技术领域
本发明涉及一种基于树莓派和Java语言的变电站二次屏柜温湿度监测系统，属电力电子在电力系统中的应用技术领域。
背景技术：
每个变电站内都具有继电保护室和控制室，室内布置的大量二次屏柜中包含了许多保护、测控、通信、网络、计算机等各种设备，这些设备的正常运行对环境温湿度有一定的要求，合适的温湿度不但是保证电力设备和继电保护装置稳定运行的前提，也能够提高设备的性能。根据电力行业标准DL／T_5218-2005《220～500kV变电所设计技术规程》规定，变电所的控制室、计算机室、值班室、继电保护室、远动通信室及其他工艺、设备要求的房间宜设置空调。空调房间的室内温度、湿度应满足工艺要求，工艺无特殊要求时，夏季设计温度为26℃～28℃，冬季设计温度为18℃～20℃，相对湿度不宜高于70％。标准DL/T5149-2001《220-500kV变电所计算机监控系统设计技术规程》也规定，变电站内主控制室和计算机室温度宜在18℃～25℃，继电小室可为5℃～30℃，温度变化率每小时不应超过±5℃，相对湿度为45%～70%，任何情况下无凝露。而保护、测控、通信、网络、计算机等各种设备在运行过程中又会产生热量，如果屏柜内通风散热条件不佳，很容易引起设备过热。外界环境的突变、特殊地区的气候都会引起二次屏柜内温湿度超过设备本身可靠稳定运行的条件，因此对二次屏柜、特别是对温湿度变化大的屏柜的温湿度的监测，显得非常重要，快速可靠的监测，可以提醒运维人员及时采取措施，保障设备的正常工作。
变电站二次屏柜基本都布置了内网网线，现在市面上具有很多精度优良的温湿度传感器，这些都为温湿度监测提供了便利条件。特别是有一款基于ARM控制器和Linux系统的开放式嵌入式系统——树莓派（RaspberryPi），经过装载经过自己编程的程序，可以实现强大的功能，它具有计算机主机的所有功能和接口，如USB，RJ45,SD-IO，HDMI及GPIO接口等，具有可扩展性强，社区广泛等优势，树莓派体积小巧，只有信用卡片般大小，价廉物美。这些都为温湿度测量提供了非常便利的条件。Java语言是面向对象的编程语言，一次编写后在任何平台都可以运行，具有编程简练、跨平台、可移植、高性能、动态等多种优良特性，特别适合用来开发可视化图形用户界面和网络相关程序。
技术实现要素：
本发明的目的是，为了实现对变电站二次屏柜温湿度快速、自动、多点、实时测量，提出一种基于树莓派的变电站二次屏柜温湿度监测方法和系统。
实现本发明的技术方案是：
本发明一种基于树莓派的变电站二次屏柜温湿度监测系统，以计算机客户端作为监测显示系统，通过局域网与多个布置在二次屏柜中的树莓派连接通讯，树莓派通过通用I/O口与温湿度模块相连，每个树莓派可以连接多个模块；树莓派服务器与和PC客户端之间采用TCP/IP协议通讯，而树莓派与温湿度测量模块则直接通过通用I/O口通讯，如图1所示。
所述客户端可以由安装了Java语言运行平台的计算机充当，操作系统为Windows系统，所述小型树莓派服务器是一个树莓派充当，该树莓派安装其默认的Linux操作系统Raspbian，该操作系统自带Java语言平台，客户端和树莓派服务器之间通过局域网连接，它们之间的通讯通过TCP/IP协议，使用在客户端和树莓派系统中分别编写的网络接口程序，通过两侧的Java程序实现数据交换和传输。
所述树莓派服务器本身还可各自连接现场显示器，用以查看服务器状态，在故障时还可进行维护，平时运行时则可不连显示器，通过输入IP客户端远程查看各树莓派服务器状态。
本发明一种基于树莓派和Java语言的变电站二次屏柜温湿度监测系统，其功能的实现包括四个主要程序模块：控制温湿度测量模块、树莓派服务器通讯模块、客户端通讯模块及客户端可视化界面模块。
本发明系统基本运行流程为：各树莓派服务器程序首先启动，开始监听来自客户端的请求，客户端计算机再启动客户端程序，该程序包含于专门设计的可视化温湿度监测平台界面之中，客户端启动，界面也同时显示出来，人依靠界面与系统交流，通过界面按钮、输入参数等方式提出测量（开始、停止、测量位置、测量频率等）要求后，客户端通讯程序将测量指令传递给指定的树莓派服务器，所指定的树莓派通过服务器通讯程序获得测量指令，树莓派按照要求通过Python语言编程控制温湿度测量模块，启动温湿度测量模块工作，获得测量数据，并通过通讯程序发送给客户端计算机，计算机随后将数据以可视化GUI界面的形式将数据展现。树莓派服务器整个运行过程如图2所示。
本发明的树莓派服务器上的程序包括控制温湿度测量模块和服务器通讯模块两部分，其中温湿度测量模块采用Python语言编程，服务器通讯程序模块采用Java语言编程，由于整个过程紧密相联，实际运行过程中通过Java调用Python来实现Java统一运行，Java通讯模块和测量模块流程图如图3所示。
本发明的计算机客户端上的程序包括客户端通讯模块及客户端可视化界面模块两部分，都采用Java语言编程，其中客户端通讯模块受可视化界面模块程序的控制，通过界面输入的指令来决定是否启动客户端通讯模块，界面模块程序中的指令通过人输入或按界面上的按钮来实现，Java客户端通讯程序和可视化界面程序流程图如图4所示。
本发明的有益效果是，本发明基于树莓派嵌入式系统和Java语言，通过局域网实现了二次屏柜多点、实时、自动采集和显示，与电站运维人员现场测量、记录的方式相比，本测量系统具有省时、快速、准确的优势。本发明系统每个电站都可实现，只需一个内网电脑、数个树莓派、若干温湿度模块，加上电站本身具有的局域网和遍布的网络，可以很容易实现，不会对现场安全和信息安全产生任何不利影响。本发明可为电网运行检修部门实时快速准确地了解二次屏柜内的温湿度状态，及时发现环境温湿度超标情况，并采取有效措施处理，保障二次设备在适宜温湿度下运行。
附图说明
图1基于树莓派和Java语言的变电站二次屏柜温湿度监测系统示意图；
图2温湿度监测系统工作流程图；
图3树莓派服务器通讯及测量程序流程图；
图4客户端通讯程序和可视化界面程序流程图；
图5变电站二次屏柜温湿度监测系统实例示意图。
具体实施方式
本实施例为一种基于树莓派和Java语言的变电站二次屏柜温湿度监测系统，如图5所示。
本实施例基于树莓派和Java语言的变电站二次屏柜温湿度监测该系统包括：一个客户端电脑，该电脑可以使用变电站内电脑，只需在该电脑内安装Java运行平台即可；若干树莓派，每个树莓派装设在需要重点监测温湿度的屏柜中，变电站二次屏柜普遍铺设了网线，可以直接利用备用网线接上树莓派，每个树莓派的I/O口上接有数个温湿度测量模块DHT11模块，每个模块有三根线，一根接树莓派的3V电源，一根接树莓派的GND地，一根为数据口，直接与树莓派的GPIO口连接，二次屏柜都有220V电源，该电源可为树莓派供电。每个树莓派需要分配一个局域网IP地址，将每个树莓派固定该IP地址，树莓派本身的服务器程序也设为自动启动，这样树莓派每次启动后服务器程序便启动，开始监听来自客户端的指令。客户端Java程序编写的GUI界面，可以按照喜欢的风格确定画面，可具有IP输入框，用于确定连接的树莓派IP，开始测量、停止测量、退出等按钮，还有显示数据的图形，该图像可以设置为动态变化的模式。就这样，一个可以自动实时准确测量多点温湿度的监测系统便持续不断地运行。