应用于配电线路的语音报警系统,本文是配电线路有关毕业论文模板范文与语音报警系统和配电和线路相关在职毕业论文范文.
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【摘 要】 在配电线路上进行带电作业检修存在安全操作距离难以把握的问题,配电设备上安装带有距离测量功能的语音报警装置能够有效解决这个问题.设计了基于LoRa 技术和GPRS 技术的无线语音报警系统,能够在作业人员进行配电线路检修时语音提醒所处安全范围,防止进入高压电场而导致触电事故,同时记录维护人员的活动并通过无线网关上传至主站,协助带电作业的管理.在非检修状态时,提供因动物活动而导致线路短路的证据,协助短路故障排查.设备自身电压较低时,发送短信通知管理人员进行设备检修.
实验结果表明,语音报警系统实现了测量、自检、通信一体化.
【关键字】 带电作业 报警系统 LoRa GPRS
一、引言
近年来,电力系统的发展趋向于智能化和信息化,作为电力系统中的重要组成部分,配电线路连接了电网与用户,并向用户提供用电,其安全与维护问题直接影响到人们的生产生活.
为了保证配电线路的安全运行,作业人员需要穿戴导电鞋服和使用绝缘工具来进行带电作业,实施线路检查和故障排除,但伴随着检修活动而带来的危险,如进入高压电场不能忽视的,必须保持在安全距离以外[1].因此提高作业人员作业的安全性和故障排除效率是非常有必要的.
本文针对配电系统中存在的安全问题进行了分析,认为现有的带电作业仍存在安全距离把握难的问题,使用能够探测安全距离的语音报警设备来协助带电作业人员进行安全作业能够解决这个问题,将整个活动过程记录,通过数据上传的形式,管理人员能够在线监测维护活动.
在非检修状态时,由动物或人的活动引起的短路故障排查也比较复杂.报警设备通过动态记录配电线路上活动的鸟类或者人的信息,在线上传数据,辅助进行触电事故报警和短路故障排查.
为了作业人员更方便的控制报警设备,系统提供了基于Android 手机的可视化操作界面和无线控制功能.
本文设计了一种基于嵌入式技术和无线通信技术的语音报警系统,以μc/OS-II 为系统平台[2],进行模块化设计；结合LoRa 调制技术[3]、蓝牙技术,提高了设备管理的安全性和效率,具有良好的社会效益.
二、系统概述
本系统采用模块化设计,由无线语音报警模块、网关模块、Android 模块、上位机模块四部分组成.
语音报警系统通过监测配电线路,对靠近线路的维护人员进行多级安全距离[4] 语音警示.报警装置将测量数据通过LoRa 网络上传数据至子站网关,子站网关使用GPRS 模块进行转发.
主站的上位机与子站网关建立TCP 连接[5],获取系统内所有报警设备的报警信息和状态信息,并对部分报警设备添加地址信息来协助定位线路故障.终端报警设备与主站通信符和IEC60870-5-104 规约[6-7].系统配备蓝牙模块,维护人员在带电作业时,能够使用Android 手机对报警设备进行无线操作,根据特定的配电线路更改安全距离参数,开关语音提示等.
三、各模块软硬件设计3.1 语音报警模块
语音报警模块需要实现多级安全距离报警和事件上报的功能,配合Android 手机和远程上位机.
3.1.1 语音报警模块硬件设计
报警装置的主控芯片采用STM32L151C8.配合HCSR501红外模块[8]、RCW-0006 超声波测距模块[9]、OTP 语音芯片实现语音报警功能[10].通过基于无线通信低中频收发器SX1278 芯片的AS32_TTL_100 模块实现LoRa 组网[11].
3.1.2 报警模块软件设计
报警模块采用μC/OSII 系统,基于任务划分进行程序设计.启动后进行外设初始化,配置LoRa 模块,设置通信信道、空中速率等参数与网关一致.随后打开红外模块,若检测到有人,则启动测距,根据测距值设备判断对应的安全距离等级,并启动对应的报警通信动作.若装置收到指令,则MCU 处理对应的指令数据并反馈信息给远程主机或安卓手机.当装置在一定时间内没有检测到任何外部信息,则会进入低功耗模式.
3.2 网关模块
网关与报警设备通过LoRa 网络连接,与上位机通过GPRS 网络建立TCP 长连接.通过加入心跳包机制,网关为上行/ 下行数据的传输提供可靠保证.
3.2.1 网关硬件设计
本系统网关的远程通信采用SIM800L 系列模块.该模块基于GPRS 通信技术,内部集成TCP/IP 协议栈,通过AT 指令集进行控制.
STM32 单片机通过串口与模块进行通信,可以实现区域LoRa 网络与GPRS 网络的连接,并且通过GPRS 网络与接入互联网的主站主机连接,管理中心就能够获取各个报警装置的警报信息,发送指令给各个报警装置.
3.2.2 网关软件设计
在系统启动后,网关首先进行外设初始化,配置LoRa模块的工作模式、通信频段、模块地址、空中速率等,接下来会读取远程主机IP 和端口号,网关通过GPRS 附着到网络上,与远程上位机建立TCP 长连接,并激活心跳功能[12],随后进行数据的转发.
3.3 Android 模块
运行安装在Android 手机上的APP 能够主动控制蓝牙与报警装置进行一对一无线连接[13],也能够进行信息的交互,实现报警装置的基本信息显示、语音开关、参数修改这几个功能.
Android 客户端开发基于GATT 应用框架,该框架提供了与蓝牙设备交互的功能接口.用户打开APP 进入主界面,客户端自动连接蓝牙,连接成功后发送查询指令,获取报警设备基本信息.
获取数据后,首先进行分包处理,利用自定义协议解析数据包,获取报警设备的地址、锂电池电压、充电电压、警戒值等信息.
3.4 上位机模块
上位机模块需要显示网络内所有设备的信息和事件,查询区域内网关工作状态.配合网关的心跳功能,保证长连接的可靠性,同时进行数据的解析和显示、管理指令的发送.
上位机程序使用MFC 进行开发[14],基于C/S 模式,上位机与网关通过Socket 类进行TCP 通信[15].程序使用MFCCasyncSocket 类实现客户端- 服务器的实时异步双向通信.
系统启动后,通过创建监听的socket 类来及时响应网关的连接请求.
当TCP 连接建立后,将网关的信息保存在一个socket 中.随后接收网关发送的数据,解析并显示在界面上.当出现意外断开的情况,则删除失去连接的网关信息.
四、结束语
随着电力发展的数字化和信息化,配电系统自动化显得日益重要,将物联网技术应用到配电系统中,搭建配电通信网络具有积极的意义.本文设计的语音报警系统经测试后,系统运行正常,符和预期要求,但系统仍有提升空间,如增加对配电设备的信息采集种类来增加排查信息、提高网络容量和网络安全性等.
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