基于无线传感技术的智能环网柜调控仪的设计

基于无线传感技术的智能环网柜调控仪的设计

肖乃辉

广东明阳电气股份有限公司，广东省，中山市，528451

摘要：智能环网柜调控仪，是一种基于嵌入式系统的环网柜自动化装置，它能够根据电网运行情况和负荷情况，通过无线传感技术、 ZigBee技术和 GPRS网络技术等，采集并传输电网运行中的各种数据，对电网运行状态进行监测、分析和控制。本文介绍了一种基于 ZigBee和 GPRS技术的环网柜调控仪的设计方案，它以微控制器为核心，利用单片机的A/D转换功能对数据进行采集，并通过 GPRS无线网络将数据传送到监控中心，的计算机通过无线网络向环网柜监控仪发送指令，监控仪再将命令经 ZigBee发送到各个节点，以实现环网柜内部信号的控制。该设计方案具有成本低、易于扩展、扩展方便等特点。

关键词：无线传感技术；智能环网柜；调控仪；监测；控制

引言

环网柜调控仪是智能环网柜的核心，它的工作原理是：监控仪将电网中的各种参数信息传输到计算机，再将计算机的命令经过 ZigBee网络发送给各个节点，由节点将命令信息通过 GPRS网络发送给监控中心。本文以单片机为核心，利用A/D转换功能对数据进行采集，并通过 GPRS无线网络将数据传送到监控中心。监控中心通过无线网络向环网柜调控仪发送指令，调度员通过无线网络向各个节点发送指令，以实现环网柜内部信号的控制。

一、 无线传感器网络技术简介

无线传感器网络是一种采用了基站和感知节点之间的通信技术,并与其他终端进行数据交换。它将收集到的信息通过传感设备转换为可用信号。目前在市场上有很多不同类型、种类繁多数量化产品。例如:各种感应式测温系统(如热电偶)、多路温度测量系统以及基于智能家居设计所开发出来得一种网络应用软件—无线数字量传输技术,这些都可以作为传感器节点中数据采集和控制对象的基础部分来使用还有基于智能家居设计所开发出来的网络通信技术,它是一种集成化程度很高、使用起来非常方便,功能也十分强大。

二、智能环网柜调控仪的总体设计

（一）智能环网柜调控仪的工作原理

在本设计中,智能环网柜调控仪主要是由两部分组成:硬件和软件,硬件包括主机、射频收发模块及外围设备;软件则为上位机。系统的工作流程如下图所示。首先用户要先注册并登录到网络上的信息进行浏览查看是否可以使用该电子监控装置对整个小区进行控制管理操作;然后将需要监控或发出指令给RFID芯片完成任务安排并参与执行相关动作,最后完成数据传输和接收等处理过程后把处理结果传送至主机接受模块接收模块将处理结果和用户指令传给LCD显示;最后接受微型信号,通过无线网络完成信息的传达。

（二）智能环网柜调控仪的主要功能

智能环网柜调控仪主要有以下功能:1、采集信息,判断是否需要进行加班操作,并在系统中设置好时间和周期的间隔。2、计算处理。当检测到用户设定的阈值时发出报警提示;如果用户没有达到一定数量或请求量超过上限值时发送短信或者其他有效消息给主机;并且还可以通过控制终端对设备内所有数据参数进行调节处理以满足不同类型客户需求等功能(也可作为远程调控)同时还可以进行数据备份、信息管理等功能。智能环网柜调控仪的另一个重要应用是对设备状态监测。在本设计中,系统通过采集和处理用户设置参数后向主机发出报警提示;接收端收到故障信号时可发送短信或者使用远程控制模块来提醒操作人员采取相应措施(如:断电或切断电源)以保证电网供电正常不间断、安全稳定等功能实现。

（三）智能环网柜调控仪的总体设计方案

在硬件设计中,系统的主控芯片选用了STC89S52作为控制中心,其余器件采用DCS数据采集模块和AT2440液晶显示。系统控制软件由初始化程序、中断子函数以及各功能单元组成。当传感器检测到一个物理量或输出值超过设定范围时启动该程序。如果没有超出所规定的限制值或者输入错误信号则停止工作后重新开机并进入主控芯片设置计测控系统,然后进行参数计算与分析等操作;若无超出则继续测量和数据处理模块计算出的参数与设定好的值比较来决定根据实际需要调节相应数值系统软件设计中,主要是实现了对LCD1602液晶显示屏的控制,通过使用主控芯片的扩展功能和串口与上位机之间通信来达到数据采集。

（四）智能环网柜调控仪的关键技术

1、系统的软件的设计硬件和程序是环网柜调控仪最需要做的是两个方面,即硬件部分,也就是我们所说智能化控制。那么软件就应该由单片机来完成这一任务。在这里我选择了汇编语言进行编程以及C语言C语言编写了Pc来实现此功能:通过STC-IST平台对其数据流转过程进行模拟操作的设计方法;同时还可以利用LCD1602液晶显示器显示当前状态信息、温度和电流等参数从而实现了对智能环网柜调控仪的实时监控与功能的操作。2、在硬件设计时,我就选择使用C8051F24L01这款处理器来作为本次系统主要控制芯片。它可以很好地完成数据采集和处理过程中各种参数信息进行集中显示,并能通过串口将其传送到PC端以用于上位机软件处理后再输出出结果给用户(包括)等一系列功能模块;同时也能够与其他单片机上的硬件接口相连接在上位机软件处理完之后再通过串口把程序执行好。

三、智能环网柜调控仪的硬件设计

（一） 硬件总体方案设计

硬件部分主要是由传感器、单片机和报警控制器组成。系统中的无线传感模块,采用的是nRF24L01(高精度)技术。它可以将数据信号转换成电脉冲信号送入微处理器进行处理,通过微型处理器对该数字值再输出到主控芯片;同时在单片机上还能够检测是否有人存在着被控制部分或开启的开关状态来使整个电路工作、停止和报警指示灯亮起并发出提示声。

（二） 微处理器模块设计

微处理器模块主要是由单片机I/O接口引脚组成,可以对数据进行采集、处理和控制。通过I/0口输入低电平从而产生高低电平和高电压。AT89C51系列的微控制器具有功能强、功耗小等特点。在软件编程中需要编写程序时,可使用C语言来实现其功能;系统采用了两个定时器T0工作状态作为中断源位子函数;单片机与上位机进行通讯是利用串行通信方式完成的当定时器处于待机状态时,则中断源产生的低电平经过串行口输出高电平时间是作为高低单片机上I/O引脚使用;同时上位机会对其进行数据处理单片机的定时器T1工作状态可由按键输入、中断处理,从而实现。

（三）电源模块设计

在使用智能环网调控系统时,为保证设备的安全稳定,需要设计一套完整且可靠地保护电路。本此部分是整个系统中最重要的组成部分。它主要包括:电源开关模块、过压、欠周情况下检测和正反转指示灯状态显示以及单片机控制输出电压等功能单元组成;还有其他辅助装置如继电器与主控芯片联合工作而构成了一个整体。在实际使用过程当中,为了保证设备安全可靠地运行需要设计一个保护电路。该系统是使用过压、欠周情况下检测和正反转指示灯状态显示的,可以通过与主控芯片相连接来实现控制功能:在正常运行时,当主控模块工作后向LP8912口输入电信号给负载供电;当负载超过设定值范围内(约1-2K)则驱动继电器打开照明电路。

总结

智能环网柜调控仪的应用，不仅可以提高配网供电可靠性和电能质量，而且也可以为企业带来显著的经济效益。本论文设计了一种基于无线传感技术的智能环网柜调控仪，通过实验验证了其在监测和控制方面的可行性和有效性。该调控仪具有布线简单、维护方便等优点，在智能电网中具有广阔的应用前景。

参考文献

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[2]陈静．物联网技术在 日光温室大棚中的应用研究[J]．科技信 息，201 2,36：578—579．