shè)備，由于是無(wú)人值班，很難起到預(yù)期的效果。7.小區(qū)變?cè)谟昙?，電纜溝會(huì)發(fā)生水浸，未及時(shí)處理，會(huì)產(chǎn)生重大安全事故。針對(duì)上述問(wèn)題我們?cè)O(shè)計(jì)了基于ARM9的小區(qū)變電所遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

系統(tǒng)采用三星公司高端的arm9單片機(jī)S3C2440作為系統(tǒng)主機(jī)，擴(kuò)展了64M的ROM和64M的RAM，速度快，擴(kuò)展性強(qiáng)，升級(jí)方便。主機(jī)內(nèi)置Linux操作系統(tǒng)，人機(jī)界面友好，容易操作，穩(wěn)定可靠，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。在解決無(wú)人值守小區(qū)變電所無(wú)遠(yuǎn)程通信功能的問(wèn)題上，我們采用GSM手機(jī)模塊，利用GSM公網(wǎng)的中文短信去實(shí)現(xiàn)遙控、遙信功能。

圖1系統(tǒng)框圖

1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一款多功能集成的變電所遠(yuǎn)程檢測(cè)系統(tǒng)，將氣體變送器、防盜傳感器、火災(zāi)傳感器、高壓感應(yīng)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(lái)實(shí)現(xiàn)其控制和管理的功能，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)各種信號(hào)通過(guò)GSM手機(jī)模塊發(fā)送短信給運(yùn)行維護(hù)人員的手機(jī)和監(jiān)控中心，同時(shí)維護(hù)人員手機(jī)和監(jiān)控中心可發(fā)送短信遙控監(jiān)控主機(jī)。通過(guò)這個(gè)簡(jiǎn)潔、便捷、廉價(jià)的通信平臺(tái)，很多監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和控制指令可以進(jìn)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(dá)400MHZ，適合于圖像、視頻處理，主要面向高性價(jià)比、低的應(yīng)用。S3C2440內(nèi)置有豐富的外設(shè)資源，其中包括：存儲(chǔ)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(hào)觸發(fā)產(chǎn)生中斷傳遞給SDRM,通過(guò)GSM手機(jī)模塊發(fā)送短信給維護(hù)人員的手機(jī)和監(jiān)控中心，或者直接發(fā)送報(bào)警信號(hào)，啟動(dòng)報(bào)警信號(hào)燈。

2系統(tǒng)的主要功能

2.1多種功能的變送器

各個(gè)變送器模塊的安裝主要用來(lái)衡量監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)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(bào)警狀態(tài)、SF氣體含量、O2氣體含量、防盜報(bào)警狀態(tài)、主變超溫狀態(tài)、水浸狀態(tài)等。同時(shí)也可以根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地或客戶的需要，安裝擴(kuò)展變送器。

2.1.1集SF6氣體和氧氣濃度檢測(cè)功能于一身的SF6/O2變送器

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

2.1.2先進(jìn)的人體感應(yīng)傳感器

人體感應(yīng)紅外及微波傳感器有效感應(yīng)直射范圍15m左右（無(wú)遮擋物），傳感器應(yīng)監(jiān)視相對(duì)空曠的空間。一般變電所可配備二只傳感器，根據(jù)監(jiān)測(cè)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(jī)采用大容量、高性能免維護(hù)的蓄電池組，利用變電站所用電或PT二次電源對(duì)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(jī)、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(kāi)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(jiàn)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(jī)同步存儲(chǔ)ic卡號(hào)，由檢修人員刷卡進(jìn)入維護(hù)，每次維護(hù)人員進(jìn)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(wèn)題。

2.1.5火災(zāi)報(bào)警監(jiān)控

煙霧傳感器接在主變壓器上部，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)，主機(jī)會(huì)發(fā)信息到指定上位機(jī)或者負(fù)責(zé)人手機(jī)上。

2.2發(fā)送多種監(jiān)控遙控短消息

可以通過(guò)上位機(jī)、管理人員的手機(jī)對(duì)監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行短信開(kāi)、關(guān)風(fēng)機(jī)、開(kāi)門、解警、布防，同時(shí)上位機(jī)、管理人員的手機(jī)接收主機(jī)的報(bào)警短信。例如：

2.2.1防盜信息

本系統(tǒng)安裝防盜傳感器，當(dāng)有人非法進(jìn)入小區(qū)變電所內(nèi)，主機(jī)將延時(shí)發(fā)出警報(bào)語(yǔ)音：“高壓危險(xiǎn)、請(qǐng)趕快離開(kāi)”，光字牌紅燈和藍(lán)燈交替閃亮，同時(shí)通過(guò)短信向數(shù)據(jù)中心(監(jiān)控中心)或定向手機(jī)發(fā)出“***有人非法闖入”的短信，及時(shí)通知巡檢人員進(jìn)行檢查。系統(tǒng)主機(jī)上可以手動(dòng)布防和解警，也可以用手機(jī)遠(yuǎn)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(jìn)入開(kāi)門進(jìn)入小區(qū)變，同時(shí)向數(shù)據(jù)中心（監(jiān)控中心）或定向手機(jī)發(fā)送“***小區(qū)變***卡號(hào)在***時(shí)間刷卡開(kāi)門”。

2.2.3火災(zāi)監(jiān)測(cè)管理

由于小區(qū)變電所內(nèi)有很多的電力設(shè)備、電纜，發(fā)熱、放電弧光、設(shè)備故障等都容易引起火災(zāi)，當(dāng)煙霧傳感器報(bào)警時(shí)，同時(shí)向數(shù)據(jù)中心(監(jiān)控中心)或定向手機(jī)發(fā)出“***小區(qū)變火災(zāi)報(bào)警”的短信，及時(shí)通知巡檢人員進(jìn)行檢查。

2.2.4變壓器超溫報(bào)警管理

利用小區(qū)變現(xiàn)有的溫控設(shè)備超溫報(bào)警接點(diǎn)，當(dāng)變壓器超溫時(shí)，向數(shù)據(jù)中心（監(jiān)控中心）或向手機(jī)發(fā)出“***小區(qū)變主變超溫報(bào)警”的短信。

3工作原理

主機(jī)內(nèi)含有充電回路、蓄電池組、逆變回路、中央處理器、GSM手機(jī)短信模塊、手機(jī)SIM卡、報(bào)警后的功能擴(kuò)展回路、人機(jī)對(duì)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(jī)箱內(nèi)，如圖3主機(jī)原理框圖。下面以防盜監(jiān)控方面的管理和手機(jī)發(fā)送命令兩個(gè)方面舉例說(shuō)明系統(tǒng)的工作原理。

系統(tǒng)主機(jī)內(nèi)安裝防盜傳感器，當(dāng)有人非法進(jìn)入變電所，防盜傳感器接受到感應(yīng)，多路模擬選擇開(kāi)關(guān)的防盜通道打通，通過(guò)波形方法，A/D轉(zhuǎn)換電路，將信號(hào)傳遞給控制核心單片機(jī)，單片機(jī)啟動(dòng)相應(yīng)的報(bào)警程序，包括啟動(dòng)延時(shí)發(fā)出警報(bào)語(yǔ)音和光字牌紅燈和藍(lán)燈交替閃亮，同時(shí)通過(guò)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(jī)發(fā)出“***有人非法闖入”的短信。如果非法人員聽(tīng)到報(bào)警語(yǔ)音，立即離開(kāi)不在防盜傳感器檢測(cè)范圍之內(nèi)，手機(jī)又會(huì)收到的短信：“***非法闖入報(bào)警解除”。

手機(jī)遙控主機(jī)是系統(tǒng)工作的另外一個(gè)主要的方面。通過(guò)GMS短消息模塊將短消息進(jìn)行電平轉(zhuǎn)化給單片機(jī)，單片機(jī)再將相應(yīng)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(jī)號(hào)碼必須在主機(jī)中設(shè)置，手機(jī)發(fā)送的命令應(yīng)發(fā)送至當(dāng)前監(jiān)控主機(jī)的號(hào)碼。先設(shè)定小區(qū)變電所命名：手機(jī)發(fā)“名稱為***”，（名稱不得大于15個(gè)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(jī)發(fā)“開(kāi)風(fēng)機(jī)”，此后將收到“***小區(qū)變開(kāi)風(fēng)機(jī)成功”的短信。

圖3主機(jī)原理框圖

4系統(tǒng)的操作界面

軟件部分的設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)性強(qiáng)，滿足了遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)對(duì)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(kāi)放，為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供很好的技術(shù)支持。

主界面顯示系統(tǒng)各個(gè)變送器和傳感器的運(yùn)行狀態(tài)。另外有報(bào)警記錄、系統(tǒng)日志、用戶設(shè)置，開(kāi)風(fēng)機(jī)，解警等九個(gè)常用界面模塊。例如，如圖4用戶設(shè)置操作界面。在主界面點(diǎn)擊“用戶設(shè)置”，輸入密碼“0000”后點(diǎn)“確認(rèn)”，語(yǔ)音提示“請(qǐng)稍候”進(jìn)入用戶設(shè)置界面，其中第一項(xiàng)手機(jī)號(hào)碼設(shè)置，點(diǎn)擊號(hào)碼輸入框，手選數(shù)字輸入要添加的手機(jī)號(hào)碼，點(diǎn)“添加”鍵加入“已設(shè)號(hào)碼”內(nèi)，按“確定”鍵保存。若要?jiǎng)h除，點(diǎn)中“已設(shè)號(hào)碼”框內(nèi)的號(hào)碼，點(diǎn)“刪除”鍵再按“確定”鍵保存。

圖4用戶設(shè)置操作界面

5結(jié)束語(yǔ)

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

基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程小區(qū)變電所遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是一款集火災(zāi)報(bào)警功能、防盜報(bào)警功能、主變超溫報(bào)警功能、SF6氣體檢測(cè)泄漏和氧氣含量偏低報(bào)警功能、門禁控制功能、強(qiáng)制解警、布防功能、手機(jī)短信開(kāi)、關(guān)風(fēng)機(jī)、開(kāi)門、解警、布防功能于一身的多功能遠(yuǎn)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(wú)人居住的偏遠(yuǎn)地區(qū)。此系統(tǒng)有良好的適用性和擴(kuò)展性，因此具有很大的研究意義和實(shí)用價(jià)值，為遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸提供了一種可行的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]周立功,陳明計(jì).ARM嵌入式linux系統(tǒng)構(gòu)建與驅(qū)動(dòng)卡發(fā)范例[M].2版.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2008:150-208.

[2]韋東山.嵌入式Linux應(yīng)用開(kāi)發(fā)完全手冊(cè)[M].北京:人民郵電出版社,2008:87-124.

[3]Samsung ElecS3C2440X 32-Bit RISC Microprocess Users Manual Revision.2003.4.

[4]管耀武,楊宗德.ARM嵌入式無(wú)線通信系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例精講[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006:55-178.

[5]張大波.嵌入式系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

[6]田澤.嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2004.

[7]曹占中,周余,王自強(qiáng),都思丹.基于s3c2440的Linux攝像頭驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)[J].電子測(cè)量技術(shù),2009,32(2).