基于嵌入式Web服务器变电站远程测温智能预警系统的制作方法

本实用新型涉及电力设施安防监控技术领域，具体地说是一种基于嵌入式Web服务器变电站远程测温智能预警系统。

背景技术：

变电站诸多开关设备在长期运行中容易发生多种故障，例如开关触头表面氧化腐蚀，电缆头连接位置螺栓松动等，尤其是在异常高温或低温下，会加速开关设备老化。并且随着社会用电需求的不断增长和现代智能电网技术的不断发展，变电站建设规模也与日俱增，相应的需要实时监测的重点防控区域也不断增多，它们分散、独立分布在变电站的各个工作站内。

在电力系统中的变电站内需要测量的目标点达数百个，人工巡检时只能对特别关键的少数几个目标点进行测量，这种方式下容易造成漏测，大量的目标点存在故障隐患，电力系统巡检人员目前使用的测试仪器包括手持式点温仪、手持式热像仪，要求试验人员或巡视人员携带仪器到现场对运行设备进行手工测试检测，人员测量工作受环境因素制约较大，并且电力系统中的变电站内很多电气设备人工检测费时费力，最大缺点是不能对电气设备进行实时远程的状态监测。因此，亟须一套完善的综合测温系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于嵌入式Web服务器变电站远程测温智能预警系统，用于实现对变电站内设备的温度检测。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：基于嵌入式Web服务器变电站远程测温智能预警系统，它包括微控制器，所述微控制器连接有设备温度检测单元、环境温湿度检测单元、烟雾浓度检测单元、火焰检测单元、状态指示单元、短信报警单元、历史事件记录单元、液晶显示单元、门禁单元、继电器开关单元、复位电路单元和电源电路单元；所述微控制器还与以太网接口单元连接，所述以太网接口单元与路由器连接，所述路由器与上位机连接。

进一步地，所述微控制器与设备温度检测单元之间通过PG1和PG2两个普通GPIO引脚进行信号连接。

进一步地，所述微控制器与温湿度检测单元之间通过PE3引脚进行单总线数据连接。

进一步地，所述微控制器与烟雾浓度检测单元采用PC0数模转换引脚进行数据连接。

进一步地，所述微控制器与火焰检测单元采用PE5普通GPIO引脚进行开关量信号数据连接。

进一步地，所述微控制器与报警单元采用串口2进行数据连接。

进一步地，所述微控制器与历史事件记录单元采用SDIO接口进行数据连接。

进一步地，所述微控制器与液晶显示单元采用串口1即USART1进行数据连接。

进一步地，所述微控制器与门禁单元采用SPI1总线进行数据连接。

进一步地，所述微控制器与继电器开关单元采用普通GPIO引脚进行开关量控制信号数据连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的基于嵌入式Web服务器变电站远程测温智能预警系统，可实现对各区域温度、湿度、烟雾或火焰信息的实时监测，并将上述信息通过网线-路由-网线的方式传递至远程保护站，每个嵌入式监测终端自己本身就是一个Web服务器，这样可以大大减小保护室内数据服务器的开支，与传统的集中式服务器相比是一种全新的设计理念。本实用新型的温度、湿度和烟雾等综合数据监测准确，远程监测系统故障预警功能正常，这对提高变电站的防灾智能化建设水平有很大的推动作用。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构框图；

图2为本实用新型的硬件结构框图；

图3为设备温度检测单元电路图；

图4为环境温湿度检测单元电路图；

图5为烟雾浓度检测单元电路图；

图6为火焰检测单元电路图；

图7为短信报警单元电路图；

图8为历史事件记录单元电路图；

图9为液晶显示单元电路图；

图10为门禁单元电路图；

图11为以太网接口单元电路图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述。

如图1所示，一种基于嵌入式Web服务器变电站远程测温智能预警系统，在变电站各个关键防控区域均安装设置有嵌入式Web服务器监测终端，这些监测终端将各自区域采集到的环境温湿度、关键设备工作温度、烟雾浓度以及火灾发生与否等信息通过网线—路由—网线或者WIFI的方式传输至以太网内；监测终端通过网线-路由-网线或者WIFI与保护室、服务器站、工作站和网络打印机信号连接。整个系统应用软件采用B/S架构设计方式，支持Web页面的多用户多权限机制，远程保护室、服务器站、工作站内的工作人员可以通过任意计算机、APP移动管理设备对实时信息进行监测；当某一区域发生火灾或者温度异常等事故事件，监控界面能自动切换到对应监控区域的监测界面，并且事故区域的监测终端发送短信给工作人员报警，方便事故地点确认与故障类型确定，大大缩短了事故的抢修时间。

各个区域采用独立的Web服务器设计，远程保护室内设置的数据服务器规模大大缩小，它负责协调不同Web服务器的SQL请求，存储必要的历史分析数据，后期可集成到调度采集系统；远程保护站内还配备有UPS(不间断电源)、网络打印机等设备，自动上报发生的故障或异常数据，使整个系统的告警冗余机制得到完善，故漏报率大大降低。

如图2所示，各个监测终端包括微控制器，微控制器连接有设备温度检测单元、环境温湿度检测单元、烟雾浓度检测单元、火焰检测单元、状态指示单元、短信报警单元、历史事件记录单元、液晶显示单元、门禁单元、继电器开关单元、复位电路单元和电源电路单元；微控制器连接有以太网接口单元，以太网接口单元与路由器连接，路由器与上位机连接。

微控制器选择STM32F103ZET6微控制器，通过搭载uC/OS-III系统调控各个模块的功能实现。

如图3所示，设备温度检测单元采用LM94022传感器监测各个设备的温度信息，可以根据所测温度范围大小在线自动调节灵敏度范围，若所测温度超过量程，可通过继电器开关单元切除单片机供电电源；该传感器芯片是热敏传感器，输出的电压值与所感应到的温度成反比，通过STM32的PC1引脚将LM94022输出的模拟电压值转换为数字电压值，然后与相应设备温度值(在一定的环境温度下测量结果)一一对应起来。当测量温度量程超过单片机正常工作温度时，为避免损坏单片机，应用隔热材料将芯片金属引脚、引线与热源隔离，并用耐高温的TLP2301光耦模块进行信号隔离，避免温度直传，同时也要注意单片机的数字地和传感器模拟地要分开处理。LM94022可以测量极低和极高异常温度，其量程为-55℃～150℃。微控制器的PG1和PG2引脚分别控制LM94022的GS0和GS1引脚，可以改变其温度测量的灵敏度，以适应不用设备工作范围，以提高测量的精准度，这种灵敏度调节方式可以利用上位机或者液晶显示单元调节，非常灵活。

如图4所示，环境温湿度检测单元采用DHT22传感器，负责多点监测各个区域的环境温度和相对湿度信息；DHT22是一款16位较高精度数字式温湿度传感器，由于其内部的数字信号已经校准，具有长期高稳定性、价格低、体积小、供电电压低的特点，常被用于嵌入式测量系统。DHT22温度量程为-40℃～80℃，精度<±0.5℃，相对湿度在-40℃～80℃温度内，可以保证小于±0.5℃的精度要求。

供电电压为+3.3V，上电1S之后即可进行通信；DHT22通过PE3引脚与微控制器实现单总线通信，其传输距离可高达20m以上，适合变电站区域性质的温湿度监测，当通信距离小于20m时，常选用4.7kΩ的高精度电阻。

如图5所示，烟雾浓度检测单元采用MQ-2烟雾传感器检测周围环境的烟雾浓度，经STM32自带的A/D转换通道转换为数字电压值，与烟雾浓度值一一对应起来，通过预设浓度值提前预警可有效防止设备发生起火或爆炸的危险。烟雾传感器感应周围空气烟雾浓度，然后A0模拟电压输出引脚输出与烟雾浓度对应的电压值，MQ-2传感器与微控制器上的A/D转换引脚PC0相连接，微控制器STM32读出数模转换后的电压值然后与真实的烟雾浓度值校准。

如图6所示，火焰检测单元采用红外火焰传感器监测是否有火灾发生；状态指示灯分红、黄、绿三种，分别对应现场的事故状态、紧急临界状态、正常状态。当检测到火灾，红外火焰传感器DO引脚输出低电平，否则输出高电平，红外火焰传感器与微控制器之间通过PE5引脚进行数字开关量数据传输。

如图7所示，短信报警单元采用SIM900A模块通过RS-232串口接受STM32的指令信息，根据监测的温度等数据发送不同的事故提醒信息给检修人员参考，方便事故地点和事故类型确认，大大缩短抢修时间。SIM900A GSM模块与微控制器通过RS-232串口2(USART2)通信，微控制器根据监测到的异常数据类型，向SIM900A发送不同的指令，SIM900A根据指令类型的差异，发送不同种类的短信给保护室以及维修站的检修工作人员进行事故预警或者抢修工作。微控制器的PA3引脚与SIM900A的TXD引脚连接，PA2引脚与SIM900A的RXD引脚连接。

如图8所示，历史事件记录单元采用SD卡存储，STM32通过SDIO接口与SD卡通信，以FATFS文件系统存储方式存储历史事件信息，有利于后期的事故追溯工作。SD卡与微控制器通过SDIO接口连接，SD卡存储以FATFS文件系统为基础，容量可达32GB或者更多，适用于所述变电站智能预警系统的事件记录功能。

如图9所示，液晶显示单元采用迪文DGUS液晶触摸屏，通过RS-232通信接口与STM32实现读写操作，具有模块化、友好的人机交互界面。它的显示界面利用图形化专用软件设计，具有人机交互友好，功能扩展方便的优点。DGUS液晶触摸屏和微控制器之间需要MAX3232CSE电平转换芯片将微控制器的TTL电平转换为DGUS屏的负逻辑电平。其中，PA9和PA10为微控制器的USART1串口1引脚，PA9为TXD串口发送引脚，PA10为RXD信号接收引脚。

如图10所示，门禁单元采用PN532芯片为内核的NFC模块，STM32通过SPI串行总线与PN532通信，实现NFC模块与射频卡的近距离高频无线电通信，实现门禁功能，防止非工作人员误操作，减少事故误报的可能。PN532NFC模块与微控制器STM32通过SPI1总线相连接，微控制器通过从NFC模块中读写指令，实现NFC模块与射频卡的近距离高频无线电通信，即实现门禁功能。

如图11所示，以太网接口单元采用外扩的ENC28J60以太网接口模块，利用网线和工业路由器将各个嵌入式Web服务器监测终端连接成一个庞大的网络，不仅各节点间可以互相传递信息，而且由于网线的铺设方便、传输速率高等优点，更有利于远方保护室内的实时可靠监测。STM32通过SPI2对芯片内部寄存器写入控制参数或收发MAC数据包，实现以太网功能。ENC28J60通过以太网变压器HR911105A与RJ45水晶头连接组成网络接口，用网线与路由器连接完成入网操作。同网关不同IP的设备均可在Web页面实现对监控装置访问。LEDA接绿灯，亮则表通信工作正常；LEDB接黄灯，亮则表网线连接正常。

继电器开关单元采用普通12V继电器开关，继电器开关与微控制器普通GPIO口相连接，当监测设备温度超过量程或者阈值时，通过微控制器发送的高低电平，自动控制继电器切断设备温度监测单元电路，实现对微控制器的保护。

本实用新型可实现对各区域温度、湿度、烟雾或火焰信息的实时监测，并将上述信息通过网线-路由-网线的方式传递至远程保护站，每个嵌入式监测终端自己本身就是一个Web服务器，这样可以大大减小保护室内数据服务器的开支，与传统的集中式服务器相比是一种全新的设计理念。本实用新型的温度、湿度和烟雾等综合数据监测准确，远程监测系统故障预警功能正常，这对提高变电站的防灾智能化建设水平有很大的推动作用。