基于單片機(jī)的變電站溫濕度Wi-Fi手機(jī)監(jiān)測研究

彭湃

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司肇慶供電局，廣東 肇慶526200）

目前，變電站一般坐落于相對(duì)較偏遠(yuǎn)的位置，周圍環(huán)境復(fù)雜，尤其是在惡劣天氣下變電站設(shè)備的表面過濕，絕緣容易降低，引發(fā)短路，可能會(huì)造成保護(hù)的拒動(dòng)和誤動(dòng)，故而需要提高設(shè)備使用壽命和可靠性，此時(shí)變電站設(shè)備所處環(huán)境的溫濕度的監(jiān)測就變得重要[1-3]。

比如，對(duì)于變電站端子箱而言，其溫濕度的數(shù)據(jù)主要由運(yùn)行人員進(jìn)行人工監(jiān)測，或者在惡劣天氣時(shí)進(jìn)行監(jiān)測，這種方法增加了運(yùn)維人員的工作量，且?guī)砣松戆踩[患，因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備溫濕度數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)方監(jiān)控變得尤為重要[4]。

本研究設(shè)計(jì)的多點(diǎn)溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)，不僅可以實(shí)時(shí)有效地對(duì)變電站指定位置溫濕度進(jìn)行監(jiān)測控制，比如開關(guān)端子箱及機(jī)構(gòu)箱、高壓室開關(guān)柜等場所，就地也可以進(jìn)行相應(yīng)的控制，克服了傳統(tǒng)方法浪費(fèi)時(shí)間和人力資源的弊端，而且可以遠(yuǎn)程對(duì)溫濕度數(shù)據(jù)準(zhǔn)確監(jiān)測。此外，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，效率高，能較好地滿足變電站運(yùn)維人員對(duì)于變電站各位置溫濕度的測量監(jiān)測。

1 溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)

1.1 裝置構(gòu)成及功能

本文所研究系統(tǒng)是一套多點(diǎn)溫濕度采集與無線傳輸，組成部分包括DHT11 溫濕度采集模塊、STC89C52RC 單片機(jī)、無線傳輸ESP8266-01Wi-Fi模塊、就地顯示的12864 液晶屏電路、復(fù)位電路、晶振電路以及終端顯示的手機(jī)App。單片機(jī)控制器外圍電路主要包括溫濕度檢測、無線傳輸系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)及加熱器控制系統(tǒng)、電源轉(zhuǎn)換電路、復(fù)位電路等。

單片機(jī)STC89C52 是整個(gè)硬件電路的核心，它一方面將溫濕度數(shù)據(jù)處理及Wi-Fi 傳輸，使得在手機(jī)上可以直觀地看到測量點(diǎn)的溫濕度并進(jìn)行監(jiān)測；另一方面，將驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)使風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)以期達(dá)到合理的溫濕度。

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本裝置設(shè)計(jì)的工作過程主要是DHT11溫濕度傳感器采集數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)處理之后通過ESP8266 Wi-Fi 模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送給手機(jī)App，從而進(jìn)行可視化監(jiān)視。單片機(jī)工作電壓為5 V，Wi-Fi模塊需要3.3 V，需要使用AMS1117-3.3的穩(wěn)壓器輸出3.3 V電源電壓提供給Wi-Fi模塊。

圖1 溫濕度設(shè)計(jì)框圖

Wi-Fi 模塊有2 個(gè)功能：一是串口轉(zhuǎn)Wi-Fi，單片機(jī)通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給Wi-Fi 模塊，對(duì)于單片機(jī)編程而言，與Wi-Fi 模塊通信就相當(dāng)于與串口通信，不需要知道Wi-Fi協(xié)議；二是Wi-Fi模塊當(dāng)做熱點(diǎn)，手機(jī)搜索ESP8266 建立的熱點(diǎn)名稱，手機(jī)端設(shè)置相應(yīng)的IP地址和端口號(hào)就能與其連接。此外，手機(jī)App 軟件設(shè)計(jì)是用Android Studio（AS）開發(fā)的，手機(jī)App的代碼主要分成2個(gè)部分，一是Wi-Fi數(shù)據(jù)的接收，二是溫濕度圖表的顯示。圖1 給出了設(shè)計(jì)的原理框圖，除了上述的手機(jī)端溫濕度監(jiān)測外，以單片機(jī)為處理器在就地的12864 液晶顯示器同樣可以監(jiān)測及按鍵控制。

裝置電源模塊原理如圖2所示，圖2電源轉(zhuǎn)換電路所得的5 V電源提供給整個(gè)裝置使用，而3.3 V電源提供給無線Wi-Fi 模塊使用，裝置核心控制器原理圖、溫濕度采集以及無線通信模塊原理圖，如圖3 所示，核心處理器將溫濕度采樣結(jié)果通過液晶顯示出來，且可以進(jìn)行畫面按鍵切換，同時(shí)將數(shù)據(jù)進(jìn)行無線處理發(fā)送。

圖2 裝置電源轉(zhuǎn)換模塊原理圖

圖3 控制器、溫濕度采集及無線通信模塊原理圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

首先，溫濕度采集芯片對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行采樣，交由單片機(jī)CPU 處理；其次，單片機(jī)對(duì)溫濕度做2個(gè)處理，第一，將溫濕度由ESP8266 Wi-Fi 模塊進(jìn)行無線傳輸，第二，溫濕度通過液晶顯示，進(jìn)行可視化操作，此外，溫濕度若達(dá)到事先設(shè)定的目標(biāo)值，單片機(jī)則會(huì)驅(qū)動(dòng)加熱器等回路；最后，手機(jī)端將接收到的溫濕度進(jìn)行圖形化顯示及控制。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的軟件流程如圖4所示。

圖4 溫濕度系統(tǒng)程序控制流程圖

3 結(jié)束語

本研究是基于STC89C52RC 單片機(jī)控制器系統(tǒng)，采用無線傳輸ESP8266-01 Wi-Fi 技術(shù)實(shí)時(shí)有效地對(duì)變電站指定位置溫濕度進(jìn)行檢測控制，比如變電站開關(guān)端子箱及機(jī)構(gòu)箱、高壓室開關(guān)柜等場所，克服了傳統(tǒng)方法浪費(fèi)時(shí)間和人力資源的弊端，解決人力物力資源浪費(fèi)、管理不及時(shí)等問題。此外，本設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，效率高，能較好地滿足變電站運(yùn)維人員對(duì)于變電站各位置溫濕度的測量監(jiān)測。