CN211579701U - 一种基于arm与dsp的箱式变电站智能远程监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统，涉及互联网远程监控技术领域，包含环境参量输入模块、第一信号调理模块、第一ADC模块、电气参量输入模块、第二信号调理模块、第二ADC模块、DSP模块、双口RAM模块、CPU模块；所述第一信号调理模块和第二信号调理模块均包含三相电压、电压互感器、三相电流、电流互感器、取样放大电路、低通滤波电路、采样保持模块；基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统，采用ARM+DSP双核技术和GPRS无线通信方式，发明了一种能够对温湿度、凝露、烟感等环境参量，电压、电流、功率、频率、谐波、负载等电气参量以及开关量同时进行监测的智能化远程箱变监控系统，实现了数据查询、故障预警、能效分析等功能。

Description

一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统

技术领域

本实用新型涉及互联网远程监控技术领域，尤其涉及一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统。

背景技术

箱式变电站（简称“箱变”）具有体积小、移动方便等优点，已大量应用于我国的供输电系统。然而，传统的箱式变电站智能化程度还很低，存在数据采集滞后、监控功能单一、无法做到事前预警等问题。因此，实现箱变的智能化远程监控具有重要的意义。

黄新波等基于双核理念设计了一种箱变监测装置，对电压、电流、功率、频率等电力参数和温度进行监测。黄绍平等设计了一种基于AT89S52单芯片的箱变监控装置，对温湿度和凝露进行监控。冯利民等设计了一种基于Intel单片机的箱变监测终端系统，实现对温度、电流、电压等参数的实时监控。郭文敏等设计了基于单片机80C196KC的箱变监控系统，可监测各相电流、电压、功率因数、电能等。但总的来说，目前箱变监控系统还存在监测参量不全面、功能单一等问题，且多数为单核系统，没有统一的通信接口，处理大数据的实时性差。因此，设计一种监测参量全面、功能丰富、实时性和可靠性高且具有统一通信接口和协议的箱变智能远程监控系统势在必行。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统，基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统，采用ARM+DSP双核技术和GPRS无线通信方式，发明了一种能够对温湿度、凝露、烟感等环境参量，电压、电流、功率、频率、谐波、负载等电气参量以及开关量同时进行监测的智能化远程箱变监控系统，实现了数据查询、故障预警、能效分析等功能。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统，包含环境参量输入模块、第一信号调理模块、第一ADC模块、电气参量输入模块、第二信号调理模块、第二ADC模块、DSP模块、双口RAM模块、CPU模块、开关量输出模块、继电器、第一光耦隔离模块、开关量输入模块、第二光耦隔离模块、电源模块、时钟模块、看门狗、存储器、GPRS模块、SIM卡、RS485、人机接口模块；

其中，所述环境参量输入模块的输出端依次经过第一信号调理模块、第一ADC模块连接

CPU模块的输入端，所述电气参量输入模块的输出端依次经过第二信号调理模块、第二ADC模块、DSP模块、双口RAM模块连接CPU模块的输入端，所述开关量输出模块的输出端通过第二光耦隔离模块连接CPU模块的输入端，CPU模块的输出端依次通过第一光耦隔离模块、继电器连接开关量输出模块的输入端，所述电源模块、时钟模块、看门狗和存储器的输出端分别连接CPU模块的输入端，所述GPRS模块、SIM卡、RS485、人机接口模块分别与CPU模块的相应端口连接。

作为本实用新型一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统的进一步优选方案，所述第一信号调理模块和第二信号调理模块均包含三相电压、电压互感器、三相电流、电流互感器、取样放大电路、低通滤波电路、采样保持模块；所述三相电压通过电压互感器连接取样放大电路，所述三相电流通过电流互感器连接取样放大电路，所述取样放大电路通过低通滤波电路连接采样保持模块。

作为本实用新型一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统的进一步优选方案，所述CPU模块选用S3C2410，内核为ARM920T。

作为本实用新型一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统的进一步优选方案，所述DSP模块的芯片型号为TMS320C5420。

作为本实用新型一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统的进一步优选方案，所述双端口RAM模块选用IDT70261。

作为本实用新型一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统的进一步优选方案，所述电源模块包括交流电源和直流电源。

作为本实用新型一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统的进一步优选方案，所述人机接口模块包含LED显示和键盘，采用点阵液晶屏HJ12864ZWG。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本实用新型采用ARM+DSP双核技术和GPRS无线通信方式，设计了一种能够对温湿度、凝露、烟感等环境参量，电压、电流、功率、频率、谐波、负载等电气参量以及开关量同时进行监测的智能化远程箱变监控系统，实现了数据查询、故障预警、能效分析等功能；

2、本实用新型箱式变电站的监控参量众多，数据量大，实时性要求高，所以主处理器ARM 选用S3C2410，内核为ARM920T，基于ARMv4架构，能够达到ARM7处理器两倍以上的处理能力；从处理器DSP选用TMS320C5420，拥有两个DSP核，速度达到200 MIPS，具有强大的数据处理能力；双端口RAM选用IDT70261，具有数据存取速度快、正确性高、可扩展等优点，特别适用于需要大批量数据处理的箱变智能远程监控场合；ARM与DSP之间的高速数据传输通过双端口RAM 来实现，具有实时性好、传输数据量大等特点；

3、本实用新型用DSP采集和处理数据，用ARM完成通信接口、人机接口和I/O控制等外围工作，充分发挥DSP和ARM的优点，解决了数据采集和处理时滞性等问题；该系统能够对温湿度、凝露、烟感等环境参量，电压、电流、功率、频率、谐波、负载等电气参量以及开关量同时进行智能化远程监测和控制，还实现了数据查询、故障预警、能效分析等功能；总的来说，本实用新型的箱变智能远程监控系统，实时性高，功能全面，性能优越，运行稳定，对实施防御性维护、提高供电质量以及节能降耗等都具有重要意义。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现

有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发

明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以

根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型整体系统结构原理图；

图2是本实用新型信号调理模块结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统，如图1所示，包含环境参量输入模块、第一信号调理模块、第一ADC模块、电气参量输入模块、第二信号调理模块、第二ADC模块、DSP模块、双口RAM模块、CPU模块、开关量输出模块、继电器、第一光耦隔离模块、开关量输入模块、第二光耦隔离模块、电源模块、时钟模块、看门狗、存储器、GPRS模块、SIM卡、RS485、人机接口模块；

其中，所述环境参量输入模块的输出端依次经过第一信号调理模块、第一ADC模块连接

CPU模块的输入端，所述电气参量输入模块的输出端依次经过第二信号调理模块、第二ADC模块、DSP模块、双口RAM模块连接CPU模块的输入端，所述开关量输出模块的输出端通过第二光耦隔离模块连接CPU模块的输入端，CPU模块的输出端依次通过第一光耦隔离模块、继电器连接开关量输出模块的输入端，所述电源模块、时钟模块、看门狗和存储器的输出端分别连接CPU模块的输入端，所述GPRS模块、SIM卡、RS485、人机接口模块分别与CPU模块的相应端口连接。

如图2所示，所述第一信号调理模块和第二信号调理模块均包含三相电压、电压互感器、三相电流、电流互感器、取样放大电路、低通滤波电路、采样保持模块；所述三相电压通过电压互感器连接取样放大电路，所述三相电流通过电流互感器连接取样放大电路，所述取样放大电路通过低通滤波电路连接采样保持模块。

基于模块化设计思想，箱变智能远程监控系统的硬件模块主要有电源模块、CPU模块、DSP模块、模拟量采集模块、开关量输入/输出模块、通信模块、人机接口模块等。

箱式变电站的监控参量众多，数据量大，实时性要求高，所以主处理器ARM 选用S3C2410，内核为ARM920T，基于ARMv4架构，能够达到ARM7处理器两倍以上的处理能力。从处理器DSP选用TMS320C5420，拥有两个DSP核，速度达到200 MIPS，具有强大的数据处理能力。双端口RAM选用IDT70261，具有数据存取速度快、正确性高、可扩展等优点，特别适用于需要大批量数据处理的箱变智能远程监控场合。

ARM与DSP之间的高速数据传输通过双端口RAM 来实现，具有实时性好、传输数据量大等特点。在硬件连接中，双端口RAM的左端连接ARM，右端连接DSP。

电源模块的持续供电是箱变智能远程监控系统正常运行的基础。箱变智能远程监控系统的电源模块包括交流电源和直流电源两部分。交流电源220 V主要给电源管理模块供电，直流电源5 V、3.3 V、1.8 V等分别给CPU、DSP、Flash、ADC等装置供电。

为提高电源模块供电的可靠性，采用双交流电源为电源管理模块供电。当一路交流电源出现故障时，可迅速切换到另一路交流电源。同时，采用蓄电池作为后备电池，当交流电源正常工作时，电源管理模块给蓄电池充电；当交流电源失电时，蓄电池立即投入工作，从而有效保障了箱变智能远程监控系统连续运行。

从电压互感器PT、电流互感器CT获取的电压、电流信号是不能直接输入到DSP进行数据处理的，必须经过信号调理电路和A/D转换电路。信号调理是将PT、CT中得到的u、i模拟信号经放大电路、低通滤波、采样保持，转换到ADC要求的电压范围。A/D转换器再将模拟量转化为数字量，之后传送到DSP进行电量参数的计算和处理，得到u、i的有效值、有功功率、无功功率、功率因数和谐波等各种电气参量。

与此同时，箱变智能远程监控系统还需要对温湿度、凝露、烟感等环境参量进行监测。在环境参量采集中，传感器采集到的环境参数也要经过信号调理电路和A/D转换电路处理，然后输入到ARM中。

开关量输入模块的作用是实现箱变监控系统的遥信量采集，即通过监测箱变内开关设备的辅助常开、常闭触点，从而识别负荷开关、断路器、电容器和风机等电力装置的开关状态。遥信量采集易受到电磁干扰，因此在箱变的开关量输入模块中加入低通滤波电路和光电隔离器。

开关量输出模块的作用是实现箱变监控系统的遥信量控制，即控制箱变内电力装置开关的分合。为有效抵抗干扰，开关量输出信号首先锁存到控制缓冲器，再经光电隔离和功率放大后驱动继电器，由继电器控制电力装置开关的分合。为进一步提高开关量输出的可靠性，在继电器辅助触点处增加一个开关量反馈输入，以监测继电器的实际动作情况。

箱变监控终端与监控中心之间的实时通信是开发箱变智能远程监控系统的关键技术，直接影响箱变监控系统的实时可靠性。GPRS无线通信技术具有传输速率高、永远在线、通信费用低、供电维护方便、覆盖范围广等特点。本文选用MG323，通过RS232接口与主CPU相连，并在CPU的控制下进行GPRS网络连接，实现与监控中心的数据互传。MG232模块具有体积小巧、性价比高、性能稳定、传输速率高等优点，能够满足箱变智能监控系统远程传输数据的高实时性和准确性要。

监控系统的硬件部分安装在箱变内部，各种装置的运行情况及其监测数据需要通过良好的人机界面显示。本文开发的箱变智能远程监控系统的人机接口模块包括LED显示和键盘两部分。点阵液晶屏HJ12864ZWG具有功耗低、操作方便、功能丰富、体积小巧等优点，能够满足箱变内部结构紧凑的要求。

本实用新型采用ARM+DSP双核技术和GPRS无线通信方式，设计了一种能够对温湿度、凝露、烟感等环境参量，电压、电流、功率、频率、谐波、负载等电气参量以及开关量同时进行监测的智能化远程箱变监控系统，实现了数据查询、故障预警、能效分析等功能；

本实用新型箱式变电站的监控参量众多，数据量大，实时性要求高，所以主处理器ARM 选用S3C2410，内核为ARM920T，基于ARMv4架构，能够达到ARM7处理器两倍以上的处理能力；从处理器DSP选用TMS320C5420，拥有两个DSP核，速度达到200 MIPS，具有强大的数据处理能力；双端口RAM选用IDT70261，具有数据存取速度快、正确性高、可扩展等优点，特别适用于需要大批量数据处理的箱变智能远程监控场合；ARM与DSP之间的高速数据传输通过双端口RAM 来实现，具有实时性好、传输数据量大等特点；

本实用新型用DSP采集和处理数据，用ARM完成通信接口、人机接口和I/O控制等外围工作，充分发挥DSP和ARM的优点，解决了数据采集和处理时滞性等问题；该系统能够对温湿度、凝露、烟感等环境参量，电压、电流、功率、频率、谐波、负载等电气参量以及开关量同时进行智能化远程监测和控制，还实现了数据查询、故障预警、能效分析等功能；总的来说，本实用新型的箱变智能远程监控系统，实时性高，功能全面，性能优越，运行稳定，对实施防御性维护、提高供电质量以及节能降耗等都具有重要意义。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。上面对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依 然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进 行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统，其特征在于：包含环境参量输入模块、第一信号调理模块、第一ADC模块、电气参量输入模块、第二信号调理模块、第二ADC模块、DSP模块、双口RAM模块、CPU模块、开关量输出模块、继电器、第一光耦隔离模块、开关量输入模块、第二光耦隔离模块、电源模块、时钟模块、看门狗、存储器、GPRS模块、SIM卡、RS485、人机接口模块；

其中，所述环境参量输入模块的输出端依次经过第一信号调理模块、第一ADC模块连接CPU模块的输入端，所述电气参量输入模块的输出端依次经过第二信号调理模块、第二ADC模块、DSP模块、双口RAM模块连接CPU模块的输入端，所述开关量输出模块的输出端通过第二光耦隔离模块连接CPU模块的输入端，CPU模块的输出端依次通过第一光耦隔离模块、继电器连接开关量输出模块的输入端，所述电源模块、时钟模块、看门狗和存储器的输出端分别连接CPU模块的输入端，所述GPRS模块、SIM卡、RS485、人机接口模块分别与CPU模块的相应端口连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统，其特征在于：所述第一信号调理模块和第二信号调理模块均包含三相电压、电压互感器、三相电流、电流互感器、取样放大电路、低通滤波电路、采样保持模块；所述三相电压通过电压互感器连接取样放大电路，所述三相电流通过电流互感器连接取样放大电路，所述取样放大电路通过低通滤波电路连接采样保持模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统，其特征在于：所述CPU模块选用S3C2410，内核为ARM920T。

4.根据权利要求1所述的一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统，其特征在于：所述DSP模块的芯片型号为TMS320C5420。

5.根据权利要求1所述的一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统，其特征在于：所述双口RAM模块选用IDT70261。

6.根据权利要求1所述的一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统，其特征在于：所述电源模块包括交流电源和直流电源。

7.根据权利要求1所述的一种基于ARM与DSP的箱式变电站智能远程监控系统，其特征在于：所述人机接口模块包含LED显示和键盘，采用点阵液晶屏HJ12864ZWG。

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