基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的變壓器防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真研究摘要：當(dāng)前，變壓器的分布大都較為分散，供電網(wǎng)絡(luò)也呈多點(diǎn)分布，這就給變壓器的管理帶來了一定的難度。變壓器被盜事件屢屢發(fā)生，給供電部門造成了較大的損失。面對(duì)這種情況，做好變壓器防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。實(shí)際中，雖然對(duì)變壓器采取了一定的保護(hù)，也應(yīng)用了一些監(jiān)測(cè)技術(shù)，但還是存在一些缺陷，容易出現(xiàn)誤報(bào)等情況?；诖?，本文結(jié)合實(shí)際情況，來進(jìn)行基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的變壓器防盜報(bào)警器的設(shè)計(jì)與分析。本文首先闡述研究背景、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀等內(nèi)容，進(jìn)一步明確所要研究的主題；然后進(jìn)行基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的變壓器防盜報(bào)警系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，闡述設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)方案，并設(shè)計(jì)一個(gè)總體架構(gòu)。硬件設(shè)計(jì)上，本文設(shè)計(jì)了串口通訊電路、紅外電路、電源電路、通訊模塊、PIC單片機(jī)電路、數(shù)據(jù)采集模塊電路設(shè)計(jì)、時(shí)鐘模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)接口電路等一些常用的模塊數(shù)據(jù)電路。在軟件設(shè)計(jì)上，本文則設(shè)計(jì)了單片機(jī)軟件、GPRS模塊、語音報(bào)警模塊、通信軟件、攝像軟件、燈光報(bào)警軟件等常用的報(bào)警設(shè)施和軟件?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的變壓器報(bào)警器可以減少人工的工作量，極大提高工作的效率，切實(shí)能夠保護(hù)戶外的電力變壓器，減少損失，并能夠結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行應(yīng)用。希望通過我的本次設(shè)計(jì)能夠?yàn)樽儔浩鞯姆辣I帶來一些具有實(shí)際的作用和效果，能夠切實(shí)減少在戶外變壓器偷盜等情況的產(chǎn)生，讓變壓器尤其是戶外偏遠(yuǎn)地區(qū)的變壓器得到很好的保護(hù)。關(guān)鍵詞：“互聯(lián)網(wǎng)+”；變壓器；防盜報(bào)警器目錄26290第1章緒論 1164271.1研究背景與意義 1217641.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1204411.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 170841.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 225431.3研究?jī)?nèi)容與方法 4301821.3.1研究?jī)?nèi)容 4189241.3.2研究方法 54486第2章基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的變壓器防盜報(bào)警器總體設(shè)計(jì) 634282.1設(shè)計(jì)思路 622282.2設(shè)計(jì)方案 6218172.3總體架構(gòu) 6211802.3.1系統(tǒng)的組成 655512.3.2變壓器防盜現(xiàn)狀 711346第3章基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的變壓器防盜報(bào)警器硬件設(shè)計(jì) 9215393.1串口通訊電路設(shè)計(jì) 9150923.2紅外電路設(shè)計(jì) 9182783.2.1總體構(gòu)成 931503.2.2系統(tǒng)特點(diǎn) 11143523.2.3使用環(huán)境 11229883.3電源電路設(shè)計(jì) 1321163.4通訊模塊設(shè)計(jì) 13311713.4.1通訊模塊的選擇 13181113.4.2通訊模塊的組成及特點(diǎn) 14293973.5PIC單片機(jī)電路 1538743.6數(shù)據(jù)采集模塊電路設(shè)計(jì) 1629413.6.1模擬信號(hào)采集電路 16189083.6.2與單片機(jī)接口電路 17160953.6.3數(shù)據(jù)采集模塊整體設(shè)計(jì) 18123223.7時(shí)鐘模塊 1923973.7.1DS1302Z芯片簡(jiǎn)介 19237613.7.2與單片機(jī)接口電路 20211123.8數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 20146383.8.1F-RAM存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介 2099833.8.2本系統(tǒng)確定選用的F-RAM具體型號(hào) 21196803.8.3存儲(chǔ)器與單片機(jī)接口電路 22198873.9數(shù)據(jù)接口電路 23293453.9.1RS485接口的特點(diǎn) 23208913.9.2SP3485EN接口芯片介紹 2316238第4章基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的變壓器防盜報(bào)警器軟件設(shè)計(jì) 26146224.1單片機(jī)軟件 2662114.1.1編輯語言選擇 2654174.1.2互聯(lián)網(wǎng)+的模型 2747704.2GPRS模塊軟件 28133514.3語音報(bào)警模塊 29241874.3.1語音芯片的選擇 29237534.3.2通訊指令的簡(jiǎn)介 30113114.3.3AT指令的詳述 31226534.4通信軟件 32224644.4.1編程技術(shù)的分類 3247054.4.2指令控制的編碼 33108624.5攝像軟件 3430438第5章基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的變壓器防盜報(bào)警器測(cè)試分析 35200495.1測(cè)試環(huán)境 35249685.1.1實(shí)驗(yàn)環(huán)境 35111845.1.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 3644165.2測(cè)試結(jié)果 368611第6章總結(jié)與展望 3781466.1本課題的主要工作 37137626.2存在的問題及展望 376950結(jié)論 3822546參考文獻(xiàn) 408069附錄A系統(tǒng)原理圖 4228570附錄B主要程序 43第1章緒論1.1研究背景與意義改革開放以來，人們的生活條件得到極大的改善，由此帶來的用電消耗量的猛增，一些傳統(tǒng)落后的發(fā)電供電方式和方法在社會(huì)的發(fā)展中逐漸消失了。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性就顯得尤為重要，建設(shè)大型電網(wǎng)已成為當(dāng)前電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。正是由于電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的數(shù)量增多，使供電穩(wěn)定性越來越困難，在社會(huì)中存在數(shù)量繁雜的電網(wǎng)，所以一但在電網(wǎng)中的某一部分出現(xiàn)問題比如失電、斷電，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的影響都是致命性的打擊。所以來說，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控，尤其是一些核心部件，比如本文中所闡述的變壓器，就十分有必要了。電力系統(tǒng)變壓器是電網(wǎng)中的最重要部分，電網(wǎng)中的變壓器如果一旦被盜了，或者出現(xiàn)一些事故，對(duì)一些國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈如國(guó)防、軍事、醫(yī)療等，影響是非常大的，普通人的生活也會(huì)因此受到牽連和影響。由于配電變壓器長(zhǎng)期在戶外工作，我們的工作人員無法隨時(shí)對(duì)變壓器進(jìn)行檢查，因此缺乏有效的檢測(cè)手段。目前通信方式主要有光纖、有線、無線等，但投資大、工期長(zhǎng)、距離有限。由于電力系統(tǒng)配電網(wǎng)的特殊性，配電變壓器分布廣泛，管理難度大。近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展和滲透，都與新技術(shù)緊密結(jié)合。廣泛應(yīng)用于社會(huì)的各個(gè)方面，已成為人們生活的重要組成部分。電力變壓器盜竊次數(shù)和損失量呈逐年上升趨勢(shì)，但目前國(guó)內(nèi)外沒有比人防和技防更常見的變壓器盜竊預(yù)防手段。技術(shù)預(yù)防的主要方法包括人體接近揚(yáng)聲器，電源線檢測(cè)，燈光預(yù)警和振動(dòng)報(bào)警等。這些方法各有特點(diǎn)，但或多或少存在一定的弊端，而且在實(shí)際的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，出現(xiàn)了種種的問題。對(duì)于現(xiàn)在電網(wǎng)中的核心變壓器，如果能有一些先進(jìn)、科學(xué)的防盜裝置，會(huì)使偷盜變壓器的現(xiàn)象大大得到降低，以此來保障這個(gè)社會(huì)正常的基本運(yùn)行。基于“互聯(lián)網(wǎng)”的變壓器防盜報(bào)警系統(tǒng)的開發(fā)和推廣，將有效地保證室外變壓器的正常運(yùn)行。避免發(fā)生大面積停電和電氣設(shè)施損壞，經(jīng)濟(jì)損失和人身危害等事故，保護(hù)企業(yè)、事業(yè)單位和人民群眾的正常工作和生活。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀歐美在網(wǎng)絡(luò)防盜方面廣泛應(yīng)用GPRS技術(shù)。GPRS的安全系統(tǒng)由中控系統(tǒng)、移動(dòng)GPS和GSM組成，接收GPS的定位信息并通過GSM進(jìn)行傳輸，具有傳統(tǒng)的GPS通信方案無法比擬的優(yōu)勢(shì)，一旦變壓器被盜或出現(xiàn)異常，將導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，指揮中心可通過GPS接收設(shè)備信號(hào)，定位并傳遞信息，利用網(wǎng)絡(luò)檢索被盜變壓器[1]。雖然GPRS具有技術(shù)先進(jìn)、市場(chǎng)潛力大、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，但其價(jià)格昂貴、市場(chǎng)不成熟限制了網(wǎng)絡(luò)變壓器防盜系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。智能無線防盜報(bào)警系統(tǒng)利用GPRS網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性以及智能芯片技術(shù)的發(fā)展，充分利用現(xiàn)代大型集成電路的優(yōu)勢(shì)。研制了一種M2M智能防盜報(bào)警裝置。所謂機(jī)器到機(jī)器實(shí)際上是一種片面的說法，簡(jiǎn)而言之，機(jī)器到機(jī)器(M2M)的核心原理是從A地到B地，在不同的機(jī)器之間產(chǎn)生像人類一樣的對(duì)話。但在廣義上，M2M可以表示所有機(jī)器和機(jī)器、人和機(jī)器(人到機(jī)器)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器(移動(dòng)到機(jī)器)之間的聯(lián)系）[2]。它擁有了人、軟件、變壓器之間的多方向的相互聯(lián)系。M2M應(yīng)用市場(chǎng)在全球迅速增長(zhǎng)。隨著M2M生產(chǎn)的價(jià)格更便宜和通信設(shè)備的普及得到了極大的改善，管理系統(tǒng)的軟件有了極大的進(jìn)步。M2M發(fā)展的也如日中天。如今，許多國(guó)家和地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了智能監(jiān)控、機(jī)械維修、自動(dòng)售貨機(jī)、公共交通管理系統(tǒng)、城市信息化等應(yīng)用。微波感應(yīng)原理誘導(dǎo)物體運(yùn)動(dòng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的獲取，然后通知電力工作人員。該方法以微波傳感器作為主要部件。它是指在遇到障礙物后，獲取電磁波的波長(zhǎng)情況，在此基礎(chǔ)之上來實(shí)現(xiàn)對(duì)障礙物的判斷。若為靜止的障礙物，基于多普勒效應(yīng)對(duì)返回電磁波的周期確定[3]。相反，若為運(yùn)動(dòng)物體，波長(zhǎng)充分的，結(jié)合于物體運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而發(fā)生相應(yīng)的變化。微波感應(yīng)試驗(yàn)結(jié)合波長(zhǎng)所發(fā)生的變化來左右物體運(yùn)動(dòng)。必須要充分的考慮周圍的環(huán)境。若具有相對(duì)復(fù)雜的周圍環(huán)境，此時(shí)就對(duì)應(yīng)著相對(duì)較高的誤報(bào)率，該方法不適合在擁擠的地方安裝。紅外技術(shù)也應(yīng)用于防盜中。核心部件為熱釋放紅外傳感器，其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人體紅外的檢測(cè)，此后實(shí)現(xiàn)向電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理，在此基礎(chǔ)之上就可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警。紅外傳感器在變壓器防盜中是可以應(yīng)用。微波技術(shù)和紅外技術(shù)在監(jiān)控目標(biāo)時(shí)普遍采用判斷場(chǎng)。盡管可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警，但往往會(huì)出現(xiàn)虛警情況。而這兩種防盜報(bào)警器往往是有線防盜報(bào)警器。對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的變壓器，需要設(shè)置報(bào)警信號(hào)的長(zhǎng)傳輸線，系統(tǒng)的建設(shè)成本將會(huì)顯著的提高的。若斷開了警報(bào)信號(hào)傳輸線，被盜信號(hào)也就無法傳送到監(jiān)視管理端，并且不能保證警報(bào)的可靠性人們希望找到一種發(fā)送報(bào)警信號(hào)，無須長(zhǎng)線設(shè)置的報(bào)警技術(shù)，施工成本顯著更低，而且可以保證信號(hào)可靠地傳輸。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在中國(guó)，一些地區(qū)采用了紅外、有限距離、無限通信、物理防盜卡和變壓器防盜報(bào)警等解決辦法。但實(shí)踐證明，這些系統(tǒng)或產(chǎn)品的原理都存在以下不足：一是虛警、抗干擾能力弱、報(bào)警信號(hào)延時(shí)等；二是無線傳輸功率大，能耗高；最后設(shè)備安裝需要經(jīng)物業(yè)管理委員會(huì)批準(zhǔn)，所以才需要安裝產(chǎn)品不易推廣[4]。變壓器的安全管理非常麻煩，主要因?yàn)樽儔浩鞔蠖喾植荚趹敉?，分散在不同的街道、村莊其他地區(qū)。實(shí)施人工實(shí)時(shí)監(jiān)控和安全保障模式并不容易，因?yàn)檫@種模式需要電力部門投入大量人力資源。國(guó)內(nèi)防盜措施并不適用于遠(yuǎn)程配電變壓器[5]。尋找方便、有效、可靠的可執(zhí)行方法是緊急任務(wù)。GPRS遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)的應(yīng)用解決了遠(yuǎn)程地區(qū)的實(shí)際需求和監(jiān)測(cè)的困難。利用GPRS網(wǎng)絡(luò)本身的優(yōu)勢(shì)，在第一時(shí)間內(nèi)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，減少盜竊[6]。有學(xué)者提出了實(shí)物防盜，依托于實(shí)物的方式安裝構(gòu)件，使得盜竊時(shí)間得以延長(zhǎng)，使保安人員可以及時(shí)趕到[7]。常用的方法是用便攜式電焊機(jī)將四個(gè)鏢帽與丁丁熔合，將變壓器底座的槽鐵與底座連接，將固定變壓器的鉗鐵連接。這種方法具有相對(duì)較低的技術(shù)難度，拆卸難度更高。一種“電力變壓器防盜裝置”CN2750427Y由中國(guó)專利公告編號(hào)[8]。包括用于在本體上端鎖緊螺栓的階梯孔，其中端部設(shè)有用于鎖緊電源變壓器上蓋的卡槽，下端有下孔，其可以有效匹配于鎖緊螺母。鎖緊螺栓必須要保證連接鎖緊螺母，在本體踏步孔，鎖緊螺栓在設(shè)計(jì)中主要選擇了防盜塞蓋，防盜塞蓋螺紋孔在設(shè)計(jì)中必須要連接于絲堵螺紋[9]。微波傳感器以多普勒原理作為基礎(chǔ)。電磁波皆表現(xiàn)出反射特性，當(dāng)電磁波擊中屏障時(shí)，一些電磁波會(huì)反射。若為靜止的勢(shì)壘，這種情況下就會(huì)具有恒定反射波的波長(zhǎng)；勢(shì)壘移動(dòng)到源，反射波此時(shí)具有相對(duì)更短的波長(zhǎng)；若勢(shì)壘離開源，反射波在這種情況下具有更長(zhǎng)的波長(zhǎng)。波長(zhǎng)出現(xiàn)了一定程度的變化，這意味著頻率將會(huì)出現(xiàn)了一定程度的變化[10]。微波傳感器依托于感應(yīng)反射波所出現(xiàn)的變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的判斷。紅外感應(yīng)檢測(cè)方法是誘導(dǎo)活體物體，同時(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的提取，提示信息給主管[11]。熱釋電紅外傳感器(熱釋電紅外探測(cè)器，PIR)可以檢測(cè)非接觸形式的紅外輻射，其可以有效轉(zhuǎn)換信號(hào)，最終呈現(xiàn)為電壓信號(hào)[12]。它在實(shí)際工作中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)生物和其他非生物生物有效識(shí)別。紅外傳感器通常情況下主要在站區(qū)變壓器上安裝。若有人嘗試偷竊，報(bào)警信號(hào)就會(huì)被發(fā)出[13]。綜上所述，學(xué)者們對(duì)變壓器防盜報(bào)警的內(nèi)容進(jìn)行了一些研究，并提出了一些防盜技術(shù)和防盜方法，為本文的研究提供了一定的參考。然而，這些研究很少應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在相關(guān)方面也存在一些弱點(diǎn)?；诖耍疚姆治隽嘶诨ヂ?lián)網(wǎng)的變壓器防盜報(bào)警設(shè)計(jì)。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本文重點(diǎn)設(shè)計(jì)變壓器防盜報(bào)警器，本文的研究?jī)?nèi)容安排如下：（1）先對(duì)整體的基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的變壓器防盜報(bào)警器進(jìn)行設(shè)計(jì)，闡述總體架構(gòu)、工作原理等。該系統(tǒng)主要由報(bào)警系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心系統(tǒng)組成?，F(xiàn)場(chǎng)前端檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)變壓器失電、現(xiàn)場(chǎng)是否有人員損壞等任務(wù)：如有異常情況，前端檢測(cè)報(bào)警裝置立即啟動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。值班人員可以快速確定報(bào)警點(diǎn)的地理位置信息，以及現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人的電話信息，并通過電話等通訊方式迅速與現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人取得聯(lián)系，避免減少不必要的損失。（2）然后對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括串口通信電路、紅外電路、電源電路、通訊模塊等。①串口通信電路該系統(tǒng)基于Internet，采用全雙工方式，收發(fā)信息迅速，且相互干擾。串口通信有兩種，分別為異步、同步通信。PIC系列單片機(jī)采用了前一種通訊方式。根據(jù)需要，還可以添加地線、狀態(tài)控制線等。②紅外電路該系統(tǒng)基于熱釋電效應(yīng)，采用高性能的傳感信號(hào)處理芯片BISS0001和少量的外部元件組成無源熱釋電紅外開關(guān)，通過互聯(lián)網(wǎng)工作。③電源電路l端和N端分別與繼電器線圈和常開觸點(diǎn)相連，B1和B2分別與繼電器的常閉觸點(diǎn)相連。同時(shí)，l端和N端的輸入通過光電隔離轉(zhuǎn)換輸入到MCU的引腳上，B1和B2經(jīng)過整流、濾波和穩(wěn)壓后也輸入到MCU的一個(gè)引腳上。④通訊模塊德國(guó)西門子生產(chǎn)的TC35產(chǎn)品是一種能夠快速、靈活地為現(xiàn)有串行通信設(shè)備提供無線網(wǎng)絡(luò)通信的工具。它完美地結(jié)合了國(guó)外先進(jìn)的無線通信模塊技術(shù)和Internet通信協(xié)議棧芯片技術(shù)，在Internet上運(yùn)行。（3）之后對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括GPRS模塊、語音報(bào)警模塊、通信軟件等。①GPRS模塊現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備是基于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的?？梢扇藛T進(jìn)入防盜范圍。首先，照相機(jī)模塊在此時(shí)就會(huì)被啟動(dòng)，在將可疑人物捕捉到現(xiàn)場(chǎng)之后，啟動(dòng)GPRS模塊，發(fā)送首次捕獲到監(jiān)視中心的控制接口的圖像。②語音報(bào)警模塊 語音報(bào)警模塊在此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要選擇采用的就是XF-S3011，采用串行通信方式收發(fā)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的第一部分是1位開始位，中間是8位數(shù)據(jù)位，最后是1位停止位。③通信軟件windowssocket實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)算機(jī)間通信方式的規(guī)范。該方法可以在用戶對(duì)TCP并不確定的條件下，依托于調(diào)整windows套接字控件的屬性，實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程終端的連接，從而實(shí)現(xiàn)Internet通信。（4）最后對(duì)設(shè)計(jì)完成的基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的變壓器防盜報(bào)警器進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證其是否能夠達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。1.3.2研究方法（1）文獻(xiàn)法搜索了大量的有關(guān)論文資料，篩選出了可以為我們所用的信息，后續(xù)展開歸納總結(jié)，有力的支持此次研究。（2）理論與實(shí)踐結(jié)合法本文結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”、變壓器防盜報(bào)警技術(shù)等相關(guān)方面的理論，以實(shí)際的變壓器防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，來展開相應(yīng)的軟硬件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試分析。第2章基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的變壓器防盜報(bào)警器總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)思路基于GSM的變壓器防盜報(bào)警系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制。整個(gè)系統(tǒng)由一臺(tái)GSM接收主機(jī)、一臺(tái)微機(jī)（報(bào)警中心軟件）和多臺(tái)監(jiān)測(cè)站報(bào)警主機(jī)組成。其中，移動(dòng)通信模塊經(jīng)由RS-232接口與計(jì)算機(jī)連接，構(gòu)成有上機(jī)位的值班室中的監(jiān)視中心。當(dāng)電源線或變壓器被盜、三相缺相或停電時(shí)，監(jiān)控報(bào)警主機(jī)可以檢測(cè)到信號(hào)，并通過無線GSM短消息和語音方式立即向GSM接收主機(jī)報(bào)警。當(dāng)接收主機(jī)接收到報(bào)警信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸給微機(jī)，微機(jī)通過報(bào)警中心軟件報(bào)警信號(hào)對(duì)報(bào)警主機(jī)發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行分析判斷：警報(bào)中心畫面顯示警報(bào)的日期、時(shí)間、警報(bào)的擴(kuò)展號(hào)、故障變壓器、故障故障線路。然后，以電子地圖的形式顯示警報(bào)變壓器和故障線的特定位置。同時(shí)，報(bào)警數(shù)據(jù)將存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，以備將來查詢。值班人員接到報(bào)警信號(hào)后，應(yīng)迅速派有關(guān)人員到現(xiàn)場(chǎng)查看情況，處理有關(guān)具體問題。2.2設(shè)計(jì)方案結(jié)合當(dāng)前變壓器防盜報(bào)警裝置的發(fā)展前景，系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮了GSM網(wǎng)絡(luò)短消息業(yè)務(wù)的應(yīng)用，達(dá)到了低成本、高效率的目的。GSM系統(tǒng)是一種相對(duì)成熟、完善、應(yīng)用最廣泛的基于TDMA技術(shù)的移動(dòng)通信系統(tǒng)。通過GSM系統(tǒng)的短消息業(yè)務(wù)，防盜系統(tǒng)不需要額外設(shè)置專門的通信網(wǎng)絡(luò)。因此，基于GSM的變壓器防盜報(bào)警系統(tǒng)是一種新的方案，是通信技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。防盜系統(tǒng)由以下部分組成：防盜檢測(cè)電路、單片機(jī)和GSM模塊與GSM網(wǎng)絡(luò)、用戶機(jī)。2.3總體架構(gòu)2.3.1系統(tǒng)的組成該系統(tǒng)主要由三部分組成：現(xiàn)場(chǎng)前端檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、GSM/GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)前端檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)變壓器失電情況、現(xiàn)場(chǎng)是否有損壞人員等任務(wù)：當(dāng)出現(xiàn)上述情況時(shí)，立即啟動(dòng)前端檢測(cè)報(bào)警裝置，并將現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，以便值班人員快速確定報(bào)警點(diǎn)的地理位置信息、現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人的電話信息，并通過電話等通訊手段迅速與現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人取得聯(lián)系，避免減少不必要的損失。圖2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D2.3.2變壓器防盜現(xiàn)狀變壓器的主要作用將電力系統(tǒng)干路的超高電壓降壓為幾百伏電壓供用戶使用，因此支路變壓器數(shù)量較多，這些變壓器也成為了不法分子的目標(biāo)。支路變壓器周圍的環(huán)境較為復(fù)雜，一般貼近人口密集地區(qū)，如生活小區(qū)、工廠、學(xué)校等地方，同時(shí)支路變壓器常常安放在樓宇區(qū)內(nèi)，便于盜竊者攀爬，因此必須采用多重監(jiān)控手段防止盜竊事件的發(fā)生。如圖2.2所示。為常見的幾種防止變壓器盜竊的手段。由于變壓器盜竊事件多發(fā)且難于管理，因此整個(gè)防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)了多種傳感器協(xié)同工作的模式，在其周圍設(shè)置了多組紅外對(duì)射傳感器，同時(shí)獲取支路變壓器周圍的環(huán)境信息，最終從不同角度判斷盜竊事件是否發(fā)生。圖2.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖第3章基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的變壓器防盜報(bào)警器硬件設(shè)計(jì)因?yàn)樵撓到y(tǒng)需要保證監(jiān)控設(shè)備需要得到滿足。監(jiān)控設(shè)備是感測(cè)違法、竊賊現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)作的熱釋電紅外電路的設(shè)計(jì)：失壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)，在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行階段主要負(fù)責(zé)對(duì)變壓器輸入等進(jìn)行監(jiān)控；完成了串行通信電路的設(shè)計(jì)，在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行階段主要負(fù)責(zé)信息交互于控制TC35模塊；對(duì)備用電源電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行階段主要用作應(yīng)急電源。3.1串口通訊電路設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)通信采用了并行以及串行通信。前者特點(diǎn)是傳輸速度快，每次傳輸多位數(shù)據(jù)，但距離往往有限。串行通信的特點(diǎn)是一位數(shù)據(jù)按順序傳輸，一般可以傳輸兩條線，即傳輸線以及接收線，保證一個(gè)線通信，具有極寬的傳輸距離。串行通信通常情況下采用相對(duì)較少的傳輸線，可以通過電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，因此適用于遠(yuǎn)程信息傳輸。許多外圍設(shè)備和計(jì)算機(jī)串行通信。當(dāng)串行通信一般與單片機(jī)連接時(shí)，必須增加MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。計(jì)算機(jī)串口的邏輯電平通常情況下所處的區(qū)間為12V和-12V，而單片機(jī)的邏輯電平通常情況下所處的區(qū)間為0-5V，如果需要進(jìn)行通信，此時(shí)就需要展開電平轉(zhuǎn)換。圖3.1串口電路3.2紅外電路設(shè)計(jì)3.2.1總體構(gòu)成熱釋電效應(yīng)廣泛應(yīng)用于熱釋電紅外探測(cè)器、輻射和非接觸測(cè)溫、空間技術(shù)、紅外相機(jī)等應(yīng)用領(lǐng)域。本文基于熱釋電效應(yīng)，采用高性能的BISS0001，同時(shí)結(jié)合于少量外部元件，通過這種方式也就獲得了無源熱釋電紅外開關(guān)。各種白熾燈等都可以自動(dòng)開啟。在商場(chǎng)、家庭的走廊等場(chǎng)景中都可以得到很好的應(yīng)用。圖3.2紅外電路圖紅外探頭型號(hào)在此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要選擇采用的就是6133。在具體技術(shù)方面主要選擇采用了雙源互補(bǔ)技術(shù)，靜態(tài)條件下，空間紅外無干擾信號(hào)的產(chǎn)生。采用BISS0001處理電路，這樣就可以有效的放大信號(hào)，此后傳輸給后續(xù)電路。BISS0001芯片為ASIC芯片。它在處理能力方面十分強(qiáng)大。它配備了PIR紅外傳感器和少量的輔助裝置，形成了我國(guó)相對(duì)成熟的熱釋電紅外開關(guān)。采用CMOS工藝，16針dip封裝。主要用于開啟各種電器，或用于自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)照明系統(tǒng)、自動(dòng)門禁系統(tǒng)等。光敏電阻為r3k，用于檢測(cè)環(huán)境光透過率。當(dāng)用作輸出控制時(shí)，如果外部環(huán)境具有非常出色的透光性，這在很大程度上會(huì)降低R3的電阻，同時(shí)還可以作用于9引腳的輸入電平，在這一階段其所處的狀態(tài)為低電平，此時(shí)也就不能輸出vs。當(dāng)SW1與1或2連接時(shí)，觸發(fā)模式不同。當(dāng)SW1與SW1連接時(shí)，觸發(fā)模式為連續(xù)模式。當(dāng)SW1與SW2連接時(shí)，觸發(fā)時(shí)間為跳躍，具體時(shí)間可根據(jù)需要調(diào)整。3.2.2系統(tǒng)特點(diǎn)對(duì)人體紅外傳感器進(jìn)行分析可知，其構(gòu)成包括了透鏡組等。管腳D在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要連接的就是輸出端口，端口S在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要連接的就是電源正極，端口G在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要連接的就是地。人體紅外傳感器就是對(duì)8um至12um紅外熱輻射波長(zhǎng)進(jìn)行利用，該波段可以為熱釋電元件所探測(cè)，在這一過程中可以實(shí)現(xiàn)輸出電信號(hào)的觸發(fā)。熱釋電元件在實(shí)現(xiàn)了對(duì)物體的探測(cè)后，透鏡將影像投射到熱釋電元件，在這一過程中其將會(huì)呈現(xiàn)為“倒影”狀態(tài)。人體在距離4米內(nèi)，經(jīng)過紅外探測(cè)器，紅外熱輻射信號(hào)主要由熱釋電紅外探測(cè)元件獲取，這種情況下就可以獲得極性相反的電壓信號(hào)。電壓信號(hào)出現(xiàn)了一定程度的變化，單片機(jī)I/O口在這種情況下就可以對(duì)這種變化實(shí)現(xiàn)有效的接收以及探測(cè)，后續(xù)與編寫燒入單片機(jī)的程序有效的結(jié)合，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可疑物體接近的判定，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的觸發(fā)。圖3.3人體紅外傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)3.2.3使用環(huán)境人體紅外傳感器在此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要選擇采用的就是HC-SR501模塊（PID）。靈敏度非常高，在自動(dòng)感應(yīng)電氣設(shè)備中應(yīng)用廣泛。HC-SR501工作電壓范圍經(jīng)過分析后就可以確定其所處的區(qū)間為4.5~20V。其功能方面的特點(diǎn)如下：1.物體進(jìn)入到探測(cè)區(qū)域時(shí)，紅外熱輻射此時(shí)就可以被探測(cè)到，這種情況下就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)OUT端口的自動(dòng)觸發(fā)，這一過程中就會(huì)實(shí)現(xiàn)高電平的輸出；物體沒有處于該區(qū)域則，OUT端口順延一段時(shí)間，在這情況下就會(huì)重新恢復(fù)到0V低電平；2.其所具有的光敏控制功能是非常強(qiáng)大的，充分的結(jié)合于光照強(qiáng)度以此來展開相應(yīng)的調(diào)整，使得誤報(bào)的情況盡可能減少；3.可以對(duì)溫度補(bǔ)償進(jìn)行設(shè)置，若外部超過32攝氏度，這在一定程度上將會(huì)改變HC-SR501探測(cè)距離，紅外探測(cè)器元件可以以自動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)性能補(bǔ)償；4.觸發(fā)方式主要分為兩種：（1）不可重復(fù)，紅外探測(cè)器在實(shí)現(xiàn)了對(duì)物體接近的探測(cè)后，在這一過程中就會(huì)有高電平的輸出，高電平結(jié)束前會(huì)存在著一定的延時(shí)，輸出電平在這一階段將會(huì)發(fā)生重要的變化，具體就是從高變低；（2）可重復(fù)，紅外探測(cè)器在實(shí)現(xiàn)了對(duì)物體接近的探測(cè)后，在這一過程中就會(huì)有高電平的輸出，高電平結(jié)束前會(huì)存在著一定的延時(shí)，在延時(shí)范圍內(nèi)，若探測(cè)到物體，紅外探測(cè)器在這種情形下所處的狀態(tài)為輸出高電平狀態(tài)，物體離開了監(jiān)測(cè)區(qū)域，這種情況下才會(huì)重新恢復(fù)到低電平狀態(tài)。紅外探測(cè)器對(duì)熱輻射進(jìn)行探測(cè)，在這一過程中將會(huì)有高電平的輸出順延，此時(shí)開始的時(shí)間點(diǎn)為被觸發(fā)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)；5.針對(duì)器件層面，其具有獨(dú)一無二的探測(cè)封鎖時(shí)間，通常情況下會(huì)設(shè)定為2.5秒，人體紅外感應(yīng)模塊輸出后，此時(shí)將會(huì)重新恢復(fù)到低電平狀態(tài)，給定封鎖時(shí)間，模塊對(duì)于全部紅外熱輻射信號(hào)并不進(jìn)行探測(cè)。這樣可以讓探測(cè)僅限于特定時(shí)間段，減少了模塊所遭受的干擾，通常情況下可以設(shè)定為數(shù)秒到幾十秒鐘不等；6.模塊具有極寬的工作電壓范圍，直流電在工作狀態(tài)中通常默認(rèn)為4.5V~20V；7.模塊工作具有非常低的功耗水平，靜態(tài)電流經(jīng)過測(cè)定后顯示低于50微安，在實(shí)際應(yīng)用中可以與自動(dòng)控制電子器件很好的配合。使用說明：1.模塊通電，此時(shí)需要進(jìn)行一分鐘的初始化，多次輸出，此后模塊的狀態(tài)將會(huì)調(diào)整為待機(jī)狀態(tài)；2.燈光等與透鏡組表面需要盡量避免近距離的接近，這種操作容易導(dǎo)致誤觸發(fā)的出現(xiàn)。大風(fēng)在一定程度上會(huì)影響到傳感器，必須要對(duì)環(huán)境情況進(jìn)行充分考慮，在此基礎(chǔ)之上實(shí)施相應(yīng)的保護(hù)措施；3.在感應(yīng)部件方面主要選擇采用的就是雙元探頭，觀察可以發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)為長(zhǎng)方形狀，多數(shù)在長(zhǎng)方形窗口長(zhǎng)邊兩側(cè)的位置進(jìn)行安裝，物體水平出現(xiàn)在探測(cè)范圍內(nèi)，靈敏熱釋電傳感器件此時(shí)處于工作狀態(tài)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外光譜差值的探測(cè)，此時(shí)如果發(fā)現(xiàn)具有相對(duì)較大的差值，這也就意味著紅外傳感器具有相對(duì)更大的概率被觸發(fā)，此時(shí)其將會(huì)展現(xiàn)出相對(duì)更高的靈敏度；若有物垂直經(jīng)過探頭，紅外光譜所出現(xiàn)的變化就無法被有效檢測(cè)，此時(shí)將會(huì)具有較低的靈敏度，觸發(fā)的難度并不高。在對(duì)人體紅外傳感器進(jìn)行布置的過程中，雙元探頭感應(yīng)部件在這一過程中必須要維持平衡，使得探測(cè)感應(yīng)更容易實(shí)現(xiàn)。HC-SR501在實(shí)際設(shè)計(jì)中主要選擇采用的就是五邊形狀菲涅爾透鏡，通過這種方式，在很大程度上提高了感應(yīng)探頭探測(cè)能力，探頭窗口長(zhǎng)邊在實(shí)際進(jìn)行安裝的過程中必須要維持水平狀態(tài)。HC-SR501在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可以與單片機(jī)Pl.2管腳進(jìn)行連接，對(duì)于物體的紅外線進(jìn)行探測(cè)，此后實(shí)現(xiàn)向電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而向單片機(jī)傳送信號(hào)，對(duì)信號(hào)展開相應(yīng)的處理，在這一過程中就可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警。對(duì)模塊的功能特點(diǎn)進(jìn)行考慮，若無觸發(fā)，模塊在這種情形下主要實(shí)現(xiàn)的就是低電平的輸出；若有物體出現(xiàn)在監(jiān)測(cè)區(qū)域時(shí)，模塊在這種情形下主要實(shí)現(xiàn)的就是高電平的輸出，主要向單片機(jī)發(fā)送，由后者處理。其所具有顯著特點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔性和智能性，可以很好的保護(hù)電力變壓器。3.3電源電路設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，一般分為交流、直流電源。其需要保證較高的穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)之上系統(tǒng)才可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作。時(shí)代不斷發(fā)展，人們需要供電具有連續(xù)性。備用電源自動(dòng)切換裝置可以滿足這一要求。備用電源是為了避免出現(xiàn)停電或無電情況的備用電源。由于前端檢測(cè)部分要持續(xù)性的工作，有必要設(shè)計(jì)備用電源。保證工作電源斷電時(shí)自動(dòng)切換或啟動(dòng)備用電源。圖3.4電源電路3.4通訊模塊設(shè)計(jì)3.4.1通訊模塊的選擇在防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通訊模塊工作必須要具有足夠高的穩(wěn)定性，其可以應(yīng)用于GSM網(wǎng)絡(luò)中，在此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要選擇采用的就是西門子的TC35模塊。在900MHZ或1800MHZ的通訊頻段可以很好的應(yīng)用，正常工作電壓基于模塊說明書就可以確定為3.3V~5.5V，在實(shí)際系統(tǒng)開發(fā)中對(duì)于GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以很好的適用，在接口方面具備RS232和LVTTL。圖3.5TC35模塊管腳圖3.4.2通訊模塊的組成及特點(diǎn)TC35模塊構(gòu)成有六部分，包括RF模塊等其它一些模塊。其中核心部件為GSM基帶處理器，其所負(fù)責(zé)的就是對(duì)信息數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)等進(jìn)行處理，其囊括了C166芯片、處理器內(nèi)核。RF模塊囊括了SMARTi。TC35模塊電流通常情況下會(huì)出現(xiàn)大幅的變化，處于休眠狀態(tài)時(shí)，模塊電流在這種情形下將會(huì)低于3.5mA；相反情況下，模塊電流極限情況下將會(huì)達(dá)到2.3A，對(duì)TC35模塊電流進(jìn)行分析可知，其具有高落差，因此供電模塊必須要展現(xiàn)出足夠強(qiáng)的能力。ASIC在實(shí)際設(shè)計(jì)中主要選擇采用的就是線性電壓調(diào)節(jié)器，基于此可以穩(wěn)壓處理外部電源電壓Vbatt+，此后則會(huì)將其提供給RF模塊。其還具備2.9V/70mA電源接口。而GSM射頻部分功率放大器不需要太大的供電電壓，因此可以直接選擇采用Vbatt+供電。Flash存儲(chǔ)器（閃存）能夠?qū)鬏敂?shù)據(jù)等進(jìn)行記錄。TC35特性、指標(biāo)詳述如下：1.頻帶：雙頻和；2.對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸?shù)瓤梢詫?shí)現(xiàn)強(qiáng)力的支持；3.規(guī)格：；4.重量：基于稱量后顯示僅為18g；5.電源電壓：電壓所處的區(qū)間范圍具體為3.3V~5.5V；6.波特率：可選的區(qū)間范圍具體為，自動(dòng)區(qū)間范圍具體為；7.電流消耗：如果系統(tǒng)所處的模式為休眠模式，在這一情形中電流消耗的水平具體為3.5mA，如果系統(tǒng)所處的模式為語音模式，在這一情形中電流消耗的水平具體為300mA，如果處于峰值狀態(tài)，在這一情形中電流消耗的水平具體為2.3A，如果系統(tǒng)所處的模式為失電模式，在這一情形中電流消耗的水平具體為100uA；8.溫度范圍：一般為-20~+55℃；適宜的存放溫度為-30~+85℃；9.SIM卡電壓：在此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具體為3V/l.8V。TC35所擁有的引腳數(shù)量總共為40個(gè)，相應(yīng)的引出主要選擇采用的就是ZIF零插入力連接器。分別對(duì)應(yīng)于電源等功能。數(shù)據(jù)輸入、輸出接口采用UART，RS-232在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸?shù)倪^程中，只需要將識(shí)別標(biāo)志添加到數(shù)據(jù)前部和尾部，此時(shí)就可以順利的傳送數(shù)據(jù)，對(duì)于UART來講，其還具備1位停止位；波特率有等，數(shù)據(jù)完整性檢測(cè)一般情況下可以選擇的組合形式為，軟件流量控制一般情況下可以選擇的組合形式為XON/XOFF，信宿向信源傳送XON/XOFF信號(hào)，通過這種方式就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信源發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)間有效的控制。TC35模塊輸入、輸出在實(shí)際運(yùn)行過程中其主要選擇采用的就是CMOS電平，其與標(biāo)準(zhǔn)AT指令集具有極為緊密的關(guān)聯(lián)性，由后者實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制，依托于TC35模塊，其在AT指令的基礎(chǔ)之上就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)操作模式的切換，相應(yīng)的工作模式包括了短消息等模式。3.5PIC單片機(jī)電路PIC微控制器源自于microchip公司。Pic18f452采用16位RISC指令系統(tǒng)，是目前世界上運(yùn)行速度最快的8位單片機(jī)。它能夠在一個(gè)指令周期內(nèi)完成8*位二進(jìn)制乘法（最短為160ns）。另外，PIC單片機(jī)的輸出端口采用了強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，每個(gè)I/0端口的最大吸出電流和輸出電流分別可達(dá)25mA和20mA。因此，它能直接驅(qū)動(dòng)外部電路，負(fù)載能力強(qiáng)。使用時(shí)，只有一個(gè)用戶可以將串口輸出的數(shù)據(jù)以短信的形式發(fā)送出去，或者將接收到的短信以串口的形式輸出到設(shè)備上。針對(duì)PIC單片機(jī)的上述特點(diǎn)，本文擬采用pic18f452作為處理器。選擇串口與監(jiān)控終端連接，終端采集的數(shù)據(jù)通過TC35i模塊組成的GSM無線傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)監(jiān)控中心。數(shù)據(jù)最終由監(jiān)控中心的軟件程序進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。圖3.6單片機(jī)電路單片機(jī)作為主控單元，通過串口與GSM模塊進(jìn)行通信，包括發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，初始化TC35i模塊，通過正確的at命令收發(fā)通信數(shù)據(jù)。系統(tǒng)通電后，由單片機(jī)控制TC35i，通過命令查詢SIM卡狀態(tài)。如果SIM卡安裝正確，模塊返回命令，由單片機(jī)控制TC35i完成模塊初始化。當(dāng)新的短消息到達(dá)時(shí)，TC35i模塊向MCU發(fā)送指令。MCU對(duì)消息的內(nèi)容進(jìn)行讀取，在這一過程中也可以實(shí)現(xiàn)解碼?；趫?bào)文內(nèi)容，對(duì)I/0口進(jìn)行有效的控制，讓其可以分別處于兩種狀態(tài)，分別為輸出高電平以及低電平，在此基礎(chǔ)之上就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電器動(dòng)作有效的控制，然后重復(fù)上述過程。3.6數(shù)據(jù)采集模塊電路設(shè)計(jì)3.6.1模擬信號(hào)采集電路ATT7022C在實(shí)際設(shè)計(jì)中可以實(shí)現(xiàn)對(duì)7路16位的ADC有效的集成。電壓輸入引腳在此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具體為，電流輸入引腳在此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具體為，對(duì)于第7路ADC來講，在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行階段其所發(fā)揮的主要作用就是對(duì)零線電流大小進(jìn)行檢測(cè)；而對(duì)于VxP、VxN引腳來講，在這一階段其可以實(shí)現(xiàn)與2.4V直流參考電壓的疊加?；ジ惺浇尤胪ǔＧ闆r下主要應(yīng)用于采樣電路，芯片與電力網(wǎng)分離，在防干擾方面展現(xiàn)出極為出色的性能。（1）電壓采樣電路。電路在此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我們主要選擇采用了A相電壓取得的方法，對(duì)其他兩相電路進(jìn)行分析可知，其十分類似于該電路。輸入在此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我們主要選擇采用了電阻器網(wǎng)絡(luò)分壓電路。VA主要實(shí)現(xiàn)與電阻網(wǎng)絡(luò)電路的連接。芯片輸入電壓在這種情形下可以符合1.5V的最大輸入條件。經(jīng)由V2P和V2N實(shí)現(xiàn)向ATV7022C的輸入，REFO在此刻其所代表的具體含義為芯片所具有的參考電壓2.4V。如圖3.7。圖3.7電壓采樣電路（2）電流采樣電路。在設(shè)計(jì)電流采樣電路的過程中，在具體的設(shè)計(jì)思路以及方法上等同于電壓采樣電路。在此次課題研究中僅對(duì)相位A電流采樣電路進(jìn)行詳細(xì)說明。IA可以實(shí)現(xiàn)向Ia1的轉(zhuǎn)變，而這一過程的實(shí)現(xiàn)主要依托于電流變壓器，接下來轉(zhuǎn)變成的電壓信號(hào)所處的范圍為ATT7022C內(nèi)。該電路在電壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換后，后續(xù)就可以展開相應(yīng)的濾波，與V1P和V1N針實(shí)現(xiàn)連接，在計(jì)算電氣參數(shù)時(shí)主要依托于ATT7022C來實(shí)現(xiàn)。如圖3.8。圖3.8電流采樣電路3.6.2與單片機(jī)接口電路對(duì)ATT7022C和C8051F020單片機(jī)在系統(tǒng)中將會(huì)實(shí)現(xiàn)連接，相應(yīng)的連線數(shù)量經(jīng)過分析后就可以確定為6條，其中包括了RESET復(fù)位控制線，在整個(gè)系統(tǒng)中其所具有的線數(shù)為1條，SIG握手信號(hào)線在整個(gè)系統(tǒng)中其所具有的線數(shù)為1條，SPI口線在整個(gè)系統(tǒng)中其所具有的線數(shù)為4條，其主要連接的就是P2.0~P2.5，如圖3.9。圖3.9數(shù)據(jù)采集芯片與單片機(jī)接口電路ATT7022C具有復(fù)位端口，在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所連接的就是C8051F020的P2.0端口。單片機(jī)控制數(shù)據(jù)獲取碼片的復(fù)位接口以確保數(shù)據(jù)獲取碼片在通電或復(fù)位之后可同步操作。在ATT7022C的復(fù)位端口中，將0.1uf的靜電容量展開并行化，在這一過程中所發(fā)揮的主要作用就是去耦作用。在數(shù)據(jù)取得芯片中，復(fù)位信號(hào)在某些情況下所處的狀態(tài)為低電平，同時(shí)持續(xù)超過20US，ATT7022C在這種情形下將會(huì)被復(fù)位，而對(duì)于SIG手整形信號(hào)線來講，在這種情形下其可以實(shí)現(xiàn)高電平的輸出，單片機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)位信號(hào)的控制，此時(shí)其所呈現(xiàn)出的狀態(tài)為高電平。在500US后，ATT7022c在這一過程中也就順利完成了初始化動(dòng)作。而對(duì)于數(shù)據(jù)獲取芯片的SIG端口來講，在這一階段其主要實(shí)現(xiàn)了低電平的輸出，并且芯片可以操作SPI端口。SIG信號(hào)是用來通知MCU的握手信號(hào)。當(dāng)ATT7022C因電源接通或干擾而復(fù)位時(shí)，外部MCU必須通過SPI端口更新校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以確保測(cè)量的正確性。0.01uf的解鎖電容器與ATT7022C的SIG連接，ATT7022C與復(fù)位端口的電容器是一樣的。3.6.3數(shù)據(jù)采集模塊整體設(shè)計(jì)ATT7022C的測(cè)定部采用數(shù)字濾波結(jié)構(gòu)，為了確保測(cè)定精度，芯片在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所連接的就是外部水晶振電路，對(duì)24.556MHz的水晶振進(jìn)行選擇。同時(shí)，為了提高電源的穩(wěn)定性，將10uf、0.1f的電容器連接到芯片的所有電源引腳上。當(dāng)芯片的輸入銷SEL連接到高電平時(shí)，選擇三相四線連接模式。如果SEL連接到低電平，則選擇三相三線連接模式。當(dāng)采用三相三線連接模式時(shí)，階段B不參加電能測(cè)量，VB用于置換端子連接的3相4線VN。ATT7022C的第39個(gè)PINREPP與顯示的LED和510Q電阻器有關(guān)。相位的有效功率基于檢測(cè)后所獲得的結(jié)果顯示為負(fù)，發(fā)光二極管在滿足了這一條件下將會(huì)被點(diǎn)亮。各相的有效功率基于檢測(cè)后所獲得的結(jié)果顯示為正，REVPP引腳在滿足了這一條件下將會(huì)有相對(duì)較低的輸出，發(fā)光二極管在滿足了這一條件下將會(huì)不發(fā)光。圖3.10示,為數(shù)據(jù)獲取模塊的電路圖。圖3.10數(shù)據(jù)采集模塊電路圖3.7時(shí)鐘模塊由于系統(tǒng)是長(zhǎng)時(shí)間無人測(cè)量和控制系統(tǒng)，所以需要測(cè)量和控制電氣參數(shù)等。在系統(tǒng)的性能分析中，單片機(jī)十分關(guān)鍵，需要應(yīng)用計(jì)數(shù)器，并且中斷和問題必須被設(shè)定為占據(jù)單片機(jī)的硬件資源。因此，在此選擇具有優(yōu)異性能價(jià)格比的DS1302Z3.7.1DS1302Z芯片簡(jiǎn)介DS1,302Z源自于DALLAS。其具備串行接口，在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所連接的就是單片計(jì)算機(jī)，依托于AM/PM指令，其主要選擇采用的就是24或12小時(shí)的格式，DS1,302Z的耗電量非常低，在實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘信息保存的條件下，功率在這種情況下將會(huì)低于1兆瓦。（1）DS1302Z芯片主要特性。①實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)算秒到閏年；②RAM，其最大的特點(diǎn)就是31*8位；除此之外還包括了暫存存儲(chǔ)器，附加以7字節(jié)；③主要選擇采用串行IVO口方式，這樣就可以盡可能減少管腳數(shù)量；主要選擇采用了3線接口，十分的簡(jiǎn)潔；④寬工作電壓范圍：2.0~5.5V；與TTL兼容Vcc=5V；⑤2V時(shí)，工作電流在這一條件下將會(huì)低于300nA；針對(duì)Vcc1，此時(shí)其將會(huì)展現(xiàn)出可選的涓流充電能力；⑥讀/寫時(shí)鐘，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的傳送方式主要有兩種：一種為緊急模式；⑦同時(shí)在設(shè)計(jì)中其總共封裝了8腳SOSMT；⑧溫度可以達(dá)到的范圍具體為-40~+85C；⑨雙電源管在整個(gè)系統(tǒng)中其主要發(fā)揮的作用就是供應(yīng)主電源與備份電源；備份電源管腳在整個(gè)系統(tǒng)中其輸入主要源自于電池和大容量電容。3.7.2與單片機(jī)接口電路在同步串行模式中，DS13022和單片機(jī)可以真正的實(shí)現(xiàn)同步，這一過程中主要選擇采用的接口線只有三條，具體為從第5腳RES復(fù)位，第6腳雙向IVO口，第7腳SCLK串行時(shí)鐘口也就可以實(shí)現(xiàn)引出。對(duì)C8,051FO20單片機(jī)進(jìn)行分析可知，其相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)就是驅(qū)動(dòng)能力，接口線如果必須要連接于單片機(jī)，需加上10KQ上拉阻值，連接電路如下圖所示。圖3.11時(shí)鐘電路圖3.8數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊系統(tǒng)測(cè)量和控制環(huán)境并沒有人干預(yù)，通信網(wǎng)絡(luò)如果出現(xiàn)繁忙的狀態(tài)，這種情況下會(huì)存在非常大的概率丟失數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可以選擇采用F-RAM存儲(chǔ)器。3.8.1F-RAM存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介F-RAM和常規(guī)EEPROM所展現(xiàn)出的最大特點(diǎn)就是非易失性。對(duì)F-RAM所具有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可知，其在很大程度上不同于常規(guī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。主要對(duì)鐵電薄膜進(jìn)行應(yīng)用。其耗電水平非常低，寫入的效率非常高，在耐久性方面也表現(xiàn)十分出色，具有診斷和維護(hù)系統(tǒng)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。（1）頻繁掉電環(huán)境，F(xiàn)-RAM具有較高的寫持久性，對(duì)改變狀態(tài)的記錄沒有限制，斷電時(shí)，可在短時(shí)間內(nèi)將有用數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。（2）高噪聲環(huán)境。在高噪聲環(huán)境中，常規(guī)EEPROM存儲(chǔ)器存在著一些不足，具體就是有非常長(zhǎng)的寫入時(shí)間，導(dǎo)致數(shù)據(jù)非常容易丟失。將寫入過程中斷。而對(duì)于F-RAM來講，其具有非常短的寫入時(shí)間，數(shù)據(jù)不容易丟失。（3）非接觸式低功耗訪問。對(duì)射頻識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行分析可知，在某些情形中其具有相對(duì)較低的射頻功率，對(duì)于傳統(tǒng)的EEPROM存儲(chǔ)器來講，在這種情況下其無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入，F(xiàn)-RAM讀寫功能得以實(shí)現(xiàn)。（4）存儲(chǔ)器診斷及維護(hù)系統(tǒng)。對(duì)F-RAM進(jìn)行分析可知，其最大的特點(diǎn)就是耐久性非常高，非常適用于復(fù)雜系統(tǒng)中，F(xiàn)-RAM對(duì)于系統(tǒng)歷史運(yùn)行情況等可以實(shí)現(xiàn)很好的記錄.3.8.2本系統(tǒng)確定選用的F-RAM具體型號(hào)系統(tǒng)在此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要選擇采用的就是V系列F-RAM產(chǎn)品FM24V05，這一產(chǎn)品的生產(chǎn)商為Ramtron公司。FM24V05對(duì)于非易失性存儲(chǔ)器具有非常不錯(cuò)的應(yīng)用效果。在具體的接口方面主要選擇采用了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)雙級(jí)（IPC）通訊接口，支持3.4兆赫的一總線速度。與以前的工控機(jī)串行F-RAM設(shè)備相比，時(shí)鐘速度提高了3倍。（1）主要特性。①存儲(chǔ)特性：在耐久性方面該類型產(chǎn)品表現(xiàn)十分出色，在實(shí)際應(yīng)用中可以真正的達(dá)到讀/寫100萬億（1014）次；在掉電數(shù)據(jù)方面可以長(zhǎng)期的保存，該類型產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)10年的保存；該類型產(chǎn)品的寫操作不會(huì)存在任何的延時(shí)。②高效兩線（I2C）串行接口：總線頻率方面通過對(duì)該類型產(chǎn)品說明書閱讀后可以確定為3.41MHz；硬件上對(duì)于EEPROM能夠?qū)崿F(xiàn)直接替代；該類型產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于100kHz和400kHz也可以實(shí)現(xiàn)有力的支持。③而對(duì)于器件ID來講，在實(shí)際應(yīng)用過程中可以實(shí)現(xiàn)廠商ID以及型號(hào)ID的直接讀取。④電壓以及功耗皆處于相對(duì)較低的水平。低電壓工作通過對(duì)該類型產(chǎn)品說明書閱讀后可以確定為2.0V~3.6V；有效電流通過對(duì)該類型產(chǎn)品說明書閱讀后可以確定為；待機(jī)電流（典型值）通過對(duì)該類型產(chǎn)品說明書閱讀后可以確定為90uA；睡眠模式電流（典型值）通過對(duì)該類型產(chǎn)品說明書閱讀后可以確定為5uA。⑤配置可以達(dá)到工業(yè)級(jí)。溫度范圍通過對(duì)該類型產(chǎn)品說明書閱讀后可以確定為（-40C~+85C）；同時(shí)該產(chǎn)品總共封裝了8引腳SOIC。（2）引腳詳細(xì)的說明如下。如圖。圖3.12FM24V05引腳圖①引腳1~3（具體表示為A0-A2）：在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所代表的引腳含義為FM24V05物理地址。②引腳4（即為VSS）：在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所代表的引腳含義為接地。③引腳5（即為SDA）：在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所代表的引腳含義為串行數(shù)據(jù)/地址。從雙線協(xié)議角度來說，此時(shí)其主要用作雙向數(shù)據(jù)線。在具體的輸出類型方面主要呈現(xiàn)為開放漏極輸出，與總線其他設(shè)備線也可以實(shí)現(xiàn)有效的連接。在噪聲環(huán)境中，對(duì)于輸入緩沖器來講，在這種情形中其無法有效匹配施密特觸發(fā)，為了解決這一問題，必須要實(shí)現(xiàn)外部上拉電阻器。④引腳6（即為SCL）：在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所代表的引腳含義為串行時(shí)鐘。兩線接口主要實(shí)現(xiàn)輸入的就是串行時(shí)鐘。而對(duì)于數(shù)據(jù)的輸出來講，其主要出現(xiàn)于SCL下降沿，而對(duì)于數(shù)據(jù)的輸入來講，其主要出現(xiàn)于SCL上升沿。在噪聲環(huán)境下，對(duì)輸入來講，在這種情形中其無法有效匹配施密特觸發(fā)，為了解決這一問題，必須要實(shí)現(xiàn)與外部上拉電阻的連接。⑤引腳7（即為WP）：在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所代表的引腳含義為寫保護(hù)。該引腳在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中如果選擇將其連接于VDD，寫保護(hù)在這種情形下就要開啟。引腳在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中如果選擇將其連接于地，這種情況下也就無法發(fā)揮保護(hù)作用。引腳內(nèi)部此時(shí)所呈現(xiàn)出的狀態(tài)具體為低電平。⑥引腳8（即為VDD）：在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所代表的引腳含義為電源。3.8.3存儲(chǔ)器與單片機(jī)接口電路系統(tǒng)要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行大規(guī)模的存儲(chǔ)，2片F(xiàn)M24V05在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要將其并聯(lián)于單片機(jī)。如下圖所示。圖3.13數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊電路圖3.9數(shù)據(jù)接口電路串行通信接口電路的設(shè)計(jì)是非常有必要的。其中較具代表性的就是RS232和RS-485。然而，與RS485接口相比，RS232容易損壞許多缺陷，例如低傳輸速率、抗噪性、接口電路芯片。然后，使用與TTL電路、有限傳輸距離等連接的電平轉(zhuǎn)換電路。因此，選擇RS485總線作為數(shù)據(jù)通信端口，SP3485EN接口芯片在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇將其連接于C8051F020。3.9.1RS485接口的特點(diǎn)（1）ES-485所表現(xiàn)出的電氣特性如下：接口信號(hào)電平普遍情況下要低于RS-232-C，RS485邏輯“1”在此次課題研究中選擇表示為+2+6V，而對(duì)于這一數(shù)據(jù)的計(jì)算具體就是2線間的電壓差。由于邏輯“0”由-2到6V的兩條布線之間的電壓差表示，接口電路芯片將會(huì)極容易被損壞，該電平在很大程度上可以兼容于TTL電平，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選擇將其連接于TTL電路。（2）數(shù)據(jù)傳輸速率在最理想的情況下將會(huì)達(dá)到10Mbps。（3）RS-485接口經(jīng)過分析后可以發(fā)現(xiàn)其采用了組合的方式，主要包括了兩個(gè)部分，分別為平衡驅(qū)動(dòng)器與差分接收器，在復(fù)雜噪音干擾的情況也可以實(shí)現(xiàn)很好的工作。（4）傳輸距離在最理想的情況下將會(huì)達(dá)到3000m。RS-232-C接口在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中只能連接于1個(gè)收發(fā)機(jī)，相應(yīng)的連接主要依托于總線來實(shí)現(xiàn)，這在很大程度上不同于RS-485接口，其可以連接收發(fā)機(jī)總數(shù)可以達(dá)到128個(gè)，以單個(gè)RS-485接口可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)快速設(shè)置。3.9.2SP3485EN接口芯片介紹數(shù)據(jù)傳輸在最理想的情況下將會(huì)達(dá)到10mmbps。電壓+3.3V。它具有發(fā)射機(jī)接收機(jī)的功能和發(fā)射機(jī)的輸出短路保護(hù)功能。該公共模式輸入電壓范圍為-7V～+12V。那個(gè)可以把32個(gè)收發(fā)機(jī)與總線連接。如圖3.14。圖3.14SP348SEN引腳圖各管腳功能說明如下：引腳1：在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所代表的引腳含義為；引腳2（/RE）：在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所代表的引腳含義為，如果其所處的狀態(tài)為低電平，這也就意味著其有效；引腳3（DE）：在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所代表的引腳含義為，如果其所處的狀態(tài)為高電平，這也就意味著其有效；引腳4（DI）：在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所代表的引腳含義為驅(qū)動(dòng)器輸入；引腳5（GND）：在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所代表的引腳含義為接地：引腳6（A）在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所代表的引腳含義為驅(qū)動(dòng)器輸出同相；引腳7（B）：在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所代表的引腳含義為接收器輸入同相；引腳8：在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中其所代表的引腳含義為正電源電壓（）。RS-485總線處實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)有效接受。在電路處于運(yùn)行狀態(tài)中，驅(qū)動(dòng)器工作時(shí)間將無法同步于接收器。從RS-485節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)角度來說，如果其具有相對(duì)更高的可靠性，SP3485EN芯片并沒有實(shí)現(xiàn)連接，在這一種情形下其所發(fā)揮的主要作用就是網(wǎng)絡(luò)失效保護(hù)，第6引腳在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要加上一個(gè)3.3K2的上拉電阻，第7引腳在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要加上一個(gè)3.3K2的下拉電阻。如圖3.15所示。圖3.15RS485接口電路第4章基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的變壓器防盜報(bào)警器軟件設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)軟件4.1.1編輯語言選擇監(jiān)控站的程序設(shè)計(jì)就是編程以及調(diào)試嵌入式程序，采用maplabide。該平臺(tái)功能強(qiáng)大，對(duì)于混合編程可以實(shí)現(xiàn)有力的支持。圖4.1PIC單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)流程圖匯編語言在對(duì)硬件進(jìn)行操作時(shí)主要選擇采用了縮寫標(biāo)識(shí)符。它要求程序員以命令的形式寫出每一步的具體操作，在實(shí)際操作過程中，每條指令僅與一個(gè)工作相對(duì)應(yīng)。因此其具有相對(duì)較低的編程效率，耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行開發(fā)。調(diào)試難度高。此外，C語言的編程和調(diào)試時(shí)間遠(yuǎn)小于匯編語言，多數(shù)單片機(jī)皆對(duì)c語言編程支持。本文也選擇采用了C語言。TC35模塊在與CPU通信時(shí)主要選擇采用的就是RS232接口。編程的過程中，以CPU寄存器作為對(duì)象來展開初始化；此后實(shí)現(xiàn)指令函數(shù)的編程，如設(shè)置voidPDU，最后實(shí)現(xiàn)voidcmgs1的發(fā)送，讀取短消息函數(shù)voidcmgr（void），響應(yīng)接收中斷并處理TC35i模塊上傳的信息。4.1.2互聯(lián)網(wǎng)+的模型針對(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”的應(yīng)用，提出了一種基于移動(dòng)感知和大數(shù)據(jù)處理的智能防盜搶劫模型。核心思想是在AI芯片的活躍發(fā)展和移動(dòng)因特網(wǎng)終端的感知和計(jì)算能力的實(shí)質(zhì)性改進(jìn)的背景下使用計(jì)算位數(shù)據(jù)處理技術(shù)。諸如手機(jī)等移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端裝置實(shí)現(xiàn)了作為邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的各種傳感器的融合感知。基于云服務(wù)器進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)算法優(yōu)化和樣本標(biāo)記訓(xùn)練，并將相應(yīng)的參數(shù)，策略和讀取值發(fā)送到邊緣終端設(shè)備，提高了泛化和識(shí)別精度，兼顧了防盜搶應(yīng)用的效率，成本和用戶隱私安全。具體模型設(shè)計(jì)見圖4.2。圖4.2模型圖此模型使用由百度開發(fā)的開放式圖片計(jì)算框架向用戶網(wǎng)站擴(kuò)展計(jì)算功率，提供暫時(shí)離線和低延遲計(jì)算服務(wù)可以實(shí)現(xiàn)云管理和數(shù)據(jù)分發(fā)，并執(zhí)行邊緣設(shè)備上的應(yīng)用。邊緣計(jì)算的核心算法框架的實(shí)現(xiàn)可以使用PADLADADLE、PyTrink、咖啡飛槳等框架。Paddle是百度自主研發(fā)的深度學(xué)習(xí)核心框架，也是國(guó)內(nèi)唯一一個(gè)功能齊全的深度學(xué)習(xí)框架，能夠更好地適應(yīng)openedge。其架構(gòu)如圖4.3所示。圖4.3架構(gòu)圖其體系結(jié)構(gòu)主要分為四個(gè)部分（1）主程序：實(shí)際負(fù)責(zé)與云建立控制通道，控制邊緣計(jì)算設(shè)備的功能和行為（2）通信模塊：采用mqtt協(xié)議，負(fù)責(zé)建立邊緣計(jì)算設(shè)備與云之間的數(shù)據(jù)通道，完成云到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端的數(shù)據(jù)通信（3）本地集線器模塊：橋接移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端的各種各樣的移動(dòng)感知數(shù)據(jù)：（4）函數(shù)計(jì)算模塊：在深度學(xué)習(xí)算法中使用PADP飛槳深度學(xué)習(xí)框架，融合各種感知數(shù)據(jù)，識(shí)別各種盜竊行為和搶劫行為。4.2GPRS模塊軟件GPRS模塊可以連接監(jiān)控中心，在這一過程中可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，將現(xiàn)場(chǎng)圖片或文件傳送給監(jiān)控中心；二是以短信的方式將變壓器的被盜信息傳送給管理者。中國(guó)移動(dòng)提供了一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸平臺(tái)，以滿足行業(yè)需求。另外，在GPRS應(yīng)用中對(duì)一些技術(shù)問題進(jìn)行解決。對(duì)監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行利用，通過這種方式與GPRS模塊實(shí)現(xiàn)信息交互，原因是該計(jì)算機(jī)與Intermet連接。系統(tǒng)上電后，數(shù)據(jù)采集電路快速建立雙向通信是非常方便的，這樣我們就不能再尋找域名，連接十分迅速。GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控終端對(duì)數(shù)據(jù)快速傳輸，這一過程中所采用的技術(shù)為無線分組交換技術(shù)。GPRS模塊提供高畫質(zhì)的持久在線傳輸通道。為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃圆⑻岣呦到y(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)虛擬私有網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。監(jiān)視中心依托于GPRS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送，在監(jiān)視中心和監(jiān)視終端裝置中設(shè)定多個(gè)虛擬私線。GPRS網(wǎng)絡(luò)只能從GPRS傳輸數(shù)據(jù)，其他用戶和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)不能傳輸網(wǎng)絡(luò)，因此實(shí)現(xiàn)安全的傳輸。監(jiān)視裝置處理器將可以連接GPRS網(wǎng)絡(luò)，這一過程的實(shí)現(xiàn)主要依托于串行端口，設(shè)IP分組，經(jīng)由GPRS模塊向監(jiān)視中心發(fā)送數(shù)據(jù)，完成整體的信息發(fā)送處理。若GPRS模塊需要登錄網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)可以實(shí)現(xiàn)IP地址、IMSI號(hào)碼的獲取。進(jìn)而連接和傳輸數(shù)據(jù)到監(jiān)控中心的IP。使用GPRS模塊的LPC2210使用AT指令，圖4.2示出GPRS模塊的網(wǎng)絡(luò)登錄:圖4.4GPRS登錄圖模塊在完成了初始化后，具有記錄功能，停電后，模塊可以將當(dāng)前狀態(tài)記住，確保參數(shù)不會(huì)隨著斷電而丟失，當(dāng)模塊恢復(fù)到斷電前的狀態(tài)時(shí)。設(shè)置參數(shù)時(shí)要注意監(jiān)控中心的IP地址，實(shí)現(xiàn)模塊與互聯(lián)網(wǎng)的連接，這個(gè)IP必須是公網(wǎng)的IP地址。如果IP無法確定，服務(wù)器的名稱可以確定，在這種情形下就可以展開通信，不過這一名稱必須要保證可以被域名解析服務(wù)器解析。4.3語音報(bào)警模塊4.3.1語音芯片的選擇在語音報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)中，XF-S3011是一個(gè)重要的語音合成芯片。它遵循串行通信的方式來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的第一部分是1位開始位，中間是8位數(shù)據(jù)位，最后是1位停止位。數(shù)據(jù)傳輸采用“包~幀”的形式。每個(gè)包幀的數(shù)據(jù)可以大也可以小，文本可以容納的最大數(shù)據(jù)量超過200字節(jié)。命令字0x01表示合成命令，后跟合成文本數(shù)據(jù)；命令字0x02表示停止合成命令，內(nèi)部不含參數(shù)；命令字0×03在整個(gè)模塊中其所代表的命令含義為暫停合成，而參數(shù)并未存在于其內(nèi)部；命令字0x04在整個(gè)模塊中其所代表的命令含義為恢復(fù)合成，參數(shù)也并不包括在其中；命令字0x05在整個(gè)模塊中其所代表的命令含義為合成命令有文本編碼，文本回放命令中并不存在參數(shù)；命令字0x88在整個(gè)模塊中其所代表的命令含義為系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)。幀體數(shù)據(jù)將會(huì)占用兩個(gè)字節(jié)。在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送過程中，處在前面以及后面的分別為高、低字節(jié)。uart3可對(duì)指令和數(shù)據(jù)接受。處理器將信息傳送給芯片。在獲得了數(shù)據(jù)幀后，芯片對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行判斷，結(jié)果顯示其為正確的，此時(shí)將會(huì)實(shí)現(xiàn)“0x41”的回復(fù)；若存在著錯(cuò)誤信息，此時(shí)會(huì)有“0x45”的反饋，這意味著該信息是錯(cuò)誤的，并重新傳輸；當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸是正確的，它將返回一個(gè)消息，芯片獲得新數(shù)據(jù)，此后則需要判斷合成。處理器對(duì)pin的RDY電平進(jìn)行持續(xù)檢查，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)通信進(jìn)度的檢查。引腳所處的狀態(tài)為低電平，表示芯片已準(zhǔn)備好接受新的文本數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測(cè)到高電平時(shí)，表示芯片正處于文本合成階段，新文本無法發(fā)送，需要等待。如圖4.5所示，文本合成數(shù)據(jù)流如下所示。圖4.5文本合成數(shù)據(jù)流程單片機(jī)獲取電信號(hào)變化，基于GSM模塊將短信息發(fā)送給目標(biāo)手機(jī)，進(jìn)而提醒管理人員。4.3.2通訊指令的簡(jiǎn)介TC35通訊模塊在展開此次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，主要選擇的就是，賀氏指令A(yù)T，指令集的數(shù)值相當(dāng)龐大，遠(yuǎn)大于了150條，命令集擁有自定義等多種功能。TC35模塊基于AT命令可以實(shí)現(xiàn)很多操作，如短信息通訊?？梢猿跏蓟疶C35模塊。單片機(jī)采用Block、PDU和Text模式實(shí)現(xiàn)短信息收發(fā)。一般Text和PDU模式應(yīng)用較為普遍，前者具有十分簡(jiǎn)單的代碼，十分容易使用，不過對(duì)于中文格式并不兼容；而PDU模式則不同，其可以實(shí)現(xiàn)有效使用的有中、英文兩種；Block模式的使用重要條件之一就是要配合相關(guān)的生產(chǎn)手機(jī)的公司，實(shí)現(xiàn)難度高；PDU模式實(shí)現(xiàn)了對(duì)Block模式的替代。4.3.3AT指令的詳述本文采用PDU模式實(shí)現(xiàn)通信連接，對(duì)AT指令詳述如下：1.初始化指令對(duì)格式指令進(jìn)行選擇：，0在此處其所代表的具體含義就是對(duì)PDU模式進(jìn)行選擇，<CR>在此處其所代表的具體含義就是換行。若為正確的AT指令，同時(shí)順利的執(zhí)行，在此種場(chǎng)景中，想要實(shí)現(xiàn)信息返回，就必須對(duì)“OK”字符進(jìn)行操作，這也是必備條件之一。2.短消息的發(fā)送在轉(zhuǎn)送短消息指令過程中時(shí)：“發(fā)送”<CR>。達(dá)到“>”返回目的，對(duì)PDU編碼信息進(jìn)行輸入，<乙>在此處其所代表的具體含義就是結(jié)束符。在發(fā)出了短消息，這種情況下就需要實(shí)現(xiàn)“OK”字符信息的返回。3.接收短消息獲得“SM”，INDEX<CRLF>。編譯，對(duì)中文信息內(nèi)容進(jìn)行編譯以及顯示。4.刪除短消息刪除操作：，TC35模塊在此時(shí)將會(huì)有“OK”的返回。保證短消息控制在裝載容量?jī)?nèi)。AT指令發(fā)送格式在開頭位置主要采用的就是“AT+”，最后則采用了<CR>（回車），十六進(jìn)制在此處其主要被表示為0xOD；發(fā)送符在此處其主要被表示為<Z/ESC>，十六進(jìn)制在此處其主要被表示為0x1A。單機(jī)片模式中，主要包括了三種收發(fā)短信模式：7-bit編碼在這一模式中其主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)ASCIⅡ字符的發(fā)送；8-bit編碼在這一模式中其主要實(shí)現(xiàn)了對(duì)短消息數(shù)據(jù)的發(fā)送；UCS-2編碼在這一模式中其主要實(shí)現(xiàn)了Unicode編碼漢字的發(fā)送以及編輯。Unicode字符編碼應(yīng)用較為普遍。UCS隸屬于Unicode，UCS-2在進(jìn)行編碼的過程中主要選擇采用的就是兩個(gè)字節(jié)。如送相應(yīng)的提示信息，這種情況下需要實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)輸入具體如下。數(shù)據(jù)域分析具體如下：00在此處其所代表的主要含義就是不會(huì)改變短消息服務(wù)中心號(hào)碼，模塊在對(duì)號(hào)碼進(jìn)行存儲(chǔ)時(shí)主要采用了SIM卡；11PDU在此處其所代表的主要含義就是類型，在沒有特殊要求的情況下將會(huì)是11；00MR在此處其所代表的主要含義就是短消息參考，在沒有特殊要求的情況下將會(huì)是00；OD在此處其所代表的主要含義就是被叫電話號(hào)碼長(zhǎng)度，具體為；91在此處其所代表的主要含義就是被叫號(hào)碼類型，一般情況下采用91；，在此處其所代表的主要含義就是位移處理后的電話號(hào)碼。具體就是互換相鄰兩位數(shù)字，此后進(jìn)行排序，字母F在此處其所代表的主要含義就是字串長(zhǎng)度，如果屬于奇數(shù)，此時(shí)有必要補(bǔ)為偶數(shù)。位移處理“”，在經(jīng)過了這一過程后就可以得到“”。00PID在此處其所代表的主要含義就是協(xié)議識(shí)別標(biāo)志；08DCS在此處其所代表的主要含義就是數(shù)據(jù)編碼方案，08表示用戶數(shù)據(jù)在進(jìn)行編碼時(shí)主要選擇采用了Unicode；A0VP在此處其所代表的主要含義就是短消息在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是有效的，A0在此處其所代表的主要含義就是21小時(shí)的有效期；10UDL在此處其所代表的主要含義就是短消息所具有的長(zhǎng)度；：UD在此處其所代表的主要含義就是用戶數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換后將會(huì)呈現(xiàn)為”A變防盜報(bào)警觸發(fā)”。4.4通信軟件4.4.1編程技術(shù)的分類在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，當(dāng)遠(yuǎn)程圖像數(shù)據(jù)的傳輸依托于GPRS模塊來實(shí)現(xiàn)，服務(wù)器程序?qū)?huì)被啟動(dòng)，以此來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。服務(wù)器程序的開始是在監(jiān)控中心和GPRS模塊間構(gòu)建連接。遠(yuǎn)程通訊中普遍采用socket。主控與GPRS模塊實(shí)現(xiàn)通信的建立。所謂socket技術(shù)是一種用于遠(yuǎn)程通信的socket編程技術(shù)。一般來說，套接字可以分為兩種類型：流式與數(shù)據(jù)的報(bào)套接字。流式套接字主要是用TCP協(xié)議，然而數(shù)據(jù)報(bào)套接字是使用UDP協(xié)議。Socket為通訊端點(diǎn)。編程如果采用socket接口，socket將被抽象為網(wǎng)絡(luò)端點(diǎn)。相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)通信主要實(shí)現(xiàn)了定向連接，接口方式經(jīng)過分析后也就可以確定為開-讀-寫-關(guān)模式。是的編程接口。用戶無法確定TCP，此時(shí)對(duì)windowssocket控件的屬性進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而就可以連接于遠(yuǎn)程終端。服務(wù)器以及客戶機(jī)模式較為常見。如果到達(dá)了客戶端信息，連接成功，然后展開數(shù)據(jù)的交互。在對(duì)客戶機(jī)應(yīng)用程序進(jìn)行創(chuàng)建的過程中，服務(wù)器IP地址是必須要確定的，對(duì)端口進(jìn)行全面監(jiān)聽，此后對(duì)connect方法進(jìn)行調(diào)用。若要想實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的創(chuàng)新，此時(shí)需要進(jìn)行偵聽端口的創(chuàng)建，在具體方法上采用了listen方法。連接客戶端和服務(wù)器，此為事件。事件中的accept方法使得連接得以完成。對(duì)SendData方法進(jìn)行調(diào)用，此時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送，對(duì)dataarrival事件調(diào)用，此時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收。本文對(duì)GetData方法進(jìn)行調(diào)用，以此來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的獲取。圖4.6數(shù)據(jù)控制流程4.4.2指令控制的編碼基于TC35模塊實(shí)現(xiàn)指令控制。首先為PDU模式，實(shí)現(xiàn)“OK”返回。后續(xù)對(duì)發(fā)送位數(shù)進(jìn)行發(fā)送，PDU編碼具體如下：“”，對(duì)AT+CMGS=31發(fā)送；返回“>”，這種情況下就需要進(jìn)行PDU來轉(zhuǎn)送相關(guān)的編碼數(shù)據(jù)和信息，如果不得已確實(shí)要移動(dòng)來查詢電話號(hào)碼。對(duì)應(yīng)的一些程序如下所示：；；/把“pnum”的字符串拷貝到“num”中，覆蓋“num”原字符串//位移處理，即互換相鄰兩位數(shù)字，此后排序字串長(zhǎng)度為奇數(shù)，這種情況下有必要將其補(bǔ)為偶數(shù)，補(bǔ)充“F”互換鄰近的兩位數(shù)字；4.5攝像軟件探測(cè)器獲取外部信號(hào)，攝像機(jī)模塊將會(huì)啟動(dòng)。對(duì)角度進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器被盜過程的捕捉，并將照片保存為證據(jù)。處理器向模塊發(fā)送指令。相機(jī)模塊可以壓縮圖像，大約為幾KB到十幾KB。啟動(dòng)前可以設(shè)置定時(shí)器。一般需要拍三張照片，間隔20秒。攝像機(jī)模塊具有RS232串行接口。首先對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理。這些信息通過GPRS模塊的串口傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)。當(dāng)傳輸?shù)男畔⒌竭_(dá)監(jiān)控中心接口時(shí)，GPRS模塊獲得接收信息。圖像為JPEG格式，能夠呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)中。圖4.7圖片傳輸流程傳感器捕捉到運(yùn)動(dòng)信號(hào)，此時(shí)會(huì)有低電平輸出，攝像頭模塊進(jìn)而被啟動(dòng)。圖片拍攝依托于中斷方式展開持續(xù)的查詢。串口在實(shí)現(xiàn)了初始化后，應(yīng)設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)，以保證系統(tǒng)運(yùn)行。攝像頭模塊被啟動(dòng)，此后控制單元進(jìn)入串行接口uatr2，在一段時(shí)間內(nèi)將會(huì)等待中斷命令。對(duì)格式起始字節(jié)進(jìn)行判斷，對(duì)發(fā)送的字節(jié)進(jìn)行接收，進(jìn)而確定接收是否完成，并存儲(chǔ)接收到的數(shù)據(jù)。第5章基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的變壓器防盜報(bào)警器測(cè)試分析5.1測(cè)試環(huán)境5.1.1實(shí)驗(yàn)環(huán)境在模擬的測(cè)試和仿真中，我們模擬了很多現(xiàn)實(shí)生活中的場(chǎng)景和突發(fā)意外情況，用來驗(yàn)證我們此次設(shè)計(jì)的效果。比如有普通路人或者犯罪分子靠近，針對(duì)不同的場(chǎng)景，是否能準(zhǔn)確識(shí)別，是否會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)等，當(dāng)變壓器的電流或電壓產(chǎn)生了變化，裝置的識(shí)別情況，還有就是暴力破壞變壓器的振動(dòng)是否能準(zhǔn)確識(shí)別，還模擬暴雨環(huán)境等現(xiàn)實(shí)生活中的情況，來驗(yàn)證效果。5.2.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容我們這次的仿真和模擬主要是根據(jù)變壓器反饋給我們的一些電流和電壓量信號(hào)來判斷的，是測(cè)試效果的主要依據(jù)指標(biāo)。如果出現(xiàn)問題，利用一些GSM和GPRS的信號(hào)發(fā)送，給信息的接收者，讓他們進(jìn)行獲取相關(guān)信息，來及時(shí)處置。通過我們的多次測(cè)量和模擬，獲取了多組不同的數(shù)據(jù)和信息，以這些相關(guān)的信息來判斷我們此次測(cè)試的效果和依據(jù)。下面是測(cè)試的電路圖。圖5.1實(shí)驗(yàn)線路5.2測(cè)試結(jié)果經(jīng)過我們的仿真和測(cè)試，即將上述的幾種情況分別進(jìn)行了模擬，在陌生人來到、電流電壓發(fā)生變化、暴力破壞、暴雨等情況下，均可以很好的識(shí)別和應(yīng)對(duì)，下面是我們測(cè)試的一些結(jié)果。表5