一种电网频率扰动实时监测系统的制作方法

本发明涉及到电网监控的技术领域，尤其涉及到一种电网频率扰动实时监测系统。

背景技术：

频率是决定电力系统性能最重要的参数之一，其快速准确测量是电力传输系统操作的基本要求。市场经济倾向于要求电力系统在更接近于满负荷点附近运行，而离线测量无法预测超过设计参数的一系列故障，所以，实时连续系统动态监控是一种较好的替代方案。以往的研究工作表明需要一个实时、连续、复合和统一的频率测量和控制系统，由于以前网络和软件技术的限制，复合数据的获取和实时集成较难实现，这降低了临界事件被精确记录的可能性。但是现有技术中无法准确的对频率进行检测。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种电网频率扰动实时监测系统。

本发明是通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种电网频率扰动实时监测系统，该电网频率扰动实时监测系统包括：上位机以及监控终端，所述监控终端包括：gps定位模块、gprs通信模块、参数存储模块以及频率检测模块；其中，所述gps定位模块及所述频率监测模块分别与所述gprs通信模块信号连接；

所述上位机通过所述无线通信与所述gprs通信模块连接，并用于接收所述频率检测模块及所述gps定位模块的信息。

优选的，还包括与所述上位机连接的显示装置，所述显示装置用于显示所述gps定位模块及所述频率监测装置的信息。

优选的，所述监控终端还包括定时器，所述gprs通信模块通过所述定时器的计时定时上传心跳包和频率检测模块检测的终端信息包。

优选的，所述监控终端还包括温湿度采集模块，所述温湿度采集模块与所述gprs通信模块连接。

优选的，所述监控终端还包括红外学习遥控模块，所述上位机根据所述温湿度采集模块采集的信息与设定温湿度的对比结果，控制所述红外学习遥控模块控制空调的温湿度。

本发明的有益效果是：电网频率扰动实时监测系统终端安装在配电室内，实现对电网频率的实时采集，并可选择通信方式实现与上位机监测系统的数据交互；另外监测终端还具有红外学习功能，根据实时采集的配电室内的温湿度信息，对空调进行自动调温控制；同时还可以接收上位机监测系统的控制命令，进行相应的控制操作。

附图说明

图1是本发明实施例提供的电网频率扰动实时监测系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的电网频率扰动实时监测系统的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1及图2，图1是本发明提供的电网频率扰动实时监测系统的结构示意图。图2是本发明实施例提供的电网频率扰动实时监测系统的流程图。

本发明实施例提供了一种电网频率扰动实时监测系统，该电网频率扰动实时监测系统包括：上位机以及监控终端，所述监控终端包括：gps定位模块、gprs通信模块、参数存储模块以及频率检测模块；其中，所述gps定位模块及所述频率监测模块分别与所述gprs通信模块信号连接；

所述上位机通过所述无线通信与所述gprs通信模块连接，并用于接收所述频率检测模块及所述gps定位模块的信息。

优选的，还包括与所述上位机连接的显示装置，所述显示装置用于显示所述gps定位模块及所述频率监测装置的信息。

优选的，所述监控终端还包括定时器，所述gprs通信模块通过所述定时器的计时定时上传心跳包和频率检测模块检测的终端信息包。

优选的，所述监控终端还包括温湿度采集模块，所述温湿度采集模块与所述gprs通信模块连接。

优选的，所述监控终端还包括红外学习遥控模块，所述上位机根据所述温湿度采集模块采集的信息与设定温湿度的对比结果，控制所述红外学习遥控模块控制空调的温湿度。

本发明的有益效果是：电网频率扰动实时监测系统终端安装在配电室内，实现对电网频率的实时采集，并可选择通信方式实现与上位机监测系统的数据交互；另外监测终端还具有红外学习功能，根据实时采集的配电室内的温湿度信息，对空调进行自动调温控制；同时还可以接收上位机监测系统的控制命令，进行相应的控制操作。

为了方便理解本发明实施例提供的电网频率扰动实时监测系统，下面结合具体的实施例对其进行详细的描述。

在具体设置时，本系统采用低功耗32位arm为主控制器，该控制器基于cortex-m3为核心，工作频率高，具有单周期乘法和硬件除法，大容量flash及sram，丰富的外设功能，完全满足该系统的设计要求。选用c3-470c为gps定位模块，该模块符合nmea0183全球定位系统协议，实现终端精确定位，定位精度5～10米。终端采用以太网通信方式，通过网线将终端接入有internet访问的交换机或直接通过gprs通信模块即可实现与后台的远程连接。

终端系统的硬件原理框图如图1所示，主要包括gps定位模块、频率检测模块、gprs通信模块、参数存储模块、lcd显示模块、红外学习遥控模块、电源模块等功能模块。

本系统软件分为频率检测程序、温湿度采集程序、nmea0183全球定位系统协议解析程序、红外学习与遥控程序、液晶显示程序、按键控制程序、gprs及以太网通信程序及参数保存程序等。其中，gps协议解析程序实现终端所在位置的经纬度及卫星颗数的读取，液晶显示程序是供用户操作的界面平台，实现了utc时间显示、网络连接状态、gps定位状态、频率曲线打印及其他参数设置界面等功能；按键控制程序主要实现了显示界面的切换及参数设置等功能；以太网通信程序主要实现与后台间的通信，定时上传相关参数及响应后台相关命令。

复位后首先检测gps模块是否正常工作，然后判断gps模块是否定位成功，若定位成功，则开始向上位机监测系统发送建立通信连接请求；系统默认采用有线以太网接口进行通信，也可以通过人机交互界面选择gprs通信方式；这两种通信方式均为tcp/ip通信，本质上没什么区别，上位机监测系统只需建立tcp监听服务，即可监听终端发送的socket连接请求；与上位机监测系统成功建立连接后，启动定时器，实时对电网频率以及配电室内的温湿度进行采集及存储操作，并通过定时上传心跳包和终端采集信息包给上位机监测系统，心跳包用于反应终端在线情况，终端信息包内容为频率信息、温湿度信息、gps坐标信息、日期时间信息等；当收到上位机监测系统的指令包时，立即对指令包进行解析，根据指令包功能代码，进行相应的操作，如通过红外学习遥控模块实现配电室空调的温度调节功能，接下来重复以上操作。另外人机交互界面还可以实现空调遥控器红外学习与存储操作。

人机交互程序实现

人机界面的实现是通过lcd驱动程序、按键扫描程序及按键中断的配合来实现的。本系统设置了4个按键来实现人机交互操作，分别为确认键【ent】、向下键【donw】、退出键【esc】、右移键【r】。按键与lcd程序配合就方便了用户对系统内容进行查看及系统参数进行修改等。下面从两部分介绍人机界面功能实现程序。

液晶驱动程序

带中文字库的12864每屏可显示4行8列共32个16×16点阵的汉字，每个显示ram可显示1个中文字符或2个16×8的ascii码字符，即每屏最多可实现32个中文字符或64个ascii码字符的显示。在12864使用过程中，显示中文字符与ascii码字符过程一样，都是先设定一个预先要显示的位置，然后再写入字符内容，只不过在ascii显示时，要模块自动加1指向下一个字符。在字符编码为2个字节时，先写高字节，再写地位字节。

按键实现界面切换程序

按键应用程序部分实现对按键快速响应与按键值的判断。程序给每个界面都定义了一个id号，在每个界面对应的id号下，只有特定值按键按下，才能起到该按键对应的功能。如：在初始化界面startscr，所有键按下都为无效，其功能为funnop。在时间显示界面datascr1，只有当enter键与down键按下才有效，且每个键按下进入其对应的按键子程序，如enter键按下，进入该按键下子程序fund_1，界面就切换为功能选择界面funcselscr1，在funcselscr1界面下，只有esc键、enter键、down键为有效按键，按下按键esc，进入子程序funesc_3，屏幕切换至时间显示界面datascr1在时间保存成功界面manulok，以及时间保存失败界面manulerr，按下任意键都可以进入时间显示界面datascr1。其他界面的与此类似，对应按键按下就能实现与之相应的功能。

这样在lcd显示界面程序与按键值的相配合就可以实现人机界面的交换，用户即可以在控制终端上对时间、终端id号及其他系统参数的修改。

本系统使用的gps符合nmea0183全球定位系统协议(以下简称nmea协议)。该协议是由美国国家海洋电子协会制定的一套通讯协议。gps接收机根据nmea-0183协议的标准规范，将位置、速度等信息通过串口传送给控制器。

nmea协议定义的语句非常多，但是常用的或者说兼容性最广的语句只有$gpgga、$gpgsa、$gpgsv、$gprmc、$gpvtg、$gpgll等。该协议采用ascii码。

以$gpgga语句为例：

$gpgga，092204.999,4250.5589，s，14718.5084，e，1，04，24.4，19.7，m，，，，0000*1f

字段0：$gpgga，语句id，表明该语句为globalpositioningsystemfixdata(gga)gps定位信息

字段1：utc时间，hhmmss.sss，时分秒格式

字段2：纬度ddmm.mmmm，度分格式(前导位数不足则补0)

字段3：纬度n(北纬)或s(南纬)

字段4：经度dddmm.mmmm，度分格式(前导位数不足则补0)

字段5：经度e(东经)或w(西经)

字段6：gps状态，0＝未定位，1＝非差分定位，2＝差分定位，3＝无效pps，6＝正在估算

字段7：正在使用的卫星数量(00-12)(前导位数不足则补0)

字段8：hdop水平精度因子(0.5-99.9)

字段9：海拔高度(-9999.9-99999.9)

字段10：地球椭球面相对大地水准面的高度

字段11：差分时间(从最近一次接收到差分信号开始的秒数，如果不是差分定位将为空)

字段12：差分站id号0000-1023(前导位数不足则补0，如果不是差分定位将为空)

字段13：校验值

频率检测模块

频率采集模块采用tim8定时器定时1秒对输入电压信号的脉冲周期进行计数，记录1秒内脉冲个数，从而求出频率值，最后保存到ram中。

主要功能函数接口如下：

(1)定时初始化函数接口

tim8_configuration(void)；

(2)定时器中断函数接口

tim8_cc_irqhandler(void)；

温湿度采集模块

(1)温度采集

温度采集模块选用ds18b20的数字传感器，其采用单总线结构，直接将环境中的模拟量转变成二进制的温度值。ds18b20温度采集程序流程是：首先发送ds18b20复位命令，然后发送跳过rom命令，接下来发送ds18b20读命令，进行读取温度转换值操作，并判断crc校验结果是否正确，如果正确则保存转换结果到ram。

湿度采集

湿度采集转换采用电容式湿敏元件hs1101和tlc555定时器组成单稳态电路，将相对湿度转换成频率信号输出，典型输出方波频率与相对湿度的数据对照见表4.1所示。

表4.1输出频率与相对湿度数据对照表

该模块采用tim3定时器定时1秒对湿度采集模块输出的脉冲进行计数，记录1秒内脉冲个数，从而求出频率值，然后根据表4.1相对湿度与频率的代数关系，在程序中建立数据表，通过查表程序即可求出相应的湿度值，最后保存到ram中。

红外学习遥控模块

在遥控器学习过程中首先要检测红外信号的前导码，有前导码的信号才是一个真正的红外信号，所以若没有前导码则系统将继续搜索前导码，直到检测到真正的前导码或者结束学习。当系统检测到前导码后，保存前导码低电平计数器的值，后面信号的电平脉宽计数值也一并保存。这样一个完整的红外信号就被学习或者说复制下来了。

4.6通信模块

通信模块主要包括有线以太网tcp/ip通信与gprs通信两种通信模式。有线以太网tcp/ip通信模块采用的串口转tcp/ip转换器实现uart串口通信接口与以太网通信接口的转换，gprs通信模块同样通过uart串口与arm芯片接口，因此可总结为通信模块均采用串口转tcp/ip方式实现与上位机监测系统的数据交互。

通信函数接口如下：

(1)uart串口工作模式配置函数接口

usart3_config(void)；提供给串口转tcp/ip通信模块使用

usart4_config(void)；提供给gprs通信模块使用

(2)配置中断入口地址

usart3_nvic_configuration(void)；提供给串口转tcp/ip通信模块使用

usart4_nvic_configuration(void)；提供给gprs通信模块使用

(3)串口发送函数接口

usart3_senddata(uint8_tdata)；提供给串口转tcp/ip通信模块使用

usart4_senddata(uint8_tdata)；提供给gprs通信模块使用

通信协议帧格式如表4.2所示。

表42

(1)心跳包

表4.3

表4.4

(2)终端请求建立连接包

表4.5

表4.6

(3)终端定时上传数据包

表4.7

表4.8

(4)终端召测上传数据包

表4.9

表4.10

表4.11

通过上述描述可以看出，电网频率扰动实时监测系统终端安装在配电室内，实现对电网频率的实时采集，并可选择通信方式实现与上位机监测系统的数据交互；另外监测终端还具有红外学习功能，根据实时采集的配电室内的温湿度信息，对空调进行自动调温控制；同时还可以接收上位机监测系统的控制命令，进行相应的控制操作。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。