嵌入式計算機在電力設備監測中的運用分析

許 鑫

國網福建省電力有限公司，福建 福州 350001

0 引言

隨著計算機技術的不斷發展和進步，將嵌入式計算機應用模式融入電力設備監測管理工作中具有重要的推廣價值，能在提升系統運行安全性的同時，完善電力設備監測監控模式，為設備檢測實用性水平的提升提供支撐。

1 嵌入式計算機概述

近年來，電力系統安全監控及控制儀器等方面的發展有著顯著變化，向著更加便攜、更多功能、更靈活的數據通信模式發展。并且，配合大容量數據存儲功能模式和友好的人機接口智能化模式，在提升應用效率的同時，建設出更加完整的系統運行框架。這需要嵌入式計算機系統作為關鍵技術支撐。嵌入式計算機本身配置處理能力和工作頻率較好的處理器，能實現多樣化的外接處理，確保匹配電力安全監控數字化發展的需求[1]。

嵌入式計算機主要分為4個基本層級。

（1）硬件層。作為嵌入式系統的基礎，能借助接口處理實現CPLD邏輯設計，并且能滿足操作系統內核和調度性要求。

（2）驅動層。主要是實現驅動程序的讀取和應用，利用數據結構算法、操作系統處理及編輯原理等就能實現任務的驅動控制。

（3）操作系統層。實現操作系統的移植和應用處理，并且能配合操作系統的應用標準維持操作的流暢性。

（4）應用層。實現編程接口函數調用處理工作。

2 嵌入式計算機在電力設備監測中的運用

2.1 在輸電線路舞動監控系統中的應用

對于電力設備管控工作，輸電線路的實時性監控和控制是非常關鍵的環節。基于嵌入式計算機系統完成輸電線路驅動監控，能更及時地發現線路的實際情況，減少閃絡、導線金屬部件受損、線路跳閘停電等問題，從根本上提高電力系統運行的可靠性，為綜合管控輸電線路提供保障。

（1）主要內容。借助GSM數據通信有效對輸電線路予以在線監測，配合導線舞動狀態的實時性在線遠程監控工作，就能對舞動幅度較大的狀態予以捕捉，然后向監控中心發送相應的警告信號。為了保證相應系統能發揮實際價值，要在實施軟件和硬件處理邏輯工作的同時完成指標的設定處理，配合先進的模塊化設計應用工序，最大限度地提高相關配置的應用靈活度，也為避免器件的相互干擾提供保障。

（2）整體架構和數據通信平臺。第一，在輸電線路桿塔的相應位置安裝匹配的采集終端和監控主站，從而及時獲取數據和信息，并且，應用公用移動通信網就能完成數據的傳輸和匯總。總體監控結構示意圖如圖1所示。為了準確完成導線在空中運動狀態的監測工作，利用GSM無線數據傳輸模塊，設置輸電線路采集終端和后臺接收中心。①輸電線路采集終端：采取太陽能電池板充電的方式，借助導線監控專用紅外攝像頭、內存SDRAM模塊及圖像處理模塊等，對相關信息進行實時性管控。②后臺接收中心：主要包括接收中心主機設備和數據管理軟件，幫助及時完成數據的匯總和分析。與此同時，配合基于太陽能的電源模塊，能在維持電源高效率的同時對多路電源予以逐次降壓處理，配合+12 V集成開關電源芯片，就能獲取相應的支持，3.3 V電源利用TPS76718QD就能完成電源電壓的實時性管理，實現系統主板運行的規范性。

圖1 總體監控結構示意圖

第二，在數據通信平臺的構建過程中，要結合時分多址技術，確保移動通信體制應用的規范性，匹配GSM數字蜂窩移動通信網的應用標準，建構更加合理的信息存儲和轉寄，并且維持實時性數據功能的應用，實現短信息業務的自動雙向傳遞。在平臺中，要應用串口控制SMS，采取串行異步通信接口，設定通信速度的同時，利用I2C總線擴展功能，在存儲數據的同時及時分析數據的特性，確保短信業務SMS能借助信令信道完成實時性傳輸。目前，我國市面上多數收集都支持GSM07.05規定的AT指令集，能實現對SMS的合理性控制，在指令發送和接收的過程中，單片機控制的GSM模塊就能對AT指令予以管理[2]。AT指令信息內容如表1所示。

表1 AT指令信息內容

（3）軟件設計和實現。應用線程結構，設定圖形界面接口響應模塊，利用采集圖像數據的方式，在完成采集后就能及時將消息發送到主線程中，完成圖形化顯示。具體而言，按照以下流程實現對應功能：①開啟程序，啟動主線程；②創建圖像化界面；③啟動數據采集線程；④打開初始化圖像采集設備；⑤打開設備評估初始化狀態；⑥采集圖像數據，并將圖像數據發送到主線程，啟動線程中識別算法，對線路予以識別和標注，并且顯示出捕捉到的輸電線路圖片，有效計算舞動角度；⑦若是舞動角度超出閾值或者大于設定的數值，就要按照指定通信協議完成AT指令串口寫入處理并發送GSM，若是未超出標準數值，則結束采集[3]。

2.2 在紫外內窺檢測系統中的應用

（1）基本原理。結合電氣設備的應用狀態可知，不同放電階段會產生不同的光譜放電現象，尤其是在電暈放電光譜中，紫外光譜段發光較為明顯。因此，通過檢測放點發出的紫外線，就能對放電情況的強弱予以實時性評估，確定設備運行的基本狀態，配合高靈敏度紫外傳感器，最大限度地提升安全隱患問題的預報效率，及時落實相應的控制機制，保障電力系統中相關設備運行的安全性。

（2）硬件及驅動。基于嵌入式技術和光電檢測技術，配合紫外放電檢測過程和內窺圖像重建過程，能有效完成相應數據的匯總和分析。在整個系統硬件結構中，工業內窺探頭、傳感器、嵌入式計算機、GPRS通信模塊都能發揮其實際作用。硬件及驅動原理如圖2所示。

圖2 硬件及驅動原理示意圖

（3）軟件設計和實現。結合工業內窺軟件控制系統，建立完整的多線程結構模式，在響應圖形界面戶接口信息的同時，配合數據采集線程，就能及時完成圖像數據和紫外放電檢測數據的匯總，及時建立圖形化顯示模式[4]。具體流程如下：①開啟程序并啟動主線程；②創建圖像化界面；③啟動數據采集線程；④開啟初始化圖像采集設備和紫外設備；⑤采集相關圖像數據并完成紫外放電檢測工作；⑥當圖像和紫外數據就緒時，則及時發送，確保主線程能獲取相關信息，并且進行HPEG圖像壓縮和黑白二值化后再壓縮[5]；⑦評估是否通過GPRS發送，若是利用其完成發送，就要保證數據能按照指定的通信協議加入AT指令串口內容中，若是不同，則結束采集。

3 結束語

總之，在電力設備監測工作中應用嵌入式計算機，能打造更加有效且安全的運行環境，配合紫外內窺檢測模式和舞動監測模式，就可及時發現異常情況并采取防控措施，提升電力設備監測能力，形成更加安全、高效的運行環境，為電力系統的可持續發展奠定堅實基礎。