基于传感器与GSM的变压器防盗报警系统

孙海波，冯树旭，李凯

（1山东寿光巨能控股集团有限公司，山东寿光 262700；2寿光巨能电气有限公司，山东寿光 262700）

信息化建设

基于传感器与GSM的变压器防盗报警系统

孙海波1，冯树旭2，李凯2

（1山东寿光巨能控股集团有限公司，山东寿光 262700；2寿光巨能电气有限公司，山东寿光 262700）

介绍了一种配置于农网配电变压器的防盗报警装置。该装置使用TMS320F28335作为主控单元，结合红外传感器、振动传感器及接近传感器等，以GSM技术为数据传输方式，连续监测变压器运行参数，并实时发送事故信息，覆盖面积大、安装方便，适合目前农网系统中的配电系统，能满足农网系统变压器防盗的要求，具有报警准确度高等优点。

变压器；防盗报警系统；GSM；传感器

1 前言

近年来，由于农网系统中偏远地区的电力变压器不便于看守维护，导致盗窃的事情时有发生，因此，有必要对电力变压器设置报警系统，犯罪分子在移动电力变压器或者靠近电力变压器时报警［1］。目前我国2 G的GSM已经基本做到了全覆盖，利用TC35I型号的GSM模块作为数据传输单元，配置稳定的备用电路，可解决失电状态下的监控问题。

2 系统工作原理

本报警系统装置主要是由传感器、GSM模块、不间断电源及DSP芯片电路系统组成，其特征主要是在DSP芯片电路中接有红外传感器、振动传感器及变压器箱体螺栓孔中的接近开关传感器，通过传感器采集到信号给DSP传递动作指令，DSP与GSM模块之间通过RS-232进行通讯连接，当传感器有动作量输入时，GSM自动发送报警短信给上级的GPRS网络，主站管理系统显示检测参数、报警时间、地点等，并能主动发送操作指令解除误报警操作。

本结构采用模块化设计，具有抗干扰能力强，可在苛刻条件下使用的特点，同时传感器精度高、稳定性好，不间断电源采用大容量备用电源，解决了运行维护过程中突发状况下的安全性问题。系统网络覆盖面积大、安装方便，特别适合目前农网中的配电系统。系统原理如图1所示。

3 系统硬件设计

3.1 主控单元设计

系统的硬件分为监测电路与事故处理电路两部分。变压器系统的运行参数由系统监测电路采集；事故报警信号由GSM无线短消息模块，进行短消息报警。

图1 防盗报警系统原理

报警系统的主控单元使用德州仪器的TMS320F28335芯片，该器件控制精度高、成本低、功耗小，同时还具有更加快速的A/D转换精度，更高的系统集成度。系统扩展电路结构如图2所示。

图2 TMS320F28335结构

利用TMS320F28335芯片可以实现变压器正常数据及过流、过压、欠压等数据信息的采集及处理，同时若出现报警数据，可通过RS232控制GSM拨打后台电话及短信来实现实时提醒。

3.2 GSM模块及其外围电路的设计

无线终端模块TC35i集合了射频电路和基带，提供标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输［2］。其中1～14引脚为电源端口；24～29引脚为SIM卡连接端；33～40为语音接口；15、30～32引脚为控制部分，15引脚为启动线IGT，当模块上电10 ms后，系统必须给IGT一个100 mV的低电平信号，模块才能正常启动［2］。30引脚为RTC back up；31引脚为掉电控制；32引脚为SYNC，18、19为数据的接收/发送端，实现短消息的发送接收及后台电话通讯［3］。

3.3 信号采集电路设计

信号采集电路由传感器信号及电压、电流信号构成。传感器信号采集电路见图3，交流电压信号采集电路如图4所示。

图3 传感器电路原理

图4 电压信号采集电路

电压信号采集电路包含整流桥及光电耦合器，整流桥负责把交流电压转变成直流电压。PC817接在DSP的I/O端口，DSP负责监测电压信息。

3.4 5V不间断电源设计

当输入电压＞5 V时，MAX630（IC1）芯片关闭，MAX623（IC2）提供5 V的输出电压；当VIN为5 V时，IC2关断，IC1将3.6 V的镍氢电池电压升压为5 V，负载电流达50 mA。其中，IC2具有低电压监测功能，并通过电阻对输入电压VIN进行监测。检测器的输出驱动倒相器，反过来驱动IC1的关断（第6脚）和IC2（第5脚）。IC脚与SHDN脚具有极性相反的电平［4］。R2、R3组成的电阻分压器能使IC1和IC2都能对输出的Vout电压进行监测。因此，IC2一旦关闭，其输出也就被切断，但IC1关闭时，芯片仍消耗1 μA电流，维持低功率状态［4］。此情况下，VIN最高达17 V，但应设定R1的阻值，使涓流电荷量不大于电池容量的10%［5］。

4 预警功能的软件实现

4.1 DSP信号处理程序

DSP芯片检测变压器三相电压信号，当其中一相缺相时，系统进行短时间延时（0.1 s），通过内部程序判断其余两相是否具有缺相的情况，如同时具有缺相指示，系统便可确定为系统停电。此时程序自动进入GSM短信报警子程序，程序处理流程见图5。

图5 程序处理逻辑

DSP芯片在处理三相交流信号的情况时，同时对接近传感器、红外传感器及振动传感器的检测信号进行跟踪，接近传感器安装于变压器四周螺栓孔中，其余传感器安装于变压器外部接线盒中。

对于误报警情况，本产品设计中加入互锁程序，只有在检测到三相电压缺失的情况后，上述3类动作信号才可判断为一个正常的报警信息，这样解决了农网系统中由于外界干扰（动物靠近、烟花鞭炮引起的巨响）所带来的不必要误报警情况。

4.2 GSM处理程序

DSP芯片及外围电路通过串口与TC35I实现异步通讯。当程序检测到外部报警信号后，由DSP传递指令，驱动GSM模块中的驱动器，发出SMS短消息，SMS短消息中包含变压器运行参数信息及报警发生的时间等。

5 结语

基于传感器与GSM的多功能变压器防盗系统装置通过现场试验，各项性能指标均达到设计要求，能够满足农网系统变压器防盗的要求，具有报警准确度高等优点，但电磁干扰需要进一步提高。通过产品的实施，给当地供电企业带来了良好的经济和社会效益。

［1］崔爱国，刘永军.GSM电力线路及变压器防盗报警系统［J］.农村电气化，2008（5）：37-38.

［2］张晓明，公茂法，吕晨，等.基于C8051F360+TC35i+ATT7022B的变压器综合监控报警系统设计［J］.电力自动化设备，2011，31（9）：139-143.

［3］刘喜文.基于单片机的变压器防盗系统［J］.电测与仪表，2012，49（4）：76-79.

［4］吴军基，王文斌，张鹏.基于GSM短消息远程抄表系统研究［J］.电力自动化设备，2006，26（4）：53-55.

［5］郑安平，张劲，朱专政.新型配电变压器监测终端的设计［J］,微计算机信息，2006，22（14）：244-245.

Anti-theft Alarm System for Transformer Based on Sensor and GSM

SUN Haibo1,FENG Shuxu2,LI Kai2
（1 Shandong Shouguang Juneng Holding Group Co.,Ltd.,Shouguang 262700,China; 2 Shouguang Juneng Electric Co.,Ltd.,Shouguang 262700,China）

This paper introduces a kind of alarm device for distribution transformer in rural power grid to avoid and reduce the possibility of transformer theft.The system,taken TMS320F28335 as main control unit,integrated with infrared sensor,vibrating sensor,and proximity sensor etc.,data transferred by GSM,it could continuously monitor transformer operating parameters and timely send accident information.Large covering area and easy installation makes it a ideal choice of distribution system for current rural grid system.

transformer;anti-theft alarm system;GSM;sensor

TM76

A

1004-4620（2015）02-0055-02

2015-03-18

孙海波，男，1968年生，2007年毕业于山东大学电气工程及其自动化专业。现为山东寿光巨能控股集团有限公司办公室主任，工程师，从事企业生产经营管理工作。