CN104242463B - 一种基于gprs的远程电力监控系统及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于GPRS的远程电力监控系统及监控方法。所述电力监控系统包括数据处理模块、数据采集模块、电压电流传感器模块、GPRS控制模块、显示模块、存储器模块、控制模块、电源模块、电力监控平台、字库烧写模块。本发明可以对变电站进行远程监控，GPRS控制模块同步将整个变电站的运行状态传回到主控室。在主控室网络不通，或断电的情况下，可以通过短信来查看变电站的运行状态。当变电站处于断电状态时，该设备会自动启用备用电源，报警系统仍可维持工作，对变电站的监控力度大大提升。

Description

一种基于GPRS的远程电力监控系统及监控方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种基于GPRS的远程电力监控系统及监控方法。

背景技术

近年来，随着计算机技术、互联网技术的应用和普及，越来越多先进技术应用使得电力工业得到了很大的发展，电网规模不断扩大，电力设备日益增多，需要监控的信息量日益增多，对变电站监控设备及应急维护提出了更高的要求，而现有电网调度自动化监控设备都不能适应日益发展变化的需求，这主要表现在：以前的电力监控设备主要依赖于局域网技术为后台管理平台提供信息；已有的电力监控设备中，其供电模块单一。以上这些缺点对电网的扩展，监察和控制造成了很大的限制。

发明内容

为了突破上述现有技术的限制，本发明的目的在于提供了一种基于GPRS的远程电力监控系统，所述电力监控系统包括数据处理模块、数据采集模块、电压电流传感器模块、GPRS控制模块、显示模块、存储器模块、控制模块、电源模块、电力监控平台、字库烧写模块；

电压电流传感器模块、数据采集模块、数据处理模块输入端顺次连接，数据处理模块输出端与GPRS控制模块、显示模块、存储器模块、控制模块连接；

所述电源模块包含继电器，所述电源模块用于对整个装置进行供电，并可进行市电与电池供电的切换；

所述电压电流传感器模块用于采集电路中的电力系统参数，并传输给数据采集模块；

数据采集模块用于对电压电流传感器模块的输出信号进行采集，并将其转化为数字信号传输给数据处理模块；

GPRS控制模块用于执行环境创建进程、电话通话进程、短信处理进程、GPRS数据上传传输进程、指令分析进程，并根据不同情况进行各个进程的切换；

所述显示模块设置若干按键，所述显示模块用于拨号和/或编写短信、对数据处理模块的输出信息进行显示、配合GPRS控制模块完成电话通话进程、短信处理进程；

控制模块用于强电控制弱电；

所述数据处理模块用于将各个传感器的信号进行处理，将处理后的信息通过GPRS控制模块进行发送并通过显示模块进行显示；

所述电力监控平台用于创建系统的各个监控任务进程、进行各个监控进程的转换，将监控结果上报给上位机、接收上位机指令，根据指令执行相关监控任务进程；

所述监控任务进程包括环境创建进程、电话通话进程、GPRS数据上传传输进程、短信处理进程、GPRS指令分析进程；其中

所述环境创建进程用于初始化系统的通信串口，并创建多任务环境；

所述电话通话进程用于在显示模块上的拨号键被按下时输出拨号指令进行通话；

所述短信处理进程用于所述系统以短信的形式与管理者传输信息；

所述GPRS数据上传传输进程用于在接收到上位机传递帧数据命令后上传帧结构体；

所述字库烧写模块用于系统正式运行前设置系统调试及正常运行时所需要的字体。

进一步的，还包括温湿度传感器和/或烟雾传感器和/或门磁传感器，所述各个传感器均与数据处理模块输入端连接，所述数据处理模块对传感器数据进行处理；

所述温湿度传感器用于检测变电站的温湿度；

所述烟雾传感器用于检测烟雾，并在有烟雾时报警；

门磁传感器用于感应监控门的开关状态。

进一步的，所述电源模块包括太阳能电池板、MCU、锂电池、电池充电保护电路、电源供电选择电路、DC12/DC5模块、AD/DC模块、滤波电路、反向保护电路；

锂电池、电池充电保护电路、电源供电选择电路、DC12/DC5模块顺次连接；

AD/DC模块、滤波电路、反向保护电路顺次连接；

所述反向保护电路的输出端分别与+5V端子、+15V/+12V端子、-15V端子连接，+5V端子的输出端还与电源供电选择电路、DC5/DC4模块连接，DC12/DC5模块输出端与+5V端子的输入端连接；

所述MCU用于在市电工作正常的情况下，定期为锂电池放电；

所述电源供电选择电路用于切换市电工作模式和锂电池工作模式；

所述滤波电路用于滤除AD/DC模块输出电流中的高频噪声；

5V端子、+4V端子分别为其他模块提供5V电源接口、4V电源接口；

AD/DC模块将220V交流电转换为正负15V和正5V直流电压；

反向保护电路用于防止电源接反烧毁；

+15V/+12V端子用于在市电工作模式下提供15V接口，在电池工作模式下提供12V接口。

上述基于GPRS的远程电力监控系统的监控方法包括以下步骤：

步骤1：系统对设备硬件部分进行初始化设置；

步骤2：GPRS控制模块创建多进程系统；其中所述多进程包括环境创建进程、GPRS数据上传传输进程和/或指令分析进程和/或短信处理进程和/或电话通话进程；

步骤3：进入环境创建进程；所述环境创建进程创建系统运行时的多个进程，即GPRS数据上传传输进程和/或指令分析进程和/或短信处理进程和/或电话通话进程；

步骤3：切换至GPRS数据上传传输进程；

步骤4：根据情况进行进程切换，其主要转换方式为以下四种：

a.如果收到数据采集模块传递的各个传感器数据或者电力系统参数数据，则继续执行GPRS数据上传传输任务进程，通过GPRS网络定时发送出去，根据发送频率该进程循环执行；

b.如果收到上位机指令，切换至指令分析进程；在指令分析进程执行中，能够通过控制命令对数据采集模块进行控制，如果指令分析出来是短信指令，则进入短信处理进程，如果是非短信指令或数据采集模块控制正常情况下，完成指令分析进程后自动切换回到GPRS数据上传传输进程；

c.当GPRS网络连接不正常时，任务切换至短信处理进程，如果GPRS网络通信恢复正常，将切换回到GPRS数据上传传输进程；

d.当收到拨号信号，任务切换至进入电话通话进程；在电话通话进程中，如果连接非正常，则进入短信处理进程，若正常则在通话结束后，切换回到GPRS数据上传传输进程。

进一步的，所述电话通话进程包含下列步骤：

步骤1：读取显示模块屏幕上被按按键的坐标系，获取键值；

步骤2：根据键值判断是否为拨号键，如果不是，返回步骤1，否则进入步骤3；

步骤3：输出拨号键AT指令，并通过GPRS数据上传传输任务上传指令，接着进入步骤4：

步骤4：更新通话状态；

步骤5：检测是否按下断开按键，当未检测到断开按键按下时，返回执行步骤4，如果检测到断开按键按下，则结束通话。

进一步的，GPRS数据上传传输进程包含下列步骤：

步骤1：接收上位机传递帧数据命令；

步骤2：对命令进行校验，校验失败将返回步骤1；否则进行步骤3；

步骤3：上传GPRS数据帧结构体，然后结束。

进一步的，所述短信处理进程包括短信发送处理进程及短信接收处理进程，其中

所述短信发送处理进程包含下列步骤：

步骤1：通过显示模块组合发送的短信内容字符串；

步骤2：发送短信；

步骤3：判断短信是否发送成功，如果成功则结束进程，如果未成功，则进入步骤4；

步骤4：循环发送短信，并对循环次数进行判别，如果循环次数没有超过预置循环次数最大值，则返回执行进行步骤2发送短信，否则进行步骤5；

步骤5：返回失败标志；

短信接收处理进程包含下列步骤：

步骤1：接收到收到短信指令；

步骤2：进行短信号码判断，如果不是上位机控制中心号码，则丢弃短信，结束进程。如果是上位机控制中心号码，则进行步骤3；

步骤3：判断短信格式，如果短信格式存在错误，则丢弃短信，结束短信接收处理进程，否则进行步骤4：

步骤4：进行短信指令编码号的判断，如果该短信指令编码号不存在，则丢弃短信，短信接收处理进程结束，否则进行步骤5；

步骤5：进行短信命令所对应编码的操作，执行完毕后结束进程。

进一步的，指令分析进程包含下列步骤：

步骤1：收到命令数据帧；

步骤2：进行CRC校验；

步骤3：如果数据帧不完整则结束指令分析进程，如果数据帧完整，则进行步骤4；

步骤4：提取命令编号，执行命令，最后结束进程。

进一步的，AD电压电流采集任务包含下列步骤：

步骤1：配置电压电流传感器模块采样频率；

步骤2：启动AD转换后等待外部中断，当外部中断信号给出时，执行步骤3；

步骤3：提取AD转换值；

步骤4：比较保存正值最大值和负值最小值作为电压、电流有效值，然后中断返回；

步骤5：将电压、电流有效值填充帧值。

进一步的，所述数据采集模块的工作方法包括如下步骤：

步骤1：系统初始化；

步骤2：创建多任务环境；所述多任务环境包括AD电压电流采集任务、开关量采集任务、温度湿度采集任务；其中，所述开关量采集任务包括对继电器和/或烟雾和/或门磁传感器的开关状态进行采集。

本发明的有益效果为：

本发明可以对变电站进行远程监控，GPRS控制模块同步将整个变电站的运行状态传回到主控室。在主控室网络不通，或断电的情况下，可以通过短信来查看变电站的运行状态。当变电站处于断电状态时，该设备会自动启用备用电源，报警系统仍可维持工作，对变电站的监控力度大大提升。

本发明为智能电网中电力监控设备提供一个可靠、稳定、通用性好、易维护和成本低的操作系统。

附图说明

图1为系统整体框图。

图2为电源模块详细框图。

图3为电源供电选择电路。

图4为数据采集模块电路。

图5为GPRS控制模块示意图。

图6为数据处理模块结构框图。

图7为显示模块的引脚接口示意图。

图8为控制模块驱动电路。

图9为温湿度传感器电路图。

图10为GPRS控制模块程序执行流程。

图11为本发明的GPRS控制模块内部系统进程转换图。

图12为本发明的电话通话进程详细流程图。

图13为本发明的短信发送处理流程。

图14为本发明的短信接收处理流程。

图15为本发明的指令分析流程图。

图16为本发明的GPRS数据上传传输流程图。

图17为本发明的数据采集模块程序结构图。

图18为本发明的AD电压电流采集任务。

图19为本发明的温度湿度采集任务。

图20为本发明的开关量采集任务。

图21为本发明的字库烧写程序模块任务.

具体实施方式

本发明由硬件部件、电力监控平台、字库烧写模块组成。下面结合附图分别予以介绍。

硬件部分。

如图1中所示本发明所述装置的硬件部分的原理框图：由数据处理模块、数据采集模块、电压电流传感器模块、GPRS控制模块、显示模块、控制模块、温度传感器、烟雾传感器、门磁传感器、电源模块构成。

电压电流传感器模块、数据采集模块、数据处理模块输入端顺次连接，数据处理模块通过通信接口与GPRS控制模块、显示模块、控制模块连接。

电源模块用于对整个装置进行供电，并可进行市电与电池供电的切换；

电压电流传感器模块用于根据设置的采样频率采集电路中的电力系统参数，如电流及电压，并传输给数据采集模块；

数据采集模块用于对电压电流传感器模块进行采集，并将其转化为数字信号传输给数据处理模块；

GPRS控制模块用于进行语音、短信、GPRS数据服务，将处理后的信息通过GPRS控制模块进行发送或者通过显示模块进行显示，即按照监控平台的要求执行环境创建进程、电话通话进程、短信处理进程、GPRS数据上传传输进程、指令分析进程。

控制模块用于控制继电器，从而实现强电控制弱电，即控制变电站工作开关的闭合与断。

显示模块设置若干按键，所述显示模块用于拨号、编写短信、对数据处理模块的输出信息进行显示、配合GPRS控制模块完成电话通话进程、短信处理进程。

所述数据处理模块用于将各个传感器的信号进行处理，将处理后的信息通过GPRS控制模块进行发送或者通过显示模块进行显示。

下面对各个部分分别进行介绍。

1.电源模块

该远程电力监控设备的电源模块为整个设备供电。

该电源模块为双电源切换电源，可进行电池供电与市电供电的转换。

如图2所示，所述电源模块包括所述电源模块包括太阳能电池板、MCU、锂电池、电池充电保护电路、电源供电选择电路、DC12/DC5模块、AD/DC模块、滤波电路、反向保护电路；

锂电池、电池充电保护电路、电源供电选择电路、DC12/DC5模块顺次连接；

AD/DC模块、滤波电路、反向保护电路顺次连接；

所述反向保护电路的输出端分别与+5V端子、+15V/+12V端子、-15V端子连接，+5V端子的输出端还与电源供电选择电路、DC5/DC4模块连接，DC12/DC5模块输出端与+5V端子的输入端连接。

电源模块的工作原理为：电源模块中，太阳能电池板在有光照的情况下为锂电池充电。MCU会在市电工作正常的情况下，定期为电池放电，保护电池。锂电池进行蓄电，在市电不工作的情况下为设备提供12V的电源。电池保护电路主要有两个功能，一是在太阳能电池板对电池充电时，防止过充，二是在电池工作时，防止因电池过放对电池造成损伤。电源选择电路切换市电工作模式和锂电池工作模式。DC12/DC5模块将12V转为5V。5V端子为其他各模块提供5V电源接口，AC提供220V的交流；AD/DC模块将220V交流电转换为正负15V和正5V直流电压，滤波电路用来滤除高频噪声，降低纹波。反向保护电路防止电源接反，烧毁电路。+15V/+12V端子在市电工作模式下提供15V接口，在电池工作模式下提供12V接口。DC5/DC4模块将5V转换为12V。+4V端子为设备提供+4V接口。

下面再对电源供电选择电路进行详细介绍：

如图3所示电源供电选择电路包括继电器、二极管，所述继电器5端接地，1端与+5V端子连接，4端连接DC12/DC5模块，3端连接电池充电保护电路，所述继电器用于切换电源模块的市电工作模式和锂电池工作模式。

其工作原理为：

在市电工作模式下，为继电器K0提供5V的电源，继电器K0的4引脚与3引脚断开，锂电池不接入设备。当市电异常，无法为继电器K0提供5V电源时，继电器K0的4引脚与3引脚闭合，锂电池接入设备为设备供电，进入锂电池工作模式。在市电正常时，自动返回市电工作模式。

2.数据采集模块

如图4所示，数据采集模块包括一个AD转换器及其外围电路。所述AD转换器为使用8路同步采样输入的AD转换器AD7606，其对霍尔电压传感器、霍尔电流传感器转换后的电压进行采集，并将其转换为16位的数字信号传送给数据处理模块的MCU。AD7606通过L2、C12、L3、C13供电，L2、L3为磁珠，用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力，去除电源电路对AD7606模拟信号的影响。C12、C13、C21为去耦电容，滤除电源信号对AD7606的干扰，使AD7606稳定、精确的工作。R12为下拉电阻，将AD7606的PAR/SER/BYTESEL引脚置于低电平，使其工作在并行接口模式。CN1为数据采集输入端，连接电流、电压传感器，输入信号。

3.GPRS控制模块

如图5所示，GPRS控制模块包括GSM芯片，所述GSM芯片与开机/关机电路、通信卡座连接，开机/关机电路用于实现该模块的开启和关闭，所述通信卡座用于插入通信卡从而实现装置与其他设备的通信。优选无线通信。

优选的，所述GSM芯片还有RTC后备电池和/或工作指示灯。

更优选的，所述GPRS控制模块还设置有工作指示灯和/或RS232选择接口连接和/或SMA天线接口和/或耳机接口和/或麦克风接口和/或网络指示灯接口。

其工作原理为：

GSM模块核心为SIMCOM（希姆通）公司的SIM900A模块(见图5中U13)，SIM900A采用工业标准接口，工作频率为900Mhz或1800MHz，内嵌TCP/IP协议，可以低功耗实现语音、短信（SMS）、数据和传真信息的传输。+4V电源输入接口为GPRS控制模块提供电源。SMA天线接口用于连接外部天线。工作指示灯用于指示模块的上电工作状态，当模块通电的时候该灯亮，否则灭。开机/关机电路连接SIM900A模块的PWRKEY引脚，实现对模块的开关机控制。本发明的开机/关机电路设置按键，按下按键1秒，然后释放，可以实现开启模块。同样，在模块开启的情况下，按下该键至少1秒，即可关闭模块。ATK-SIM900A模块上电后，SIM900A模块默认是关闭的，需要长按（1S左右）该按键，才能开启SIM900A模块。也可以用MCU来模拟该按键过程进行自动重启。RTC后备电池采用SIMCOM公司的XH414H-IV01E作为SIM900A模块的RTC后备电池，XH414H具有尺寸小，容量大，可反复充放电的特点，能维持RTC的长时间掉电运行。翻盖式SIM卡座用于安装SIM卡。RS232选择接口用于选择RS232串口连接到SIM900A的通信端口，还是调试（Debug）端口。RS232串口用于连块选择SP3232作为电平转换芯片，实现SIM900A的RS232串口。麦克风接口、耳机接口用于实现语音通话功能。网络状态指示灯于指示网络状态。

4.数据处理模块

数据处理模块如图6所示，包括一个MCU及与MCU连接的复位电路、LED模块、存储器模块。所述MCU设置有启动模式设置接口、显示模块接口。

由STM32F103ZETT6作为数据处理模块的MCU，在MCU的后备区域供电脚BAT1脚的供电采用CR1220纽扣电池和VCC3.3混合供电的方式，在有外部电源（VCC3.3）的时候，CR1220不给VBAT供电，而在外部电源断开的时候，则由CR1220给其供电。这样，BAT1总是有电的，以保证RTC的走时以及后备寄存器的内容不丢失。

复位电路主要提供手动复位。

启动模式设置接口用于设置STM32的启动方式，方便调试使用。5.显示模块

显示模块使用的4.3寸总线型TFT液晶模块MD043SD，该模块由TFT液晶，SPIFLASH、SD卡构成。该模块的引脚连接如图7所示。图中的F_CS引脚用来使能SPIFLASH芯片，其信号为W25Q64。该芯接PC或工控机等设备的串口，实现对SIM900A的控制，ATK-SIM900A模片的容量为64Mb,也就是8M字节。该芯片和SD卡共用一个SPI，通过片选来选择使用某个器件，在使用其中一个器件时，则要求禁止另一个器件的片选信号。图中的SD_CS则是用来用来使能SD卡。图中的T_MISO/T_MOSI/T_PEN/T_CS/T_CS用来实现对液晶触摸屏的控制。LCD_A则控制LCD的背光。剩余的端口则是对TFT液晶的控制。

6．控制模块

控制模块主要是对继电器的控制，从而起到对强电的控制。如图8所示，包括继电器、继电器驱动电路、光耦、续流二极管。如图8所示，U10为光耦EL817,将数据处理模块的MCU与继电器驱动电路隔离，保护MCU。R13，R16，Q5构成继电器驱动电路，提供足够的电流驱动继电器。D11在此起到续流作用。K6为继电器。P7为电源输入及继电器控制输出引脚。当端子P7的3脚和1脚或2脚连接如强电电路后,可以通过PF10的电平变化来控制继电器K6变化，从而实现端子P7的3脚与1脚或者2脚的通断。

7．电压电流传感器模块

包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器。下面分别介绍。

霍尔电压传感器采用宇波模块，型号为CHV-25P/400，CHV-25P/400为闭环霍尔电压传感器，额定电压为400V，原边被测电压与副边输出信号电气隔离，转换率为2500:1000，输出额定值5V,对应原边额定电压,进行隔离测量；工作电压为正负15V。

霍尔电流传感器使用利用霍尔原理制造的LA-55P，将检测到的电路中的电流转换为线性电压，传给AD7606采集。

8.温湿度传感器

温湿度传感器使用的Sensirion温湿度传感器家族中的SHT1x。该传感器将传感元件一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件和信号处理器14位的A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接集成在一块微型电路板上，将温湿度转换为标定的数字信号输出。其电路连接图如下图9所示：SHT1x的供电电压范围为2.4-5.5V,本设计使用电压为3.3V。在电源引脚（VDD,GND）之间100nF的电容C68，用以去耦滤波，3.3V电源引脚与DATA引脚之间10K的电阻R55，用以将不确定的信号钳位在高电平，同时起到限流作用。

9.烟雾传感器

烟雾传感器使用的是RS812A烟雾感应探测器，该探测器拥有红外光电传感器，采用微处理器控制，自我检测，稳定可靠，有线联网输出NC/NO及LED指示报警。工作电压为DC8V-35V（设计采用15V），当20平方米内检测到有烟雾时，继电器闭合，同时LED指示报警。

10.门磁传感器

门磁传感器使用的是MC-58常开常闭兼容型，可以根据安防行业的定义选择两种模式:

常开型：门磁与干簧管合并时，线路处于断开状态。分开时，线路处于导通状态。

常闭型：门磁与干簧管合并时，线路处于导通状态。分开时，线路处于断开状态。

电力监控平台。

所述电力监控平台用于创建系统的各个监控任务进程、进行各个监控进程的转换，将监控结果上报给上位机、接收上位机指令，根据指令执行相关监控任务进程。

所述监控任务进程包括环境创建进程、电话通话进程、和/或GPRS数据上传传输进程和/或短信处理进程和/或GPRS指令分析进程；其中

所述环境创建进程用于初始化系统的通信串口，并创建多任务环境；

所述电话通话进程于在显示模块上的拨号键被按下时输出拨号指令并通过GPRS数据上传传输任务步骤上传指令；

短信处理进程用于所述系统以短信的形式与上位机传输信息；

所述GPRS数据上传传输进程用于在接收到上位机传递帧数据命令后上传帧结构体。

如图10和图11所示，所述监控方法包括以下步骤：

步骤1：系统对设备进行初始化设置。

主要是对硬件部分的通信串口、SPIFLASH存储器进行初始化。

步骤2：创建多进程系统；其中包括环境创建进程、GPRS数据上传传输进程、指令分析进程、短信处理进程、电话通话进程。

步骤3：如图11所示，进入环境创建进程；所述环境创建进程创建系统运行时的多个进程，报GPRS数据上传传输进程、指令分析进行、短信处理进程、电话通话进程。

步骤3：切换至GPRS数据上传传输进程；环境创建进程自身不再运行，除非系统工作不正常时，系统复位，系统重新开始。

GPRS数据上传传输进程是电力监控平台的主进程，也即主循环，正在这个进程中，CPU检查所有的硬件通信接口的数据传输，根据通信接口提供各种数据，选择进程切换。

步骤4：进行进程切换，其主要转换方式为：

a.如果收到数据采集模块传递的传感器数据或者电力系统参数数据，则继续执行GPRS数据上传传输任务进程，通过GPRS网络定时发送出去，根据发送频率该进程循环执行；

b.如果收到上位机指令，切换至指令分析进程；在指令分析进程执行中，能够通过控制命令对采集模块进行控制，如果指令分析出来是短信指令，则进入短信处理进程，如果是非短信指令或数据采集模块控制正常情况下，完成指令分析进程后自动切换回到GPRS数据上传传输进程；

c.在GPRS数据上传传输进程中，当GPRS网络连接不正常时，任务切换至短信处理进程，以短信沟通方式维持工作，如果GPRS网络通信恢复正常，将切换回到GPRS数据上传传输进程；

d.在GPRS数据上传传输进程运行中，当收到拨号器信号，任务切换至进入电话通话进程；在电话通话进程中，如果连接非正常，则进入短信处理进程，若正常则在通话结束后，切换回到GPRS数据上传传输进程。

图12为电话通话进程的流程。

步骤1：读取显示模块屏幕上被按按键的坐标系，获取键值；

步骤2：根据键值判断是否为拨号键，如果不是，返回步骤1，否则进入步骤3；

步骤3：输出拨号键AT指令，并通过GPRS数据上传传输任务上传指令，接着进入步骤4：

步骤4：更新通话状态；

步骤5：检测是否按下断开按键，当未检测到断开按键按下时，返回执行步骤4，如果检测到断开按键按下，则结束通话。

短信处理进程包括短信发送处理进程和短信接收处理进程。

图13为短信发送处理进程。

步骤1：组合发送的短信内容字符串；

步骤2：控制模式进入短信模式，发送短信；

步骤3：判断短信是否发送成功，如果成功则结束进程，如果未成功，则进入步骤4；

步骤4：循环发送短信，并对循环次数进行判别，如果循环次数没有超过预置循环次数最大值，则继续进如步骤2发送短信，否则进行步骤5；

步骤5：返回失败标志。

图14为短信接收处理进程。

步骤1：接收到收到短信指令；

步骤2：进行短信号码判断，如果不是控制中心号码，则丢弃短信，结束进程。如果是控制中心号码，则进行把步骤3；

步骤3：短信格式的判断，如果短信格式存在错误，则丢弃短信，结束短信接收进程，否则进行步骤4：

步骤4：进行短信指令编码号的判断，如果该短信指令编码号不存在，则丢弃短信，接收短信进程结束，否则进行步骤5；

步骤5：行短信命令所对应编码的操作，执行完毕后结束进程。

图15为指令分析进程。

步骤1：收到命令数据帧；

步骤2：进行CRC校验；

步骤3：如果数据帧不完整则结束指令分析进程，如果数据帧完整，则进行步骤4；

步骤4：提取命令编号，执行命令。最后结束指令分析进程。

下表为本发明具体的命令编号及其对应的功能。

编号	功能
		#01	请求更新IP及端口号，及网络地址。
#02	设定新的CCPN号码。CCPN表示服务器挂的短信收发模块的电话号码
		#03	要求终端复位。
#04	要求终端进入GPRS工作模式。
		#05	要求终端执行服务器直接给出的AT指令。这里的参数可变，给出的是直接的AT命令。例如：由服务器设定可以设定/修改/校准GPRS模块时间AT+CCLK=”14/01/13,03:50:26+00”;
#06	主动消除异常报警。
		#07	预留通道打开或关闭。通道01-04(包括必须带的一路继电器)，动作OPEN/CLOSE。
#08	要求终端向指定手机定时发送数据包短信。Pn:手机号码。Time:x间隔时间多少分钟。
		#09	结束#08号功能。

图16为GPRS数据上传传输流程。

步骤1：接收上位机传递帧数据命令，收到后执行步骤2；

步骤2：对命令进行校验，校验失败将继续执行步骤1，校验成功就进入步骤3；

步骤3：将数据帧结构体通过GPRS上传到服务器，然后结束。

图17为数据采集模块工作步骤图。

步骤1：系统初始化。

步骤:2：创建多任务环境。所述多任务环境包括AD电压电流采集任务、开关量采集任务、温度湿度采集任务。其中，所述开关量采集任务包括对继电器和/或烟雾和/或门磁传感器的开关状态进行采集。

图18为AD电压电流采集任务流程图。

步骤1：配置所述设备的传感器模块采样频率。

即设置主要是设置PWM/定时器模式，输出频率为1kHz的方波，作为采样启动信号。

步骤2：启动AD转换后等待外部中断，当外部中断信号给出时，执行步骤3；

步骤3：提取AD转换值；

步骤4：比较保存正值最大值和负值最小值作为电压、电流有效值，然后中断返回；

步骤5：将电压、电流有效值填充帧值。

图19为温湿度采集进程的流程。

步骤1：读取温度、湿度值；

步骤2：计算温度、湿度；

步骤3：填充帧结构体，然后执行显示程序并返回。

图20为开关量采集任务的流程：

步骤1：读取IO变化；

步骤2：填充帧结构体；

步骤3：显示模块的屏幕对开关量进行显示，结束后返回。

字库烧写模块。

字库烧写模块用于在设备正式运行前的准备工作前提供系统调试及正常运行时所需要的字体。

图21为字库烧写程序模块任务。

步骤1：初始化SPI-flash、FATS文件系统、SD卡；

步骤2：读取SD卡，如读取字库成功则进行下一步；否则重复读取SD卡；

步骤3：将字库烧写入SPI-flash中，返回。

本发明的有益效果为：

本发明可以对变电站进行远程监控，GPRS控制模块同步将整个变电站的运行状态传回到主控室。在主控室网络不通，或断电的情况下，可以通过短信来查看变电站的运行状态。当变电站处于断电状态时，该设备会自动启用备用电源，报警系统仍可维持工作，对变电站的监控力度大大提升。

本发明为智能电网中电力监控设备提供一个可靠、稳定、通用性好、易维护和成本低的操作系统。

Claims (10)

1.一种基于GPRS的远程电力监控系统，其特征在于，所述电力监控系统包括数据处理模块、数据采集模块、电压电流传感器模块、GPRS控制模块、显示模块、存储器模块、控制模块、电源模块、电力监控平台、字库烧写模块；

电压电流传感器模块、数据采集模块、数据处理模块输入端顺次连接，数据处理模块输出端与GPRS控制模块、显示模块、存储器模块、控制模块连接；

所述电源模块包含继电器，所述电源模块用于对整个装置进行供电，并可进行市电与电池供电的切换；

所述电压电流传感器模块用于采集电路中的电力系统参数，并传输给数据采集模块；

数据采集模块用于对电压电流传感器模块的输出信号进行采集，并将其转化为数字信号传输给数据处理模块；

GPRS控制模块用于执行环境创建进程、电话通话进程、短信处理进程、GPRS数据上传传输进程、指令分析进程，并根据不同情况进行各个进程的切换；

所述显示模块设置若干按键，所述显示模块用于拨号和/或编写短信、对数据处理模块的输出信息进行显示、配合GPRS控制模块完成电话通话进程、短信处理进程；

控制模块用于强电控制弱电；

所述数据处理模块用于将各个传感器的信号进行处理，将处理后的信息通过GPRS控制模块进行发送并通过显示模块进行显示；

所述电力监控平台用于创建系统的各个监控任务进程、进行各个监控进程的转换，将监控结果上报给上位机、接收上位机指令，根据指令执行相关监控任务进程；

所述监控任务进程包括环境创建进程、电话通话进程、GPRS数据上传传输进程、短信处理进程、GPRS指令分析进程；其中

所述环境创建进程用于初始化系统的通信串口，并创建多任务环境；

所述电话通话进程用于在显示模块上的拨号键被按下时输出拨号指令进行通话；

所述短信处理进程用于所述系统以短信的形式与管理者传输信息；

所述GPRS数据上传传输进程用于在接收到上位机传递帧数据命令后上传帧结构体；

所述字库烧写模块用于系统正式运行前设置系统调试及正常运行时所需要的字体。

2.如权利要求1所述的基于GPRS的远程电力监控系统，其特征在于：还包括温湿度传感器和/或烟雾传感器和/或门磁传感器，所述各个传感器均与数据处理模块输入端连接，所述数据处理模块对传感器数据进行处理；

所述温湿度传感器用于检测变电站的温湿度；

所述烟雾传感器用于检测烟雾，并在有烟雾时报警；

门磁传感器用于感应监控门的开关状态。

3.如权利要求1所述的基于GPRS的远程电力监控系统，其特征在于：所述电源模块包括太阳能电池板、MCU、锂电池、电池充电保护电路、电源供电选择电路、DC12/DC5模块、AD/DC模块、滤波电路、反向保护电路；

锂电池、电池充电保护电路、电源供电选择电路、DC12/DC5模块顺次连接；

AD/DC模块、滤波电路、反向保护电路顺次连接；

所述反向保护电路的输出端分别与+5V端子、+15V/+12V端子、-15V端子连接，+5V端子的输出端还与电源供电选择电路、DC5/DC4模块连接，DC12/DC5模块输出端与+5V端子的输入端连接；

所述MCU用于在市电工作正常的情况下，定期为锂电池放电；

所述电源供电选择电路用于切换市电工作模式和锂电池工作模式；

所述滤波电路用于滤除AD/DC模块输出电流中的高频噪声；

5V端子、+4V端子分别为其他模块提供5V电源接口、4V电源接口；

AD/DC模块将220V交流电转换为正负15V和正5V直流电压；

反向保护电路用于防止电源接反烧毁；

+15V/+12V端子用于在市电工作模式下提供15V接口，在电池工作模式下提供12V接口。

4.如权利要求2或3所述的基于GPRS的远程电力监控系统的监控方法，其特征在于，监控方法包括以下步骤：

步骤1：系统对设备硬件部分进行初始化设置；

步骤2：GPRS控制模块创建多进程系统；其中所述多进程包括环境创建进程、GPRS数据上传传输进程和/或指令分析进程和/或短信处理进程和/或电话通话进程；

步骤3：进入环境创建进程；所述环境创建进程创建系统运行时的多个进程，即GPRS数据上传传输进程和/或指令分析进程和/或短信处理进程和/或电话通话进程；

步骤3：切换至GPRS数据上传传输进程；

步骤4：根据情况进行进程切换，其主要转换方式为以下四种：

a.如果收到数据采集模块传递的各个传感器数据或者电力系统参数数据，则继续执行GPRS数据上传传输进程，通过GPRS网络定时发送出去，根据发送频率该进程循环执行；

b.如果收到上位机指令，切换至指令分析进程；在指令分析进程执行中，能够通过控制命令对数据采集模块进行控制，如果指令分析出来是短信指令，则进入短信处理进程，如果是非短信指令或数据采集模块控制正常情况下，完成指令分析进程后自动切换回到GPRS数据上传传输进程；

c.当GPRS网络连接不正常时，任务切换至短信处理进程，如果GPRS网络通信恢复正常，将切换回到GPRS数据上传传输进程；

d.当收到拨号信号，任务切换至进入电话通话进程；在电话通话进程中，如果连接非正常，则进入短信处理进程，若正常则在通话结束后，切换回到GPRS数据上传传输进程。

5.如权利要求2或3所述的基于GPRS的远程电力监控系统的监控方法，其特征在于，所述电话通话进程包含下列步骤：

步骤1：读取显示模块屏幕上被按按键的坐标系，获取键值；

步骤2：根据键值判断是否为拨号键，如果不是，返回步骤1，否则进入步骤3；

步骤3：输出拨号键AT指令，并通过GPRS数据上传传输任务上传指令，接着进入步骤4：

步骤4：更新通话状态；

步骤5：检测是否按下断开按键，当未检测到断开按键按下时，返回执行步骤4，如果检测到断开按键按下，则结束通话。

6.如权利要求4所述的基于GPRS的远程电力监控系统的监控方法，其特征在于，GPRS数据上传传输进程包含下列步骤：

步骤1：接收上位机传递帧数据命令；

步骤2：对命令进行校验，校验失败将返回步骤1；否则进行步骤3；

步骤3：上传GPRS数据帧结构体，然后结束。

7.如权利要求4所述的基于GPRS的远程电力监控系统的监控方法，其特征在于，所述短信处理进程包括短信发送处理进程及短信接收处理进程，其中

所述短信发送处理进程包含下列步骤：

步骤1：通过显示模块组合发送的短信内容字符串；

步骤2：发送短信；

步骤3：判断短信是否发送成功，如果成功则结束进程，如果未成功，则进入步骤4；

步骤4：循环发送短信，并对循环次数进行判别，如果循环次数没有超过预置循环次数最大值，则返回执行进行步骤2发送短信，否则进行步骤5；

步骤5：返回失败标志；

短信接收处理进程包含下列步骤：

步骤1：接收到收到短信指令；

步骤2：进行短信号码判断，如果不是上位机控制中心号码，则丢弃短信，结束进程，如果是上位机控制中心号码，则进行步骤3；

步骤3：判断短信格式，如果短信格式存在错误，则丢弃短信，结束短信接收处理进程，否则进行步骤4：

步骤4：进行短信指令编码号的判断，如果该短信指令编码号不存在，则丢弃短信，短信接收处理进程结束，否则进行步骤5；

步骤5：进行短信命令所对应编码的操作，执行完毕后结束进程。

8.如权利要求4所述的基于GPRS的远程电力监控系统的监控方法，其特征在于，指令分析进程包含下列步骤：

步骤1：收到命令数据帧；

步骤2：进行CRC校验；

步骤3：如果数据帧不完整则结束指令分析进程，如果数据帧完整，则进行步骤4；

步骤4：提取命令编号，执行命令，最后结束进程。

9.如权利要求4所述的基于GPRS的远程电力监控系统的监控方法，其特征在于，所述数据采集模块的工作方法包括如下步骤：

步骤1：系统初始化；

步骤2：创建多任务环境；所述多任务环境包括AD电压电流采集任务、开关量采集任务、温度湿度采集任务；其中，所述开关量采集任务包括对继电器和/或烟雾和/或门磁传感器的开关状态进行采集。

10.如权利要求9所述的基于GPRS的远程电力监控系统的监控方法，其特征在于，AD电压电流采集任务包含下列步骤：

步骤1：配置电压电流传感器模块采样频率；

步骤2：启动AD转换后等待外部中断，当外部中断信号给出时，执行步骤3；

步骤3：提取AD转换值；

步骤4：比较保存正值最大值和负值最小值作为电压、电流有效值，然后中断返回；

步骤5：将电压、电流有效值填充帧值。