基于GPRS无线通讯的计量箱智能报警系统设计

　　1、引言

　　当前，电力公司设备盗窃案件猖獗，窃电现象屡禁不止，财产损失严重。计量箱主要依靠一把锁来看护，传统锁具防盗安全系数低、易被破坏，且被破坏后无法实时报警、及时取证。设备的损毁和防窃电工作依靠外勤人员的发现或用电检查人员的巡查，工作量大，收效甚微。为了有效防止和杜绝偷漏电现象的发生，提高用电检查的效率，降低用电检查工作人员的劳动量，提高设备运行的安全性、经济性，结合电力生产调度管理的发展需求和特点，建立基于GPRS无线通讯技术的计量箱智能报警系统是非常必要的。

　　2、计量箱智能报警系统的概况

　　2.1计量箱智能报警系统的研究背景

　　从已经发生的窃电案件观察，当前窃电行为呈现技术化和多样性特点，而目前多数电子锁产品以仅采用现场锁具管理为主要目的，存在以下缺陷：

　　（1）无法对计量箱状态进行检测。

　　（2）电子锁开闭工况无法实时传回主站系统。

　　（3）不具备防窃电功能。

　　按照国家电网公司智能电网建设十二五规划，电能计量在装备现代化上将不断提升，自动化水平越来越高，自动采集范围将从电能采集扩大到防盗、防窃电、用电监测、节能调控。

　　2.2计量箱智能报警系统的技术方案

　　智能报警电子锁利用电子技术取代传统锁芯，用芯片控制锁具开启和闭合，同时可以检测计量箱的工作情况，实现计量采集点的开门报警、震动报警、磁干扰或磁攻击报警、断电报警、零电流报警和红外干扰报警等功能，通过联防分析，防止漏报和误报。

　　智能报警电子锁采用分体式设计，具有抗破坏，适应性强，易于安装的特点，普遍适用于各类计量箱和基于SG186设计的新型智能表箱。采用有源与无源相结合的设计，具有使用寿命长，报警实时性好，易于维护的特点。通过将侦测到的有关防窃电报警信号与电子锁记录和实际计量的用电数据进行综合对比、联防分析，进一步提高了防窃电报警的准确率。

　　2.3计量箱智能报警系统的技术优势

　　与已往的技术相比，新型计量箱智能报警系统的技术优势体现在：

　　（1）新型防窃电远程报警电子锁装置，可以实现通过安装在窃电风险较大的计量箱里，全年7×24小时不间断运行检测表箱状态，以便及时报警，减少窃电损失。

　　（2）新型报警信息通过上传到主站进行分析、报警和展现，为现场稽查提供有效依据，为案件取证提供有力数据。

　　（3）采用分体式设计，具有抗破坏，适应性强，易于安装的特点，普遍适用于各类计量箱和基于SG186设计的新型智能表箱。

　　（4）采用有源与无源相结合的设计，具有使用寿命长，报警实时性好，易于维护的特点。

　　（5）通过将侦测到的有关防窃电报警信号与电子锁记录和实际计量的用电数据进行综合对比、联防分析，进一步提高了防窃电报警的准确率。

 
　　2.4GPRS无线通讯技术在计量箱智能报警系统中的应用

　　2.4.1GPRS无线通讯系统

　　GPRS是通用无线分组业务的缩写（GeneralPacketRadioSystem）,它采用TDMA方式传输语音，采用分组的方式传输数据，GPRS方式理论带宽可达171.2Kbps，是介于第二代和第三代之间的一种技术，通常称为2.5G。

　　2.4.2系统工作原理

　　计量箱智能报警系统组成：远程报警电子锁装置，手持终端，主站系统三个部分。其中远程报警电子锁和手持终端为硬件设备。主站系统分为通讯主站，应用系统两个部分。

　　通讯主站采用windowsservice系统服务结构设计实现服务伺服，用于处理专业报警器与系统之间的通讯连接，分为通讯服务器和应用服务器两部分，分别部署在通讯服务器和应用服务器上，之间利用隔离设备做安全隔离，以保证公司内网络安全。

　　利用数据采集设备和GPRS设备，可以同时对多个子站进行实时数据传输，使每个计量箱的监测数据都能够实时的显示在主站上。其原理结构见图1。

图1

　　3、电力企业输电线路全工况监测系统的技术特色

　　3.1智能报警电子锁设备授权开闭

　　智能报警电子锁的开锁和锁闭是由电子锁内部的芯片进行控制的，在电子锁芯片收到解锁器给予开锁信号并验证核实后，给予开锁动作，授权开启后同时解除开门传感器异常开门探测，标识本次开门动作为正常业务开门并记录日志。若锁具授权开启后，人员并没有真正进行开锁操作，智能报警电子锁装置会在等候开锁窗口时间结束后，自动转换为锁闭状态，并记录本次开锁操作未实际操作发生。

　　3.2钥匙的控制部分

　　钥匙部分的电路控制拟采用STC系列单片机，外加充电模块、无线模块、蓝牙模块以及一片大容量存储芯片组成并用五号锂电池进行供电。单片机控制充电模块来给电池充电，通过无线和蓝牙两个模块与外界设备进行通信，并把开锁信息存储到存储芯片中。

　　综合功耗和封装等因素，钥匙部分控制核心采用STC12LE5A16S2单片机，此款单片机具有宽范围工作电压2.2V-3.6V；两个UART接口，一个用来烧写程序，一个用来开锁通信；内置AD模块用来实现电池电压检测。

　　3.3锁的控制部分

　　锁的控制电路采用功耗低，体积小的STC12LE5616AD单片机。设计单片机的串口来与钥匙部分进行通信，并搭建驱动电路驱动电磁铁，从而带动机械结构进行锁定与开锁。电磁铁选用5V型号。

　　3.4各项报警

　　防窃电预警管理系统里面设置五大报警功能模块：开门报警、强磁场报警、红外遥控报警、震动报警和断电报警。

 　　3.4.1开门报警

　　开门传感器是利用磁簧管的磁性吸合原理，当有磁性物质靠近磁簧管时，磁簧管里面的簧片会导通，通过检测电路能检测到此电平信号，确认门关信息。我们选择一个万用表，一个磁簧管和一块磁铁做一个类似试验，如图2所示

图2

　　当磁铁离开磁簧管时，磁簧管里面的簧片会断开，万用表测得电阻为无穷大，通过检测电路能检测到此电平信号，确认门开信息。在磁铁靠近磁簧管距离小于2.5厘米左右时，磁簧管导通，万用表测得电阻为零，报警器电路能检测到此电平信号，将此状态确认为门关信息，上传到主站；相反的，在磁铁离开磁簧管距离大于2.5厘米左右时，磁簧管会断开，报警器将此状态确认为门开信息，上传到主站。

　　3.4.2强磁场报警

　　强磁传感器原理同开门传感器原理一样，用同样的试验材料和试验方法，在磁铁靠近磁簧管距离小于2.5厘米左右时，磁簧管导通，报警器将此状态确认为有强磁开始信息，上传到主站；相反的，在磁铁离开磁簧管距离大于2.5厘米左右时，磁簧管会断开，报警器将此状态确认为强磁结束信息，上传到主站。

　　3.4.3红外遥控报警

　　红外传感器是利用红外遥控原理，接收红外设备发出的非法写报警信息，通过软件解码识别此红外码，确认为红外报警。当有红外窃电设备发出红外窃电数据时，报警器检测到此非法抄表数据，确认为红外报警信息，上传到主站。

　　3.4.4震动报警

　　震动传感器的主要原理是，导电振动弹簧同触发接脚被精确安放在开关本体内、并通过胶粘剂粘接固化定位，在平时不受震动时弹簧和触发接脚间是不导通的，受到震动后，弹簧抖动接触到触发接脚从而通电产生触发信号。

　　3.4.5断电报警

　　断电传感器是利用电路分压原理，当外电断开时，通过分压电平电路检测到此电平信号，确认有断电信息。我们把报警器的外电切断，报警器通过断电传感器电路检测到外电切断了，将此信息确认为断电报警，上传到主站。断电传感器内置在报警器里面。

　　4、计量箱智能报警系统的建设目标

　　系统实用化，减少窃电损失通过本系统，实现对高风险大客户的计量装置进行自动化监控和管理，实现防盗、防窃电报警，达到减少电量损失，降低线损的目标。

　　维护用电秩序通过技术手段，实现对外防窃电，对内表箱管理，从而维护用电秩序，保障有序用电。

　　提高稽查质量和效率、减轻人员工作量有针对性的进行用电检查，规范检查行为，提高用电检查工作质量和效率，减少检查工作量。

　　5、计量箱智能报警系统的应用前景

　　电力企业计量箱智能报警系统解决了开门、移动、震动、磁干扰或磁攻击、断电、零电流和红外干扰等多种非法窃电行为的实时报警，并开发了计量箱智能报警系统软件，可实现全天候、全方位监管，全面提高电能计量箱的防盗、防窃电水平，达到减少电量失损，降低线损的目标。该系统在安徽省宿州供电公司建成投运，为电力企业的反窃电工作的自动化、智能化、提供科学的、实时的辅助决策，大大提高了管理水平和工作效率。