基于GPRS無線通訊的計量箱智能報警系統(tǒng)設計
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1、引言
當前，電力公司設備盜竊案件猖獗，竊電現(xiàn)象屢禁不止，財產損失嚴重。計量箱主要依靠一把鎖來看護，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，提高設備運行的安全性、經濟性，結合電力生產調度管理的發(fā)展需求和特點，建立基于GPRS無線通訊技術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
從已經發(fā)生的竊電案件觀察，當前竊電行為呈現(xiàn)技術化和多樣性特點，而目前多數(shù)電子鎖產品以僅采用現(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)進行檢測。
?。?）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。
按照國家電網公司智能電網建設十二五規(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大到防盜、防竊電、用電監(jiān)測、節(jié)能調控。
2.2計量箱智能報警系統(tǒng)的技術方案
智能報警電子鎖利用電子技術取代傳統(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計，具有抗破壞，適應性強，易于安裝的特點，普遍適用于各類計量箱和基于SG186設計的新型智能表箱。采用有源與無源相結合的設計，具有使用壽命長，報警實時性好，易于維護的特點。通過將偵測到的有關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)進行綜合對比、聯(lián)防分析，進一步提高了防竊電報警的準確率。
2.3計量箱智能報警系統(tǒng)的技術優(yōu)勢
與已往的技術相比，新型計量箱智能報警系統(tǒng)的技術優(yōu)勢體現(xiàn)在：
?。?）新型防竊電遠程報警電子鎖裝置，可以實現(xiàn)通過安裝在竊電風險較大的計量箱里，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)。
（3）采用分體式設計，具有抗破壞，適應性強，易于安裝的特點，普遍適用于各類計量箱和基于SG186設計的新型智能表箱。
?。?）采用有源與無源相結合的設計，具有使用壽命長，報警實時性好，易于維護的特點。
（5）通過將偵測到的有關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)進行綜合對比、聯(lián)防分析，進一步提高了防竊電報警的準確率。
2.4GPRS無線通訊技術在計量箱智能報警系統(tǒng)中的應用
GPRS是通用無線分組業(yè)務的縮寫（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171.2Kbps，是介于第二代和第三代之間的一種技術，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：遠程報警電子鎖裝置，手持終端，主站系統(tǒng)三個部分。其中遠程報警電子鎖和手持終端為硬件設備。主站系統(tǒng)分為通訊主站，應用系統(tǒng)兩個部分。
通訊主站采用windowsservice系統(tǒng)服務結構設計實現(xiàn)服務伺服，用于處理專業(yè)報警器與系統(tǒng)之間的通訊連接，分為通訊服務器和應用服務器兩部分，分別部署在通訊服務器和應用服務器上，之間利用隔離設備做安全隔離，以保證公司內網絡安全。
利用數(shù)據(jù)采集設備和GPRS設備，可以同時對多個子站進行實時數(shù)據(jù)傳輸，使每個計量箱的監(jiān)測數(shù)據(jù)都能夠實時的顯示在主站上。其原理結構見圖1。
圖1
3、電力企業(yè)輸電線路全工況監(jiān)測系統(tǒng)的技術特色
3.1智能報警電子鎖設備授權開閉
智能報警電子鎖的開鎖和鎖閉是由電子鎖內部的芯片進行控制的，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，授權開啟后同時解除開門傳感器異常開門探測，標識本次開門動作為正常業(yè)務開門并記錄日志。若鎖具授權開啟后，人員并沒有真正進行開鎖操作，智能報警電子鎖裝置會在等候開鎖窗口時間結束后，自動轉換為鎖閉狀態(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，外加充電模塊、無線模塊、藍牙模塊以及一片大容量存儲芯片組成并用五號鋰電池進行供電。單片機控制充電模塊來給電池充電，通過無線和藍牙兩個模塊與外界設備進行通信，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，此款單片機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。設計單片機的串口來與鑰匙部分進行通信，并搭建驅動電路驅動電磁鐵，從而帶動機械結構進行鎖定與開鎖。電磁鐵選用5V型號。
3.4各項報警
防竊電預警管理系統(tǒng)里面設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，當有磁性物質靠近磁簧管時，磁簧管里面的簧片會導通，通過檢測電路能檢測到此電平信號，確認門關信息。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)確認為門關信息，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，磁簧管導通，報警器將此狀態(tài)確認為有強磁開始信息，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)確認為強磁結束信息，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，確認為紅外報警。當有紅外竊電設備發(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，導電振動彈簧同觸發(fā)接腳被精確安放在開關本體內、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)接腳間是不導通的，受到震動后，彈簧抖動接觸到觸發(fā)接腳從而通電產生觸發(fā)信號。
3.4.5斷電報警
斷電傳感器是利用電路分壓原理，當外電斷開時，通過分壓電平電路檢測到此電平信號，確認有斷電信息。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，將此信息確認為斷電報警，上傳到主站。斷電傳感器內置在報警器里面。
4、計量箱智能報警系統(tǒng)的建設目標
系統(tǒng)實用化，減少竊電損失通過本系統(tǒng)，實現(xiàn)對高風險大客戶的計量裝置進行自動化監(jiān)控和管理，實現(xiàn)防盜、防竊電報警，達到減少電量損失，降低線損的目標。
維護用電秩序通過技術手段，實現(xiàn)對外防竊電，對內表箱管理，從而維護用電秩序，保障有序用電。
提高稽查質量和效率、減輕人員工作量有針對性的進行用電檢查，規(guī)范檢查行為，提高用電檢查工作質量和效率，減少檢查工作量。
5、計量箱智能報警系統(tǒng)的應用前景
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，達到減少電量失損，降低線損的目標。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、提供科學的、實時的輔助決策，大大提高了管理水平和工作效率。
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