基于ARM9的小区变电所远程监控系统的设计

顾新，陈丹

摘要：针对城市小区变电所存在的实际问题，设计了基于的ARM-Linux平台的小区变电所远程监控系统。采用用高端的ARM9作为控制核心，实现ARM和各种功能的变送器之间的连接，用户只要通过手机发送GSM短消息就能对ARM发送控制命令，ARM对各个变送器进行控制，以此实现对无人看守的变电所的远程监控。

关键词：ARM9；Linux；远程控制；变电所

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：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

随着电力事业的迅速发展和人民生活水平日益提高，城市中的小区变电所的数量越来越多，运行管理的难度也日益加重，特别是确保人身和设备安全的压力也越来越大。在实际运行中极有可能出现下面几种情况：1)由于一般小区变电所没有不停电电源，致使其部分防误联锁功能不能实现，给安全运行埋下重大隐患。2)小区变电所电源进线检修，需要进线接地刀闸或挂接地线，而很多都没有这样的防误操作的装置。3)部分小区变电所使用了SF6开关,但没有监控SF6气体含量是否超标的装置,而《电力安全工作规程》和《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》中明确要求“室内安装SF6开关设备应设置一定数量的氧量仪和SF6浓度报警仪”。4.小区变电所均是无人值守，也多次发生小偷破门(窗)而入的现象，这也给安全运行构成重大威胁。5.小区变电所里有很多电力设备，没有对火灾的监测，存在安全隐患。6.小区变电所里的变压器一般都有超温报警接点，由于变电所没有远程通信通道，即使安装了监测设备，由于是无人值班，很难起到预期的效果。7.小区变在雨季，电缆沟会发生水浸，未及时处理，会产生重大安全事故。针对上述问题我们设计了基于ARM9的小区变电所远程监控系统。

系统采用三星公司高端的arm9单片机S3C2440作为系统主机，扩展了64M的ROM和64M的RAM，速度快，扩展性强，升级方便。主机内置Linux操作系统，人机界面友好，容易操作，稳定可靠，实时性强。在解决无人值守小区变电所无远程通信功能的问题上，我们采用GSM手机模块，利用GSM公网的中文短信去实现遥控、遥信功能。

图1系统框图

1系统总设计

本系统的设计是一款多功能集成的变电所远程检测系统，将气体变送器、防盗传感器、火灾传感器、高压感应传感器、高压带电显示闭锁装置、门禁控制器等多种变送器功能集于一身。如图1。主监控单元采用高端的ARM9来实现其控制和管理的功能，监测系统各种信号通过GSM手机模块发送短信给运行维护人员的手机和监控中心，同时维护人员手机和监控中心可发送短信遥控监控主机。通过这个简洁、便捷、廉价的通信平台，很多监测数据和控制指令可以进行有效可靠的传输。

嵌入式处理器采用三星公司的基于ARM920T内核的16/32位RISC嵌入式微处理器S3C2440，主频高达400MHZ，适合于图像、视频处理，主要面向高性价比、低的应用。S3C2440内置有丰富的外设资源，其中包括：存储器、LCD、Camera串口、IIC、IIS和USB等接口控制电路。在S3C2440处理器的控制下，将从变送器和传感器采集到的数据经帧同步信号触发产生中断传递给SDRM,通过GSM手机模块发送短信给维护人员的手机和监控中心，或者直接发送报警信号，启动报警信号灯。

2系统的主要功能

2.1多种功能的变送器

各个变送器模块的安装主要用来衡量监控系统的运行状态。在LINUX操作系统界面上直接反映系统的工作状态，主要包括：烟感报警状态、SF气体含量、O2气体含量、防盗报警状态、主变超温状态、水浸状态等。同时也可以根据实际场地或客户的需要，安装扩展变送器。

2.1.1集SF6气体和氧气浓度检测功能于一身的SF6/O2变送器

主要针对最重要的SF6气体和氧气浓度进行检测，并兼有温度、湿度等环境数据的辅助检测功能。完全符合《国家电网公司电力安全工作规程》和《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》的要求。选用先进的高灵敏度传感器，最低能检测到环境中100ppm的SF6气体，报警误差＜5%,氧气报警误差＜0.5%。变送器检测的有效面积为40m2左右。

2.1.2先进的人体感应传感器

人体感应红外及微波传感器有效感应直射范围15m左右（无遮挡物），传感器应监视相对空旷的空间。一般变电所可配备二只传感器，根据监测区域的大小任意配置。

2.1.3防止带电合地刀(挂接地线)

主机采用大容量、高性能免维护的蓄电池组，利用变电站所用电或PT二次电源对其浮充，用逆变电源将直流电压转换为AC220V交流电，为门禁装置、高压带电显示闭锁装置、电磁锁、SF6/O2变送器、监控主机、传感器等提供工作电源。防误回路一般安装于变电站有源线路的开关柜内。带电显示闭锁装置用接触式或非接触式带电显示闭锁装置，显示终端见图2。

图2显示终端框图

2.1.4门禁控制

门禁控制器与门上刷卡器相连，与主机同步存储ic卡号，由检修人员刷卡进入维护，每次维护人员进入变电所都有数据记录，以备查询。解决供电所钥匙管理问题。

2.1.5火灾报警监控

烟雾传感器接在主变压器上部，当发生火灾，主机会发信息到指定上位机或者负责人手机上。

2.2发送多种监控遥控短消息

可以通过上位机、管理人员的手机对监控主机进行短信开、关风机、开门、解警、布防，同时上位机、管理人员的手机接收主机的报警短信。例如：

2.2.1防盗信息

本系统安装防盗传感器，当有人非法进入小区变电所内，主机将延时发出警报语音：“高压危险、请赶快离开”，光字牌红灯和蓝灯交替闪亮，同时通过短信向数据中心(监控中心)或定向手机发出“***有人非法闯入”的短信，及时通知巡检人员进行检查。系统主机上可以手动布防和解警，也可以用手机远程布防和解警。

2.2.2门禁钥匙管理

小区变门采用IC卡门禁控制器，使用有权限的员工证（IC卡）刷卡即可进入开门进入小区变，同时向数据中心（监控中心）或定向手机发送“***小区变***卡号在***时间刷卡开门”。

2.2.3火灾监测管理

由于小区变电所内有很多的电力设备、电缆，发热、放电弧光、设备故障等都容易引起火灾，当烟雾传感器报警时，同时向数据中心(监控中心)或定向手机发出“***小区变火灾报警”的短信，及时通知巡检人员进行检查。

2.2.4变压器超温报警管理

利用小区变现有的温控设备超温报警接点，当变压器超温时，向数据中心（监控中心）或向手机发出“***小区变主变超温报警”的短信。

3工作原理

主机内含有充电回路、蓄电池组、逆变回路、中央处理器、GSM手机短信模块、手机SIM卡、报警后的功能扩展回路、人机对话的显示屏、触摸屏、功放及音响、光字牌等。上述功能集中组装在主机箱内，如图3主机原理框图。下面以防盗监控方面的管理和手机发送命令两个方面举例说明系统的工作原理。

系统主机内安装防盗传感器，当有人非法进入变电所，防盗传感器接受到感应，多路模拟选择开关的防盗通道打通，通过波形方法，A/D转换电路，将信号传递给控制核心单片机，单片机启动相应的报警程序，包括启动延时发出警报语音和光字牌红灯和蓝灯交替闪亮，同时通过GSM系统利用短信功能向数据中心(监控中心)或定向手机发出“***有人非法闯入”的短信。如果非法人员听到报警语音，立即离开不在防盗传感器检测范围之内，手机又会收到的短信：“***非法闯入报警解除”。

手机遥控主机是系统工作的另外一个主要的方面。通过GMS短消息模块将短消息进行电平转化给单片机，单片机再将相应的命令转化给变送器模块。首先系统要初始化，遥控系统的手机号码必须在主机中设置，手机发送的命令应发送至当前监控主机的号码。先设定小区变电所命名：手机发“名称为***”，（名称不得大于15个汉字），此后将收到“***小区变命名成功”的短信，然后发相关的命令，手机发“开风机”，此后将收到“***小区变开风机成功”的短信。

图3主机原理框图

4系统的操作界面

软件部分的设计主要基于ARM-Linux,与其他嵌入式操作系统相比，Linux操作系统具有完整的TCP/IP协议，界面友好，容易操作，稳定可靠，实时性强，满足了远程控制系统对系统可靠性的要求，此外，Linux易于移植裁剪，内核小，效率高，源代码开放，为系统开发提供很好的技术支持。

主界面显示系统各个变送器和传感器的运行状态。另外有报警记录、系统日志、用户设置，开风机，解警等九个常用界面模块。例如，如图4用户设置操作界面。在主界面点击“用户设置”，输入密码“0000”后点“确认”，语音提示“请稍候”进入用户设置界面，其中第一项手机号码设置，点击号码输入框，手选数字输入要添加的手机号码，点“添加”键加入“已设号码”内，按“确定”键保存。若要删除，点中“已设号码”框内的号码，点“删除”键再按“确定”键保存。

图4用户设置操作界面

5结束语

在利用GSM手机模块和GSM公网的中文短信去实现遥控的可行性基础上，提出基于单片机的远程监控终端设计思路，并形成硬件组成和软件操作系统设计方案，包括单片机的合理选择以及外围变送器和传感器电路设计，GSM模块的选择和整个系统操作系统的设计方案。

基于单片机的远程小区变电所远程监控系统是一款集火灾报警功能、防盗报警功能、主变超温报警功能、SF6气体检测泄漏和氧气含量偏低报警功能、门禁控制功能、强制解警、布防功能、手机短信开、关风机、开门、解警、布防功能于一身的多功能远程监控遥控系统，它广泛适用于小型的居民小区和无人居住的偏远地区。此系统有良好的适用性和扩展性，因此具有很大的研究意义和实用价值，为远程监控和数据传输提供了一种可行的方法。

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