基于GPRS的电力远动通道监控系统硬件设计

本 科 毕 业 论 文 论文题目：基于GPRS的电力远动通道监控系统硬件设计摘 要GPRS是通用分组无线服务技术General Packet Radio Service的简称,它是GSM移动用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的延续。在GPRS系统中采用的就是分组通信技术,用户在数据通信过程并不固定占用无线信道,因此对信道资源能够更合理地应用。 故应用GPRS系统设计一款电力远动通道监控系统可也有效提高日常应用效率。当电力远动通道发生故障时,一般很难及时有效地指出发生故障的位置并加以处理,这就要求对电力远动通道进行实时监控,以保证电力调度的正常进行目前,电力远动通道监控系统的结构大致分为下位机、上位机和通信信道三部分文献中的通信信道采用的是有线方式,这种系统结构简单、实用性强,但是利用有线方式传输数据受覆盖围限制,而且遇到自然灾害,不能保证可靠的通信在此基础上,有人设计了基于GSM无线方式的监控系统,可以有效地避免由有线方式带来的问题但是GSM 通信的速率比较低,不能很好地满足监控的实时性要求GPRS具有传输速率高、实时在线、覆盖围广、按流量计费等特点,不仅可以满足远动通道监控系统的实时性要求,而且成本低、可靠性高因此,本文将设计基于GPRS电力远动通道监控系统硬件的设计关键词：单片机；电力监控系统；GPRSAbstractGPRS is General Packet Radio Service technology , it is GSM mobile phone users available a mobile data services. GPRS is GSM continue. The system by the GPRS is grouping communications technology, users in data communication process does not occupy a radio channel, therefore fixed to channel resources can more reasonably applications. So application of a power system design of GPRS dynamic channel monitoring system can far also effectively improve daily application efficiency. The documents of the communication channel, this system is cable way of simple structure, practical strong, but by data transmission using cable way coverage limits, and meet natural disasters, cannot assure reliable communications. On this basis, some design based on GSM of wireless monitoring system, can effectively avoid problems caused by cable way. But the rate of GSM is lower, not good enough to meet the monitor real-time. GPRS has transmission rate high, real-time online, according to flow bestrow scope, etc, can not only charged far dynamic channel monitoring system meets real-time, and low cost, high reliability. Therefore, this article will design based on GPRS power far dynamic channel monitoring system hardware design. Keywords: SCM; Power monitoring systems; GPRS 目 录前 言11 电力系统远动终端RTU系统31.1 系统逻辑拓扑结构31.2 信号测量模块41.3 通信主控模块42 GPRS的特点即在日常生活中的应用52.1 GPRS 概述52.2 GPRS 的技术特点62.3 GPRS系统的网络拓扑结构73 GPRS 电力远动通道监控系统的硬件系统73.1 单片机83.1.1 单片机简介83.1.2 单片机工作过程103.1.3 单片机的基本结构103.1.4 单片机应用113.2 系统总体结构的设计133.3 终端机的硬件设计143.4 GPRS无线模块14总 结15参 考 文 献16致 17前 言 随着电网的不断发展,无人值守变电站的不断增多,电网运行对自动化控制的要求越来越高,因此提高远动通道的运行管理显得尤为重要。目前的远动通信网络的拓扑结构,主要还是采用星型结构的方式,电路的迂回转接较为困难,从而使电路的安全性保障有限,从长期的运行实际看,由于各专线延伸的长度长,转接环节较多,使得电路的故障点较多,为电路故障的及时排查,以及及时恢复电路都增加了困难,尤其是远动通信电路。由于远动信息对通信电路的传输质量要求较高,且涉及到远动RTU 设备等环节,使远动电路故障的及时排查困难较多。因此建设一套远动通道故障监测系统,对远动通道进行有效的实时分析、监控,保障远动通道系统的畅通,是很有必要的。在远动电力监控系统领域中,专家们通常将其服务划分为三类：语音、视频和数据。数据远动通信是指使用电信号在计算机设备之间在一定距离上交换经过编码的信息。在信息化的进程中,通信的重要性已越来越被人们所认识,计算机与通信技术的不断发展,极促进了工业领域及其它领域的自动化和信息化的发展。以前在工业领域主要是针对于生产过程分布围不大、相距不远的场合,大多采用由单片机构成的数据处理系统和PC机通过串行口构成的微机系统,这些系统大多采用RS232、RS485、有线MODEM或以太网的通信方式,虽然经济实用,但是采用有线的数据传输方式,在很大程度上限制了应用场合的发展。随着企业生产规模不断扩大,不同的生产部门可能在地域上分布极广、相距遥远,可达几十、几百甚至上千公里,如石油、铁路、采矿和电力等,这些部门要对相距遥远的生产过程进行数据传输,如果还是沿用有线的传输方式,则在技术上和经济上都是不可取的。必须采用专门的措施来克服相距遥远造成的困难,所以采用无线的方式来进行远程数据传输的需求就日益突出了拉。远程监控是国外研究的前沿课题,国外都展开了积极的研究。1997年1月,首届基于Intemet的远程监控诊断工作会议由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办,有来自30个公司和研究机构的50多位代表到会。会议主要讨论了有关远程监控系统开放式体系、诊断信息规程、传输协议及对用户的合法限制等,并对未来技术发展作了展望。国对于远程监控技术也开展了积极的研究。目前,交大、华中科技大学、工业大学、理工大学等高校已取得了较为先进的研究成果,如交通大学研制的大型旋转机械计算机状态监测系统及故障诊断系统RMMD、华中科技大学开发的汽轮机工况监测和诊断系统KBGMD、工业大学的微计算机化机组状态监视与故障诊断专家系统MMMDES等。目前的远程监控系统结构大多比较复杂,分布距离远,而且还存在着不同局域网,不同平台,甚至在同一局域网中的操作平台以及编程语言也可能有不同的问题,这就要求集成网络中的不同平台,实现相互之间的通信,而这些问题采用传统方法是难以解决的。对于基于无线网络的远程传输系统,传输时间是决定系统传输效率的主要的因素,因而必须合理有效的设计和选择一定的网络传输协议,以达到缩短总的消耗时间的目的,从而改善系统的传输效率。而传输系统的可靠性取决于传输介质与传输方式等因素。另外,基于网络的远程数据传输通常要通过大型的公共网络传输数据包,而数据包在传输过程中可能会遭受被窃听、篡改或受重播攻击等威胁,因此安全问题也不可忽视。力远动终端RTu系统是电力调度自动化系统的核心部分是计算机、数据信息通信、状态自动检测等技术相互协调配合形成的能够对电力供配电各环符进行实时监视和控制的综合智能操作系统。在分析电力特性参数测苗和计算方法的基础匕对电力远动终端RTU系统的拓扑结构进行详细的分析总结。电力远动终端RTU大大提高电力系统自动化调度与管理水平,保障供配电系统高效稳定的运行。电力系统远动终端把电网中分布在不同区域的发电厂、输电线路、变电站等联合成一个有机整体,进行统一的电力生产和调度分配电力系统调度运行中心可以实时根据系统中电力负荷特性动态调节各发电厂、各分支线路、各终端变配电设备的运行工况,以统一调度实现电力系统高效经济的运行,达到无人值守的综合自动化调度运行的目的。远动终端RTU应用数据信号远程通信监控技术实日t对电力系统中各运行电气设备的运行状态和丁况特性进行动态监视和操控,实现电力系统调度中心对电气设备进行遥信、遥测、遥控、遥调的四遥功能。1 电力系统远动终端RTU系统1.1 系统逻辑拓扑结构 为了实现对电力系统中各电气设备的状态和运行工况特性的实时监测和控制需要将现场电气设备的状态信号和控制信号通过信号测最模块按照交流测量方法进行分析转换后形成对应的信号数据,然后经过数据通信通道传输到远方的调度中,便于调度运行管理人员进行统一电能分配调度。其基本的逻辑工作拓扑结构如图1所示： 图1 电力远动终端RTU逻辑拓扑结构1.2 信号测量模块 从图l 可知,信号测量模块主要对电力系统中各现地单元进行实时信号的采集。并通过检测模块部的DSP数据处理单元按照前面所述的交流采样信号转换关系转换成系统实时的电参量数据信息。信号测量模块还可以将远方调度中心发出的调度命令转换成对应的控制信号直接作用在各执行机构上完成对现地电气设备的远程控制。1.3 通信主控模块 从RTU总体设计的要求考虑,可以把通信主控模块分为CAN总线接口、并串数据转换、町视化人机互通界面、掉电数据保存等多个部分,其具体逻辑结构如图2所示：DSPRS232并-串数据转换 CNA 收发器CAN总线RS123 数据 存储RS485备用接口人机界面CPLD 图2 通信主控模块逻辑拓扑结构1CAN总线接口。 CAN总线是电力系统远动终端BTU进行数据信息通信的主干网络,采用分散分布逻辑拓扑结构可以实时采集安装在不同位置电气设备的动态信息。CAN总线接口主要实现通信主控模块与-CAN总线进行实时通信获得远程信号测量模块所采集到的实时信号数据,并经部DSP数据处理单元转换成对应的数据信号传输给远方调度中心,供运行人员制定相应的调度计划。2) 并一串数据转换。 电力系统所采集到的实时信号需要通过并一串数据转换单元将各类数据信息转换成计算机能够识别的数据,然后供超远距离或有部局域网,可采用网络传输方式,通过网络传输线传输监控视频信号和控制信号,利用网络监控软件对躲控信号进行监控,但由于受网络带宽和视频压缩比的限制,图像效果难于确保。监控点多、点位分散、传输距离较近的厂矿,由于存在较严重的干扰源,宜采用一线通传输方式。这样,可大大减少电缆使用量,节约经费开支。监控点较多且分散、传输距离远、具有相对独立性的室外监控系统,考虑其室外特点,气候、环境复杂、易遭雷击等受外界影响较大,宜选用光缆传输方式。2 GPRS的特点即在日常生活中的应用2.1 GPRS 概述 GPRS 全称为通用分组无线业务 , 是欧洲电信标准化组织 在GSM系统的基础上制定的一套移动数据通信技术标准, 2000 年以后, 该技术的标准化工作被转移到3GPP。GPRS 在基站子系统定义了专用的分组信道, 采用了新的编码方式, 提高了空中接口的数据传输速率; 在核心网部分引入了分组域, 采用了分组交换的方式, 突破了电路交换网64 kbit/ s 的限制。GPRS 对原有GSM系统作了如下改造。 基站子系统 部分 增加了一个分组控制单元 模块,并对原有GSM基站子系统进行了软件升级。 网络子系统 部分 增加了服务GPRS 支持节点 和网关GPRS 支持节点 两个主要的网元, 并对HLR 进行升级以支持Gi 和Gc 接口,对MSC / VLR 进行软件升级以支持Gs接口, 以及对短信息中心进行软件升级以支持Gd 接口。GPRS 系统在现有GSM系统的基础之上平滑升级,投资相对较少, 能够快速实现全网覆盖; 其无线网络规划与GSM基本相同, 只需对某些无线参数进行调整, 有利于GSM运营商在短时间完成网络优化。对于GSM运营商来说,引入GPRS 意义重大,主要有以下几点:增强了GSM系统的数据通信能力, 为引入丰富多彩的移动数据业务创造了条件;培养了移动数据业务市场, 为3G数据业务做好充分的准备;可在移动数据业务的市场营销、用户模型、客户服务以及运行维护等方面积累经验。2.2 GPRS 的技术特点 GPRS 针对数据通信的特性对无线部分进行了改造,提高了无线资源的利用率; 在核心网部分吸纳了GSM和IP 技术的精华, 使其既保留了良好的移动性, 又具备了IP的灵活性。 数据传输速率高,自适应能力强 GPRS 技术在空中接口采用4 种编码方案 。且一个终端同时最多可占用8个分组信道,使GPRS 速率理论上最高可达到171. 2 kbit/ s 。针对不同的无线网络环境, GPRS系统可根据特定的算法选择合适的编码方案,具有良好的自适应能力。例如在无线条件很好的情况下, 选择纠错位少的CS- 3 和CS- 4可以降低传输开销, 提高数据传输速率; 在网络条件较差的情况下, 选择纠错位多的CS - 1 和CS - 2 可以降低因误码引起的重传,防止系统性能的劣化。 无线资源利用效率高 GPRS在空中接口采用了新的无线资源管理技术, 用户只有在数据传送时才能获得无线信道, 在数据传送完毕后释放信道资源, 供其他用户使用, 这样不仅实现了分组信道的多用户间分时共享, 而且还大大提高了无线资源的利用率。GPRS还定义了可切换的分组信道, 这种信道在语音信道不足的情况下可转换为语音信道, 在语音业务空闲时可作为分组信道使用, 实现了语音业务和分组业务间的信道共享,资源利用率得到进一步提高。 连接建立时间短 GPRS用户与外部数据网建立连接的过程称为PDP上下文激活过程, 该过程主要是在SGSN和GGSN中建立用户的PDP上下文数据。与电路数据的拨号连接建立过程相比, 其信令交互过程大为简化, 在无线和固定网络质量比较良好的条件下,该过程所需的时间一般在11. 25 s。 收费方式更为合理,可实现用户永远在线 无数据传输时, 也就无信道占用, 适合实施基于流量的计费,使用户可以保持永远在线而不必缴费。2.3 GPRS系统的网络拓扑结构系统的网络拓扑结构图如图3所示。 图 3 GPRS系统的网络拓扑结构图 图 2 GPRS系统的网络拓扑结构图 图 3 GPRS系统的网络拓扑结构图 3 GPRS 电力远动通道监控系统的硬件系统3.1 单片机3.1.1 单片机简介 单片微型计算机简称单片机,是典型的嵌入式微控制器Microcontroller Unit,常用英文字母的缩写MCU表示单片机,它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用,为使更多的业人士、学生、爱好者,产品开发人员掌握单片机这门技术,于是产生单片机开发板,比较有名的例如电子人DZR-01A单片机开发板。单片机由芯片仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中,使计算机系统更小,更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器,从此以后,单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031,因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了16位单片机,但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90年代后随着消费电子产品大发展,单片机技术得到了巨大提高。随着INTEL i960系列特别是后来的ARM系列的广泛应用,32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位,并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高,处理能力比起80年代提高了数百倍。目前,高端的32位单片机主频已经超过300MHz,性能直追90年代中期的专用处理器,而普通的型号出厂价格跌落至1美元,最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用,大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统,因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机,复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和,甚至比人类的数量还要多。 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机,和计算机相比,单片机只缺少了I/O设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时,学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机部也用和电脑功能类似的模块,比如CPU,存,并行总线,还有和硬盘作用相同的存储器件,不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多,不过价钱也是低的,一般不超过10元即可用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影。它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机,在线式就是现场控制,需要的是有较强的抗干扰能力,较低的成本,这也是和离线式计算机的比如家用PC的主要区别。 单片机是靠程序运行的,并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能,尤其是特殊的独特的一些功能,这是别的器件需要费很大力气才能做到的,有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列,或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话,电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机,结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写的程序可以实现高智能,高效率,以及高可靠性！ 由于单片机对成本是敏感的,所以目前占统治地位的软件还是最低级汇编语言,它是除了二进制机器码以上最低级的语言了,既然这么低级为什么还要用呢？很多高级的语言已经达到了可视化编程的水平为什么不用呢？原因很简单,就是单片机没有家用计算机那样的CPU,也没有像硬盘那样的海量存储设备。一个可视化高级语言编写的小程序里面即使只有一个按钮,也会达到几十K的尺寸！对于家用PC的硬盘来讲没什么,可是对于单片机来讲是不能接受的。单片机在硬件资源方面的利用率必须很高才行,所以汇编虽然原始却还是在大量使用。一样的道理,如果把巨型计算机上的操作系统和应用软件拿到家用PC上来运行,家用PC的也是承受不了的。 可以说,二十世纪跨越了三个电的时代,即电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过,这种电脑,通常是指个人计算机,简称PC机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机,大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机亦称微控制器。顾名思义,这种计算机的最小系统只用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。因为它体积小,通常都藏在被控机械的肚子里。它在整个装置中,起着有如人类头脑的作用,它出了毛病,整个装置就瘫痪了。现在,这种单片机的使用领域已十分广泛,如智能仪表、实时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机,就能起到使产品升级换代的功效,常在产品名称前冠以形容词智能型,如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品,不是电路太复杂,就是功能太简单且极易被仿制。究其原因,可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。 3.1.2 单片机工作过程单片机自动完成赋予它的任务的过程,也就是单片机执行程序的过程,即一条条执行的指令的过程,所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来,这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的,一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令,就是该单片机的指令系统,不同种类的单片机,其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务,必须把要解决的问题编成一系列指令这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令,这一系列指令的集合就成为程序,程序需要预先存放在具有存储功能的部件存储器中。存储器由许多存储单元最小的存储单位组成,就像大楼房有许多房间组成一样,指令就存放在这些单元里,单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样,每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号,该地址号称为存储单元的地址,这样只要知道了存储单元的地址,就可以找到这个存储单元,其中存储的指令就可以被取出,然后再被执行。 程序通常是顺序执行的,所以程序中的指令也是一条条顺序存放的,单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行,必须有一个部件能追踪指令所在的地址,这一部件就是程序计数器PC包含在CPU中,在开始执行程序时,给PC赋以程序中第一条指令所在的地址,然后取得每一条要执行的命令,PC之中的容就会自动增加,增加量由本条指令长度决定,可能是1、2或3,以指向下一条指令的起始地址,保证指令顺序执行。 3.1.3 单片机的基本结构 单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。 1起初模型SCM即单片微型计算机Single Chip Microcomputer阶段,主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。创新模式获得成功,奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上,Intel公司功不可没。图4单片机起初模型MCU即微控制器Micro Controller Unit阶段,主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时,对象系统要求的各种外围电路与接口电路,突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关,因此,发展MCU的重任不可避免地落在电气厂家。从这一角度来看,Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面,最著名的厂家当数Philips公司。Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势,将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此,当我们回顾嵌入式系统发展道路时,不要忘记Intel和Philips的历史功绩。 2嵌入式系统单片机是嵌入式系统的独立发展之路,向MCU阶段发展的重要因素,就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此,专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展,基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此,对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。 3.1.4 单片机应用目前单片机渗透到我们生活的各个领域,几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置,飞机上各种仪表的控制,计算机的网络通讯与数据传输,工业自动化过程的实时控制和数据处理,广泛使用的各种智能IC卡,民用豪华轿车的安全保障系统,录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制,以及程控玩具、电子宠物等等,这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此,单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个畴；1 在智能仪器仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如精密的测量设备功率计,示波器,各种分析仪。 2在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。例如工厂流水线的智能化管 理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。 3在家用电器中的应用 可以这样说,现在的家用电器基本上都采用了单片机控制,从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备,五花八门,无所不在。 4在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制,从手机,机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动,集群移动通信,无线电对讲机等。 5单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 6） 在各种大型电器中的模块化应用 某些专用单片机设计用于实现特定功能,从而在各种电路中进行模块化应用,而不要求使用人员了解其部结构。如音乐集成单片机,看似简单的功能,微缩在纯电子芯片中有别于磁带机的原理,就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中类似于ROM,由微控制器读出,转化为模拟音乐电信号类似于声卡。在大型电路中,这种模块化应用极缩小了体积,简化了电路,降低了损坏、错误率,也方便于更换。 7单片机在汽车设备领域中的应用 单片机在汽车电子中的应用非常广泛,例如汽车中的发动机控制器,基于CAN总线的汽车发动机智能电子控制器,GPS导航系统,abs防抱死系统,制动系统等等。此外,单片机在工商,金融,科研、教育,国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。3.2 系统总体结构的设计电力远动监控系统是以通信网络为基础完成对现场运行电网的数据采集、传输与远程监测控制,因此通信技术起着极其重要的作用。GPRS以其无线方式、传输距离远、实时性和可靠性好、成本相对较低等特点在现有的数据传输方式中具有比较优势,因此本系统采用GPRS方式。本系统是要设计一个智能可视化的高压电网远程监控与控制系统,主要由采集控制模块、GPRS模块、传输网络、监控中心组成。此外在采集控制部分和监控中心都用该包含相应的数据管理模块,来实现对参数的检测和管理。同时监测终端实现电量数据采集,并通过GPRS无线通信与监控中心连接,并将电量数据上传。系统总体设计原理图如图3所示:图5 总体设计原理图本系统包括主站系统、监控终端和GPRS模块三个部分。因此功能也分为三部分：即监控中心的功能、监控终端功能和GPRS模块功能。监控终端：监控终端的功能是指对电网的监视和控制能力,就是电网监视与控制系统中安装在变电站的一种远动装置。主要采集所在变电站表征电力系统运行状态的模拟量和状态量,监视并向监控中心传送这些模拟量和状态量,执行调度中心发往所在变电站的控制和调节命令。监控中心：从电力系统收集到的信息,经过计算机加工处理后,通过各种显示装置反馈给运行人员。运行人员根据这些信息,做出各类决策后,再通过键盘、鼠标等操作手段,对电力系统进行控制。同时能够在屏幕上显示电力系统的运行状态,并能动态地显示断路器的合、断位置。GPRS模块：登入GPRS网络,获得动态IP,建立无线终端与网络服务器之间的TCP连接,实现数据双向传输。3.3 终端机的硬件设计根据终端机硬件要实现的功能,采用模块化思想设计了硬件结构框图如图3所示,将传感器采集到的参数送入各自的信号调理单元进行耦合、滤波、放大等前期调理调理后的模拟信号一路进入单片机的AD转换器进行电平数据处理和判决,另一路进入单片机输入捕获进行频率及数据处理和判决,开关量信号送人单片机的IO端口由于检测参数较多,所以单片机采用定时循环方式采集各参数采集到的数据经单片机处理后,如果有异常情况则通过嵌入在GPRS的TCPIP协议栈打包处理,再由GPRS模块将报警数据传输到GPRS网络图6 终端机硬件结构框图3.4 GPRS无线模块GPRS无线模块采用Wavecom 公司的WISM0 QuikQ2406B该模块工作频带为双频EGSM 900GSM 1 800 MHz或GSM850GSM l 900 MHz,可以提供语音、数据、和短信等服务功能,工作电压3345 V模块基带部分嵌了GSMGPRS协议栈,GPRS模块与单片机的连接如图7所示.图 7 GPRS模块连接图总 结本文主要研究在远动中实现无线远程视频监控技术,提出了基于GPRS的远程视频监视技术研究的思路和方案,并选择GPRS 网络进行实验。搭建了一个点对点的双机通信实验系统, 解决在GPRS 网络传输速率有限的情况下进行视频传输, 实现正常监视的问题。使用了单片机作为硬件操控系统。同时采用降低象素、减小帧的发送速度等方法, 使视频得以传输。采用M PEG4 优化算法, 在视频图像失真尽量小的情况下, 达到对视频的更大的压缩比。编写了专用程序对GPRS 网络进行了测试, 并讨论了改善系统实时性和可靠性的方法。整个系统的测试结果表明, 系统的功能、实时性、可靠性等基本可以满足要求。参 考 文 献1.卢新波,侯思祖基于GPRS的配网自动化系统性能分析电力系统通信.2006.2.明富基于GSM/GPRS的变电站遥控系统电力自动化设备.2006.3.永健.电网监控与调度自动化M.:中国电力,2007.4.金 香,鲁 毅,建军,吴鸿业,桂香,邢 茹. 基于GPRS电力远动通道监控系统设计. 师大学学报. 2010.5.程明,金明,建英无人值班变电站监控技术：中国电力.1999.6.惠宇,罗小莉一种基于GPRS的配电自动化系统方案电力系统自动化.2003.7.宗慧周路明远动通道监测系统的设计工程学院学报. 2001.8.唐述宏,季涛,宋红梅基于GPRS技术的配电线路故障自动定位系统电力自动化设备. 2006.9.王善祥,钢,周劭亮.新型保护测控及电能质量一体化装置J.电力系统自动化,2005,29:25-27.致 经过将近三个月的努力,本次毕业论文终于接近尾声,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促指导,以及一起工作的同学们的支持,想要完成这个论文是难以想象的。 在这里首先要感我的导师金香老师。金香老师平日里工作繁多,但在我做毕业论文的每个阶段,从外出实习到查阅资料,设计草案的确定和修改,中期检查,后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的论文较为复杂烦琐,但是金香老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了金香老师的专业水平外,她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。 然后还要感大学四年来所有的老师,同时还要感所有的同学们,正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业论文才会顺利完成。 最后感物理科学与技术学院和我的母校师学院四年来对我的大力栽培。即将毕业,最想说的一句话：老师,辛苦了！19 / 19