基于短信控制的智能電壓監測裝置研究

敖俊成 劉玉娥 劉海云

摘 ?要：基于短信控制的智能電壓監測裝置不僅支持一般智能電壓監測裝置的大屏幕顯示、低功耗、強弱電端子分開布置、大容量存儲單元、時鐘精度高、多種通信方式和安全可靠等技術特點，還支持通過手機短信或手機APP對裝置進行控制。用戶安裝部署裝置時，無需再通過裝置界面，一臺一臺地用按鍵配置主站地址等初始信息，只需安裝完成后確認裝置已上電，然后通過手機APP批量發送短信設置裝置初始信息。極大地提高了電壓監測裝置的安裝部署效率，并且當以后裝置與主站連接異常時，也不用再跑去現場維護，通過短信即可查看裝置問題和操作修復裝置連接問題。

關鍵詞：智能電壓監測裝置;短信;手機APP;GPRS;遠程控制

中圖分類號：TM764 ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）16-0019-03

Abstract：Based on SMS control intelligent voltage monitoring device not only support the general intelligent voltage monitoring device of large screen display，low power consumption，strong or weak electric terminal layout，large capacity storage unit，separate clock accuracy is high，the variety of modes of communication and safe and reliable technical characteristics，such as also support via mobile SMS or phone APP to control the device. When users install the deployment device，they do not need to go through the device interface，and configure the initial information such as the address of the main station one by one with keys. They only need to confirm that the device has been powered up after installation，and then send mass SMS messages through the mobile APP to set the initial information of the device. It greatly improves the installation and deployment efficiency of voltage monitoring device，and in the future，when the connection between the device and the main station is abnormal，there is no need to go to the site for maintenance，and the device problems can be checked and fixed by SMS.

Keywords：intelligent voltage monitoring device;SMS;mobile phone APP;GPRS;remote control

0 ?引 ?言

隨著用戶對電壓質量和供電可靠性的要求提高，電壓監測裝置的安裝數量在逐步地提高，安裝范圍也由中心城市擴張到了偏遠地區。傳統的依賴人工抄表的電壓監測裝置逐漸被新型的智能電壓監測裝置所替代，目前市面上大多的智能電壓監測裝置都集成了以太網模塊或GPRS通信模塊，可以通過電力系統專用網絡或4G專用網絡實時將裝置的統計數據和實時數據傳送至遠程主站進行查看和分析。但是如果裝置無法連接到主站，就只能派專人到裝置現場調查問題。本文設計的電壓監測裝置是在智能電壓監測裝置的基礎上，添加了GSM短信通信功能，可以通過手機隨時隨地查看監測數據和控制裝置運行狀態，能夠及時地發出裝置異常通知，便于用戶快速定位和解決問題。

1 ?硬件設計

如圖1所示，裝置采用了模塊化設計，各個模塊都可以靈活地拆卸和安裝，方便長時間運行后某個模塊發生運行異常時，只需要更換異常的模塊，而不需要將整個裝置送回廠家維修。裝置配備顯示屏和按鍵，可以直接查看裝置統計數據和進行裝置配置等操作。支持USB接口，直接可以插入U盤對裝置固件進行升級。并且裝置配有備用電池，如果遇到突發停電的情況，備用電池可以讓裝置繼續運行一段時間，及時保存數據防止丟失，并將事件等信息上送至遠程主站。

1.1 ?測量精度

裝置滿足在被監測額定電壓±20%的范圍內，電壓測量誤差不超過±0.5%;超出電壓誤差范圍為±20%，電壓測量誤差不超過±1%;在被監測額定電壓±20%范圍內，綜合測量誤差rc≤±0.5%。

1.2 ?時鐘精度

采用RTC時鐘芯片，配有獨立紐扣電池，可以讓RTC連續運行5年以上。時鐘保證在-20～+60℃的溫度范圍內，精度≤±1s/天。當裝置采用無線網絡校時，對時誤差小于1s;采用以太網校時，對時誤差小于10ms。

1.3 ?多種通信方式

支持GPRS、短信、紅外無線通信方式，也支持以太網、RS232串口等有線通信方式。用戶可以靈活地選擇適合的通信方式。

1.4 ?可靠性

裝置的平均無故障工作時間大于50000h，年可用率大于99.99%;裝置具備自測試、自診斷功能，配置了軟硬件雙重看門狗，一旦發生軟件運行紊亂或硬件異常，能在60s內重新復位，并不會丟失存儲的數據。

2 ?軟件設計

2.1 ?顯示功能

（1）電壓監測裝置可以顯示3路實時電壓值，刷新周期為2s;（2）可查詢整定的電壓上下限值、月統計結算日等數據;（3）可顯示裝置生產序列號以及通信地址、APN、IP地址、GPRS信號等通信信息;（4）顯示實時時間，包括年、月、日、時、分、秒;（5）可查詢最近256條告警事件信息;（6）可顯示按日或月統計的電壓合格率、合格累計時間、電壓越限率、最大最小值出現時刻等;（7）能夠執行和查看裝置自檢結果信息。

2.2 ?數據采集統計

（1）以1min作為一個統計單元，取0秒時刻開始的1min內U1s的均方根值，不足1min的值不進行統計計算;（2）電壓監測裝置按照整定電壓上、下限值，根據1min平均值，統計當前（小于1日）及上日的電壓監測總時間、電壓越上限累計時間、電壓越下限累計時間、電壓合格率、電壓越上限率、電壓越下限率、最大與最小電壓值及出現時刻;統計當月及上月的電壓監測總時間、電壓越上限累計時間、電壓越下限累計時間、電壓合格率、電壓越上限率、電壓越下限率、月平均電壓、最大與最小電壓值及出現時刻、停電次數及停電時間;（3）最大電壓和最小電壓為統計時段內1min電壓有效值的最大值和最小值，其時刻精確到分鐘，如2014年01月01日01時01分。

2.3 ?數據上送

電壓監測裝置支持通過以太網或GPRS網絡與電網服務器主站建立長連接，實時上送分鐘監測數據、事件和日、月統計信息。同時隨時響應主站的數據召喚，包括分鐘監測數據、統計數據、事件記錄、裝置參數配置信息等。

2.4 ?短信控制

部署安裝電壓監測裝置后需要對裝置參數進行初始化配置，確保裝置能正常與電網服務器主站連接，如果需要部署上千臺裝置，一臺一臺設備按鍵去操作配置，這將是一個浩大的工程，而且容易出錯。為了使在裝置與服務器主站通信成功之前，能快速、批量化地對裝置進行配置部署，以及方便以后維護修改，本電壓監測裝置設計了短信通信控制功能，其網絡拓撲如圖2所示。

本裝置采用的GPRS模塊支持短信收發功能，只要裝置上電、GPRS信號正常，就可以通過短信指令進行控制。

可以開啟電壓監測裝置異常事件短信通知功能，當監測點停電或者與主站連接異常時，可發送通知短信給綁定的監控手機，方便用戶快速定位解決問題。

短信協議指令設計如表1所示，短信格式設計如下：（1）獲取參數時發送“指令”字符串;（2）設置參數時發送“指令：參數值”字符串。

2.5 ?手機APP

由于電壓監測裝置可能部署很多臺，每一臺裝置都插有一張SIM卡，有一個獨立的手機號碼，因此需要對這些手機號碼進行集中管理。同時由于短信指令較多，難以記憶和編輯。本電壓監測裝置設計了手機APP，通過界面化的功能來對電壓監測裝置進行操作，用戶無需手動編輯短信指令，只需按APP界面操作即可發送對應的短信給裝置，并且將裝置回復的短信解析并呈現在APP界面中。手機APP支持批量導入和導出裝置手機號碼的功能，可以將號碼進行分區域管理，添加裝置位置等信息，同時可以對批量的電壓監測裝置發送短信進行操作。

電壓監測裝置手機APP主要功能如下：（1）裝置手機號管理。增刪查改設備綁定的手機號碼，可編輯手機號對應的設備名和地理位置等信息;支持從文件批量導入和導出手機號碼及相關信息;（2）查詢裝置實時電壓值。查詢電壓監測裝置三路實時電壓值，可手動刷新查詢，也可設置間隔時間自動查詢;（3）查詢裝置基本信息。可以發送一條短信同時查詢設備型號、軟件版本、硬件版本、通信規約版本、生產廠家、生產日期、出廠編號等基本信息;（4）查詢和配置裝置參數信息。手機APP界面分類列出所有設備可配置的參數，包括通信參數、電壓參數、統計參數、設備參數，用戶可以對某一類參數進行統一查詢和修改;（5）執行裝置維護功能。通過用戶點擊功能按鈕，執行裝置復位、清除統計數據、恢復出廠設置等操作。由于維護功能會影響到電壓監測裝置正常運行，需謹慎操作，因此設計了權限密碼，用戶只有輸入了正確的密碼，才能執行維護操作。

3 ?結 ?論

基于短信控制的智能電壓監測裝置不僅符合《DL/T 500-2009 電壓監測儀使用技術條件》電網招標要求，而且通過一部手機就能隨時隨地對電壓監測裝置進行完全的操控，更能滿足目前用戶的使用體驗。短信通信的加入，減少了用戶跑現場的次數，極大地節約了電壓監測裝置維護成本。

參考文獻：

[1] 何學農.現代電能質量測量技術 [M].北京：中國電力出版社，2016.

[2] 中華人民共和國國家能源局.DL/T 500-2009 電壓監測儀使用技術條件 [S].北京：中國電力出版社，2009.

作者簡介：敖俊成（1989.11-），男，漢族，四川廣安人，軟件工程師，本科，研究方向：嵌入式開發、電能質量;劉玉娥（1990.08-），女，漢族，甘肅張掖人，測試工程師，本科，研究方向：嵌入式測試、電能質量;劉海云（1991.04-），男，漢族，甘肅蘭州人，軟件工程師，本科，研究方向：嵌入式開發、電能質量。