基于GPRS的低壓配電網(wǎng)監(jiān)測模擬裝置

錦州自來水服務(wù)公司　于久昌

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基于GPRS的低壓配電網(wǎng)監(jiān)測模擬裝置

錦州自來水服務(wù)公司于久昌

【摘要】本系統(tǒng)以8051為控制核心，實(shí)現(xiàn)對低壓配電網(wǎng)的電壓、電流、頻率及功率等參數(shù)的監(jiān)測。配電網(wǎng)三相電流、電壓信號通過電量傳感器、電流/電壓轉(zhuǎn)換器及調(diào)整電路變換成交流模擬電壓信號，由A/D轉(zhuǎn)換器送入單片機(jī)進(jìn)行處理及參數(shù)計(jì)算，單片機(jī)處理采集到的配電參數(shù)數(shù)據(jù)并通過GPRS模塊發(fā)送給上位機(jī)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)電力參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測，便于遠(yuǎn)程監(jiān)測中各種電力參數(shù)計(jì)算，具有廣闊的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】電能質(zhì)量；工頻交流電；單片機(jī)；信號采集

1　引言

大量非線性功率設(shè)備的不正規(guī)接入和電弧爐等沖擊性負(fù)載的使用，直接導(dǎo)致供電電壓波動、閃動，電壓波形發(fā)生畸變，嚴(yán)重降低了低壓配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。使得供電部門必須實(shí)時監(jiān)測低壓配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，采集電能參數(shù)進(jìn)行分析并迅速作出響應(yīng)，減小外界對配電網(wǎng)的污染。我國電力供應(yīng)覆蓋范圍廣，因此有必要將GPRS無線通信技術(shù)應(yīng)用于低壓配電網(wǎng)監(jiān)測，既可以有效地彌補(bǔ)有線監(jiān)測方式的不足，又能省去高額的建網(wǎng)費(fèi)用。本系統(tǒng)就是建立在GPRS無線通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合嵌入式電子技術(shù)，使電網(wǎng)就能具有自我診斷的能力，從而保證用戶得到綠色、經(jīng)濟(jì)、可靠和穩(wěn)定的電力供應(yīng)。

2　系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，首先以單片機(jī)8051為核心，通過PT/CT轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成電流信號，再通過電流/電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓信號，由調(diào)整電路轉(zhuǎn)換成平穩(wěn)的電壓信號，經(jīng)過MAX197芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)處理，單片機(jī)8051處理采集到的電壓數(shù)據(jù)并將結(jié)果和對應(yīng)的時間數(shù)據(jù)通過GPRS模塊發(fā)送給后臺管理系統(tǒng)。另外還可通過按鍵和液晶顯示器查詢采集到的電壓數(shù)據(jù)，同時可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)整體框圖

3　系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1信號采集電路

為監(jiān)測三相電源中的電流、電壓等參數(shù)，由采集電路對所測參數(shù)進(jìn)行隔離變換。在此電壓傳感器采用SPT204A芯片，電流傳感器采用SCT204B芯片。

3.2A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)接口電路

由MAX197完成A/D轉(zhuǎn)換功能。通過8051的P10~P17與MAX197的D0~D7相連(見圖2)。

3.3單片機(jī)與GPRS之間的通信電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中單片機(jī)與GPRS通信模塊之間采用TTL串行通信。發(fā)送端將串行口的TTL電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號A，B兩路輸出，經(jīng)過線纜傳輸之后在接收端將差分信號還原成TTL電平信號。由于傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以又極強(qiáng)的抗共模干擾的能力，總線收發(fā)器靈敏度很高，可以檢測到低至200mV電壓。

圖2　單片機(jī)與GPRS模塊之間的通信電路

4　系統(tǒng)測試與誤差分析

4.1測試結(jié)果

單片機(jī)8051處理采集到的電壓，數(shù)據(jù)并將結(jié)果和實(shí)時時鐘DS1302對應(yīng)的時間數(shù)據(jù)通過GPRS模塊發(fā)送給后臺管理系統(tǒng)。另外還可通過按鍵和液晶顯示器查詢采集到的電壓數(shù)據(jù)，同時可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，最終實(shí)現(xiàn)對低壓配電網(wǎng)參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測。

4.2誤差產(chǎn)生原因分析

(1)采樣傳感器自身精度誤差；(2)MAX197轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換誤差和量化誤差；(3)手工焊接完成硬件電路，布線造成的誤差；(4)功率數(shù)據(jù)的獲得由電壓和電流的數(shù)據(jù)間接換算所得，誤差的累積效應(yīng)造成誤差。

5　結(jié)論

低壓配電網(wǎng)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的總體方案可行，本設(shè)計(jì)具有使用方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、工作可靠、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)。在許多高危場合，特別是一些分散性大、無人值守的監(jiān)測現(xiàn)場，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時記錄時可采用遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)或短信發(fā)送一些簡單的查詢指令，就可以隨時掌握設(shè)備運(yùn)行的狀況?？梢悦黠@地降低技術(shù)人員的勞動強(qiáng)度，提高工作效率，降低危險(xiǎn)系數(shù)，這對減少人身傷亡事故的發(fā)生起著重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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[3]周碧紅,趙春宇.電能質(zhì)量檢測中同步采樣時鐘發(fā)生器的設(shè)計(jì)[J].電子測量技術(shù).2008(6).

于久昌（1983-）， 男，錦州自來水服務(wù)公司工程師。

作者簡介：