基于GPRS的低壓配電網監測模擬裝置

錦州自來水服務公司　于久昌

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基于GPRS的低壓配電網監測模擬裝置

錦州自來水服務公司于久昌

【摘要】本系統以8051為控制核心，實現對低壓配電網的電壓、電流、頻率及功率等參數的監測。配電網三相電流、電壓信號通過電量傳感器、電流/電壓轉換器及調整電路變換成交流模擬電壓信號，由A/D轉換器送入單片機進行處理及參數計算，單片機處理采集到的配電參數數據并通過GPRS模塊發送給上位機管理系統。該系統能實現電力參數遠程監測，便于遠程監測中各種電力參數計算，具有廣闊的應用前景。

【關鍵詞】電能質量；工頻交流電；單片機；信號采集

1　引言

大量非線性功率設備的不正規接入和電弧爐等沖擊性負載的使用，直接導致供電電壓波動、閃動，電壓波形發生畸變，嚴重降低了低壓配電網運行的穩定性。使得供電部門必須實時監測低壓配電網的運行狀態，采集電能參數進行分析并迅速作出響應，減小外界對配電網的污染。我國電力供應覆蓋范圍廣，因此有必要將GPRS無線通信技術應用于低壓配電網監測，既可以有效地彌補有線監測方式的不足，又能省去高額的建網費用。本系統就是建立在GPRS無線通信技術的基礎上，結合嵌入式電子技術，使電網就能具有自我診斷的能力，從而保證用戶得到綠色、經濟、可靠和穩定的電力供應。

2　系統的總體結構

本設計采用模塊化設計思想，首先以單片機8051為核心，通過PT/CT轉換器，轉換成電流信號，再通過電流/電壓轉換器轉換成電壓信號，由調整電路轉換成平穩的電壓信號，經過MAX197芯片轉換成數字信號進處理，單片機8051處理采集到的電壓數據并將結果和對應的時間數據通過GPRS模塊發送給后臺管理系統。另外還可通過按鍵和液晶顯示器查詢采集到的電壓數據，同時可進行參數設置。系統整體框圖如圖1所示。

圖1　系統整體框圖

3　系統的硬件設計

3.1信號采集電路

為監測三相電源中的電流、電壓等參數，由采集電路對所測參數進行隔離變換。在此電壓傳感器采用SPT204A芯片，電流傳感器采用SCT204B芯片。

3.2A/D轉換單片機接口電路

由MAX197完成A/D轉換功能。通過8051的P10~P17與MAX197的D0~D7相連(見圖2)。

3.3單片機與GPRS之間的通信電路設計

本系統中單片機與GPRS通信模塊之間采用TTL串行通信。發送端將串行口的TTL電平信號轉換成差分信號A，B兩路輸出，經過線纜傳輸之后在接收端將差分信號還原成TTL電平信號。由于傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以又極強的抗共模干擾的能力，總線收發器靈敏度很高，可以檢測到低至200mV電壓。

圖2　單片機與GPRS模塊之間的通信電路

4　系統測試與誤差分析

4.1測試結果

單片機8051處理采集到的電壓，數據并將結果和實時時鐘DS1302對應的時間數據通過GPRS模塊發送給后臺管理系統。另外還可通過按鍵和液晶顯示器查詢采集到的電壓數據，同時可進行參數設置，最終實現對低壓配電網參數的遠程監測。

4.2誤差產生原因分析

(1)采樣傳感器自身精度誤差；(2)MAX197轉換電路轉換誤差和量化誤差；(3)手工焊接完成硬件電路，布線造成的誤差；(4)功率數據的獲得由電壓和電流的數據間接換算所得，誤差的累積效應造成誤差。

5　結論

低壓配電網參數監測系統的總體方案可行，本設計具有使用方便、經濟實惠、工作可靠、功能強大等特點。在許多高危場合，特別是一些分散性大、無人值守的監測現場，需要對數據進行實時記錄時可采用遠程監測系統，通過GPRS網絡或短信發送一些簡單的查詢指令，就可以隨時掌握設備運行的狀況。可以明顯地降低技術人員的勞動強度，提高工作效率，降低危險系數，這對減少人身傷亡事故的發生起著重要的作用。

參考文獻

[1]邱關源.電路[M].北京:高等教育出版社,2006.

[2]張毅剛.單片機原理及應用[M].北京:高等教育出版社,2008.

[3]周碧紅,趙春宇.電能質量檢測中同步采樣時鐘發生器的設計[J].電子測量技術.2008(6).

于久昌（1983-）， 男，錦州自來水服務公司工程師。

作者簡介：