基于GPRS的电力监控的研究软硬件实现

摘?? 要 提出了一种可对无人值班变电站内直流设备进行远方监控的系统，它利用了站内的电话通道，可以实现：直流设备远方监控、直流设备运行历史查询和设备运行异常的情况上报等功能。 　　电力系统中的直流电源部分由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。它的作用是：正常时为变电站内的断路器提供合闸直流电源；故障时，当厂、站用电中断的情况下为继电保护及自动装置、断路器跳闸与合闸、载波通信、发电厂直流电动机拖动的厂用机械提供工作直流电源。它的正常与否直接影响电力系统的安全可靠运行。 　　过去，电力系统的各个变电站都有人值守，可以对直流设备的运行状态进行定期检查，因而可以及时发现并处理其出现的异常现象，保证变电站的安全稳定运行。目前，电力系统推广无人值班变电站，虽然调度中心可以通过远动通道获取变电站运行情况的实时信息，但是对于直流部分只能得到少量的重要信息(包括：遥信量——充电机交流电源故障，充电机故障，直流绝缘接地，直流电源电压异常；遥测量——控母电压)。它不能反映直流系统运行的详细信息，特别是它不能发现系统刚刚开始出现异常运行的情况，直到长期的异常运行发展为故障时才上发调度，此时，事故已经扩大。如果能在异常现象刚出现时就及时发现并及时处理，就可以避免异常情况扩大。所以需要设备维护人员对其进行定期检查。此外，对直流设备运行的控制也是由维护人员进行现场操作的。变电站多，维护人员少，显然无法保证按期按量完成。在这种情况下，直流监控系统应运而生。它的主要作用就是把各变电站的直流设备信息上送到监控中心，供其查询，同时监控中心也可以向各站发送控制命令。这样，维护人员不但可以在监控中心对直流设备进行远方监控，还可以及时发现设备运行的不正常状态，及时处理，而不等其发展演变成事故。所以，直流监控系统的建立，可以节省人力物力，提高工作效率。 关键词:GPRS,远程检测，单片机 本课题的任务和要求 单片机又称微控制器，或称嵌入式控制器。单片机主要用于计算机外设、实时控制、仪器仪表、通信和家用电器等各个领域，是计算机技术和电子技术的综合性应用，在不同应用场合其技术要求各不相同，因此设计方法和研制的步骤不完全一样。 单片机应用系统由硬件和软件组成。硬件是指MCU、存储器、I/O接口和外设等物理器件的有机组合。软件是指系统监控程序的总称。在开发的过程中，它们的设计不能完全分开，二者需要互相配合、不断调整才能组成高性能的应用系统。单片机应用系统的开发包括系统总体设计、硬件设计、软件设计、系统调试等几个阶段，它们有时交叉进行。 一、设计任务 （1）系统总体设计任务 ??? 在进行系统设计之前，首先应根据对系统的功能要求及其应用环境等确定合理的、具体的功能和技术指标，对应用系统的可靠性、通用性、先进性、可维护性、以及成本等进行综合考虑，以尽量合理并符合相应的标准。然后根据市场上各种单片机的货源情况和单片机的性能及开发工具等因素选择合适的机型。接下来要根据系统中可能遇到的传感器、模拟电路、I/O接口、存储器和显示器等器件和设备进行器件选择，使之符合系统在精度、速度和可靠性等方面的要求。最后确定硬件和软件的功能划分。由于在系统设计中某些功能用硬件和软件都能实现，在设计中应综合考虑研制周期和成本等因素具体划分软硬件功能。 （2）系统硬件设计任务 硬件设计的任务是根据总体要求，在所选的MCU和各个元器件型号的基础上设计出系统的电路原理图，做一些必要的不见实验，以及工艺结构的设计加工，印刷电路板的设计制作和样机的组装等。在硬件设计中，需要考虑系统总线的负载能力、系统扩展时的片选方式、模拟电路的速度和精度等，如需扩展存储器则尽量用一片完成，这样既降低了成本，又减小了线路板的面积，同时提高了系统的可靠性。 （3）系统软件设计任务 单片机应用系统的软件设计是系统设计中最基本而且工作量较大的任务。与系统机上操作系统支持下的纯软件不同，单片机的软件设计是在裸机的条件下进行的，而且随应用系统的不同而不同。在软件中一般需考虑以下几个方面： 1）根据要求确定软件的具体任务细节，然后确定合理的软件结构。一般系统软件的主程序和若干个子程序及中断服务程序组成，详细划分主程序、子程序和中断服务程序的具体任务，确定各个中断的优先级。主程序是一个顺序执行的无限循环的程序，不停地顺序查询各种软件标志，以完成对事务的处理。在子程序和中断服务程序中，要考虑现场的保护和恢复，以及它们和主程序之间的信息交换方法。 2）程序的结构用模块化结构，即把监控程序分解为若干个功能相对独立的较小的程序模块分别设计，以便于调试。具体设计时可采用自底向上或自顶向下的方法。 3）在进行程序设计时，先根据问题的定义描述出各个输入变量和输出变量之间的数学关系，即建立数学模型，然后绘制流程图，再根据流程图用汇编语言进行具体程序的编写。 4）在程序设计完成后，利用相应的开发工具和软件进行程序的汇编，生成程序的机器码。 （4）系统的调试任务 ??? 在系统样机的组装和软件设计完成以后，就进入系统的调试阶段。应用系统的调试步骤和方法是相同的，但具体细节与采用的开发系统（即仿真器）及选用的单片机型号有关。调试的过程就是软硬件的查错过程，分为硬件调试和软件调试。 1）硬件调试 单片机应用系统的软硬件调试是分不开的，通常是先排除明显的硬件故障后再和软件结合起来进行调试。常见的硬件故障有逻辑错误、元器件失效、可靠性差和电源故障等。在进行硬件调试时先进行静态调试，用万用表等工具在样机加电前根据原理图和装配图仔细检查线路，核对元器件的型号、规格和安装是否正确。然后加电检查各点电位是否正常。接下来再借助仿真器进行联机调试，分别测试扩展的RAM、I/O口、I/O设备、程序存储器以及晶振和复位电路，改正其中的错误。 2）软件调试 软件调试就是检查系统软件中的错误。常见的软件错误有程序失控、中断错误（不响应中断或循环响应中断）、输入/输出错误和处理结果错误等类型。要把各个程序模块分别进行调试，调试通过后再组合到一起进行综合调试，达到预定的功能技术指标后即可将软件固化。系统的调试过程要结合具体的仿真器进行。 1.2系统解决的问题和拟采用的研究手段 本课题主要是针对目前电网监测设备本身的缺点采用基于神经网络算法的电力负荷预测、电力系统故障诊断以及模糊控制技术对电网进行无功补偿，实现电压、电流等模拟量数据的调理、采集，并实施无功补偿控制与测量值的显示，基于GPRS模块完成各监控机之间的数据交换，在系统出现故障时能及时声光报警。以下主要针对软件的实现： 1系统软件主要有GPRS无线网络数据通信软件、系统业务逻辑层软件和数据库服务器设置组成。 ??? 2数据通信软件主要完成GPRS模块与移动中心注册、连接远程数据终端、设定参数、召测数据、短消息功能等。 ??? 3系统业务逻辑层软件主要由业务层和数据通信软件之间的接口设计、中间层应用服务器设计、终端和变压器管理、用户及权限管理、通信参数设定、定时任务设置、召测数据、数据图形显示及报表等功能模块组成。 ??? 4数据库服务器设置实现优化应用程序对数据库的访问。 ??? 5系统软件为用户提供一个可视化界面，让用户足不出户即可了解远方变压器实时的运行状况，同时还可以查询、打印历史纪录。 1.3本文的工作 本文的工作就是介绍如何做GPRS的电力监控系统，第2部分给出相关方案的研究为后面程序设计打下基础，第3部分给出了系统的总体设计，对程序的模块分析、设计思想第4部分给出详细的实现过程和重要的技术实现。最后给出了我对这个设计一个看法，这个系统有些什么特色，还有展望之类的。