基于GSM電流保護系統(tǒng)設計方案

監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

剩余電流動作保護器作為系統(tǒng)前端，安裝在各個低壓電網(wǎng)控制箱內(nèi)，自動監(jiān)測用電線路的狀態(tài)數(shù)據(jù)(包括負載電壓/負載電流/ 漏電電流等)。當用電線路發(fā)生過載、短路、缺相、過壓、欠壓或剩余電流故障跳閘情況時，剩余電流動作保護器就會通過核心單片機控制系統(tǒng)和GSM 短信收發(fā)模塊向移動終端或監(jiān)控計算機發(fā)送短信，主要內(nèi)容包括告警地點、告警線路、告警原因、告警數(shù)值等狀態(tài)數(shù)據(jù)。管理人員就可以據(jù)此及時掌握故障信息，迅速采取措施，保證正常供電。

監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計

監(jiān)測系統(tǒng)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(tǒng)與通信模塊設計;其中單片機控制系統(tǒng)與通信部分設計包括硬件電路設計、軟件設計。控制系統(tǒng)與通信模塊主要由核心單片機、電源處理電路、鍵盤輸入電路、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(jiān)測系統(tǒng)和外部連接結構

單片機控制系統(tǒng)和GSM 收發(fā)模塊的供電主要采用AC220V 輸入經(jīng)過變壓、整流、濾波后來供給其使用;剩余電流動作保護器的編號由單片機控制系統(tǒng)的通訊接口編碼來決定;按鍵輸入部分采用 4*4 行列掃描查詢的方式，實現(xiàn)數(shù)字和相應字符命令的輸入;顯示單元部分采用點陣顯示液晶，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(shù)據(jù)采集軟件模塊設計

單片機數(shù)據(jù)采集模塊對所連接的多臺剩余電流動作保護器的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行實時采集。剩余電流動作保護器本身會在線路上有欠壓、過壓、短路、漏電流過大等故障發(fā)生時有相應的保護動作，現(xiàn)在，單片機要對這類故障信息做到即時的采集，并做出相應的識別、處理，以判斷出發(fā)生故障的具體線路和具體的故障類型。后期完成故障信息整合，準備發(fā)出線路故障告警信息，故障信息內(nèi)容一般包括發(fā)生故障的地點，線路和具體的時間等。圖2 為數(shù)據(jù)采集模塊程序流程圖。

圖2 數(shù)據(jù)采集部分流程圖

發(fā)送線路告警短信

剩余電流動作保護器在線路故障時的相關狀態(tài)信息被單片機采集并處理編輯，具體內(nèi)容包括故障位置、線路標號、采集時間，最后通過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(tǒng)能自動返回“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(tǒng)能在短暫延時后重發(fā)信息，以保證故障報警信息的成功接收。

系統(tǒng)接收查詢短信

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

管理人員發(fā)送的查詢信息的格式規(guī)定為：線路編號+ 剩余電流動作保護器編號。

液晶顯示模塊

該部分主要針對選取的 LCM12864 點陣液晶顯示模塊進行編程。LCM12864 點陣液晶顯示模塊的優(yōu)勢在于內(nèi)置行列驅(qū)動控制模塊，有專門的液晶模塊指令集，模塊的指令比較簡潔，包括顯示開關指令，顯示起始行控制命令，頁設置命令，列地址設置指令，讀狀態(tài)指令，寫狀態(tài)指令和讀數(shù)據(jù)指令。通過編程，最終實現(xiàn) 128 點*64 點大小的平板顯示。

鍵盤輸入設計

系統(tǒng)設計中選擇矩陣式鍵盤，為單片機系統(tǒng)節(jié)省了I/O口資源，采用掃描法來進行行列鍵盤的掃描來獲取鍵盤輸入的鍵值。具體程序?qū)崿F(xiàn)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，下來只要確定按鍵所在行。即采取的是逐行掃描的方法，進行逐行檢測，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行譯碼就能得到具體的鍵值。

系統(tǒng)調(diào)試結果分析

經(jīng)過前期的局部仿真和后期多次實體試驗，本系統(tǒng)實現(xiàn)預定全部功能并正常工作：實時數(shù)據(jù)或故障信息可GSM 網(wǎng)絡可靠發(fā)到計算機平臺和移動終端上;對于管理人員的查詢請求能做到即時準確回復;管理人員也可以通過鍵盤更改手機號碼，在LCD 顯示相關信息。該系統(tǒng)完成軟硬件開發(fā)、調(diào)試后，經(jīng)過測試，所有功能和性能指標均達到系統(tǒng)功能要求。

結論

本方案中所設計的監(jiān)測系統(tǒng)通過GSM 網(wǎng)絡進行通信，可以覆蓋整個線路上的保護器，無線通信方式可以使其不受安裝地點的限制。在實際應用中，本監(jiān)測系統(tǒng)簡潔、實用、性價比較高。在設計時，主要考慮到現(xiàn)階段對成本、可靠性等因素的要求，但隨著相關技術的發(fā)展，采用更為先進的3G 網(wǎng)絡或是物聯(lián)網(wǎng)技術，在較大供電范圍內(nèi)，對剩余電流動作保護器實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)管理，處理的數(shù)據(jù)量可以更大，管理起來也更加方便，應用層面可以更智能化。