基于GPRS無(wú)線(xiàn)通訊的計量箱智能報警系統設計

1、引言

　　當前，電力公司設備盜竊案件猖獗，竊電現象屢禁不止，財產(chǎn)損失嚴重。計量箱主要依靠一把鎖來(lái)看護，傳統鎖具防盜安全系數低、易被破壞，且被破壞后無(wú)法實(shí)時(shí)報警、及時(shí)取證。設備的損毀和防竊電工作依靠外勤人員的發(fā)現或用電檢查人員的巡查，工作量大，收效甚微。為了有效防止和杜絕偷漏電現象的發(fā)生，提高用電檢查的效率，降低用電檢查工作人員的勞動(dòng)量，提高設備運行的安全性、經(jīng)濟性，結合電力生產(chǎn)調度管理的發(fā)展需求和特點(diǎn)，建立基于GPRS無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)的計量箱智能報警系統是非常必要的。

2、計量箱智能報警系統的概況

　　2.1計量箱智能報警系統的研究背景

　　從已經(jīng)發(fā)生的竊電案件觀(guān)察，當前竊電行為呈現技術(shù)化和多樣性特點(diǎn)，而目前多數電子鎖產(chǎn)品以?xún)H采用現場(chǎng)鎖具管理為主要目的，存在以下缺陷：

　?。?）無(wú)法對計量箱狀態(tài)進(jìn)行檢測。

　?。?）電子鎖開(kāi)閉工況無(wú)法實(shí)時(shí)傳回主站系統。

　?。?）不具備防竊電功能。

　　按照國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設十二五規劃，電能計量在裝備現代化上將不斷提升，自動(dòng)化水平越來(lái)越高，自動(dòng)采集范圍將從電能采集擴大到防盜、防竊電、用電監測、節能調控。

　　2.2計量箱智能報警系統的技術(shù)方案

　　智能報警電子鎖利用電子技術(shù)取代傳統鎖芯，用芯片控制鎖具開(kāi)啟和閉合，同時(shí)可以檢測計量箱的工作情況，實(shí)現計量采集點(diǎn)的開(kāi)門(mén)報警、震動(dòng)報警、磁干擾或磁攻擊報警、斷電報警、零電流報警和紅外干擾報警等功能，通過(guò)聯(lián)防分析，防止漏報和誤報。

　　智能報警電子鎖采用分體式設計，具有抗破壞，適應性強，易于安裝的特點(diǎn)，普遍適用于各類(lèi)計量箱和基于SG186設計的新型智能表箱。采用有源與無(wú)源相結合的設計，具有使用壽命長(cháng)，報警實(shí)時(shí)性好，易于維護的特點(diǎn)。通過(guò)將偵測到的有關(guān)防竊電報警信號與電子鎖記錄和實(shí)際計量的用電數據進(jìn)行綜合對比、聯(lián)防分析，進(jìn)一步提高了防竊電報警的準確率。

　　2.3計量箱智能報警系統的技術(shù)優(yōu)勢

　　與已往的技術(shù)相比，新型計量箱智能報警系統的技術(shù)優(yōu)勢體現在：

　?。?）新型防竊電遠程報警電子鎖裝置，可以實(shí)現通過(guò)安裝在竊電風(fēng)險較大的計量箱里，全年7×24小時(shí)不間斷運行檢測表箱狀態(tài)，以便及時(shí)報警，減少竊電損失。

　?。?）新型報警信息通過(guò)上傳到主站進(jìn)行分析、報警和展現，為現場(chǎng)稽查提供有效依據，為案件取證提供有力數據。

　?。?）采用分體式設計，具有抗破壞，適應性強，易于安裝的特點(diǎn)，普遍適用于各類(lèi)計量箱和基于SG186設計的新型智能表箱。

　?。?）采用有源與無(wú)源相結合的設計，具有使用壽命長(cháng)，報警實(shí)時(shí)性好，易于維護的特點(diǎn)。

　?。?）通過(guò)將偵測到的有關(guān)防竊電報警信號與電子鎖記錄和實(shí)際計量的用電數據進(jìn)行綜合對比、聯(lián)防分析，進(jìn)一步提高了防竊電報警的準確率。

　　2.4GPRS無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)在計量箱智能報警系統中的應用

　　2.4.1GPRS無(wú)線(xiàn)通訊系統

　　GPRS是通用無(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù)的縮寫(xiě)（GeneralPacketRadioSystem）,它采用TDMA方式傳輸語(yǔ)音，采用分組的方式傳輸數據，GPRS方式理論帶寬可達171.2Kbps，是介于第二代和第三代之間的一種技術(shù)，通常稱(chēng)為2.5G。

　　2.4.2系統工作原理

　　計量箱智能報警系統組成：遠程報警電子鎖裝置，手持終端，主站系統三個(gè)部分。其中遠程報警電子鎖和手持終端為硬件設備。主站系統分為通訊主站，應用系統兩個(gè)部分。

　　通訊主站采用windowsservice系統服務(wù)結構設計實(shí)現服務(wù)伺服，用于處理專(zhuān)業(yè)報警器與系統之間的通訊連接，分為通訊服務(wù)器和應用服務(wù)器兩部分，分別部署在通訊服務(wù)器和應用服務(wù)器上，之間利用隔離設備做安全隔離，以保證公司內網(wǎng)絡(luò )安全。

　　利用數據采集設備和GPRS設備，可以同時(shí)對多個(gè)子站進(jìn)行實(shí)時(shí)數據傳輸，使每個(gè)計量箱的監測數據都能夠實(shí)時(shí)的顯示在主站上。其原理結構見(jiàn)圖1。

圖1

3、電力企業(yè)輸電線(xiàn)路全工況監測系統的技術(shù)特色

　　3.1智能報警電子鎖設備授權開(kāi)閉

　　智能報警電子鎖的開(kāi)鎖和鎖閉是由電子鎖內部的芯片進(jìn)行控制的，在電子鎖芯片收到解鎖器給予開(kāi)鎖信號并驗證核實(shí)后，給予開(kāi)鎖動(dòng)作，授權開(kāi)啟后同時(shí)解除開(kāi)門(mén)傳感器異常開(kāi)門(mén)探測，標識本次開(kāi)門(mén)動(dòng)作為正常業(yè)務(wù)開(kāi)門(mén)并記錄日志。若鎖具授權開(kāi)啟后，人員并沒(méi)有真正進(jìn)行開(kāi)鎖操作，智能報警電子鎖裝置會(huì )在等候開(kāi)鎖窗口時(shí)間結束后，自動(dòng)轉換為鎖閉狀態(tài)，并記錄本次開(kāi)鎖操作未實(shí)際操作發(fā)生。

　　3.2鑰匙的控制部分

　　鑰匙部分的電路控制擬采用STC系列單片機，外加充電模塊、無(wú)線(xiàn)模塊、藍牙模塊以及一片大容量存儲芯片組成并用五號鋰電池進(jìn)行供電。單片機控制充電模塊來(lái)給電池充電，通過(guò)無(wú)線(xiàn)和藍牙兩個(gè)模塊與外界設備進(jìn)行通信，并把開(kāi)鎖信息存儲到存儲芯片中。

　　綜合功耗和封裝等因素，鑰匙部分控制核心采用STC12LE5A16S2單片機，此款單片機具有寬范圍工作電壓2.2V-3.6V；兩個(gè)UART接口，一個(gè)用來(lái)燒寫(xiě)程序，一個(gè)用來(lái)開(kāi)鎖通信；內置AD模塊用來(lái)實(shí)現電池電壓檢測。

　　3.3鎖的控制部分

　　鎖的控制電路采用功耗低，體積小的STC12LE5616AD單片機。設計單片機的串口來(lái)與鑰匙部分進(jìn)行通信，并搭建驅動(dòng)電路驅動(dòng)電磁鐵，從而帶動(dòng)機械結構進(jìn)行鎖定與開(kāi)鎖。電磁鐵選用5V型號。

　　3.4各項報警

　　防竊電預警管理系統里面設置五大報警功能模塊：開(kāi)門(mén)報警、強磁場(chǎng)報警、紅外遙控報警、震動(dòng)報警和斷電報警。

　　3.4.1開(kāi)門(mén)報警

　　開(kāi)門(mén)傳感器是利用磁簧管的磁性吸合原理，當有磁性物質(zhì)靠近磁簧管時(shí)，磁簧管里面的簧片會(huì )導通，通過(guò)檢測電路能檢測到此電平信號，確認門(mén)關(guān)信息。我們選擇一個(gè)萬(wàn)用表，一個(gè)磁簧管和一塊磁鐵做一個(gè)類(lèi)似試驗，如圖2所示

圖2

　　當磁鐵離開(kāi)磁簧管時(shí)，磁簧管里面的簧片會(huì )斷開(kāi)，萬(wàn)用表測得電阻為無(wú)窮大，通過(guò)檢測電路能檢測到此電平信號，確認門(mén)開(kāi)信息。在磁鐵靠近磁簧管距離小于2.5厘米左右時(shí)，磁簧管導通，萬(wàn)用表測得電阻為零，報警器電路能檢測到此電平信號，將此狀態(tài)確認為門(mén)關(guān)信息，上傳到主站；相反的，在磁鐵離開(kāi)磁簧管距離大于2.5厘米左右時(shí)，磁簧管會(huì )斷開(kāi)，報警器將此狀態(tài)確認為門(mén)開(kāi)信息，上傳到主站。

　　3.4.2強磁場(chǎng)報警

　　強磁傳感器原理同開(kāi)門(mén)傳感器原理一樣，用同樣的試驗材料和試驗方法，在磁鐵靠近磁簧管距離小于2.5厘米左右時(shí)，磁簧管導通，報警器將此狀態(tài)確認為有強磁開(kāi)始信息，上傳到主站；相反的，在磁鐵離開(kāi)磁簧管距離大于2.5厘米左右時(shí)，磁簧管會(huì )斷開(kāi)，報警器將此狀態(tài)確認為強磁結束信息，上傳到主站。

　　3.4.3紅外遙控報警

　　紅外傳感器是利用紅外遙控原理，接收紅外設備發(fā)出的非法寫(xiě)報警信息，通過(guò)軟件解碼識別此紅外碼，確認為紅外報警。當有紅外竊電設備發(fā)出紅外竊電數據時(shí)，報警器檢測到此非法抄表數據，確認為紅外報警信息，上傳到主站。

　　3.4.4震動(dòng)報警

　　震動(dòng)傳感器的主要原理是，導電振動(dòng)彈簧同觸發(fā)接腳被精確安放在開(kāi)關(guān)本體內、并通過(guò)膠粘劑粘接固化定位，在平時(shí)不受震動(dòng)時(shí)彈簧和觸發(fā)接腳間是不導通的，受到震動(dòng)后，彈簧抖動(dòng)接觸到觸發(fā)接腳從而通電產(chǎn)生觸發(fā)信號。

　　3.4.5斷電報警

　　斷電傳感器是利用電路分壓原理，當外電斷開(kāi)時(shí)，通過(guò)分壓電平電路檢測到此電平信號，確認有斷電信息。我們把報警器的外電切斷，報警器通過(guò)斷電傳感器電路檢測到外電切斷了，將此信息確認為斷電報警，上傳到主站。斷電傳感器內置在報警器里面。

4、計量箱智能報警系統的建設目標

　　系統實(shí)用化，減少竊電損失通過(guò)本系統，實(shí)現對高風(fēng)險大客戶(hù)的計量裝置進(jìn)行自動(dòng)化監控和管理，實(shí)現防盜、防竊電報警，達到減少電量損失，降低線(xiàn)損的目標。

　　維護用電秩序通過(guò)技術(shù)手段，實(shí)現對外防竊電，對內表箱管理，從而維護用電秩序，保障有序用電。

　　提高稽查質(zhì)量和效率、減輕人員工作量有針對性的進(jìn)行用電檢查，規范檢查行為，提高用電檢查工作質(zhì)量和效率，減少檢查工作量。

5、計量箱智能報警系統的應用前景

　　電力企業(yè)計量箱智能報警系統解決了開(kāi)門(mén)、移動(dòng)、震動(dòng)、磁干擾或磁攻擊、斷電、零電流和紅外干擾等多種非法竊電行為的實(shí)時(shí)報警，并開(kāi)發(fā)了計量箱智能報警系統軟件，可實(shí)現全天候、全方位監管，全面提高電能計量箱的防盜、防竊電水平，達到減少電量失損，降低線(xiàn)損的目標。該系統在安徽省宿州供電公司建成投運，為電力企業(yè)的反竊電工作的自動(dòng)化、智能化、提供科學(xué)的、實(shí)時(shí)的輔助決策，大大提高了管理水平和工作效率。