本實用新型涉及電力設施安防監(jiān)控技術領域，具體地說是一種基于嵌入式Web服務器變電站遠程測溫智能預警系統。

背景技術：

變電站諸多開關設備在長期運行中容易發(fā)生多種故障，例如開關觸頭表面氧化腐蝕，電纜頭連接位置螺栓松動等，尤其是在異常高溫或低溫下，會加速開關設備老化。并且隨著社會用電需求的不斷增長和現代智能電網技術的不斷發(fā)展，變電站建設規(guī)模也與日俱增，相應的需要實時監(jiān)測的重點防控區(qū)域也不斷增多，它們分散、獨立分布在變電站的各個工作站內。

在電力系統中的變電站內需要測量的目標點達數百個，人工巡檢時只能對特別關鍵的少數幾個目標點進行測量，這種方式下容易造成漏測，大量的目標點存在故障隱患，電力系統巡檢人員目前使用的測試儀器包括手持式點溫儀、手持式熱像儀，要求試驗人員或巡視人員攜帶儀器到現場對運行設備進行手工測試檢測，人員測量工作受環(huán)境因素制約較大，并且電力系統中的變電站內很多電氣設備人工檢測費時費力，最大缺點是不能對電氣設備進行實時遠程的狀態(tài)監(jiān)測。因此，亟須一套完善的綜合測溫系統。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種基于嵌入式Web服務器變電站遠程測溫智能預警系統，用于實現對變電站內設備的溫度檢測。

本實用新型解決其技術問題所采取的技術方案是：基于嵌入式Web服務器變電站遠程測溫智能預警系統，它包括微控制器，所述微控制器連接有設備溫度檢測單元、環(huán)境溫濕度檢測單元、煙霧濃度檢測單元、火焰檢測單元、狀態(tài)指示單元、短信報警單元、歷史事件記錄單元、液晶顯示單元、門禁單元、繼電器開關單元、復位電路單元和電源電路單元；所述微控制器還與以太網接口單元連接，所述以太網接口單元與路由器連接，所述路由器與上位機連接。

進一步地，所述微控制器與設備溫度檢測單元之間通過PG1和PG2兩個普通GPIO引腳進行信號連接。

進一步地，所述微控制器與溫濕度檢測單元之間通過PE3引腳進行單總線數據連接。

進一步地，所述微控制器與煙霧濃度檢測單元采用PC0數模轉換引腳進行數據連接。

進一步地，所述微控制器與火焰檢測單元采用PE5普通GPIO引腳進行開關量信號數據連接。

進一步地，所述微控制器與報警單元采用串口2進行數據連接。

進一步地，所述微控制器與歷史事件記錄單元采用SDIO接口進行數據連接。

進一步地，所述微控制器與液晶顯示單元采用串口1即USART1進行數據連接。

進一步地，所述微控制器與門禁單元采用SPI1總線進行數據連接。

進一步地，所述微控制器與繼電器開關單元采用普通GPIO引腳進行開關量控制信號數據連接。

本實用新型的有益效果是：本實用新型提供的基于嵌入式Web服務器變電站遠程測溫智能預警系統，可實現對各區(qū)域溫度、濕度、煙霧或火焰信息的實時監(jiān)測，并將上述信息通過網線-路由-網線的方式傳遞至遠程保護站，每個嵌入式監(jiān)測終端自己本身就是一個Web服務器，這樣可以大大減小保護室內數據服務器的開支，與傳統的集中式服務器相比是一種全新的設計理念。本實用新型的溫度、濕度和煙霧等綜合數據監(jiān)測準確，遠程監(jiān)測系統故障預警功能正常，這對提高變電站的防災智能化建設水平有很大的推動作用。

附圖說明

圖1為本實用新型的整體結構框圖；

圖2為本實用新型的硬件結構框圖；

圖3為設備溫度檢測單元電路圖；

圖4為環(huán)境溫濕度檢測單元電路圖；

圖5為煙霧濃度檢測單元電路圖；

圖6為火焰檢測單元電路圖；

圖7為短信報警單元電路圖；

圖8為歷史事件記錄單元電路圖；

圖9為液晶顯示單元電路圖；

圖10為門禁單元電路圖；

圖11為以太網接口單元電路圖；

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型進行詳細描述。

如圖1所示，一種基于嵌入式Web服務器變電站遠程測溫智能預警系統，在變電站各個關鍵防控區(qū)域均安裝設置有嵌入式Web服務器監(jiān)測終端，這些監(jiān)測終端將各自區(qū)域采集到的環(huán)境溫濕度、關鍵設備工作溫度、煙霧濃度以及火災發(fā)生與否等信息通過網線—路由—網線或者WIFI的方式傳輸至以太網內；監(jiān)測終端通過網線-路由-網線或者WIFI與保護室、服務器站、工作站和網絡打印機信號連接。整個系統應用軟件采用B/S架構設計方式，支持Web頁面的多用戶多權限機制，遠程保護室、服務器站、工作站內的工作人員可以通過任意計算機、APP移動管理設備對實時信息進行監(jiān)測；當某一區(qū)域發(fā)生火災或者溫度異常等事故事件，監(jiān)控界面能自動切換到對應監(jiān)控區(qū)域的監(jiān)測界面，并且事故區(qū)域的監(jiān)測終端發(fā)送短信給工作人員報警，方便事故地點確認與故障類型確定，大大縮短了事故的搶修時間。

各個區(qū)域采用獨立的Web服務器設計，遠程保護室內設置的數據服務器規(guī)模大大縮小，它負責協調不同Web服務器的SQL請求，存儲必要的歷史分析數據，后期可集成到調度采集系統；遠程保護站內還配備有UPS(不間斷電源)、網絡打印機等設備，自動上報發(fā)生的故障或異常數據，使整個系統的告警冗余機制得到完善，故漏報率大大降低。

如圖2所示，各個監(jiān)測終端包括微控制器，微控制器連接有設備溫度檢測單元、環(huán)境溫濕度檢測單元、煙霧濃度檢測單元、火焰檢測單元、狀態(tài)指示單元、短信報警單元、歷史事件記錄單元、液晶顯示單元、門禁單元、繼電器開關單元、復位電路單元和電源電路單元；微控制器連接有以太網接口單元，以太網接口單元與路由器連接，路由器與上位機連接。

微控制器選擇STM32F103ZET6微控制器，通過搭載uC/OS-III系統調控各個模塊的功能實現。

如圖3所示，設備溫度檢測單元采用LM94022傳感器監(jiān)測各個設備的溫度信息，可以根據所測溫度范圍大小在線自動調節(jié)靈敏度范圍，若所測溫度超過量程，可通過繼電器開關單元切除單片機供電電源；該傳感器芯片是熱敏傳感器，輸出的電壓值與所感應到的溫度成反比，通過STM32的PC1引腳將LM94022輸出的模擬電壓值轉換為數字電壓值，然后與相應設備溫度值(在一定的環(huán)境溫度下測量結果)一一對應起來。當測量溫度量程超過單片機正常工作溫度時，為避免損壞單片機，應用隔熱材料將芯片金屬引腳、引線與熱源隔離，并用耐高溫的TLP2301光耦模塊進行信號隔離，避免溫度直傳，同時也要注意單片機的數字地和傳感器模擬地要分開處理。LM94022可以測量極低和極高異常溫度，其量程為-55℃～150℃。微控制器的PG1和PG2引腳分別控制LM94022的GS0和GS1引腳，可以改變其溫度測量的靈敏度，以適應不用設備工作范圍，以提高測量的精準度，這種靈敏度調節(jié)方式可以利用上位機或者液晶顯示單元調節(jié)，非常靈活。

如圖4所示，環(huán)境溫濕度檢測單元采用DHT22傳感器，負責多點監(jiān)測各個區(qū)域的環(huán)境溫度和相對濕度信息；DHT22是一款16位較高精度數字式溫濕度傳感器，由于其內部的數字信號已經校準，具有長期高穩(wěn)定性、價格低、體積小、供電電壓低的特點，常被用于嵌入式測量系統。DHT22溫度量程為-40℃～80℃，精度<±0.5℃，相對濕度在-40℃～80℃溫度內，可以保證小于±0.5℃的精度要求。

供電電壓為+3.3V，上電1S之后即可進行通信；DHT22通過PE3引腳與微控制器實現單總線通信，其傳輸距離可高達20m以上，適合變電站區(qū)域性質的溫濕度監(jiān)測，當通信距離小于20m時，常選用4.7kΩ的高精度電阻。

如圖5所示，煙霧濃度檢測單元采用MQ-2煙霧傳感器檢測周圍環(huán)境的煙霧濃度，經STM32自帶的A/D轉換通道轉換為數字電壓值，與煙霧濃度值一一對應起來，通過預設濃度值提前預警可有效防止設備發(fā)生起火或爆炸的危險。煙霧傳感器感應周圍空氣煙霧濃度，然后A0模擬電壓輸出引腳輸出與煙霧濃度對應的電壓值，MQ-2傳感器與微控制器上的A/D轉換引腳PC0相連接，微控制器STM32讀出數模轉換后的電壓值然后與真實的煙霧濃度值校準。

如圖6所示，火焰檢測單元采用紅外火焰?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測是否有火災發(fā)生；狀態(tài)指示燈分紅、黃、綠三種，分別對應現場的事故狀態(tài)、緊急臨界狀態(tài)、正常狀態(tài)。當檢測到火災，紅外火焰?zhèn)鞲衅鱀O引腳輸出低電平，否則輸出高電平，紅外火焰?zhèn)鞲衅髋c微控制器之間通過PE5引腳進行數字開關量數據傳輸。

如圖7所示，短信報警單元采用SIM900A模塊通過RS-232串口接受STM32的指令信息，根據監(jiān)測的溫度等數據發(fā)送不同的事故提醒信息給檢修人員參考，方便事故地點和事故類型確認，大大縮短搶修時間。SIM900A GSM模塊與微控制器通過RS-232串口2(USART2)通信，微控制器根據監(jiān)測到的異常數據類型，向SIM900A發(fā)送不同的指令，SIM900A根據指令類型的差異，發(fā)送不同種類的短信給保護室以及維修站的檢修工作人員進行事故預警或者搶修工作。微控制器的PA3引腳與SIM900A的TXD引腳連接，PA2引腳與SIM900A的RXD引腳連接。

如圖8所示，歷史事件記錄單元采用SD卡存儲，STM32通過SDIO接口與SD卡通信，以FATFS文件系統存儲方式存儲歷史事件信息，有利于后期的事故追溯工作。SD卡與微控制器通過SDIO接口連接，SD卡存儲以FATFS文件系統為基礎，容量可達32GB或者更多，適用于所述變電站智能預警系統的事件記錄功能。

如圖9所示，液晶顯示單元采用迪文DGUS液晶觸摸屏，通過RS-232通信接口與STM32實現讀寫操作，具有模塊化、友好的人機交互界面。它的顯示界面利用圖形化專用軟件設計，具有人機交互友好，功能擴展方便的優(yōu)點。DGUS液晶觸摸屏和微控制器之間需要MAX3232CSE電平轉換芯片將微控制器的TTL電平轉換為DGUS屏的負邏輯電平。其中，PA9和PA10為微控制器的USART1串口1引腳，PA9為TXD串口發(fā)送引腳，PA10為RXD信號接收引腳。

如圖10所示，門禁單元采用PN532芯片為內核的NFC模塊，STM32通過SPI串行總線與PN532通信，實現NFC模塊與射頻卡的近距離高頻無線電通信，實現門禁功能，防止非工作人員誤操作，減少事故誤報的可能。PN532NFC模塊與微控制器STM32通過SPI1總線相連接，微控制器通過從NFC模塊中讀寫指令，實現NFC模塊與射頻卡的近距離高頻無線電通信，即實現門禁功能。

如圖11所示，以太網接口單元采用外擴的ENC28J60以太網接口模塊，利用網線和工業(yè)路由器將各個嵌入式Web服務器監(jiān)測終端連接成一個龐大的網絡，不僅各節(jié)點間可以互相傳遞信息，而且由于網線的鋪設方便、傳輸速率高等優(yōu)點，更有利于遠方保護室內的實時可靠監(jiān)測。STM32通過SPI2對芯片內部寄存器寫入控制參數或收發(fā)MAC數據包，實現以太網功能。ENC28J60通過以太網變壓器HR911105A與RJ45水晶頭連接組成網絡接口，用網線與路由器連接完成入網操作。同網關不同IP的設備均可在Web頁面實現對監(jiān)控裝置訪問。LEDA接綠燈，亮則表通信工作正常；LEDB接黃燈，亮則表網線連接正常。

繼電器開關單元采用普通12V繼電器開關，繼電器開關與微控制器普通GPIO口相連接，當監(jiān)測設備溫度超過量程或者閾值時，通過微控制器發(fā)送的高低電平，自動控制繼電器切斷設備溫度監(jiān)測單元電路，實現對微控制器的保護。

本實用新型可實現對各區(qū)域溫度、濕度、煙霧或火焰信息的實時監(jiān)測，并將上述信息通過網線-路由-網線的方式傳遞至遠程保護站，每個嵌入式監(jiān)測終端自己本身就是一個Web服務器，這樣可以大大減小保護室內數據服務器的開支，與傳統的集中式服務器相比是一種全新的設計理念。本實用新型的溫度、濕度和煙霧等綜合數據監(jiān)測準確，遠程監(jiān)測系統故障預警功能正常，這對提高變電站的防災智能化建設水平有很大的推動作用。