基于GPRS传输的输电线路红外测温系统

 

　　目前，输电线路监测已经有所发展，并且日趋完善。在输电线路状态监测系统中用到红外测温诊断技术是一种先进的故障检测手段，具有远距离、不停电、不接触、不解体等特点。系统中重要的前端红外设备为红外热像仪。红外热像仪通过检测被诊断物体的红外辐射信号获得热状态特征，并根据这种热状态特征及适当的判据，做出有无故障及故障属性、出现位置和严重程度等判别。单有红外热像仪都无法实现长距离无线检测，如果利用已有的GPRS无线通信网络实现热像图数据的传输，具有覆盖面广，无需增加传输设备和线路的特点，特别适用于无法架设线路的偏远地域的输电线路场合。

　　1 系统整体的设计结构

　　1.1 系统的工作原理

　　输电线路现场的采集终端设计安装了高精度红外热像仪，对准需要进行温度监测的电气设备。前端系统定时的采集到各种重要电气设备有关温度分布的热像图后将数据传送给电路系统，电路系统经过分析处理后将热像图进行压缩和打包处理，然后通过GPRS无线网络的方式发送到监控中心的计算机数据服务器上。数据服务器安装相应的应用软件程序进行数据的自动处理，主要完成热像图的接收与解压还原，之后以图像和图形的形式将各种电气设备的温度分布情况直观地显示在客户端，不同温度以不同颜色显示。系统结合数据软件系统和各种修正理论模型分析各种电气设备存在的热缺陷和故障状态，及时给出诊断信息，有效预防输电线路高温热故障的发生。系统集成了输电线路温度分布的在线红外热像监测的各种功能模块，并借助GPRS无线通信网络进行实时数据传输，实现了对输电线路温度状态的监测。

　　1.2 系统总体硬件结构

　　整个系统硬件结构主要分为监测前端、无线通信网络和监控中心三部分。监测前端硬件主要由主控制模块、图像采集模块、图像压缩模块以及红外报警模块五部分组成。

　　监测前端的图像采集与压缩模块是系统的基础与前提，其结构和性能直接决定了整个系统性能的好坏。图像采集与压缩终端包括以图像采集芯片处理器为核心的图像采集与JPEG压缩部分以及红外报警部分。主要实现输电线路现场原始图像的采集和压缩，这些功能都由相应的软件支持系统来实现。图像采集部分由视频A/D芯片实现模拟图像的数字化转换，使用专用芯片实现JPEG图像压缩编码。红外报警部分实现输电线路温度出现异常状况的报警功能。

　　无线通信网络部分由专用GPRS模块实现网络传输功能，它与图像采集部分的接口是通用异步串行接口(UART)。

　　监控中心即监控中心计算机数据服务器与前端硬件系统起着承上启下的作用。其结构框图如1所示。

　　

 

　　1.3 监测前端硬件整体设计

　　监测前端主要完成对数据的采集、打包和传输等。监测前端采集温度数据，并通过对现场图像的采集，更进一步确认导线的状况。监测终端设备安装在野外，取电困难，所以选用太阳能加蓄电池的供电。

　　监测前端的硬件结构图如图2所示。根据实际的需要，监测前端的微控器选用了基于ARM7内核RISC结构的LPC2368微处理器。它是一个支持实时仿真的32位ARM7TDMI-S CPU，并带有512 KB嵌入的高速FLASH存储器，且具有在系统编程(ISP)和在应用编程(IAP)的功能。控制器管理太阳能电池板对蓄电池的充电，并保证蓄电池对系统供电电路的放电。供电电路将蓄电池的电压转换为系统各部件电源所需的电压。图像采集模块将摄像机拍摄的图片压缩为压缩比适中的JPG格式，以适应无线网络窄带传输的需要。无线通信模块采用内嵌TCP/I协议的MC55，连接监控中心与监控终端，以实现它们之间的通信。JTAG接口可用于对LPC2368内部的所有部件进行访问，通过该接口可对系统进行调试、编程等。此外，还有存储单元，看门狗单元以及时钟电路等外围电路。

　　

 

　　为了满足系统低功耗的要求，采用了一系列降低系统功耗的措施，如选择低功耗元件、合理利用外围设备的睡眠模式、分时供电等一系列低功耗措施，给功耗较大传感器加上开关电路，在不用的时候关闭电源，以达到节电的目的。而且，图像采集模块，摄像机等部件的功耗较大，均加上了开关电路，确保系统在无光照情况下可以长时间工作。