基于短信控制的智能电压监测装置研究

敖俊成 刘玉娥 刘海云

摘  要：基于短信控制的智能电压监测装置不仅支持一般智能电压监测装置的大屏幕显示、低功耗、强弱电端子分开布置、大容量存储单元、时钟精度高、多种通信方式和安全可靠等技术特点，还支持通过手机短信或手机APP对装置进行控制。用户安装部署装置时，无需再通过装置界面，一台一台地用按键配置主站地址等初始信息，只需安装完成后确认装置已上电，然后通过手机APP批量发送短信设置装置初始信息。极大地提高了电压监测装置的安装部署效率，并且当以后装置与主站连接异常时，也不用再跑去现场维护，通过短信即可查看装置问题和操作修复装置连接问题。

关键词：智能电压监测装置;短信;手机APP;GPRS;远程控制

中图分类号：TM764     文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）16-0019-03

Abstract：Based on SMS control intelligent voltage monitoring device not only support the general intelligent voltage monitoring device of large screen display，low power consumption，strong or weak electric terminal layout，large capacity storage unit，separate clock accuracy is high，the variety of modes of communication and safe and reliable technical characteristics，such as also support via mobile SMS or phone APP to control the device. When users install the deployment device，they do not need to go through the device interface，and configure the initial information such as the address of the main station one by one with keys. They only need to confirm that the device has been powered up after installation，and then send mass SMS messages through the mobile APP to set the initial information of the device. It greatly improves the installation and deployment efficiency of voltage monitoring device，and in the future，when the connection between the device and the main station is abnormal，there is no need to go to the site for maintenance，and the device problems can be checked and fixed by SMS.

Keywords：intelligent voltage monitoring device;SMS;mobile phone APP;GPRS;remote control

0  引  言

隨着用户对电压质量和供电可靠性的要求提高，电压监测装置的安装数量在逐步地提高，安装范围也由中心城市扩张到了偏远地区。传统的依赖人工抄表的电压监测装置逐渐被新型的智能电压监测装置所替代，目前市面上大多的智能电压监测装置都集成了以太网模块或GPRS通信模块，可以通过电力系统专用网络或4G专用网络实时将装置的统计数据和实时数据传送至远程主站进行查看和分析。但是如果装置无法连接到主站，就只能派专人到装置现场调查问题。本文设计的电压监测装置是在智能电压监测装置的基础上，添加了GSM短信通信功能，可以通过手机随时随地查看监测数据和控制装置运行状态，能够及时地发出装置异常通知，便于用户快速定位和解决问题。

1  硬件设计

如图1所示，装置采用了模块化设计，各个模块都可以灵活地拆卸和安装，方便长时间运行后某个模块发生运行异常时，只需要更换异常的模块，而不需要将整个装置送回厂家维修。装置配备显示屏和按键，可以直接查看装置统计数据和进行装置配置等操作。支持USB接口，直接可以插入U盘对装置固件进行升级。并且装置配有备用电池，如果遇到突发停电的情况，备用电池可以让装置继续运行一段时间，及时保存数据防止丢失，并将事件等信息上送至远程主站。

1.1  测量精度

装置满足在被监测额定电压±20%的范围内，电压测量误差不超过±0.5%;超出电压误差范围为±20%，电压测量误差不超过±1%;在被监测额定电压±20%范围内，综合测量误差rc≤±0.5%。

1.2  时钟精度

采用RTC时钟芯片，配有独立纽扣电池，可以让RTC连续运行5年以上。时钟保证在-20～+60℃的温度范围内，精度≤±1s/天。当装置采用无线网络校时，对时误差小于1s;采用以太网校时，对时误差小于10ms。

1.3  多种通信方式

支持GPRS、短信、红外无线通信方式，也支持以太网、RS232串口等有线通信方式。用户可以灵活地选择适合的通信方式。

1.4  可靠性

装置的平均无故障工作时间大于50000h，年可用率大于99.99%;装置具备自测试、自诊断功能，配置了软硬件双重看门狗，一旦发生软件运行紊乱或硬件异常，能在60s内重新复位，并不会丢失存储的数据。

2  软件设计

2.1  显示功能

（1）电压监测装置可以显示3路实时电压值，刷新周期为2s;（2）可查询整定的电压上下限值、月统计结算日等数据;（3）可显示装置生产序列号以及通信地址、APN、IP地址、GPRS信号等通信信息;（4）显示实时时间，包括年、月、日、时、分、秒;（5）可查询最近256条告警事件信息;（6）可显示按日或月统计的电压合格率、合格累计时间、电压越限率、最大最小值出现时刻等;（7）能够执行和查看装置自检结果信息。

2.2  数据采集统计

（1）以1min作为一个统计单元，取0秒时刻开始的1min内U1s的均方根值，不足1min的值不进行统计计算;（2）电压监测装置按照整定电压上、下限值，根据1min平均值，统计当前（小于1日）及上日的电压监测总时间、电压越上限累计时间、电压越下限累计时间、电压合格率、电压越上限率、电压越下限率、最大与最小电压值及出现时刻;统计当月及上月的电压监测总时间、电压越上限累计时间、电压越下限累计时间、电压合格率、电压越上限率、电压越下限率、月平均电压、最大与最小电压值及出现时刻、停电次数及停电时间;（3）最大电压和最小电压为统计时段内1min电压有效值的最大值和最小值，其时刻精确到分钟，如2014年01月01日01时01分。

2.3  数据上送

电压监测装置支持通过以太网或GPRS网络与电网服务器主站建立长连接，实时上送分钟监测数据、事件和日、月统计信息。同时随时响应主站的数据召唤，包括分钟监测数据、统计数据、事件记录、装置参数配置信息等。

2.4  短信控制

部署安装电压监测装置后需要对装置参数进行初始化配置，确保装置能正常与电网服务器主站连接，如果需要部署上千台装置，一台一台设备按键去操作配置，这将是一个浩大的工程，而且容易出错。为了使在装置与服务器主站通信成功之前，能快速、批量化地对装置进行配置部署，以及方便以后维护修改，本电压监测装置设计了短信通信控制功能，其网络拓扑如图2所示。

本装置采用的GPRS模块支持短信收发功能，只要装置上电、GPRS信号正常，就可以通过短信指令进行控制。

可以开启电压监测装置异常事件短信通知功能，当监测点停电或者与主站连接异常时，可发送通知短信给绑定的监控手机，方便用户快速定位解决问题。

短信协议指令设计如表1所示，短信格式设计如下：（1）获取参数时发送“指令”字符串;（2）设置参数时发送“指令：参数值”字符串。

2.5  手机APP

由于电压监测装置可能部署很多台，每一台装置都插有一张SIM卡，有一个独立的手机号码，因此需要对这些手机号码进行集中管理。同时由于短信指令较多，难以记忆和编辑。本电压监测装置设计了手机APP，通过界面化的功能来对电压监测装置进行操作，用户无需手动编辑短信指令，只需按APP界面操作即可发送对应的短信给装置，并且将装置回复的短信解析并呈现在APP界面中。手机APP支持批量导入和导出装置手机号码的功能，可以将号码进行分区域管理，添加装置位置等信息，同时可以对批量的电压监测装置发送短信进行操作。

电压监测装置手机APP主要功能如下：（1）装置手机号管理。增删查改设备绑定的手机号码，可编辑手机号对应的设备名和地理位置等信息;支持从文件批量导入和导出手机号码及相关信息;（2）查询装置实时电压值。查询电压监测装置三路實时电压值，可手动刷新查询，也可设置间隔时间自动查询;（3）查询装置基本信息。可以发送一条短信同时查询设备型号、软件版本、硬件版本、通信规约版本、生产厂家、生产日期、出厂编号等基本信息;（4）查询和配置装置参数信息。手机APP界面分类列出所有设备可配置的参数，包括通信参数、电压参数、统计参数、设备参数，用户可以对某一类参数进行统一查询和修改;（5）执行装置维护功能。通过用户点击功能按钮，执行装置复位、清除统计数据、恢复出厂设置等操作。由于维护功能会影响到电压监测装置正常运行，需谨慎操作，因此设计了权限密码，用户只有输入了正确的密码，才能执行维护操作。

3  结  论

基于短信控制的智能电压监测装置不仅符合《DL/T 500-2009 电压监测仪使用技术条件》电网招标要求，而且通过一部手机就能随时随地对电压监测装置进行完全的操控，更能满足目前用户的使用体验。短信通信的加入，减少了用户跑现场的次数，极大地节约了电压监测装置维护成本。

参考文献：

[1] 何学农.现代电能质量测量技术 [M].北京：中国电力出版社，2016.

[2] 中华人民共和国国家能源局.DL/T 500-2009 电压监测仪使用技术条件 [S].北京：中国电力出版社，2009.

作者简介：敖俊成（1989.11-），男，汉族，四川广安人，软件工程师，本科，研究方向：嵌入式开发、电能质量;刘玉娥（1990.08-），女，汉族，甘肃张掖人，测试工程师，本科，研究方向：嵌入式测试、电能质量;刘海云（1991.04-），男，汉族，甘肃兰州人，软件工程师，本科，研究方向：嵌入式开发、电能质量。