基于GPRS無線通訊的計(jì)量箱智能報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、引言

　　當(dāng)前，電力公司設(shè)備盜竊案件猖獗，竊電現(xiàn)象屢禁不止，財(cái)產(chǎn)損失嚴(yán)重。計(jì)量箱主要依靠一把鎖來看護(hù)，傳統(tǒng)鎖具防盜安全系數(shù)低、易被破壞，且被破壞后無法實(shí)時(shí)報(bào)警、及時(shí)取證。設(shè)備的損毀和防竊電工作依靠外勤人員的發(fā)現(xiàn)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(xiàn)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(shè)備運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性，結(jié)合電力生產(chǎn)調(diào)度管理的發(fā)展需求和特點(diǎn)，建立基于GPRS無線通訊技術(shù)的計(jì)量箱智能報(bào)警系統(tǒng)是非常必要的。

2、計(jì)量箱智能報(bào)警系統(tǒng)的概況

　　2.1計(jì)量箱智能報(bào)警系統(tǒng)的研究背景

　　從已經(jīng)發(fā)生的竊電案件觀察，當(dāng)前竊電行為呈現(xiàn)技術(shù)化和多樣性特點(diǎn)，而目前多數(shù)電子鎖產(chǎn)品以僅采用現(xiàn)場(chǎng)鎖具管理為主要目的，存在以下缺陷：

　?。?）無法對(duì)計(jì)量箱狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。

　?。?）電子鎖開閉工況無法實(shí)時(shí)傳回主站系統(tǒng)。

　　（3）不具備防竊電功能。

　　按照國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設(shè)十二五規(guī)劃，電能計(jì)量在裝備現(xiàn)代化上將不斷提升，自動(dòng)化水平越來越高，自動(dòng)采集范圍將從電能采集擴(kuò)大到防盜、防竊電、用電監(jiān)測(cè)、節(jié)能調(diào)控。

　　2.2計(jì)量箱智能報(bào)警系統(tǒng)的技術(shù)方案

　　智能報(bào)警電子鎖利用電子技術(shù)取代傳統(tǒng)鎖芯，用芯片控制鎖具開啟和閉合，同時(shí)可以檢測(cè)計(jì)量箱的工作情況，實(shí)現(xiàn)計(jì)量采集點(diǎn)的開門報(bào)警、震動(dòng)報(bào)警、磁干擾或磁攻擊報(bào)警、斷電報(bào)警、零電流報(bào)警和紅外干擾報(bào)警等功能，通過聯(lián)防分析，防止漏報(bào)和誤報(bào)。

　　智能報(bào)警電子鎖采用分體式設(shè)計(jì)，具有抗破壞，適應(yīng)性強(qiáng)，易于安裝的特點(diǎn)，普遍適用于各類計(jì)量箱和基于SG186設(shè)計(jì)的新型智能表箱。采用有源與無源相結(jié)合的設(shè)計(jì)，具有使用壽命長(zhǎng)，報(bào)警實(shí)時(shí)性好，易于維護(hù)的特點(diǎn)。通過將偵測(cè)到的有關(guān)防竊電報(bào)警信號(hào)與電子鎖記錄和實(shí)際計(jì)量的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合對(duì)比、聯(lián)防分析，進(jìn)一步提高了防竊電報(bào)警的準(zhǔn)確率。

　　2.3計(jì)量箱智能報(bào)警系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

　　與已往的技術(shù)相比，新型計(jì)量箱智能報(bào)警系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：

　?。?）新型防竊電遠(yuǎn)程報(bào)警電子鎖裝置，可以實(shí)現(xiàn)通過安裝在竊電風(fēng)險(xiǎn)較大的計(jì)量箱里，全年7×24小時(shí)不間斷運(yùn)行檢測(cè)表箱狀態(tài)，以便及時(shí)報(bào)警，減少竊電損失。

　?。?）新型報(bào)警信息通過上傳到主站進(jìn)行分析、報(bào)警和展現(xiàn)，為現(xiàn)場(chǎng)稽查提供有效依據(jù)，為案件取證提供有力數(shù)據(jù)。

　?。?）采用分體式設(shè)計(jì)，具有抗破壞，適應(yīng)性強(qiáng)，易于安裝的特點(diǎn)，普遍適用于各類計(jì)量箱和基于SG186設(shè)計(jì)的新型智能表箱。

　　（4）采用有源與無源相結(jié)合的設(shè)計(jì)，具有使用壽命長(zhǎng)，報(bào)警實(shí)時(shí)性好，易于維護(hù)的特點(diǎn)。

　?。?）通過將偵測(cè)到的有關(guān)防竊電報(bào)警信號(hào)與電子鎖記錄和實(shí)際計(jì)量的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合對(duì)比、聯(lián)防分析，進(jìn)一步提高了防竊電報(bào)警的準(zhǔn)確率。

　　2.4GPRS無線通訊技術(shù)在計(jì)量箱智能報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　2.4.1GPRS無線通訊系統(tǒng)

　　GPRS是通用無線分組業(yè)務(wù)的縮寫（GeneralPacketRadioSystem）,它采用TDMA方式傳輸語音，采用分組的方式傳輸數(shù)據(jù)，GPRS方式理論帶寬可達(dá)171.2Kbps，是介于第二代和第三代之間的一種技術(shù)，通常稱為2.5G。

　　2.4.2系統(tǒng)工作原理

　　計(jì)量箱智能報(bào)警系統(tǒng)組成：遠(yuǎn)程報(bào)警電子鎖裝置，手持終端，主站系統(tǒng)三個(gè)部分。其中遠(yuǎn)程報(bào)警電子鎖和手持終端為硬件設(shè)備。主站系統(tǒng)分為通訊主站，應(yīng)用系統(tǒng)兩個(gè)部分。

　　通訊主站采用windowsservice系統(tǒng)服務(wù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)服務(wù)伺服，用于處理專業(yè)報(bào)警器與系統(tǒng)之間的通訊連接，分為通訊服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器兩部分，分別部署在通訊服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器上，之間利用隔離設(shè)備做安全隔離，以保證公司內(nèi)網(wǎng)絡(luò)安全。

　　利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備和GPRS設(shè)備，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)子站進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，使每個(gè)計(jì)量箱的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都能夠?qū)崟r(shí)的顯示在主站上。其原理結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1

3、電力企業(yè)輸電線路全工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)特色

　　3.1智能報(bào)警電子鎖設(shè)備授權(quán)開閉

　　智能報(bào)警電子鎖的開鎖和鎖閉是由電子鎖內(nèi)部的芯片進(jìn)行控制的，在電子鎖芯片收到解鎖器給予開鎖信號(hào)并驗(yàn)證核實(shí)后，給予開鎖動(dòng)作，授權(quán)開啟后同時(shí)解除開門傳感器異常開門探測(cè)，標(biāo)識(shí)本次開門動(dòng)作為正常業(yè)務(wù)開門并記錄日志。若鎖具授權(quán)開啟后，人員并沒有真正進(jìn)行開鎖操作，智能報(bào)警電子鎖裝置會(huì)在等候開鎖窗口時(shí)間結(jié)束后，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為鎖閉狀態(tài)，并記錄本次開鎖操作未實(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(jī)，外加充電模塊、無線模塊、藍(lán)牙模塊以及一片大容量存儲(chǔ)芯片組成并用五號(hào)鋰電池進(jìn)行供電。單片機(jī)控制充電模塊來給電池充電，通過無線和藍(lán)牙兩個(gè)模塊與外界設(shè)備進(jìn)行通信，并把開鎖信息存儲(chǔ)到存儲(chǔ)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(jī)，此款單片機(jī)具有寬范圍工作電壓2.2V-3.6V；兩個(gè)UART接口，一個(gè)用來燒寫程序，一個(gè)用來開鎖通信；內(nèi)置AD模塊用來實(shí)現(xiàn)電池電壓檢測(cè)。

　　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(jī)。設(shè)計(jì)單片機(jī)的串口來與鑰匙部分進(jìn)行通信，并搭建驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電磁鐵，從而帶動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行鎖定與開鎖。電磁鐵選用5V型號(hào)。

　　3.4各項(xiàng)報(bào)警

　　防竊電預(yù)警管理系統(tǒng)里面設(shè)置五大報(bào)警功能模塊：開門報(bào)警、強(qiáng)磁場(chǎng)報(bào)警、紅外遙控報(bào)警、震動(dòng)報(bào)警和斷電報(bào)警。

　　3.4.1開門報(bào)警

　　開門傳感器是利用磁簧管的磁性吸合原理，當(dāng)有磁性物質(zhì)靠近磁簧管時(shí)，磁簧管里面的簧片會(huì)導(dǎo)通，通過檢測(cè)電路能檢測(cè)到此電平信號(hào)，確認(rèn)門關(guān)信息。我們選擇一個(gè)萬用表，一個(gè)磁簧管和一塊磁鐵做一個(gè)類似試驗(yàn)，如圖2所示

圖2

　　當(dāng)磁鐵離開磁簧管時(shí)，磁簧管里面的簧片會(huì)斷開，萬用表測(cè)得電阻為無窮大，通過檢測(cè)電路能檢測(cè)到此電平信號(hào)，確認(rèn)門開信息。在磁鐵靠近磁簧管距離小于2.5厘米左右時(shí)，磁簧管導(dǎo)通，萬用表測(cè)得電阻為零，報(bào)警器電路能檢測(cè)到此電平信號(hào)，將此狀態(tài)確認(rèn)為門關(guān)信息，上傳到主站；相反的，在磁鐵離開磁簧管距離大于2.5厘米左右時(shí)，磁簧管會(huì)斷開，報(bào)警器將此狀態(tài)確認(rèn)為門開信息，上傳到主站。

　　3.4.2強(qiáng)磁場(chǎng)報(bào)警

　　強(qiáng)磁傳感器原理同開門傳感器原理一樣，用同樣的試驗(yàn)材料和試驗(yàn)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(dǎo)通，報(bào)警器將此狀態(tài)確認(rèn)為有強(qiáng)磁開始信息，上傳到主站；相反的，在磁鐵離開磁簧管距離大于2.5厘米左右時(shí)，磁簧管會(huì)斷開，報(bào)警器將此狀態(tài)確認(rèn)為強(qiáng)磁結(jié)束信息，上傳到主站。

　　3.4.3紅外遙控報(bào)警

　　紅外傳感器是利用紅外遙控原理，接收紅外設(shè)備發(fā)出的非法寫報(bào)警信息，通過軟件解碼識(shí)別此紅外碼，確認(rèn)為紅外報(bào)警。當(dāng)有紅外竊電設(shè)備發(fā)出紅外竊電數(shù)據(jù)時(shí)，報(bào)警器檢測(cè)到此非法抄表數(shù)據(jù)，確認(rèn)為紅外報(bào)警信息，上傳到主站。

　　3.4.4震動(dòng)報(bào)警

　　震動(dòng)傳感器的主要原理是，導(dǎo)電振動(dòng)彈簧同觸發(fā)接腳被精確安放在開關(guān)本體內(nèi)、并通過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(dǎo)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(hào)。

　　3.4.5斷電報(bào)警

　　斷電傳感器是利用電路分壓原理，當(dāng)外電斷開時(shí)，通過分壓電平電路檢測(cè)到此電平信號(hào)，確認(rèn)有斷電信息。我們把報(bào)警器的外電切斷，報(bào)警器通過斷電傳感器電路檢測(cè)到外電切斷了，將此信息確認(rèn)為斷電報(bào)警，上傳到主站。斷電傳感器內(nèi)置在報(bào)警器里面。

4、計(jì)量箱智能報(bào)警系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)

　　系統(tǒng)實(shí)用化，減少竊電損失通過本系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)大客戶的計(jì)量裝置進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)防盜、防竊電報(bào)警，達(dá)到減少電量損失，降低線損的目標(biāo)。

　　維護(hù)用電秩序通過技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)外防竊電，對(duì)內(nèi)表箱管理，從而維護(hù)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(duì)性的進(jìn)行用電檢查，規(guī)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(jì)量箱智能報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用前景

　　電力企業(yè)計(jì)量箱智能報(bào)警系統(tǒng)解決了開門、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(bào)警，并開發(fā)了計(jì)量箱智能報(bào)警系統(tǒng)軟件，可實(shí)現(xiàn)全天候、全方位監(jiān)管，全面提高電能計(jì)量箱的防盜、防竊電水平，達(dá)到減少電量失損，降低線損的目標(biāo)。該系統(tǒng)在安徽省宿州供電公司建成投運(yùn)，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。