对嵌入式系统的电力设备紫外监测系统设计的分析

张宏钊，黄荣辉，姚森敬，向 阳，段生鹏（.深圳供电局有限公司 广东 深圳 5800；.深圳市同步银星电气有限公司 广东 深圳　5800）

对嵌入式系统的电力设备紫外监测系统设计的分析

张宏钊1，黄荣辉1，姚森敬1，向 阳2，段生鹏2
（1.深圳供电局有限公司 广东 深圳 518001；2.深圳市同步银星电气有限公司 广东 深圳518010）

若要将电力设备的检测效率提高，就需要采用建立在紫外内窥检测技术和嵌入式计算机系统基础上的先进检测方式。本文给出了相应的电力设备紫外监测系统，它在构造上主要分为部分，即GPRS模块、嵌入式计算机系统与紫外探头。经由紫外传感器对紫外线进行检测来了解电力设备的放电情况，且在对电力设备紫外放电进行远距离监测当中运用了视频内窥技术，大幅提升了实际检测的效果，在检测中得到的有关数据可以经由系统之中的GPRS模块通信网络直接传递给研究者进行分析。

监测系统；电力设备；紫外放电；嵌入式系统

电力系统是属于一个综合的系统，在它的里面含有许多输、配、传、送、用电设备共同工作，这些设备是否能够正常发挥出作用，对于整个系统的运行来讲具有很大的影响，同时也影响着供电的效果，随着电力系统网络化程度的不断提高，以及电力使用者要求的提高，电力系统对其运行稳定性等各项性能的要求也变得更加严格。若要确保电力设备能够正常运行就必须要做好检修这项工作，通过检修能提高设备的工作年限，以及降低其在工作中的损耗率，并能使电力公司的实际收入得到较大的提高。

在这一设计里面综合应用了嵌入式系统与图像分析技术、紫外检测技术。主要考虑了高压电力设备局部放电的全过程监测情况，例如高压电缆、高压开关设备等，把各项技术综合在一起进行运用。在嵌入式平台的基础上设计了一种非常适用于高压电力设备的先进的紫外内窥系统。通过所设计出的这一系统能够很好地处理电力系统中监测的不足。这一系统的操作不复杂，且运行十分可靠。而且还可以很形象地了解到电力设备里面的放电变化情况。

1　电力设备在线监测设计方案

1.1总体方案设计

该方案整体来看有四项内容，即无线 GPRS模块、紫外内窥探头、电力设备、嵌入式计算机系统。在下图 1中显示的就是该在线监测系统的全部构造。1.2紫外内窥系统组成和运行

图1　紫外内窥在线监测系统的内部结构图

在紫外内窥系统之中一共含有3个部分，即无线GPRS模块、紫外内窥探头、采用LPC2138技术的嵌入式计算机系统。

在电力设备里面出现不均匀放电时，其放电的产生的紫外光能够被检测出，，能够将其在某一指定时间范围内的紫外光子数值计算出来。如果在某一时间范围里检测到的紫外光子数值超过了事前给出的数值时，则这一应用系统就会经由无线 GPRS模块向后台智能分析平台发出报警信号，操作人员再根据相关的信息对此电力设备采取适合的检修办法。

2　在线监测系统硬件设计

嵌入式处理器是设计嵌入式系统硬件的一个十分关键的设备，在本设计中所确定的为LPC2138。设计中用到的嵌入式计算机主板是新研制的［2］。下面是这一嵌入式计算机主板的工作参数情况：

VGA接口与LCD接口各1个，180 MHz的CPU工作频率，90 MHz的总线速度，USB2.0 Client接口1个，RS-232串口1个等。其中，在进行这一主板的设计时采取了分块设计的方式。在系统中的关键部分是核心板，为了能够使系统的功能更加完善又增加了扩展板。采取这样的设计有很多的益处，它可以使核心板的操作变得更加简捷，且能使系统的检测以及查找出现故障的位置会更加的容易。见图2。

图2　系统硬件工作图

2.1紫外传感器驱动电路

通常将这一电路的工作电压确定在300～350 V范围内，因为这样才能够保证外传感的运行不受到影响。本设计中采用DC/DC高压直流模块。经由改动输入电阻的数值能够把输出电压确定在 300～350 V的范围内。在紫外线没有出现时，传感器是处于不放电的状态。当LED灯是关闭时，就会有紫外线产生，这时传感器是处于放电的状态，通过充电电容C给出电流，当LED灯开启时，对这个脉冲光子数值做出处理，就能够得到理想的传出光子数值波形。在放电电容 C的工作能力减弱时，阳极电位也开始下降，在下降到比放电维持电压还要小的情况下，放电就会停止，在这时，电容 C就开始接受外部电源的传来的电流，阳极电位也会逐渐的增加，在上升到超过规定电压后，如果紫外线被紫外传感器收集到了，就会有二次放电。见图 3。

2.2收集USB摄像头的视频图像

1）USB摄像头驱动的移植

在收集视频图像的过程中，一定要借助于设备驱动。文中在确定驱动时，为了提高应用效果，采用了在 Linux系统平台上移植当下最先进的USB摄像头驱动Spca5xx。下面对其工作过程进行介绍。

图3　紫外传感器的驱动电路

①将补丁安装在它的内核上，把usb.2.4.31.patch.gz复制到相关的程序中，然后按照系统的要求进行操作。

②对Linux内核进行重新的调整，将module配置在这一内核之中，以使该内核的性能得到改善。

③对Linux内核进行再次编译，在确定好USB摄像头的驱动后，将驱动安装在操作系统里面，把 spca5xx.0加进运行的脚本里面。这样在将Linux系统打开的时候就会有USB摄像头驱动在进行工作，在确定好USB摄像头之后，即能够收集视频图像了。

2）收集USB摄像头的视频图像

在Linux系统里面一般都是通过write等系统的工作来实现对文件的操作，为了确保这些系统能正常工作，需要在驱动中对一些函数在相关空间里相互转换，可是在图像数据的数量很多的情况下，采取这种转换的方法所花的时间会比较多，所以，通常都是采取内存映射的方法来进行处理。先是获取一定的核态内存空间，把所收集到的图像数据在此空间里暂存；之后选择相关的函数将它们全部映射到用户态内存空间里，选择相关的函数将这一空间里的图像处理，如此一来就使得支出大幅减少，提高了内存的使用率。所有相关的程序可以像查看一般内存那样对文件进行查看。查看当中无须再使用文件操作函数。因为采取该方式具有上面提到的好处，因此在实际操作上采用了内存映射的方式。收集的过程含有以下两个部分：

①视频设备初始化。

②收集视频的信息。通过frame来进行收集，在做好了全部的收集后，开始处理得到的有关数据：先是要查看有关的程序是否处于空闲状态，若是处于空闲状态则采取压缩算法来处理得到的有关数据，将处理后的数据在相关的文件中做好保存，在进行此项操作当中一定要采取互斥操作的办法，并注意选择适合的程序信息。

3　开发电力设备紫外内窥系统的软件

3.1嵌入式系统软件流程开发

所开发的电力设备紫外内窥系统的里面一般都是多线程。数据采集线程的工作是负责进行有关信息的收集，主线程的工作是针对图形界面使用者接口的。在收集工作完成后，主线程就会收到任务完成的提醒。然后系统把某一时间范围里收集到的紫外光子数值和事前给出的安全紫外光子数值进行对比。若发现前者的光子数值大，则会把得出的结果传至操作者的手机上，操作者就可根据得到的信息来对该电力设备做出相应的检修。在检修中通过嵌入式计算机所给出的图像信息能够了解到电力设备里面的情况，便于将问题的位置及时找出来。

图4为实际操作的流程。

图4　系统软件流程图

3.2嵌入式软件设计方案

在嵌入式系统的软件之中主要含有以下几项内容，即应用程序、操作系统内核和驱动、启动代码、文件系统与图形界面等。本系统采取的图形界面是目前最为先进的Qtopia，所用的内核是Linux。在这个系统开始工作的时候，最先执行的是boot loader程序，然后运行Linux内核，并实现与U盘的挂接，这样就可进入嵌入式 Qtopia的使用者界面了。因为Qtopia之中的程序需要较大的空间来容纳，如果将其始终留在Flash里面，会不利于系统工作。若被使用者不小心在操作当中损坏，系统将不易再恢复。所以本设计中将该文件系统程序保留在U盘里面。

4　系统测试结果

在经由核验软件的编程设置，以及检测硬件的有关链接，可使系统里面的LCD能够直观的显示电力设备之中的放电情况。如果放电引发的紫外线超出事先所给的值时，就可能产生一系列的反应。这时系统会给适合的处理，指挥紫外检测系统对电力设备里面的图像信息进行整理，对里面的放电情况进行全过程的监测，且经由无线 GPRS将结果在最短时间内传到操作者的手机上。

5　结束语

文中对远程系统监测设计做了全面的阐述，这项设计建立在嵌入式系统基础之上，且在对电力设备进行检测管理中采用了紫外监测系统。之后介绍了紫外监测系统在实际工作中的各个步骤。设计分软件与硬件两个方面，前者主要阐述了建立在电力设备紫外内窥系统基础上的软件设计方案与嵌入式系统软件设计步骤图，后者主要阐述了建立在嵌入式系统基础上的硬件设计，还有收集USB摄像头的一些图像与紫外传感器驱动电路。

［1］何为，陈涛，刘晓明，等.基于紫外脉冲法的非接触式低值（零值）绝缘子在线监测系统［J］.电力系统自动化，2006，30 （10）:69-70.

［2］苏东.主流ARM嵌入式系统设计技术与实例精解［M］.北京：电子工业出版社，2007.

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［4］陈涛 ，何为 ，刘晓明，等.高压输电线路在线检测系统 ［J］.电力系统自动化，2005，29（7）:88-90.

［5］汪金刚，何为，李青文，等.基于紫外脉冲检测的非接触式特商压验电仪［J］.电工技术学报，2008，23（5）:138-140.

［6］王滔，于洁.Linux系统下 USB摄像头驱动开发［J］.电子技术应用，2004，35（11）:8-10.

For electrical equipment uv monitoring system design of the embedded system analysis

ZHANG Hong-zhao1，HUANG Rong-hui1，YAO Sen-jing1，XIANG Yang2，DUAN Sheng-peng2
（1.Shenzhen Power Supply Co.，Ltd，Shenzhen 518001，China；2.Simul＆amp;Silver Star Electric Co.，Ltd.Shenzhen 518010，China）

if electrical equipment is to be the detection efficiency，you need to use based on ultraviolet endoscopic detection technology and embedded computer system on the basis of advanced detection means.This paper presents the corresponding uv monitoring system of power equipment，and it mainly on structure is divided into sections，namely，GPRS module，embedded computer system with uv detector.Through ultraviolet sensors to detect ultraviolet light to understand the status of discharge power equipment，and in for remote monitoring of power equipment ultraviolet discharge using video endoscopic technology，improved the actual test results，in the detection of the relevant data can be passed directly through the system of GPRS module communication network for researchers were analyzed.

monitoring system；Electric power equipment；Ultraviolet discharge，An embedded system

TP

A

1674－6236（2016）11-0112-03

2015-06-15稿件编号：201506147

张宏钊（1987—），男，河北衡水人，助理工程师。研究方向：设备状态监测与评价。