基于嵌入式LCD的結線圖智能展示系統研發與應用

【關鍵詞】結線圖；嵌入式LCD；白板升級；Android系統；電網信息可視化

引言

隨著經濟的快速發展和人口的不斷增長，對電力系統的穩定性和安全性提出了更高要求[1]。在電力系統的運行與維護過程中，結線圖作為核心的參考信息，通常被展示于配電室、控制中心的白板上。傳統白板采用噴繪或印刷方式顯示，當設備型號或回路配置變更時，需整體更換白板內容，導致施工任務、物料成本與人工負擔加重。為了優化信息展示方式，文章設計了一種嵌入式LCD智能白板系統，能實現信息的快速迭代與動態更新。該方法保留了白板原有結構的直觀性，同時引入現代顯示技術的靈活性，為電力場站信息化建設提供一種可行性方案[2]，推動了電力行業的智能化與現代化發展[3]。

一、現狀問題分析

（一）傳統白板的局限性

在傳統方法中，具備相關資質的工程師需閱讀、分析及對比大量圖紙[4]，每次參數更新均需整體更換，導致耗材浪費，而且圖紙錯改、誤標等人因失誤難以規避。

（二）運維痛點

各站點修改工作頻繁，維修工需攜帶新的白板；在雨天、低溫等惡劣條件下，更換工作難度顯著增加；原始圖樣版本控制混亂，難以追蹤修改記錄。

二、系統方案設計

圖1所示為0.4 kV群星龍船沖臺區低壓房一次結線圖，黑色部分植入了LCD屏，用于實時顯示設備的參數，并且參數可以根據需要進行修改。

（一）顯示模塊結構

系統核心采用一塊27.6英寸LCD顯示模組（型號：DM0276GL01S050），具備以下特點：顯示尺寸為27.6英寸，分辨率為1920×192，顯示區域為698.4 mm×70.75 mm，亮度為500 cd/m2，電源輸入為DC 12 V，操作系統為Android。該模組由廣州沃也電力科技有限公司提供，具備良好的工業穩定性，適用于-20℃～70℃的工作環境。

（二）安裝與接口方式

將LCD嵌入白板中預留黑色區域，電源通過墻體隱藏布線連接。接口包括通用串行總線（Universal Serial Bus，USB）、RJ45（Registered Jack45）網絡口、RS232（Recommended Standard 232）或RS485等，便于后期拓展，文件通過U盤或藍牙上傳，支持圖片格式更新。

（三）圖檔更新流程

在電腦端使用圖形軟件修改線路圖，保存為JPEG/PNG等格式；拷貝至U盤或通過藍牙傳輸；插入顯示屏，系統自動讀取展示。

（四）技術方案

嵌入式LCD白板系統包括白板、LCD模組、控制系統、輸入模塊、電源模塊。所述模組（27.6英寸）運行Android系統，支持USB與藍牙圖像輸入，圖像格式為JPEG/PNG，控制系統可自動讀取并展示

（五）圖像處理與系統架構細節

在進行圖像處理與系統架構設計時，會在黑色范圍預設好如圖2所示的表格。

本系統支持JPEG、PNG等主流格式，適配常用的制圖軟件（如AutoCAD、Visio、SketchUp）導出圖檔。在圖像處理程序內置了等比縮放與分辨率自適應算法，可自動適配畫面比例，確保圖像在超寬屏上的清晰呈現與圖元不失真[5]。在架構設計方面，系統以Android 9.0為操作系統核心，運行輕量化用戶界面（User Interface，UI），采用分層架構。最底層為硬件驅動與顯示中間件，中間層為圖像文件管理、顯示控制模塊，上層為用戶界面交互。系統具備文件緩存管理機制，可讀取最近5次歷史圖檔用于緊急恢復。

此外，為避免圖像文件損壞或命名錯誤導致無法識別，系統設置了文件校驗機制。通過文件名中的時間戳與CRC32（Cyclic Redundancy Check 32）校驗碼完成圖檔的合法性判斷；若存在錯誤，將在主界面提示“圖像文件不支持”并自動回滾至上一次圖檔，確保電力系統數據的安全性和可靠性[6]。圖3為在相應位置輸入新的資料效果展示。

（六）白板改造與施工規范

一般而言，結線圖白板厚度為8～12 mm，背板材質多為鋁塑板或鋼化玻璃。系統通過預制“嵌入式模塊+鋁合金邊框支架”，將LCD模組無縫嵌入黑色區域，無需整板替換。

（七）安裝步驟

首先，識別白板上需改造區域，根據LCD模組尺寸（735.8×108.1 mm）開孔并進行磨邊處理；其次，安裝卡扣軌與螺栓結構，固定顯示模組并接入12 V的直流電源；再次，整體布線隱藏于白板后方，通過聚氯乙烯線槽或接線盒與配電柜連接；最后，進行絕緣測試與信號測試，完成調試后粘貼保護邊框。在施工標準方面，模組安裝位置與角度必須確保正常視距范圍內無遮擋，白板整體需滿足IP40（International Protection Marking 40）以上防護等級要求。在室外或潮濕區域使用時，建議升級為IP65工業模組并配套密封保護套件，以防止雨水、灰塵侵蝕電子元件。

三、技術選型與參數論證

文章最終選用27.6英寸LCD模組。原因如下：尺寸最貼近原白板“黑色區域”長條顯示區塊，可原位替換；分辨率足夠高，在1米可視距離內圖紙線條、文字清晰可讀；安裝深度僅38 mm，可與普通白板齊平，不突兀。系統平臺選擇Android而非Linux，主要基于Android操作系統內包含應用層應用編程軟件接口（Application Programming Interface，API）與傳感器兩大功能[7]，其在UI繪圖、觸控管理等方面的高兼容性與現成支持，能大幅降低開發周期，提升設備穩定性。未來如接入后端管理系統，也可基于安卓輕松拓展為遠程可控終端。

四、運維與安全策略設計

針對長期運行場景，該系統設計了多層運維安全機制。

（1）防誤操作：系統設置管理員認證界面，僅授權人員可進行圖像替換，普通用戶僅可查看。

（2）系統鎖定機制：如10分鐘無操作，自動進入只讀模式并顯示鎖屏畫面，防止誤觸。

（3）防護等級：主板與接口模塊采用工業級防靜電處理，滿足IEC610004標準，適應變電站高電磁干擾環境。

（4）防護材料：LCD外殼采用陽極氧化鋁框，正面覆蓋防反光鋼化玻璃，具備基本抗壓與防刮性能。

（5）數據備份：系統支持雙U盤熱備份機制，確保圖檔在更新失敗后可自動恢復上一個版本，最大程度保障運行連續性。

五、后續升級與開發規劃

本系統目前為本地控制版本，下一階段計劃研發以下功能模塊。

（1）云端圖檔調度平臺：開發Web控制臺，運維人員可在管理中心統一分發、備份、調閱各站點圖像，打破物理U盤限制。

（2）遠程狀態監控：通過消息隊列遙測傳輸協議或Modbus接入監控系統，實時獲取各終端運行狀態與更新進度。

（3）語音播報與動態指引：在白板下方配備語音模組，根據用戶輸入，播報圖示位置、設備編號或操作提醒。

（4）圖像識別功能：結合圖像識別技術，自動讀取圖紙上回路名稱、電纜編號等關鍵信息，實現參數聯動。

（5）安全追溯系統：將每次圖像更新與操作記錄上傳至日志系統，支持責任回溯與版本回滾。預期這些模塊可在6個月內進入試運行，為電力調度中心提供全面的“動態可視化+運維日志+安全權限”系統解決方案[8]。

六、應用成效分析

通過實地測試，該系統在廣州、南寧、昆明等地區的小型站點應用后，反饋良好，特別是在雨季和夜班運維中，提升效果明顯。

（一）案例實測與數據對比

以南寧五象變電站為例，原本的圖紙更換需要2～3天，現改為10分鐘內可更新。系統運行3個月無故障，圖像識別率與更新效率穩定。實測對比：安裝與更新耗時減少約85%，年均人工維護頻率下降60%，圖檔錯誤率由12%降至2%，白板物料采購成本下降40%以上。

（二）用戶反饋與操作界面展示

用戶反饋表明該系統在圖檔切換、參數修改與直觀性方面表現優越。控制界面采用Android系統，用戶可通過“文件管理”“圖像更新”等模塊完成操作。界面支持顏色標記和圖像縮放，提升了閱讀效率。

（三）與現有技術對比分析

市面上雖有電子紙白板、工業廣告屏等顯示工具，但多數存在成本高、刷新慢、接口不通用等缺點。本系統顯示清晰、成本可控、兼容性強，采用開放式安卓架構，具備良好的升級空間與兼容性，適合大規模推廣。

（四）系統展望與行業拓展

可以實現遠程統一管理與圖像發布，增設權限控制，細化管理層級。接入數據采集與監視控制系統，顯示實時狀態與報警。應用于醫院科室導引、軌道交通布線圖、工業廠房管線配置等場景。

結語

本文提出的嵌入式LCD結線圖展示系統，在保留傳統白板展示直觀性的基礎上，實現了信息的快速修改、精準顯示與便捷維護，具有良好的實用性與經濟性。未來，該系統可進一步升級，增加遠程控制功能，實現對電力結線圖在云端的統一管理，推動電網信息展示的智能化、數字化進程。

參考文獻：

[1] 李宗澤.智能輸變電工程中的電力系統穩定性分析與自適應控制方法[J].城市建設理論研究（電子版），2025（21）：46.

[2] 郭清達，劉堅，李健，等.采用Jetson嵌入式平臺的LCD儀表數字識別方法研究[J].計算技術與自動化，2025，44（01）：102106+117.

[3] 黃建華.電力系統自動化技術在變電站施工中的應用[J].大眾標準化，2025（05）：6567.

[4] 樊冬梅，嚴文豆，梁毅，等.基于改進連通域檢測算法的電力工程圖紙識別技術[J].沈陽工業大學學報，2024，46（04）：361366.

[5] 國家市場監督管理總局.GB/T 42082017《外殼防護等級（IP代碼）》[S].北京：中國標準出版社，2017.

[6] 李俊宇，邱桂堯，朱志俊，等.電力系統信息化中WAPI安全網絡設計[J].科技與創新，2024（13）：101103+106.

[7] 高燕.基于Android的工業鍋爐物聯網總體架構體系研究[J].工業加熱，2023，52（03）：4850+56.

[8] 國家能源局.《電力系統技術導則》（GB/T 389692020）[S].北京：中國電力出版社，2020