一種基于GSM電流保護系統設計方案

　　監測系統工作原理

　　剩余電流動(dòng)作保護器作為系統前端，安裝在各個(gè)低壓電網(wǎng)控制箱內，自動(dòng)監測用電線(xiàn)路的狀態(tài)數據(包括負載電壓/負載電流/ 漏電電流等)。當用電線(xiàn)路發(fā)生過(guò)載、短路、缺相、過(guò)壓、欠壓或剩余電流故障跳閘情況時(shí)，剩余電流動(dòng)作保護器就會(huì )通過(guò)核心單片機控制系統和GSM 短信收發(fā)模塊向移動(dòng)終端或監控計算機發(fā)送短信，主要內容包括告警地點(diǎn)、告警線(xiàn)路、告警原因、告警數值等狀態(tài)數據。管理人員就可以據此及時(shí)掌握故障信息，迅速采取措施，保證正常供電。

　　監測系統硬件設計

　　監測系統采用有比較優(yōu)勢的功能模塊化設計，主要可分為單片機控制系統與通信模塊設計;其中單片機控制系統與通信部分設計包括硬件電路設計、軟件設計?？刂葡到y與通信模塊主要由核心單片機、電源處理電路、鍵盤(pán)輸入電路、信號處理電路、液晶顯示電路、GSM 收發(fā)模塊等單元構成，如圖1 所示。

　　圖1 監測系統和外部連接結構

　　單片機控制系統和GSM 收發(fā)模塊的供電主要采用AC220V 輸入經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波后來(lái)供給其使用;剩余電流動(dòng)作保護器的編號由單片機控制系統的通訊接口編碼來(lái)決定;按鍵輸入部分采用 4*4 行列掃描查詢(xún)的方式，實(shí)現數字和相應字符命令的輸入;顯示單元部分采用點(diǎn)陣顯示液晶，既能顯示按鍵輸入對應中文信息，也在收發(fā)短信、收發(fā)模塊初始化和工作失常狀態(tài)下顯示相應的告警信息。

　　數據采集軟件模塊設計

　　單片機數據采集模塊對所連接的多臺剩余電流動(dòng)作保護器的狀態(tài)數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。剩余電流動(dòng)作保護器本身會(huì )在線(xiàn)路上有欠壓、過(guò)壓、短路、漏電流過(guò)大等故障發(fā)生時(shí)有相應的保護動(dòng)作，現在，單片機要對這類(lèi)故障信息做到即時(shí)的采集，并做出相應的識別、處理，以判斷出發(fā)生故障的具體線(xiàn)路和具體的故障類(lèi)型。后期完成故障信息整合，準備發(fā)出線(xiàn)路故障告警信息，故障信息內容一般包括發(fā)生故障的地點(diǎn)，線(xiàn)路和具體的時(shí)間等。圖2 為數據采集模塊程序流程圖。

　　圖2 數據采集部分流程圖

　　發(fā)送線(xiàn)路告警短信

　　剩余電流動(dòng)作保護器在線(xiàn)路故障時(shí)的相關(guān)狀態(tài)信息被單片機采集并處理編輯，具體內容包括故障位置、線(xiàn)路標號、采集時(shí)間，最后通過(guò)TC35i 模塊將短信發(fā)送給管理平臺。管理平臺如果成功接收短信，系統能自動(dòng)返回“OK”信息，提示告警短信發(fā)送成功;相反，短信如果發(fā)送失敗，系統能在短暫延時(shí)后重發(fā)信息，以保證故障報警信息的成功接收。

　　系統接收查詢(xún)短信

　　要使系統能接收短信，先要在TC35i 初始化過(guò)程中設置系統工作方式為可以接收短信。處理流程是，管理人員可以實(shí)現通過(guò)監控計算機或者移動(dòng)終端發(fā)送規定格式的查詢(xún)請求短信，請求短信通過(guò)TC35i 模塊經(jīng)過(guò)GSM 網(wǎng)絡(luò )傳輸給中心控制系統，單片機成功接收信息后經(jīng)過(guò)信息解碼、讀取、識別、判斷等處理，對查詢(xún)信息的正確性進(jìn)行判斷。如果是的正確查詢(xún)信息，單片機系統執行查詢(xún)請求并將查詢(xún)結果以短信的形式回傳給管理人員;如果是錯誤的查詢(xún)請求，系統不予執行，并返回“ERROR”警告信息進(jìn)行提示。

　　管理人員發(fā)送的查詢(xún)信息的格式規定為：線(xiàn)路編號+ 剩余電流動(dòng)作保護器編號。

　　液晶顯示模塊

　　該部分主要針對選取的 LCM12864 點(diǎn)陣液晶顯示模塊進(jìn)行編程。LCM12864 點(diǎn)陣液晶顯示模塊的優(yōu)勢在于內置行列驅動(dòng)控制模塊，有專(zhuān)門(mén)的液晶模塊指令集，模塊的指令比較簡(jiǎn)潔，包括顯示開(kāi)關(guān)指令，顯示起始行控制命令，頁(yè)設置命令，列地址設置指令，讀狀態(tài)指令，寫(xiě)狀態(tài)指令和讀數據指令。通過(guò)編程，最終實(shí)現 128 點(diǎn)*64 點(diǎn)大小的平板顯示。

　　鍵盤(pán)輸入設計

　　系統設計中選擇矩陣式鍵盤(pán)，為單片機系統節省了I/O口資源，采用掃描法來(lái)進(jìn)行行列鍵盤(pán)的掃描來(lái)獲取鍵盤(pán)輸入的鍵值。具體程序實(shí)現流程如下：

　　(1)第一步判斷是否有按鍵按下。先向行掃描口輸出全零掃描碼，再從列檢測口開(kāi)始檢測信號，只要有信號不為“1”,就表示有鍵被按下，并判斷按下鍵所在的列。

　　(2)第二步查詢(xún)按鍵所在的行和列的位置。第一步已經(jīng)得到了按下鍵所在的列號，下來(lái)只要確定按鍵所在行。即采取的是逐行掃描的方法，進(jìn)行逐行檢測，直到找到按下鍵所在的行。

　　(3)第三步對以上獲得的行號和列號進(jìn)行譯碼就能得到具體的鍵值。

　　系統調試結果分析

　　經(jīng)過(guò)前期的局部仿真和后期多次實(shí)體試驗，本系統實(shí)現預定全部功能并正常工作：實(shí)時(shí)數據或故障信息可GSM 網(wǎng)絡(luò )可靠發(fā)到計算機平臺和移動(dòng)終端上;對于管理人員的查詢(xún)請求能做到即時(shí)準確回復;管理人員也可以通過(guò)鍵盤(pán)更改手機號碼，在LCD 顯示相關(guān)信息。該系統完成軟硬件開(kāi)發(fā)、調試后，經(jīng)過(guò)測試，所有功能和性能指標均達到系統功能要求。

　　結論

　　本方案中所設計的監測系統通過(guò)GSM 網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信，可以覆蓋整個(gè)線(xiàn)路上的保護器，無(wú)線(xiàn)通信方式可以使其不受安裝地點(diǎn)的限制。在實(shí)際應用中，本監測系統簡(jiǎn)潔、實(shí)用、性?xún)r(jià)比較高。在設計時(shí)，主要考慮到現階段對成本、可靠性等因素的要求，但隨著(zhù)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，采用更為先進(jìn)的3G 網(wǎng)絡(luò )或是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在較大供電范圍內，對剩余電流動(dòng)作保護器實(shí)現聯(lián)網(wǎng)管理，處理的數據量可以更大，管理起來(lái)也更加方便，應用層面可以更智能化。