基于GPRS的GIS局部放電監(jiān)測系統(tǒng)
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傳感器將測得的信號經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后送入單片機，經(jīng)單片232電平，由TCP／IP協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊送入GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(以下簡稱GPRS模塊)中，這時，該模塊中的信號已轉(zhuǎn)換為TCP／IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)信號，再傳到GPRS網(wǎng)絡(luò)(GPRS網(wǎng)絡(luò)通過路由器與Internet相連)，最后將數(shù)據(jù)包發(fā)送到具有固定IP地址的監(jiān)控中心服務器端口。MCU選用AT89S51單片機，其它組成部分大多數(shù)與單片機直接相連在其控制下工作。E2PROM存儲和RS232通訊與儀器測量數(shù)據(jù)相關(guān)，保存?zhèn)鬏斚到y(tǒng)參數(shù)和測量數(shù)據(jù)。實時時鐘芯片選用美國DALLAS公司推出的DS1302芯片，可以對年、月、日、周、時、分、秒自動計時，且具有閏年補償功能，時鐘操作可通過AM／PM指示決定采用24或12小時格式，工作電壓為2．5～5．5 V。單片機讀取實時時鐘芯片，記錄各模擬量采集時的時刻，以獲得GIS在對應時間下局部放電的數(shù)據(jù)?？刂破鞑捎昧薃TMEL公司的AT89S51，這是一個低功耗、高性能的8位單片機，片內(nèi)含4 kB ISP的可反復擦寫1 000次的Flash程序存儲器，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S51具有如下特點：40個引腳；4 k B Hash片內(nèi)程序存儲器；128 B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM)；32個外部雙向輸入／輸出(I／O)口；5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷；2個16位可編程定時計數(shù)器：2個全雙工串行通信口。
3 基于MC55的終端通信單元硬件設(shè)計
MC55模塊對外有兩個通信接口，一個通過RS232接口與主控MCU連接，另一個利用GPRS模塊撥號登陸至GPRS網(wǎng)絡(luò)。兩個接口之間采用數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)發(fā)的透明機制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集終端和GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。主站發(fā)送的數(shù)據(jù)通過天線進入MC55模塊，經(jīng)過TCP／IP協(xié)議解析提取有用數(shù)據(jù)，根據(jù)通信規(guī)約重新組幀發(fā)給MCU，MCU響應的數(shù)據(jù)經(jīng)過MC55模塊調(diào)制成GSM信號，通過外部數(shù)據(jù)網(wǎng)以TCP／IP傳輸協(xié)議傳送至主站。
4 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的核心是單片機與GPRS模塊之間的通信：首先定義通信協(xié)議，并規(guī)定幀的格式，再通過AT指令實現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)附著并激活TCP數(shù)據(jù)鏈路，完成數(shù)據(jù)傳輸任務。單片機上電后，系統(tǒng)對串口、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)初始化，并通過AT指令對GPRS模塊初始化，包括獲得IP地址、監(jiān)控中心計算機的IP地址以及檢查端口、配置GPRS服務號碼等。單片機通過循環(huán)方式采集電路的參數(shù)并存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，利用串口中斷程序判斷是否有來自GPRS模塊的數(shù)據(jù)。如果有，就將數(shù)據(jù)發(fā)送到GPRS模塊，由內(nèi)置的TCP／IP協(xié)議進行處理并發(fā)送。GPRS終端通過GPRS模塊實現(xiàn)無線上網(wǎng)功能。系統(tǒng)主程序流程如圖3所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202434.htm
在對GPRS模塊控制時采用AT指令，AT指令集是從終端設(shè)備或數(shù)據(jù)終端設(shè)備向終端適配器或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備發(fā)送的。GPRS指令是用于模塊連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)上的指令，通過這些指令可以設(shè)置模塊在連上INTERNET之前模塊的各種參數(shù)，AT+CGCONT用于設(shè)置模塊所附著的網(wǎng)絡(luò)。AT+ CGACT激活網(wǎng)絡(luò)。TCP／IP指令是用于應用TCP／IP服務的指令，主要功能是通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接上INTERNET后建立建鏈接，完成數(shù)據(jù)傳輸。
5 監(jiān)控中心
監(jiān)控中心是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它在系統(tǒng)中所起的作用是系統(tǒng)管理控制和數(shù)據(jù)匯總、分析和處理。對于監(jiān)控單位來說，普通的服務器或P C機就能夠勝任監(jiān)控中心的全部工作。服務器端軟件采用LabWindows／CVI作為設(shè)計平臺。采用WinSock控件接收遠程數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存到access數(shù)據(jù)庫中。Microsoft提供的Winsock控件對用戶而言是不可見的，用戶不需要了解TCP或底層Winsock API函數(shù)，通過設(shè)置Winsock控件的屬性和調(diào)用該控件的方法，就可以很容易地連接到遠程計算機并進行雙向的數(shù)據(jù)交換。Winsock創(chuàng)建服務器應用程序，先設(shè)置一個本地端口(LocalPort屬性)，用Listen方法監(jiān)聽這個端口，當客戶機連接到該端口，就會發(fā)生ConnectionRequest事件，調(diào)用Accept方法完成連接過程。建立連接后，下位機發(fā)送數(shù)據(jù)過來時，產(chǎn)生DataArrival事件，調(diào)用GetData方法就可獲取數(shù)據(jù)。
6 結(jié)束語
本系統(tǒng)實現(xiàn)了GIS局部放電遠程監(jiān)控，節(jié)約了人力成本。當然，在進行系統(tǒng)測試過程中，發(fā)現(xiàn)仍有值得改進之處，最明顯的問題就是對于移動運營商提供的通信信道的要求較高，在一些移動信號覆蓋較弱的區(qū)域，可能出現(xiàn)無法登陸GPRS網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)象。此外，基于TCP／IP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸過程中，通雙方先握手建立可靠連接，這造成傳輸數(shù)據(jù)時出現(xiàn)明顯的延時，系統(tǒng)實時性降低。對于實時性要求較高的系統(tǒng)而言，可以考慮采用U D P協(xié)議進行傳輸，省去通信雙方建立可靠連接的過程，但要求數(shù)據(jù)傳輸格式更加嚴格，編寫程序更加完整。通過這套系統(tǒng)可以建立起實用性強、覆蓋面廣、實時性好、靈活性好的GIS局部放電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，已在測試過程中取得良好效果，運行穩(wěn)定。隨著數(shù)字變電站技術(shù)的不斷發(fā)展和GPRS網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，該系統(tǒng)將有更廣闊的前景。
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