摘 要：本文所論述的基于S3C44B0X的遠程監(jiān)測系統(tǒng)是SJY-1發(fā)電機射頻監(jiān)測儀的組成部分之一，具備數(shù)據(jù)采集、存儲及無線通信等功能，支持SMS傳送和PC聯(lián)機傳送兩種通信方式，支持告警功能。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)實時性好，性能可靠，實用性強。對于設計通信數(shù)據(jù)量較小的遠程監(jiān)測系統(tǒng)具有良好的推廣和應用價值。

關鍵詞：遠程監(jiān)測；嵌入式；S3C44B0X

引言
發(fā)電機是電力系統(tǒng)的核心，隨著單機容量的不斷增大，其運行可靠性顯得尤為重要。對于發(fā)電機而言，并網(wǎng)運行后實現(xiàn)在線監(jiān)測和診斷已成為一項亟待解決的課題。其主要目的在于：檢出發(fā)電機在初始階段出現(xiàn)的缺陷，以便有計劃地安排檢修，減少強迫停機次數(shù)，避免事故的發(fā)生；延長發(fā)電機平均無故障時間及縮短平均修理時間，降低發(fā)電機的維護費和提高發(fā)電機的可用性。
發(fā)電機運行狀態(tài)監(jiān)測原理
發(fā)電機長期運行后，絕緣性能漸趨劣化，而絕緣結(jié)構(gòu)的劣化是各種劣化的綜合表征。目前，射頻監(jiān)測法是較為常用的監(jiān)測發(fā)電機絕緣狀態(tài)的方法。
本文論述的遠程監(jiān)測系統(tǒng)配合在線運行的SJY-1射頻監(jiān)測儀，通過監(jiān)測射頻儀的輸出信號，進行初步的故障診斷。如何確定射頻監(jiān)測儀的示值變化與發(fā)電機定子絕緣狀況變化趨勢的關系是監(jiān)測與診斷中極為重要的問題。根據(jù)發(fā)電機定子絕緣變化的過程具有“模糊態(tài)”的特點，其監(jiān)測可劃分為良好、中介過渡、注意、警告、危險等幾個區(qū)域，發(fā)電機的絕緣狀態(tài)與SJY-1射頻儀的信號電平具有一定的函數(shù)關系。
當SJY-1射頻監(jiān)測儀檢測信號低于300 mV或在此附近擺動，而且測量值與發(fā)電機負荷無關的情形下，發(fā)電機系統(tǒng)的放電總量是微小的，此時表明發(fā)電機系統(tǒng)的絕緣狀況良好；當SJY-1射頻監(jiān)測儀檢測信號電平高于1000 mV，表明在整個發(fā)電機系統(tǒng)中放電量比較大，應該引起維修人員的注意。
然而，考慮到1000 mV并非發(fā)電機定子內(nèi)部放電判斷的絕對界限，因此不能規(guī)定射頻信號一旦達到某一特定值就一定要維修檢查。發(fā)電機絕緣從最初的缺陷發(fā)展成為故障所需的時間與故障類型各不相同，相對而言，信號的長期變化可給評判提供更為豐富的信息。為了得到信號的長期變化數(shù)據(jù)，本監(jiān)測系統(tǒng)采用設定告警門限與告警次數(shù)累計相結(jié)合的方法。首先，用戶設定告警門限值(一般可設為1000 mV)，告警次數(shù)累計為N。然后在實際運行過程中，當射頻儀的監(jiān)測值超過告警門限值時，告警累計次數(shù)加一，反之則減一。只有當告警累計次數(shù)≥N時，即發(fā)電機絕緣狀態(tài)長期處于告警范圍中時，監(jiān)測系統(tǒng)才認為當前的發(fā)電機存在絕緣故障可能，從而啟動短消息告警程序，通知維修人員及時排查。

系統(tǒng)的總體設計
考慮到SJY-1射頻監(jiān)測儀會自動把mV級電壓(0mV~10000 mV)轉(zhuǎn)換成mA級電流輸出(0mA~20mA)，所以本監(jiān)測系統(tǒng)實際監(jiān)測的信號是mA級的電流。為方便用戶操作，本系統(tǒng)在提供告警門限值設置時仍采用mV級電壓單位，而在內(nèi)部程序處理時完成數(shù)值單位的轉(zhuǎn)換。
系統(tǒng)的總體設計框圖如圖1所示。射頻儀產(chǎn)生的0mA~20mA的電流轉(zhuǎn)換成電壓信號后輸出至數(shù)據(jù)采集模塊，然后微處理器對采集的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，則通過GSM模塊TC35i終端發(fā)送告警短消息給維修人員。
本系統(tǒng)采用S3C44B0X作為微處理器，針對SJY-1射頻監(jiān)測儀產(chǎn)生的電流信號變化較為緩慢的特點，使用其內(nèi)部定時器所產(chǎn)生的中斷，以每秒12次的采樣速率啟動ADC，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)過初步平滑處理后存入數(shù)據(jù)緩沖。當緩沖區(qū)滿時，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存至固態(tài)硬盤中。若系統(tǒng)檢測到有故障發(fā)生時，啟動告警程序，發(fā)送短消息給維修人員。維修人員可以通過系統(tǒng)與PC聯(lián)機讀出固態(tài)硬盤中的歷史數(shù)據(jù)，存入數(shù)據(jù)庫，并分析故障產(chǎn)生的原因及解決方案。

系統(tǒng)的硬件組成
本系統(tǒng)中以微處理器S3C44B0X為核心的小系統(tǒng)由外部程序存儲器、LCD顯示、UART串口、實時時鐘以及鍵盤組成。在此基礎上，本系統(tǒng)對S3C44B0X小系統(tǒng)的外圍電路進行了擴展，增加了ADC模塊、存儲模塊、串口通信模塊和GSM模塊。
本系統(tǒng)的輸入信號為射頻儀產(chǎn)生的4mA～20mA的電流信號，經(jīng)精密電阻后轉(zhuǎn)換成0V～4V電壓輸入至4通道、12位、并行/串行ADC芯片ADS7824。設計時選用了通道0作為原始信號的輸入，保留其余三路信號以備將來開發(fā)所用。同時選用了串行工作模式。ADC模塊的電路如圖2所示。為保證電路板是單電源，本設計的ADC模塊中采用了DC-DC轉(zhuǎn)換器，給隔離放大器提供其所需的雙電源。
考慮到系統(tǒng)需要大容量的數(shù)據(jù)存儲，要求存儲芯片體積小、功耗低，所以選用了三星公司的NAND結(jié)構(gòu)Flash存儲器件——16MB的K9F2808來作為本系統(tǒng)的固態(tài)硬盤。其電源電壓為2.7V~3.6V，按頁讀寫，按塊擦除。
本系統(tǒng)的串行通信模塊由兩部分組成：PC通信和Modem通信。S3C44B0X提供兩個DB9串口，分別是UART0和UART1。系統(tǒng)設計時將UART0用于連接PC，進行簡單的數(shù)據(jù)傳輸及接收，并采用MAX3221作為電平轉(zhuǎn)換芯片。UART1則作為全功能串口，經(jīng)過MAX3243電平轉(zhuǎn)換后與Modem通信。由于S3C44B0X未提供RS-232通信所需的諸如DCD(載波檢測)、DTR(數(shù)據(jù)終端準備好)、DSR(數(shù)據(jù)準備好)和RIC(振鈴指示)等專用的I/O口，因此本設計中選用其通用的I/O口替代，由軟件模擬這些握手信號。
此外，系統(tǒng)還要求其GSM模塊支持短消息服務，具備標準的RS-232接口以及SIM卡接口，并能直接用AT命令對其進行接口。因此，采用了內(nèi)置TC35i無線模塊的西門子TC35i終端作為系統(tǒng)的GSM模塊，通過全功能串口UART1與之通信。
　　
系統(tǒng)的軟件設計
系統(tǒng)軟件設計包括下位機軟件設計和PC機軟件設計。前者主要由人機交互模塊、數(shù)據(jù)采集與存儲模塊，以及短消息發(fā)送模塊(流程如圖3所示)組成，而后者又包括串口通信模塊、主界面和數(shù)據(jù)庫設計兩部分。
人機交互模塊由LCD顯示器和鍵盤組成，負責設定系統(tǒng)的參數(shù)，如告警閾值，告警計數(shù)門限值、短消息服務中心號碼和維修人員手機號碼等。如前所述，本系統(tǒng)在提供告警閾值設置時采用mV級電壓，并通過內(nèi)部程序完成數(shù)值單位的轉(zhuǎn)換。此外，考慮到維修人員需要把固態(tài)硬盤中的數(shù)據(jù)導入PC中，所以軟件設計中還專門設定了PC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存功能。當指定的按鍵中斷產(chǎn)生時，軟件將自動屏蔽其他中斷，啟動數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存子程序，從而將固態(tài)硬盤中的數(shù)據(jù)按頁讀出，并通過串口傳送給PC。
數(shù)據(jù)采集與存儲模塊主要負責采樣和硬盤K9F2808的讀寫。采樣頻率為每秒12次，由MCU內(nèi)部定時器中斷啟動。
短消息發(fā)送模塊主要負責用戶數(shù)據(jù)區(qū)編碼以及告警短消息的發(fā)送。本設計中，MCU與TC35i終端的通信速率設定為19200bps，使用AT指令集進行通信。AT指令是基于字符的命令結(jié)構(gòu)，有TEXT模式和PDU模式，還有早期使用的BLOCK模式。其中，PDU模式在GSM移動設備中使用最為普遍。本設計也是采用的該模式。
在PC機軟件設計中，串口通信模塊負責PC機與下位機之間數(shù)據(jù)的收發(fā)，而主界面和數(shù)據(jù)庫的設計是為了更好的實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠程監(jiān)測功能。

結(jié)語
本設計實現(xiàn)了基于S3C44B0X的遠程監(jiān)測系統(tǒng)。實驗表明，該系統(tǒng)實時性好、性能可靠、實用性強。此外，由于短消息業(yè)務具有永遠在線、不需撥號、價格便宜、覆蓋范圍廣等優(yōu)勢，所以該系統(tǒng)還特別適用于一些通信數(shù)據(jù)量較小的應用。■