鄧帥　舒日高　張志富　羅濤

摘 要：本文介紹了一套基于POE技術(shù)的變電站綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)采用視頻監(jiān)控技術(shù)、環(huán)境溫濕度、煙霧濃度監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)門窗和排氣設(shè)備控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)綜合監(jiān)控與設(shè)備控制，確保變電站內(nèi)設(shè)備安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：變電站；視頻監(jiān)控；環(huán)境參數(shù)監(jiān)控；門窗控制

1、概述

變電站是電網(wǎng)的核心環(huán)節(jié)，擔(dān)負(fù)著所在區(qū)域的供電任務(wù)。但變電站具有數(shù)目巨大，地域分布廣且很多地處人煙稀少區(qū)域的特點(diǎn)，給維護(hù)管理帶來(lái)了諸多不便。少人或無(wú)人值守模式初期，針對(duì)無(wú)人變電站的盜竊案件時(shí)有發(fā)生，由變電站帶電設(shè)備引發(fā)的火災(zāi)也屢見不鮮，防盜、防火成了變電站安全工作的重中之重。

針對(duì)無(wú)人值守變電站中存在的問(wèn)題，基于當(dāng)今快速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合傳感器網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)通信等，設(shè)計(jì)一套基于POE技術(shù)的變電站綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、火災(zāi)報(bào)警、門禁管理與通風(fēng)設(shè)備控制，有效監(jiān)控變電站內(nèi)各種信息，確保變電站內(nèi)設(shè)備安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

2、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)由POE單元、主控單元、視頻監(jiān)控單元、人員活動(dòng)監(jiān)測(cè)單元、環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)、煙霧濃度監(jiān)控、排氣風(fēng)機(jī)控制和報(bào)警單元組成。因系統(tǒng)采用POE供電技術(shù)，系統(tǒng)安裝時(shí)無(wú)需專門鋪設(shè)電源線，使用一根網(wǎng)線即可完成數(shù)據(jù)傳輸與電源供給功能。監(jiān)控主機(jī)功能結(jié)構(gòu)如下圖1所示：

2.1 POE單元

電源設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，電源設(shè)計(jì)的好壞直接影響著終端設(shè)備能否實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。因此，系統(tǒng)采用較為成熟可靠的設(shè)計(jì)電路，作為本終端設(shè)備電源供電與電源管理單元，本系統(tǒng)采用POE技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電源供給和網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)。

系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)線與設(shè)備網(wǎng)口RJ1相連，并通過(guò)H1102Nl網(wǎng)絡(luò)信號(hào)電壓隔離芯片的中央抽頭把網(wǎng)絡(luò)信號(hào)與電源信號(hào)分離，網(wǎng)絡(luò)信號(hào)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)通訊芯片W5500傳輸?shù)街骺貑卧M(jìn)行數(shù)據(jù)處理。電源信號(hào)經(jīng)過(guò)整流橋和電源管理芯片TPS2376之后進(jìn)入電源穩(wěn)壓芯片，并最終實(shí)現(xiàn)為系統(tǒng)供電功能。

2.2 網(wǎng)絡(luò)通訊單元

系統(tǒng)采用W5500作為通訊接口設(shè)計(jì)芯片，W5500是一款全硬件TCP/IP嵌入式以太網(wǎng)控制器，為嵌入式系統(tǒng)提供了更加簡(jiǎn)易的互聯(lián)網(wǎng)連接方案。W5500集成了TCP/IP協(xié)議棧，10/100M以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層（MAC）及物理層（PHY）。W5500提供了SPI（外設(shè)串行接口）從而能夠更加容易與外設(shè)MCU整合。而且，W5500的使用了新的高效SPI協(xié)議支持80MHz速率，從而能夠更好的實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)通訊。為了減少系統(tǒng)能耗，W5500提供了網(wǎng)絡(luò)喚醒模式（WOL）及掉電模式。

2.3主控單元設(shè)計(jì)

終端選用ARM公司的STM32F105RBT6作為控制芯片，本芯片采用較為先進(jìn)的Cortex-M3內(nèi)核，并結(jié)合豐富的外設(shè)接口可以很好滿足設(shè)計(jì)需要，從而使電路設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單。其256K字節(jié)的閃存程序存儲(chǔ)區(qū)，使其能夠應(yīng)用于較大工程文件系統(tǒng)中。

2.4視頻、環(huán)境參數(shù)及煙霧濃度監(jiān)控設(shè)計(jì)

系統(tǒng)視頻監(jiān)控單元采用現(xiàn)有成品，終端經(jīng)過(guò)網(wǎng)線與視頻采集攝像頭相連，實(shí)現(xiàn)視頻實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，并通過(guò)終端把視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)發(fā)送到后天服務(wù)系統(tǒng)。

系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)及煙霧濃度監(jiān)控系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境溫濕度和煙霧濃度監(jiān)測(cè)，當(dāng)室內(nèi)溫濕度、煙霧濃度超過(guò)閾值時(shí)系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)遠(yuǎn)程報(bào)警，通知變電站管理人員及時(shí)處理。系統(tǒng)原理如下圖2所示

2.5遠(yuǎn)程預(yù)警功能

終端通過(guò)連接短信接收/發(fā)送單元，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程預(yù)警功能。系統(tǒng)在終端監(jiān)測(cè)到變電站內(nèi)環(huán)境參數(shù)、人員非法闖入和室內(nèi)煙霧濃度超出預(yù)設(shè)閾值時(shí)，啟動(dòng)遠(yuǎn)程報(bào)警通知變電站管理人員。

3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于POE技術(shù)的變電站機(jī)房環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)模塊化軟件設(shè)計(jì)思想，將終端驅(qū)動(dòng)分為以下模塊。

1）系統(tǒng)初始化模塊：初始化主控芯片寄存器、I/O口、定時(shí)器、A/D及系統(tǒng)中斷方式。

2）網(wǎng)絡(luò)通訊單元：驅(qū)動(dòng)W5500芯片，用于實(shí)現(xiàn)監(jiān)控終端與后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)通信。

3）環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)：讀取溫濕度傳感器數(shù)據(jù)。

4）煙霧濃度監(jiān)測(cè)：根據(jù)煙霧濃度傳感器MQ2的輸出情況，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換單元，監(jiān)測(cè)室內(nèi)煙霧濃度。

5）人員活動(dòng)和報(bào)警模塊：監(jiān)測(cè)開關(guān)柜內(nèi)人員活動(dòng)信息，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果啟動(dòng)/關(guān)閉遠(yuǎn)程報(bào)警單元。

4、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本系統(tǒng)的實(shí)施，使得機(jī)房管理人員能實(shí)時(shí)并直觀地了解當(dāng)前機(jī)房?jī)?nèi)環(huán)境溫濕度以及設(shè)備的運(yùn)行情況，通過(guò)把環(huán)境狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并入整個(gè)機(jī)房安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，可以使機(jī)房管理人員更好的掌握機(jī)房安全運(yùn)營(yíng)狀況，為機(jī)房的安全可靠運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周潤(rùn)德.譯.數(shù)字集成電路：電路、系統(tǒng)與設(shè)計(jì)（第2版）[M].電子工業(yè)出版社.2011.11

[2] 李冬梅、幸新鵬、李國(guó)林等譯.電子電路原理（原書第7版）[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2014.9

[3] 王苑增、黃文濤、何宙興等著.基于ARM Cortex-M3的STM32微控制器實(shí)戰(zhàn)教程[M].電子工業(yè)出版社.2014.9

[4] POE 供電原理詳解.網(wǎng)絡(luò)