監測系統工作原理

　　剩余電流動作保護器作為系統前端，安裝在各個低壓電網控制箱內，自動監測用電線路的狀態數據(包括負載電壓/負載電流/ 漏電電流等)。當用電線路發生過載、短路、缺相、過壓、欠壓或剩余電流故障跳閘情況時，剩余電流動作保護器就會通過核心單片機控制系統和GSM 短信收發模塊向移動終端或監控計算機發送短信，主要內容包括告警地點、告警線路、告警原因、告警數值等狀態數據。管理人員就可以據此及時掌握故障信息，迅速采取措施，保證正常供電。

　　監測系統硬件設計

　　監測系統采用有比較優勢的功能模塊化設計，主要可分為單片機控制系統與通信模塊設計;其中單片機控制系統與通信部分設計包括硬件電路設計、軟件設計?？刂葡到y與通信模塊主要由核心單片機、電源處理電路、鍵盤輸入電路、信號處理電路、液晶顯示電路、GSM 收發模塊等單元構成，如圖1 所示。

　　圖1 監測系統和外部連接結構

　　單片機控制系統和GSM 收發模塊的供電主要采用AC220V 輸入經過變壓、整流、濾波后來供給其使用;剩余電流動作保護器的編號由單片機控制系統的通訊接口編碼來決定;按鍵輸入部分采用 4*4 行列掃描查詢的方式，實現數字和相應字符命令的輸入;顯示單元部分采用點陣顯示液晶，既能顯示按鍵輸入對應中文信息，也在收發短信、收發模塊初始化和工作失常狀態下顯示相應的告警信息。

　　數據采集軟件模塊設計

　　單片機數據采集模塊對所連接的多臺剩余電流動作保護器的狀態數據進行實時采集。剩余電流動作保護器本身會在線路上有欠壓、過壓、短路、漏電流過大等故障發生時有相應的保護動作，現在，單片機要對這類故障信息做到即時的采集，并做出相應的識別、處理，以判斷出發生故障的具體線路和具體的故障類型。后期完成故障信息整合，準備發出線路故障告警信息，故障信息內容一般包括發生故障的地點，線路和具體的時間等。圖2 為數據采集模塊程序流程圖。

　　圖2 數據采集部分流程圖

　　發送線路告警短信

　　剩余電流動作保護器在線路故障時的相關狀態信息被單片機采集并處理編輯，具體內容包括故障位置、線路標號、采集時間，最后通過TC35i 模塊將短信發送給管理平臺。管理平臺如果成功接收短信，系統能自動返回“OK”信息，提示告警短信發送成功;相反，短信如果發送失敗，系統能在短暫延時后重發信息，以保證故障報警信息的成功接收。

　　系統接收查詢短信

　　要使系統能接收短信，先要在TC35i 初始化過程中設置系統工作方式為可以接收短信。處理流程是，管理人員可以實現通過監控計算機或者移動終端發送規定格式的查詢請求短信，請求短信通過TC35i 模塊經過GSM 網絡傳輸給中心控制系統，單片機成功接收信息后經過信息解碼、讀取、識別、判斷等處理，對查詢信息的正確性進行判斷。如果是的正確查詢信息，單片機系統執行查詢請求并將查詢結果以短信的形式回傳給管理人員;如果是錯誤的查詢請求，系統不予執行，并返回“ERROR”警告信息進行提示。

　　管理人員發送的查詢信息的格式規定為：線路編號+ 剩余電流動作保護器編號。

　　液晶顯示模塊

　　該部分主要針對選取的 LCM12864 點陣液晶顯示模塊進行編程。LCM12864 點陣液晶顯示模塊的優勢在于內置行列驅動控制模塊，有專門的液晶模塊指令集，模塊的指令比較簡潔，包括顯示開關指令，顯示起始行控制命令，頁設置命令，列地址設置指令，讀狀態指令，寫狀態指令和讀數據指令。通過編程，最終實現 128 點*64 點大小的平板顯示。

　　鍵盤輸入設計

　　系統設計中選擇矩陣式鍵盤，為單片機系統節省了I/O口資源，采用掃描法來進行行列鍵盤的掃描來獲取鍵盤輸入的鍵值。具體程序實現流程如下：

　　(1)第一步判斷是否有按鍵按下。先向行掃描口輸出全零掃描碼，再從列檢測口開始檢測信號，只要有信號不為“1”,就表示有鍵被按下，并判斷按下鍵所在的列。

　　(2)第二步查詢按鍵所在的行和列的位置。第一步已經得到了按下鍵所在的列號，下來只要確定按鍵所在行。即采取的是逐行掃描的方法，進行逐行檢測，直到找到按下鍵所在的行。

　　(3)第三步對以上獲得的行號和列號進行譯碼就能得到具體的鍵值。

　　系統調試結果分析

　　經過前期的局部仿真和后期多次實體試驗，本系統實現預定全部功能并正常工作：實時數據或故障信息可GSM 網絡可靠發到計算機平臺和移動終端上;對于管理人員的查詢請求能做到即時準確回復;管理人員也可以通過鍵盤更改手機號碼，在LCD 顯示相關信息。該系統完成軟硬件開發、調試后，經過測試，所有功能和性能指標均達到系統功能要求。

　　結論

　　本方案中所設計的監測系統通過GSM 網絡進行通信，可以覆蓋整個線路上的保護器，無線通信方式可以使其不受安裝地點的限制。在實際應用中，本監測系統簡潔、實用、性價比較高。在設計時，主要考慮到現階段對成本、可靠性等因素的要求，但隨著相關技術的發展，采用更為先進的3G 網絡或是物聯網技術，在較大供電范圍內，對剩余電流動作保護器實現聯網管理，處理的數據量可以更大，管理起來也更加方便，應用層面可以更智能化。