基于嵌入式與Android的智能電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)

陳家義 何經(jīng)偉

摘要 隨著國家電網(wǎng)公司提出發(fā)展規(guī)劃“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”，電網(wǎng)智能化成為電網(wǎng)發(fā)展的研究熱點(diǎn)。智能電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，對電力設(shè)備安全可靠運(yùn)行具有重要意義。在智能電網(wǎng)的電力設(shè)備中，通過使用智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以大大提高設(shè)備的管理效率，降低電力設(shè)備運(yùn)營成本，減少設(shè)備故障帶來的損失。一款基于嵌入式與Android的智能遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過傳感器采集相關(guān)的環(huán)境信息，然后通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將信息發(fā)送至控制中心，上位機(jī)通過AndroidSDK進(jìn)行手機(jī)應(yīng)用APP界面軟件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)對電力設(shè)備環(huán)境參數(shù)的查詢、超限報(bào)警、調(diào)節(jié)等功能。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)測量精度高、實(shí)時(shí)性號(hào)、使用方便、界面友好，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】傳感器 Zigbee 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)Android

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，能源短缺問題日益突顯，人們對供電系統(tǒng)運(yùn)營可靠性以及電能質(zhì)量方面的要求越來越高，傳統(tǒng)的電力設(shè)備系統(tǒng)已經(jīng)無法跟上現(xiàn)代信息化時(shí)代前進(jìn)的步伐。與此同時(shí)，基于電力系統(tǒng)工作運(yùn)轉(zhuǎn)方式的特殊性，無論是變電站電力設(shè)備還是繼電保護(hù)裝置都對構(gòu)件所處環(huán)境有著極高的要求。其中，所處環(huán)境濕潤度過高會(huì)對電力設(shè)備自身的絕緣性造成一定的影響，導(dǎo)致其因性能下降而無法實(shí)現(xiàn)供電作業(yè);環(huán)境的溫度過高則容易縮短設(shè)備使用壽命，降低金屬原件材料的強(qiáng)度。此外，在設(shè)備操作不當(dāng)?shù)那闆r下，還有可能造成SF6氣體的泄露。此種情況的發(fā)生，輕者會(huì)削弱電力設(shè)備滅弧能力，重者會(huì)引發(fā)開關(guān)設(shè)備火災(zāi)、爆炸，甚至有害氣體中毒等危險(xiǎn)事故的發(fā)生。由此可見，無論是從保障變電站運(yùn)行可靠性的角度考慮，還是從保障人們用電安全的角度考慮，我們都應(yīng)當(dāng)對電力設(shè)備管理提起高度的重視，使其能夠處于溫濕度適宜的環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)。在環(huán)境監(jiān)測方面，就變電站以往的工作模式來看，受多方面因素的影響，使得傳統(tǒng)有線連接的方式在其工作中依然占主導(dǎo)地位。這不僅在無形當(dāng)中增加了系統(tǒng)維護(hù)的作業(yè)成本，更容易導(dǎo)致各種問題的發(fā)生，從而增加系統(tǒng)維護(hù)難度。基于此，本文站在優(yōu)化電力系統(tǒng)運(yùn)作效率的角度出發(fā)，提出了通過對基于嵌入式與Android的智能電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的有效運(yùn)用，希望借助該先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)功能的有效發(fā)揮，來解決以上問題，促進(jìn)我國電力監(jiān)控工作效率的提升。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

通過對基于嵌入式與Android的智能電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的各部分功能的總體規(guī)劃，我們可以依據(jù)不同的功能分類，在系統(tǒng)方面將其分為四個(gè)不同的層面：

1.1 傳感器層

該層面主要是負(fù)責(zé)借助傳感器的信息感知功能來對變電站設(shè)備所處工作環(huán)境變化數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，如濕度、溫度變化，SF6是否存在泄露等，并通過無線網(wǎng)絡(luò)（Zigbee）上傳給下一層的控制中心。

1.2 控制層

控制層以嵌入式方式存在于控制系統(tǒng)當(dāng)中，作為STM32處理器的單片機(jī)存在。就其功能來講，主要是借助數(shù)據(jù)分析手段，對傳感器層上傳來的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合整理、分析，從而對設(shè)備是否處于正常的環(huán)境內(nèi)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)情況做出科學(xué)判斷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在異常情況，控制層可以通過指令的發(fā)布來對參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，并在傳輸層的作用下，借助4G網(wǎng)絡(luò)來對手機(jī)終端的應(yīng)用層進(jìn)行警報(bào)的發(fā)送。

l.3 傳輸層

傳輸層即4G網(wǎng)絡(luò)，主要負(fù)責(zé)該系統(tǒng)各個(gè)層面的信息傳輸工作。

l.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層顧名思義就是我們經(jīng)常接觸到的手機(jī)APP應(yīng)用，在該層系統(tǒng)的的作用下，我們可以借助4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸功能，來對變電站內(nèi)設(shè)備上的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取，以根據(jù)環(huán)境數(shù)據(jù)的變化，來及時(shí)的通過接收設(shè)備自動(dòng)警報(bào)信息，對設(shè)備環(huán)境異常情況做出及時(shí)有效的處理，以此來實(shí)現(xiàn)無人值守下的系統(tǒng)監(jiān)測。

系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)如圖1所示。

該系統(tǒng)由傳感器來檢測電力設(shè)備環(huán)境參數(shù)，并通過構(gòu)建的Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)來傳輸環(huán)境參數(shù)，由嵌入式單片機(jī)作為控制中心，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)并控制加熱器、通風(fēng)機(jī)、報(bào)警器等相關(guān)控制單元，最終由Android開發(fā)人機(jī)交互界面實(shí)時(shí)監(jiān)測電力設(shè)備狀態(tài)。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 ARM處理器：STM32F103VCT6

該ARM處理器是采用ARM Cortex-M3內(nèi)核設(shè)計(jì)的，其工作頻率為72MHz，內(nèi)部集成AD轉(zhuǎn)換器、多的定時(shí)器，2路UART等，性能穩(wěn)定。可以Keil uVision相應(yīng)版本軟件中直接調(diào)試/下載程序。

2.2 Zigbee模塊

ZigBee無線通訊采用CC2530芯片開發(fā)模塊，其如圖3所示，實(shí)現(xiàn)C02530對各種傳感器的數(shù)據(jù)采集，無線通信使用Zigbee協(xié)議。Zigbee通信模塊通過串口方式與核心板上的ARM處理器通信波特率為115200，每次收發(fā)的數(shù)據(jù)包長度為8字節(jié)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 Android監(jiān)控終端設(shè)計(jì)

Android應(yīng)用界面系統(tǒng)， 即AndroidUI（User Interface）系統(tǒng)是Android應(yīng)用框架最核心的內(nèi)容之一。View System作為AndroidUI系統(tǒng)的基礎(chǔ)，包含兩個(gè)基礎(chǔ)類就是View和VieWGroup： View是絕大部分UI組件的基礎(chǔ)類，而VieWGroup則是所有Layout布局組件的基類。

4 結(jié)束語

本文主要闡述了基于嵌入式與Android的智能電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以有效的監(jiān)測電力設(shè)備的溫度、濕度、SF6等環(huán)境參數(shù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)上傳至人機(jī)交互界面APP，以此來提升電力工作人員工作的便捷性，使其能夠通過更加便捷、有效的手段來實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)控工作。由此可見，該監(jiān)控系統(tǒng)在電力系統(tǒng)設(shè)備檢測方面能夠發(fā)乎巨大的價(jià)值，有著較好的市場應(yīng)用價(jià)值。

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