摘 要： 為了有效管理變電站設(shè)備以及有效解決在惡劣環(huán)境條件下對(duì)電力設(shè)備標(biāo)識(shí)和信息通信等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了基于RFID技術(shù)的變電站設(shè)備管理系統(tǒng)。系統(tǒng)以ARM9處理器為核心、包括RFID讀寫(xiě)模塊、溫濕度傳感器模塊、特殊模擬量采集模塊、GPRS模塊等。系統(tǒng)可以將所采集的環(huán)境信息、設(shè)備廠家信息、位置信息等經(jīng)無(wú)線傳輸模塊傳送到管理控制中心?？朔嗽诟邏?、高溫、潮濕等環(huán)境下對(duì)變電站設(shè)備的有效管理，為用戶提供一種低成本、高性能的變電站設(shè)備管理方式，同時(shí)，對(duì)其他相關(guān)領(lǐng)域的管理也具有重要的參考價(jià)值。

　　關(guān)鍵詞： RFID技術(shù)；溫濕度傳感器 ；變電站設(shè)備

　　近年來(lái)，隨著電力事業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)中發(fā)電廠、變電站、電業(yè)局以及電力設(shè)備的長(zhǎng)期安全運(yùn)行要求越來(lái)越高，為預(yù)防災(zāi)難事故的發(fā)生、減少政府的損失，對(duì)電力設(shè)備的有效管理顯得十分必要。非接觸自動(dòng)識(shí)別技術(shù)RFID(Radio Frequency Identification)，具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離大等優(yōu)點(diǎn)，可以很好地應(yīng)用在可視化網(wǎng)絡(luò)、傳感器、收發(fā)器和便攜式設(shè)備中。本系統(tǒng)創(chuàng)新性地將RFID技術(shù)、GPRS技術(shù)應(yīng)用到變電站設(shè)備管理系統(tǒng)中，力求設(shè)計(jì)一種低成本、低功耗、高效穩(wěn)定的變電站設(shè)備管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件部分主要由ARM9處理器、RFID讀寫(xiě)模塊和溫濕度傳感器模塊等構(gòu)成，其系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　RFID讀寫(xiě)模塊負(fù)責(zé)存儲(chǔ)環(huán)境信息、負(fù)責(zé)人信息、位置信息和產(chǎn)品型號(hào)信息等；溫濕度傳感器模塊負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集溫濕度信息；特殊模擬量采集模塊(電壓互感器、電流互感器)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集電壓、電流信息。上位機(jī)管理系統(tǒng)由環(huán)境信息、負(fù)責(zé)人信息、位置信息和設(shè)備型號(hào)廠家信息4個(gè)單元組成，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度、電壓、電流等信息的實(shí)時(shí)采集，當(dāng)日負(fù)責(zé)人信息、設(shè)備所在的具體位置信息等查找功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 處理器選型

　　系統(tǒng)要求處理器具有高速的數(shù)字信號(hào)處理能力，需要對(duì)接收到的溫濕度信息進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)溫濕度信息的實(shí)時(shí)采集。據(jù)此，系統(tǒng)采用了主流嵌入式處理器ARM9處理器STM32F103VCT6。該芯片是一款具有較高性價(jià)比的低功耗ARM芯片，具有全性能的MMU,支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)[1]；支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache,具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。

　　2.2 RFID模塊設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)采用RMU910超高頻讀寫(xiě)模塊，該模塊表面貼裝、外形小巧，采用3.6 V~5.5 V供電[2]，輸出頻率范圍覆蓋國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)；讀寫(xiě)距離大于3 m，可以滿足本系統(tǒng)的需求。該模塊具有體積小、功耗低、靈敏度高、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)[3]。RFID模塊工作原理如圖2所示， RFID標(biāo)簽內(nèi)存有環(huán)境、位置和生產(chǎn)廠家等基本信息，在進(jìn)入電磁場(chǎng)后，接收閱讀器發(fā)出射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)出存儲(chǔ)在芯片中的基本信息，閱讀器獲取數(shù)據(jù)并解碼后送至處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

　　2.3 GPRS無(wú)線傳輸模塊設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)選用的是PTM100GPRS模塊，該模塊體積小，便于集成，性價(jià)比高，具有三頻帶通信：GSM 900/1800/1900 MHz，電源電壓為3.3 V~5.5 V，外接SIM卡[4,5]。GPRS無(wú)線傳輸電路如圖3所示。EMERGOFF輸入腳為PTM100提供一個(gè)小于3.2 s的周期信號(hào)；IGT輸入腳為PTM100的啟動(dòng)信號(hào)[6]。

　　2.4 存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)

　　存儲(chǔ)模塊主要是對(duì)環(huán)境信息、設(shè)備位置信息及生產(chǎn)廠家相關(guān)信息的存儲(chǔ)，設(shè)計(jì)電路如圖4所示。此存儲(chǔ)電路為3.3 V穩(wěn)壓電源供電，可通過(guò)LED指示燈的亮暗觀察是否有存儲(chǔ)信息傳輸，電路右側(cè)是Flash卡槽，用于插Flash卡。

3 智能化信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　上位機(jī)信息管理系統(tǒng)主要完成兩部分的功能：一是實(shí)現(xiàn)所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息傳輸功能，上位機(jī)通過(guò)GPRS模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析、處理、記錄、存儲(chǔ)等功能；二是對(duì)信息的管理功能，在面向數(shù)據(jù)庫(kù)的系統(tǒng)中，需要對(duì)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、顯示、生成報(bào)表等操作。

　　上位機(jī)管理平臺(tái)包括環(huán)境信息、負(fù)責(zé)人信息、位置信息和設(shè)備型號(hào)廠家信息4個(gè)模塊，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度、電壓、電流信息的實(shí)時(shí)采集、當(dāng)日負(fù)責(zé)人信息及設(shè)備所在的具體位置信息等的管理。

　?。?） 環(huán)境信息：該界面顯示溫濕度、電壓、電流實(shí)時(shí)信息。各個(gè)電力設(shè)備都附有RFID標(biāo)簽，溫濕度、電壓、電流信息可通過(guò)GPRS模塊傳送到上位機(jī)管理系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行分析、處理等操作。

　?。?） 負(fù)責(zé)人信息：該界面顯示具體員工信息（姓名、聯(lián)系方式等）。各個(gè)電力設(shè)備都附有RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)當(dāng)日負(fù)責(zé)人具體信息，若設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，可通過(guò)標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的聯(lián)系方式直接聯(lián)系當(dāng)日負(fù)責(zé)人。

　?。?） 位置信息：該界面顯示電力設(shè)備所變電站的具體位置。各個(gè)電力設(shè)備都附有RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)電力設(shè)備在該變電站的位置信息。若某電力設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，可以及時(shí)查找到該電力設(shè)備在該變電站的位置。

　?。?） 設(shè)備型號(hào)、廠家信息：該界面顯示該電力設(shè)備具體型號(hào)以及生產(chǎn)廠家相關(guān)信息(廠家名稱、聯(lián)系方式)。設(shè)備型號(hào)、廠家信息存儲(chǔ)在RFID標(biāo)簽中，若電力設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，則可以根據(jù)所存儲(chǔ)的聯(lián)系方式立即聯(lián)系生產(chǎn)廠家，讓生產(chǎn)廠家員工進(jìn)行相關(guān)維修等工作。

　　本文針對(duì)在惡劣環(huán)境條件下有效解決電力設(shè)備標(biāo)識(shí)和信息通信等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于RFID技術(shù)的變電站設(shè)備管理系統(tǒng)。硬件上以ARM9處理器為核心，設(shè)計(jì)了RFID讀寫(xiě)模塊、GPRS傳輸模塊、溫濕度采集模塊和特殊模擬量采集模塊等。軟件上，設(shè)計(jì)了上位機(jī)管理平臺(tái)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度、電壓、電流等信息的實(shí)時(shí)采集，當(dāng)日負(fù)責(zé)人信息、設(shè)備所在的具體位置信息等的管理。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠克服在高壓、高溫、潮濕等環(huán)境下對(duì)變電站設(shè)備的實(shí)時(shí)管理，為用戶提供一種低成本、高性能的變電站設(shè)備管理方式。

參考文獻(xiàn)

　　[1] 李增國(guó),張浩,夏揚(yáng).基于ARM的風(fēng)力發(fā)電遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電測(cè)與儀表,2010,47(9):54-57.

　　[2] 單玉峰,姚磊.無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.

　　[3] 熊春如.基于RFID的智能數(shù)據(jù)采集終端的研究與設(shè)計(jì)[J].電氣自動(dòng)化,2008,30(5):54-56,65.

　　[4] 丁暉.GPRS技術(shù)在電力SCADA系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].電測(cè)與儀表,2007,44（8）：25-28.

　　[5] AL-ALI A R，ZUALKERNAN I, ALOUL F. A mobile GPRS-sensors array for air pollution monitoring[J].IEEE Sensors Journal,2010,10(10): 1666-1671.

　　[6] Chen Xuhui, Zhang Dengyi, Yang Hongyun.Design and implementation of a single chip ARM based USB interface JTAG emulator[C].Fifth IEEE International Symposium on Embeded Computing.