孫海波，馮樹旭，李凱

（1山東壽光巨能控股集團(tuán)有限公司，山東壽光 262700；2壽光巨能電氣有限公司，山東壽光 262700）

信息化建設(shè)

基于傳感器與GSM的變壓器防盜報(bào)警系統(tǒng)

孫海波1，馮樹旭2，李凱2

（1山東壽光巨能控股集團(tuán)有限公司，山東壽光 262700；2壽光巨能電氣有限公司，山東壽光 262700）

介紹了一種配置于農(nóng)網(wǎng)配電變壓器的防盜報(bào)警裝置。該裝置使用TMS320F28335作為主控單元，結(jié)合紅外傳感器、振動(dòng)傳感器及接近傳感器等，以GSM技術(shù)為數(shù)據(jù)傳輸方式，連續(xù)監(jiān)測變壓器運(yùn)行參數(shù)，并實(shí)時(shí)發(fā)送事故信息，覆蓋面積大、安裝方便，適合目前農(nóng)網(wǎng)系統(tǒng)中的配電系統(tǒng)，能滿足農(nóng)網(wǎng)系統(tǒng)變壓器防盜的要求，具有報(bào)警準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。

變壓器；防盜報(bào)警系統(tǒng)；GSM；傳感器

1 前言

近年來，由于農(nóng)網(wǎng)系統(tǒng)中偏遠(yuǎn)地區(qū)的電力變壓器不便于看守維護(hù)，導(dǎo)致盜竊的事情時(shí)有發(fā)生，因此，有必要對電力變壓器設(shè)置報(bào)警系統(tǒng)，犯罪分子在移動(dòng)電力變壓器或者靠近電力變壓器時(shí)報(bào)警［1］。目前我國2 G的GSM已經(jīng)基本做到了全覆蓋，利用TC35I型號的GSM模塊作為數(shù)據(jù)傳輸單元，配置穩(wěn)定的備用電路，可解決失電狀態(tài)下的監(jiān)控問題。

2 系統(tǒng)工作原理

本報(bào)警系統(tǒng)裝置主要是由傳感器、GSM模塊、不間斷電源及DSP芯片電路系統(tǒng)組成，其特征主要是在DSP芯片電路中接有紅外傳感器、振動(dòng)傳感器及變壓器箱體螺栓孔中的接近開關(guān)傳感器，通過傳感器采集到信號給DSP傳遞動(dòng)作指令，DSP與GSM模塊之間通過RS-232進(jìn)行通訊連接，當(dāng)傳感器有動(dòng)作量輸入時(shí)，GSM自動(dòng)發(fā)送報(bào)警短信給上級的GPRS網(wǎng)絡(luò)，主站管理系統(tǒng)顯示檢測參數(shù)、報(bào)警時(shí)間、地點(diǎn)等，并能主動(dòng)發(fā)送操作指令解除誤報(bào)警操作。

本結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，具有抗干擾能力強(qiáng)，可在苛刻條件下使用的特點(diǎn)，同時(shí)傳感器精度高、穩(wěn)定性好，不間斷電源采用大容量備用電源，解決了運(yùn)行維護(hù)過程中突發(fā)狀況下的安全性問題。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積大、安裝方便，特別適合目前農(nóng)網(wǎng)中的配電系統(tǒng)。系統(tǒng)原理如圖1所示。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 主控單元設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件分為監(jiān)測電路與事故處理電路兩部分。變壓器系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)由系統(tǒng)監(jiān)測電路采集；事故報(bào)警信號由GSM無線短消息模塊，進(jìn)行短消息報(bào)警。

圖1 防盜報(bào)警系統(tǒng)原理

報(bào)警系統(tǒng)的主控單元使用德州儀器的TMS320F28335芯片，該器件控制精度高、成本低、功耗小，同時(shí)還具有更加快速的A/D轉(zhuǎn)換精度，更高的系統(tǒng)集成度。系統(tǒng)擴(kuò)展電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 TMS320F28335結(jié)構(gòu)

利用TMS320F28335芯片可以實(shí)現(xiàn)變壓器正常數(shù)據(jù)及過流、過壓、欠壓等數(shù)據(jù)信息的采集及處理，同時(shí)若出現(xiàn)報(bào)警數(shù)據(jù)，可通過RS232控制GSM撥打后臺(tái)電話及短信來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)提醒。

3.2 GSM模塊及其外圍電路的設(shè)計(jì)

無線終端模塊TC35i集合了射頻電路和基帶，提供標(biāo)準(zhǔn)的AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸［2］。其中1～14引腳為電源端口；24～29引腳為SIM卡連接端；33～40為語音接口；15、30～32引腳為控制部分，15引腳為啟動(dòng)線IGT，當(dāng)模塊上電10 ms后，系統(tǒng)必須給IGT一個(gè)100 mV的低電平信號，模塊才能正常啟動(dòng)［2］。30引腳為RTC back up；31引腳為掉電控制；32引腳為SYNC，18、19為數(shù)據(jù)的接收/發(fā)送端，實(shí)現(xiàn)短消息的發(fā)送接收及后臺(tái)電話通訊［3］。

3.3 信號采集電路設(shè)計(jì)

信號采集電路由傳感器信號及電壓、電流信號構(gòu)成。傳感器信號采集電路見圖3，交流電壓信號采集電路如圖4所示。

圖3 傳感器電路原理

圖4 電壓信號采集電路

電壓信號采集電路包含整流橋及光電耦合器，整流橋負(fù)責(zé)把交流電壓轉(zhuǎn)變成直流電壓。PC817接在DSP的I/O端口，DSP負(fù)責(zé)監(jiān)測電壓信息。

3.4 5V不間斷電源設(shè)計(jì)

當(dāng)輸入電壓＞5 V時(shí)，MAX630（IC1）芯片關(guān)閉，MAX623（IC2）提供5 V的輸出電壓；當(dāng)VIN為5 V時(shí)，IC2關(guān)斷，IC1將3.6 V的鎳氫電池電壓升壓為5 V，負(fù)載電流達(dá)50 mA。其中，IC2具有低電壓監(jiān)測功能，并通過電阻對輸入電壓VIN進(jìn)行監(jiān)測。檢測器的輸出驅(qū)動(dòng)倒相器，反過來驅(qū)動(dòng)IC1的關(guān)斷（第6腳）和IC2（第5腳）。IC腳與SHDN腳具有極性相反的電平［4］。R2、R3組成的電阻分壓器能使IC1和IC2都能對輸出的Vout電壓進(jìn)行監(jiān)測。因此，IC2一旦關(guān)閉，其輸出也就被切斷，但I(xiàn)C1關(guān)閉時(shí)，芯片仍消耗1 μA電流，維持低功率狀態(tài)［4］。此情況下，VIN最高達(dá)17 V，但應(yīng)設(shè)定R1的阻值，使涓流電荷量不大于電池容量的10%［5］。

4 預(yù)警功能的軟件實(shí)現(xiàn)

4.1 DSP信號處理程序

DSP芯片檢測變壓器三相電壓信號，當(dāng)其中一相缺相時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行短時(shí)間延時(shí)（0.1 s），通過內(nèi)部程序判斷其余兩相是否具有缺相的情況，如同時(shí)具有缺相指示，系統(tǒng)便可確定為系統(tǒng)停電。此時(shí)程序自動(dòng)進(jìn)入GSM短信報(bào)警子程序，程序處理流程見圖5。

圖5 程序處理邏輯

DSP芯片在處理三相交流信號的情況時(shí)，同時(shí)對接近傳感器、紅外傳感器及振動(dòng)傳感器的檢測信號進(jìn)行跟蹤，接近傳感器安裝于變壓器四周螺栓孔中，其余傳感器安裝于變壓器外部接線盒中。

對于誤報(bào)警情況，本產(chǎn)品設(shè)計(jì)中加入互鎖程序，只有在檢測到三相電壓缺失的情況后，上述3類動(dòng)作信號才可判斷為一個(gè)正常的報(bào)警信息，這樣解決了農(nóng)網(wǎng)系統(tǒng)中由于外界干擾（動(dòng)物靠近、煙花鞭炮引起的巨響）所帶來的不必要誤報(bào)警情況。

4.2 GSM處理程序

DSP芯片及外圍電路通過串口與TC35I實(shí)現(xiàn)異步通訊。當(dāng)程序檢測到外部報(bào)警信號后，由DSP傳遞指令，驅(qū)動(dòng)GSM模塊中的驅(qū)動(dòng)器，發(fā)出SMS短消息，SMS短消息中包含變壓器運(yùn)行參數(shù)信息及報(bào)警發(fā)生的時(shí)間等。

5 結(jié)語

基于傳感器與GSM的多功能變壓器防盜系統(tǒng)裝置通過現(xiàn)場試驗(yàn)，各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能夠滿足農(nóng)網(wǎng)系統(tǒng)變壓器防盜的要求，具有報(bào)警準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，但電磁干擾需要進(jìn)一步提高。通過產(chǎn)品的實(shí)施，給當(dāng)?shù)毓╇娖髽I(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

［1］崔愛國，劉永軍.GSM電力線路及變壓器防盜報(bào)警系統(tǒng)［J］.農(nóng)村電氣化，2008（5）：37-38.

［2］張曉明，公茂法，呂晨，等.基于C8051F360+TC35i+ATT7022B的變壓器綜合監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2011，31（9）：139-143.

［3］劉喜文.基于單片機(jī)的變壓器防盜系統(tǒng)［J］.電測與儀表，2012，49（4）：76-79.

［4］吳軍基，王文斌，張鵬.基于GSM短消息遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)研究［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2006，26（4）：53-55.

［5］鄭安平，張勁，朱專政.新型配電變壓器監(jiān)測終端的設(shè)計(jì)［J］,微計(jì)算機(jī)信息，2006，22（14）：244-245.

Anti-theft Alarm System for Transformer Based on Sensor and GSM

SUN Haibo1,FENG Shuxu2,LI Kai2
（1 Shandong Shouguang Juneng Holding Group Co.,Ltd.,Shouguang 262700,China; 2 Shouguang Juneng Electric Co.,Ltd.,Shouguang 262700,China）

This paper introduces a kind of alarm device for distribution transformer in rural power grid to avoid and reduce the possibility of transformer theft.The system,taken TMS320F28335 as main control unit,integrated with infrared sensor,vibrating sensor,and proximity sensor etc.,data transferred by GSM,it could continuously monitor transformer operating parameters and timely send accident information.Large covering area and easy installation makes it a ideal choice of distribution system for current rural grid system.

transformer;anti-theft alarm system;GSM;sensor

TM76

A

1004-4620（2015）02-0055-02

2015-03-18

孫海波，男，1968年生，2007年畢業(yè)于山東大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)?，F(xiàn)為山東壽光巨能控股集團(tuán)有限公司辦公室主任，工程師，從事企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理工作。