對嵌入式系統的電力設備紫外監測系統設計的分析

張宏釗，黃榮輝，姚森敬，向 陽，段生鵬（.深圳供電局有限公司 廣東 深圳 5800；.深圳市同步銀星電氣有限公司 廣東 深圳　5800）

對嵌入式系統的電力設備紫外監測系統設計的分析

張宏釗1，黃榮輝1，姚森敬1，向 陽2，段生鵬2
（1.深圳供電局有限公司 廣東 深圳 518001；2.深圳市同步銀星電氣有限公司 廣東 深圳518010）

若要將電力設備的檢測效率提高，就需要采用建立在紫外內窺檢測技術和嵌入式計算機系統基礎上的先進檢測方式。本文給出了相應的電力設備紫外監測系統，它在構造上主要分為部分，即GPRS模塊、嵌入式計算機系統與紫外探頭。經由紫外傳感器對紫外線進行檢測來了解電力設備的放電情況，且在對電力設備紫外放電進行遠距離監測當中運用了視頻內窺技術，大幅提升了實際檢測的效果，在檢測中得到的有關數據可以經由系統之中的GPRS模塊通信網絡直接傳遞給研究者進行分析。

監測系統；電力設備；紫外放電；嵌入式系統

電力系統是屬于一個綜合的系統，在它的里面含有許多輸、配、傳、送、用電設備共同工作，這些設備是否能夠正常發揮出作用，對于整個系統的運行來講具有很大的影響，同時也影響著供電的效果，隨著電力系統網絡化程度的不斷提高，以及電力使用者要求的提高，電力系統對其運行穩定性等各項性能的要求也變得更加嚴格。若要確保電力設備能夠正常運行就必須要做好檢修這項工作，通過檢修能提高設備的工作年限，以及降低其在工作中的損耗率，并能使電力公司的實際收入得到較大的提高。

在這一設計里面綜合應用了嵌入式系統與圖像分析技術、紫外檢測技術。主要考慮了高壓電力設備局部放電的全過程監測情況，例如高壓電纜、高壓開關設備等，把各項技術綜合在一起進行運用。在嵌入式平臺的基礎上設計了一種非常適用于高壓電力設備的先進的紫外內窺系統。通過所設計出的這一系統能夠很好地處理電力系統中監測的不足。這一系統的操作不復雜，且運行十分可靠。而且還可以很形象地了解到電力設備里面的放電變化情況。

1　電力設備在線監測設計方案

1.1總體方案設計

該方案整體來看有四項內容，即無線 GPRS模塊、紫外內窺探頭、電力設備、嵌入式計算機系統。在下圖 1中顯示的就是該在線監測系統的全部構造。1.2紫外內窺系統組成和運行

圖1　紫外內窺在線監測系統的內部結構圖

在紫外內窺系統之中一共含有3個部分，即無線GPRS模塊、紫外內窺探頭、采用LPC2138技術的嵌入式計算機系統。

在電力設備里面出現不均勻放電時，其放電的產生的紫外光能夠被檢測出，，能夠將其在某一指定時間范圍內的紫外光子數值計算出來。如果在某一時間范圍里檢測到的紫外光子數值超過了事前給出的數值時，則這一應用系統就會經由無線 GPRS模塊向后臺智能分析平臺發出報警信號，操作人員再根據相關的信息對此電力設備采取適合的檢修辦法。

2　在線監測系統硬件設計

嵌入式處理器是設計嵌入式系統硬件的一個十分關鍵的設備，在本設計中所確定的為LPC2138。設計中用到的嵌入式計算機主板是新研制的［2］。下面是這一嵌入式計算機主板的工作參數情況：

VGA接口與LCD接口各1個，180 MHz的CPU工作頻率，90 MHz的總線速度，USB2.0 Client接口1個，RS-232串口1個等。其中，在進行這一主板的設計時采取了分塊設計的方式。在系統中的關鍵部分是核心板，為了能夠使系統的功能更加完善又增加了擴展板。采取這樣的設計有很多的益處，它可以使核心板的操作變得更加簡捷，且能使系統的檢測以及查找出現故障的位置會更加的容易。見圖2。

圖2　系統硬件工作圖

2.1紫外傳感器驅動電路

通常將這一電路的工作電壓確定在300～350 V范圍內，因為這樣才能夠保證外傳感的運行不受到影響。本設計中采用DC/DC高壓直流模塊。經由改動輸入電阻的數值能夠把輸出電壓確定在 300～350 V的范圍內。在紫外線沒有出現時，傳感器是處于不放電的狀態。當LED燈是關閉時，就會有紫外線產生，這時傳感器是處于放電的狀態，通過充電電容C給出電流，當LED燈開啟時，對這個脈沖光子數值做出處理，就能夠得到理想的傳出光子數值波形。在放電電容 C的工作能力減弱時，陽極電位也開始下降，在下降到比放電維持電壓還要小的情況下，放電就會停止，在這時，電容 C就開始接受外部電源的傳來的電流，陽極電位也會逐漸的增加，在上升到超過規定電壓后，如果紫外線被紫外傳感器收集到了，就會有二次放電。見圖 3。

2.2收集USB攝像頭的視頻圖像

1）USB攝像頭驅動的移植

在收集視頻圖像的過程中，一定要借助于設備驅動。文中在確定驅動時，為了提高應用效果，采用了在 Linux系統平臺上移植當下最先進的USB攝像頭驅動Spca5xx。下面對其工作過程進行介紹。

圖3　紫外傳感器的驅動電路

①將補丁安裝在它的內核上，把usb.2.4.31.patch.gz復制到相關的程序中，然后按照系統的要求進行操作。

②對Linux內核進行重新的調整，將module配置在這一內核之中，以使該內核的性能得到改善。

③對Linux內核進行再次編譯，在確定好USB攝像頭的驅動后，將驅動安裝在操作系統里面，把 spca5xx.0加進運行的腳本里面。這樣在將Linux系統打開的時候就會有USB攝像頭驅動在進行工作，在確定好USB攝像頭之后，即能夠收集視頻圖像了。

2）收集USB攝像頭的視頻圖像

在Linux系統里面一般都是通過write等系統的工作來實現對文件的操作，為了確保這些系統能正常工作，需要在驅動中對一些函數在相關空間里相互轉換，可是在圖像數據的數量很多的情況下，采取這種轉換的方法所花的時間會比較多，所以，通常都是采取內存映射的方法來進行處理。先是獲取一定的核態內存空間，把所收集到的圖像數據在此空間里暫存；之后選擇相關的函數將它們全部映射到用戶態內存空間里，選擇相關的函數將這一空間里的圖像處理，如此一來就使得支出大幅減少，提高了內存的使用率。所有相關的程序可以像查看一般內存那樣對文件進行查看。查看當中無須再使用文件操作函數。因為采取該方式具有上面提到的好處，因此在實際操作上采用了內存映射的方式。收集的過程含有以下兩個部分：

①視頻設備初始化。

②收集視頻的信息。通過frame來進行收集，在做好了全部的收集后，開始處理得到的有關數據：先是要查看有關的程序是否處于空閑狀態，若是處于空閑狀態則采取壓縮算法來處理得到的有關數據，將處理后的數據在相關的文件中做好保存，在進行此項操作當中一定要采取互斥操作的辦法，并注意選擇適合的程序信息。

3　開發電力設備紫外內窺系統的軟件

3.1嵌入式系統軟件流程開發

所開發的電力設備紫外內窺系統的里面一般都是多線程。數據采集線程的工作是負責進行有關信息的收集，主線程的工作是針對圖形界面使用者接口的。在收集工作完成后，主線程就會收到任務完成的提醒。然后系統把某一時間范圍里收集到的紫外光子數值和事前給出的安全紫外光子數值進行對比。若發現前者的光子數值大，則會把得出的結果傳至操作者的手機上，操作者就可根據得到的信息來對該電力設備做出相應的檢修。在檢修中通過嵌入式計算機所給出的圖像信息能夠了解到電力設備里面的情況，便于將問題的位置及時找出來。

圖4為實際操作的流程。

圖4　系統軟件流程圖

3.2嵌入式軟件設計方案

在嵌入式系統的軟件之中主要含有以下幾項內容，即應用程序、操作系統內核和驅動、啟動代碼、文件系統與圖形界面等。本系統采取的圖形界面是目前最為先進的Qtopia，所用的內核是Linux。在這個系統開始工作的時候，最先執行的是boot loader程序，然后運行Linux內核，并實現與U盤的掛接，這樣就可進入嵌入式 Qtopia的使用者界面了。因為Qtopia之中的程序需要較大的空間來容納，如果將其始終留在Flash里面，會不利于系統工作。若被使用者不小心在操作當中損壞，系統將不易再恢復。所以本設計中將該文件系統程序保留在U盤里面。

4　系統測試結果

在經由核驗軟件的編程設置，以及檢測硬件的有關鏈接，可使系統里面的LCD能夠直觀的顯示電力設備之中的放電情況。如果放電引發的紫外線超出事先所給的值時，就可能產生一系列的反應。這時系統會給適合的處理，指揮紫外檢測系統對電力設備里面的圖像信息進行整理，對里面的放電情況進行全過程的監測，且經由無線 GPRS將結果在最短時間內傳到操作者的手機上。

5　結束語

文中對遠程系統監測設計做了全面的闡述，這項設計建立在嵌入式系統基礎之上，且在對電力設備進行檢測管理中采用了紫外監測系統。之后介紹了紫外監測系統在實際工作中的各個步驟。設計分軟件與硬件兩個方面，前者主要闡述了建立在電力設備紫外內窺系統基礎上的軟件設計方案與嵌入式系統軟件設計步驟圖，后者主要闡述了建立在嵌入式系統基礎上的硬件設計，還有收集USB攝像頭的一些圖像與紫外傳感器驅動電路。

［1］何為，陳濤，劉曉明，等.基于紫外脈沖法的非接觸式低值（零值）絕緣子在線監測系統［J］.電力系統自動化，2006，30 （10）:69-70.

［2］蘇東.主流ARM嵌入式系統設計技術與實例精解［M］.北京：電子工業出版社，2007.

［3］徐光毅，張曉林，崔迎煒.Qt/Embedded在嵌入式 Linux系統中的應用［J］.單片機與嵌入式系統應用，2004，25（12）: 14-17.

［4］陳濤 ，何為 ，劉曉明，等.高壓輸電線路在線檢測系統 ［J］.電力系統自動化，2005，29（7）:88-90.

［5］汪金剛，何為，李青文，等.基于紫外脈沖檢測的非接觸式特商壓驗電儀［J］.電工技術學報，2008，23（5）:138-140.

［6］王滔，于潔.Linux系統下 USB攝像頭驅動開發［J］.電子技術應用，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稿件編號：201506147

張宏釗（1987—），男，河北衡水人，助理工程師。研究方向：設備狀態監測與評價。