本文設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了基于GPRS的GIS局部放電的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要任務(wù)是借助無線通信系統(tǒng),，將GIS局部放電的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與監(jiān)控中心計算機(jī)系統(tǒng)連接起來,，從而實(shí)現(xiàn)變電站現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸以及監(jiān)控中心對現(xiàn)場的監(jiān)控功能。

　　1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　局部放電的遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)分為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端,、GPRS通信模塊和監(jiān)控中心3部分,。由于局部放電脈沖所激發(fā)的電磁波的頻帶較寬，為了獲得比較豐富的信息,，本文采用自補(bǔ)結(jié)構(gòu)的超寬帶雙臂平面等角螺旋天線,，該天線在超高頻頻段具有非頻變特性，天線阻抗近似為50 Ω,，在寬頻帶內(nèi)很容易實(shí)現(xiàn)天線和傳輸線間的阻抗匹配,，避免了波形畸變。天線放置于GIS外部,，靠近GIS外殼和盆式絕緣子連接處,。信號傳輸線使用雙屏蔽電纜，屏蔽銅絲網(wǎng)多點(diǎn)接地,，避免信號在傳輸過程中引入干擾,。由于GIS中的局部放電信號極為微弱，信號在電纜中也有衰減,，因此,，采用高頻雙通道前置放大器，以提高信噪比,，放大器在300 MHz～1．6 GHz頻帶內(nèi)的增益大于25 dB?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端通過RS232接口傳輸數(shù)據(jù)給GPRS通信模塊；GPRS通信模塊通過GPRS網(wǎng)絡(luò)采用TCP／IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)現(xiàn)場采集終端和監(jiān)控中心上位機(jī)之間數(shù)據(jù)通信。監(jiān)控中心為整個監(jiān)控系統(tǒng)核心,，完成系統(tǒng)管理控制和數(shù)據(jù)匯總,、分析和處理數(shù)據(jù)，中心對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲處理,，同時也能發(fā)送控制指令和數(shù)據(jù)到現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端,。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端

　　現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端主要由信號獲取與處理和單片機(jī)系統(tǒng)組成?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集終端結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示,。主要信號處理電路、MCU,、實(shí)時時鐘,、E2PROM和RS232串口。

　　傳感器將測得的信號經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī),，經(jīng)單片232電平,，由TCP／IP協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊送入GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(以下簡稱GPRS模塊)中，這時,，該模塊中的信號已轉(zhuǎn)換為TCP／IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)信號,，再傳到GPRS網(wǎng)絡(luò)(GPRS網(wǎng)絡(luò)通過路由器與Internet相連)，最后將數(shù)據(jù)包發(fā)送到具有固定IP地址的監(jiān)控中心服務(wù)器端口,。MCU選用AT89S51單片機(jī),，其它組成部分大多數(shù)與單片機(jī)直接相連在其控制下工作。E2PROM存儲和RS232通訊與儀器測量數(shù)據(jù)相關(guān),，保存?zhèn)鬏斚到y(tǒng)參數(shù)和測量數(shù)據(jù),。實(shí)時時鐘芯片選用美國DALLAS公司推出的DS1302芯片，可以對年,、月,、日、周,、時、分,、秒自動計時,，且具有閏年補(bǔ)償功能，時鐘操作可通過AM／PM指示決定采用24或12小時格式,，工作電壓為2．5～5．5 V,。單片機(jī)讀取實(shí)時時鐘芯片，記錄各模擬量采集時的時刻,，以獲得GIS在對應(yīng)時間下局部放電的數(shù)據(jù),。控制器采用了ATMEL公司的AT89S51，這是一個低功耗,、高性能的8位單片機(jī),，片內(nèi)含4 kB ISP的可反復(fù)擦寫1 000次的Flash程序存儲器，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu),，可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案,。AT89S51具有如下特點(diǎn)：40個引腳；4 k B Hash片內(nèi)程序存儲器,；128 B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器(RAM),；32個外部雙向輸入／輸出(I／O)口；5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷,；2個16位可編程定時計數(shù)器：2個全雙工串行通信口,。

　　3 基于MC55的終端通信單元硬件設(shè)計

　　MC55模塊對外有兩個通信接口，一個通過RS232接口與主控MCU連接,，另一個利用GPRS模塊撥號登陸至GPRS網(wǎng)絡(luò),。兩個接口之間采用數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)發(fā)的透明機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集終端和GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián),。主站發(fā)送的數(shù)據(jù)通過天線進(jìn)入MC55模塊,，經(jīng)過TCP／IP協(xié)議解析提取有用數(shù)據(jù)，根據(jù)通信規(guī)約重新組幀發(fā)給MCU,，MCU響應(yīng)的數(shù)據(jù)經(jīng)過MC55模塊調(diào)制成GSM信號,，通過外部數(shù)據(jù)網(wǎng)以TCP／IP傳輸協(xié)議傳送至主站。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的核心是單片機(jī)與GPRS模塊之間的通信：首先定義通信協(xié)議,，并規(guī)定幀的格式,，再通過AT指令實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)附著并激活TCP數(shù)據(jù)鏈路，完成數(shù)據(jù)傳輸任務(wù),。單片機(jī)上電后,，系統(tǒng)對串口、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)初始化,，并通過AT指令對GPRS模塊初始化,，包括獲得IP地址、監(jiān)控中心計算機(jī)的IP地址以及檢查端口,、配置GPRS服務(wù)號碼等,。單片機(jī)通過循環(huán)方式采集電路的參數(shù)并存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，利用串口中斷程序判斷是否有來自GPRS模塊的數(shù)據(jù),。如果有,，就將數(shù)據(jù)發(fā)送到GPRS模塊，由內(nèi)置的TCP／IP協(xié)議進(jìn)行處理并發(fā)送,。GPRS終端通過GPRS模塊實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng)功能,。系統(tǒng)主程序流程如圖3所示,。

　　在對GPRS模塊控制時采用AT指令，AT指令集是從終端設(shè)備或數(shù)據(jù)終端設(shè)備向終端適配器或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備發(fā)送的,。GPRS指令是用于模塊連接到GPRS網(wǎng)絡(luò)上的指令,，通過這些指令可以設(shè)置模塊在連上INTERNET之前模塊的各種參數(shù)，AT+CGCONT用于設(shè)置模塊所附著的網(wǎng)絡(luò),。AT+ CGACT激活網(wǎng)絡(luò),。TCP／IP指令是用于應(yīng)用TCP／IP服務(wù)的指令，主要功能是通過GPRS網(wǎng)絡(luò)連接上INTERNET后建立建鏈接,，完成數(shù)據(jù)傳輸,。

　　5 監(jiān)控中心

　　監(jiān)控中心是整個監(jiān)控系統(tǒng)的核心，它在系統(tǒng)中所起的作用是系統(tǒng)管理控制和數(shù)據(jù)匯總,、分析和處理,。對于監(jiān)控單位來說，普通的服務(wù)器或P C機(jī)就能夠勝任監(jiān)控中心的全部工作,。服務(wù)器端軟件采用LabWindows／CVI作為設(shè)計平臺,。采用WinSock控件接收遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存到access數(shù)據(jù)庫中,。Microsoft提供的Winsock控件對用戶而言是不可見的,，用戶不需要了解TCP或底層Winsock API函數(shù)，通過設(shè)置Winsock控件的屬性和調(diào)用該控件的方法,，就可以很容易地連接到遠(yuǎn)程計算機(jī)并進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)交換,。Winsock創(chuàng)建服務(wù)器應(yīng)用程序，先設(shè)置一個本地端口(LocalPort屬性),，用Listen方法監(jiān)聽這個端口,，當(dāng)客戶機(jī)連接到該端口，就會發(fā)生ConnectionRequest事件,，調(diào)用Accept方法完成連接過程,。建立連接后，下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)過來時,，產(chǎn)生DataArrival事件,，調(diào)用GetData方法就可獲取數(shù)據(jù)。

　　6 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了GIS局部放電遠(yuǎn)程監(jiān)控,，節(jié)約了人力成本,。當(dāng)然，在進(jìn)行系統(tǒng)測試過程中,，發(fā)現(xiàn)仍有值得改進(jìn)之處，最明顯的問題就是對于移動運(yùn)營商提供的通信信道的要求較高,，在一些移動信號覆蓋較弱的區(qū)域,，可能出現(xiàn)無法登陸GPRS網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)象,。此外，基于TCP／IP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸過程中,，通雙方先握手建立可靠連接,，這造成傳輸數(shù)據(jù)時出現(xiàn)明顯的延時，系統(tǒng)實(shí)時性降低,。對于實(shí)時性要求較高的系統(tǒng)而言,，可以考慮采用U D P協(xié)議進(jìn)行傳輸，省去通信雙方建立可靠連接的過程,，但要求數(shù)據(jù)傳輸格式更加嚴(yán)格,，編寫程序更加完整。通過這套系統(tǒng)可以建立起實(shí)用性強(qiáng),、覆蓋面廣,、實(shí)時性好、靈活性好的GIS局部放電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),，已在測試過程中取得良好效果,，運(yùn)行穩(wěn)定。隨著數(shù)字變電站技術(shù)的不斷發(fā)展和GPRS網(wǎng)絡(luò)的不斷完善,，該系統(tǒng)將有更廣闊的前景,。