基于GPRS無線通訊的計量箱智能報警系統(tǒng)設(shè)計

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，財產(chǎn)損失嚴(yán)重。計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，且被破壞后無法實時報警、及時取證。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量，提高設(shè)備運行的安全性、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，建立基于GPRS無線通訊技術(shù)的計量箱智能報警系統(tǒng)是非常必要的。

2、計量箱智能報警系統(tǒng)的概況

　　2.1計量箱智能報警系統(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，而目前多數(shù)電子鎖產(chǎn)品以僅采用現(xiàn)場鎖具管理為主要目的，存在以下缺陷：

　?。?）無法對計量箱狀態(tài)進(jìn)行檢測。

　　（2）電子鎖開閉工況無法實時傳回主站系統(tǒng)。

　?。?）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，電能計量在裝備現(xiàn)代化上將不斷提升，自動化水平越來越高，自動采集范圍將從電能采集擴(kuò)大到防盜、防竊電、用電監(jiān)測、節(jié)能調(diào)控。

　　2.2計量箱智能報警系統(tǒng)的技術(shù)方案

　　智能報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，同時可以檢測計量箱的工作情況，實現(xiàn)計量采集點的開門報警、震動報警、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(shè)計，具有抗破壞，適應(yīng)性強，易于安裝的特點，普遍適用于各類計量箱和基于SG186設(shè)計的新型智能表箱。采用有源與無源相結(jié)合的設(shè)計，具有使用壽命長，報警實時性好，易于維護(hù)的特點。通過將偵測到的有關(guān)防竊電報警信號與電子鎖記錄和實際計量的用電數(shù)據(jù)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(zhǔn)確率。

　　2.3計量箱智能報警系統(tǒng)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(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在：

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

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

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

　?。?）采用有源與無源相結(jié)合的設(shè)計，具有使用壽命長，報警實時性好，易于維護(hù)的特點。

　?。?）通過將偵測到的有關(guān)防竊電報警信號與電子鎖記錄和實際計量的用電數(shù)據(jù)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(zhǔn)確率。

　　2.4GPRS無線通訊技術(shù)在計量箱智能報警系統(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

　　計量箱智能報警系統(tǒng)組成：遠(yuǎn)程報警電子鎖裝置，手持終端，主站系統(tǒng)三個部分。其中遠(yuǎn)程報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)兩個部分。

　　通訊主站采用windowsservice系統(tǒng)服務(wù)結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)服務(wù)伺服，用于處理專業(yè)報警器與系統(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，可以同時對多個子站進(jìn)行實時數(shù)據(jù)傳輸，使每個計量箱的監(jiān)測數(shù)據(jù)都能夠?qū)崟r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)測系統(tǒng)的技術(shù)特色

　　3.1智能報警電子鎖設(shè)備授權(quán)開閉

　　智能報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并驗證核實后，給予開鎖動作，授權(quán)開啟后同時解除開門傳感器異常開門探測，標(biāo)識本次開門動作為正常業(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，智能報警電子鎖裝置會在等候開鎖窗口時間結(jié)束后，自動轉(zhuǎn)換為鎖閉狀態(tài)，并記錄本次開鎖操作未實際操作發(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芯片組成并用五號鋰電池進(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)牙兩個模塊與外界設(shè)備進(jìn)行通信，并把開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(jī)，此款單片機(jī)具有寬范圍工作電壓2.2V-3.6V；兩個UART接口，一個用來燒寫程序，一個用來開鎖通信；內(nèi)置AD模塊用來實現(xiàn)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(jī)。設(shè)計單片機(jī)的串口來與鑰匙部分進(jìn)行通信，并搭建驅(qū)動電路驅(qū)動電磁鐵，從而帶動機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行鎖定與開鎖。電磁鐵選用5V型號。

　　3.4各項報警

　　防竊電預(yù)警管理系統(tǒng)里面設(shè)置五大報警功能模塊：開門報警、強磁場報警、紅外遙控報警、震動報警和斷電報警。

　　3.4.1開門報警

　　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，磁簧管里面的簧片會導(dǎo)通，通過檢測電路能檢測到此電平信號，確認(rèn)門關(guān)信息。我們選擇一個萬用表，一個磁簧管和一塊磁鐵做一個類似試驗，如圖2所示

圖2

　　當(dāng)磁鐵離開磁簧管時，磁簧管里面的簧片會斷開，萬用表測得電阻為無窮大，通過檢測電路能檢測到此電平信號，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，磁簧管導(dǎo)通，萬用表測得電阻為零，報警器電路能檢測到此電平信號，將此狀態(tài)確認(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，磁簧管會斷開，報警器將此狀態(tài)確認(rèn)為門開信息，上傳到主站。

　　3.4.2強磁場報警

　　強磁傳感器原理同開門傳感器原理一樣，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，磁簧管導(dǎo)通，報警器將此狀態(tài)確認(rèn)為有強磁開始信息，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，磁簧管會斷開，報警器將此狀態(tài)確認(rèn)為強磁結(jié)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(shè)備發(fā)出的非法寫報警信息，通過軟件解碼識別此紅外碼，確認(rèn)為紅外報警。當(dāng)有紅外竊電設(shè)備發(fā)出紅外竊電數(shù)據(jù)時，報警器檢測到此非法抄表數(shù)據(jù)，確認(rèn)為紅外報警信息，上傳到主站。

　　3.4.4震動報警

　　震動傳感器的主要原理是，導(dǎo)電振動彈簧同觸發(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，在平時不受震動時彈簧和觸發(fā)接腳間是不導(dǎo)通的，受到震動后，彈簧抖動接觸到觸發(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(dāng)外電斷開時，通過分壓電平電路檢測到此電平信號，確認(rèn)有斷電信息。我們把報警器的外電切斷，報警器通過斷電傳感器電路檢測到外電切斷了，將此信息確認(rèn)為斷電報警，上傳到主站。斷電傳感器內(nèi)置在報警器里面。

4、計量箱智能報警系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)

　　系統(tǒng)實用化，減少竊電損失通過本系統(tǒng)，實現(xiàn)對高風(fēng)險大客戶的計量裝置進(jìn)行自動化監(jiān)控和管理，實現(xiàn)防盜、防竊電報警，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，實現(xiàn)對外防竊電，對內(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、計量箱智能報警系統(tǒng)的應(yīng)用前景

　　電力企業(yè)計量箱智能報警系統(tǒng)解決了開門、移動、震動、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時報警，并開發(fā)了計量箱智能報警系統(tǒng)軟件，可實現(xiàn)全天候、全方位監(jiān)管，全面提高電能計量箱的防盜、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，為電力企業(yè)的反竊電工作的自動化、智能化、提供科學(xué)的、實時的輔助決策，大大提高了管理水平和工作效率。