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1、毕 业 论 文题 目： 10KV输电线路电压监测 摘 要本论文主要是应用传感器、51单片机、GPRS模块对输电线路进行数据采集、分析处理及处理结果发送的设计，设计分为传感器型号的选择、周期小信号的数字化处理、脉冲计数程序的设计及GPRS系统四个大模块。再根据四大模块对每个模块进行了功能的具体化设计，在周期小信号的数字化处理模块中又进行了模拟信号的放大，并将周期信号数字且频率依旧。在单片机内脉冲计数程序模块中体现了智能化。在这之中最为经典的是GPRS系统的应用，此系统永远在线，按流量计费，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。本设计采用MCS系列单片机的51单片机来实现信号的分析处理。使
2、用51单片机实现对线路监测的结果输出控制，从而达到监测目的。关键词 传感器 周期信号数字化 程序设计 GPRS无线网络目录第一章. 引言2第二章 监测设备的概述3第三章 传感器的选用53.1 传感器的定义53.2 传感器的作用及其分类53.3 传感器的选用原则73.4 传感器测量基础9第四章.周期小信号的数字化104.1 放大电路基础104.2 A/D转换11第五章.单片机及其应用125.1单片机的概念125.2单片机的组成与特点125.3 MCS-51 程序设计135.4 单片机的中断应用155.5定时器的应用16第六章.GPRS相关知识简介176.1 GPRS相关技术176.2 GPRS的
3、技术优势186.3 GPRS的网络结构196.4 GPRS与GSM比较中表现出的特点20第七章. 10KV输电线路电压监测217.1设计的模块化介绍227.2 主要功能23第八章. 结束语24第九章. 参考文献25第十章. 谢辞26第一章. 引言在电网中，变压器、互感器、各种开关、输电线路等电力设备不免受到自然环境（雨、风、雪、雷等）或者人为偷盗等因素的破坏，需要及时地发现与修复，否则一旦造成大面积的停电事故，会严重的影响人们的日常生活，也给国民经济造成巨大的损失。因此，各电力公司要在各变电站中安排工作人员对站内的各种一次设备进行定期、定时地巡检，以便更为有效地掌握电力设备的当前运行状态，及早
4、发现系统中的安全隐患，防止电力事故的发生，从而能够有效的确保电力系统的安全、可靠、稳定运行。出于对工作人员的人身安全、线路安全运行的考虑，对高压输电线路进行有无电压的监测是非常有必要的。当今社会以人为本，人身安全尤为重要。线路运行过程中需要定期进行巡视、检修，在检修过程中需要对输电线路进行确认有无电压。倘若有一款监测设备对线路进行动态监控，工作人员就可以实时的掌控线路信息，坦然工作毫无忌惮。若能在一间监控室内就能够了解线路的运行情况的话，不失为更加完美的一种设想。将设想变成设计，将设计成果实物化便可完成完美设想。而且随着电力设施的高速发展，将监测设备不断智能化是发展的趋势。本设计正是完美与实时
5、需要相结合的时代产物。第二章 监测设备的概述21世纪以来我国电力需求在逐渐的得到一些缓解以后，从以前的“电老大”一直垄断经营逐步改进为服务型企业。开始把更多的客户利益融入到了电力企业文化当中。北京电力公司提出：尽量少停电不停电检修。提供可靠安全的供电模式，以提高电能服务质量为中心打造新北京打造新电力为中心。全面开展了多方面的电力检修及检测手段。为保证电力系统的安全运行，对系统的重要设备的运行状态进行监视与检测【4】。监测的目的在于及时的发现设备的各种劣化过程的发展，以求在可能出现故障或性能下降到影响正常工作之前，及时维修、更换，避免发生危机及安全的事故。电力设备在运行中经受电的、热的、机械的负
6、荷作用，以及自然环境（气温、气压、湿度以及污秽等）的影响，长期工作会引起老化、疲劳、磨损，以致性能逐渐下降，可靠性逐渐降低。设备的故障率逐渐增大，可能危及系统的安全运行，必须对这些设备的运行状态进行监测。以前由值班人员经常巡视，凭其外观现象、指示仪表等进行判断，发现可能的异常，避免事故的发生；电力设备状态监测的传统方法是经常性的人工巡视与定期预防性检修、试验。设备在运行中此外，定期对设备实施停止运行的例行检查，做预防性绝缘试验和机械动作试验，对其机构缺陷及时做出处理等。这种经常巡视与定期检修的制度对于电力设备的安全运行起了重要的保障作用随着传感器技术与计算机技术的发展，电力设备的状态监测方法向
7、着自动化、智能化的方向发展，设备的定期检修制度向着预警式检修制度发展。电力设备状态的监测涉及面广，大量的非电量（热学、力学、化学参量等）需要各种相应的传感器，传感器技术的发展为此提供了可能。随着实用传感元件的出现，装备各种传感器的具有状态监测功能的新型电力设备是构成自动化的电力系统的基础。微电子技术与计算机技术的发展，为传感信号的记录、处理与判断提供了有力的工具，此外还可以执行你要的控制操作，为电力系统的智能化控制提供了可能。在线检测的主要困难在于不能影响设备的运行状态。输电线路是在电力系统中运行的，通常工作于高压状态，检测系统必须与高压工作部位可靠隔离，通过外部状态检测进行判断。适用的传感方
8、法或判断手段是实现在线监测的保障。应用各种电量、非电量的传感方法，可检测线路的状态。如利用辐射传感器来检测线路的发热、放电（发光），可判断过热与局部放电现象；利用声与振动传感，可检测输电线路的放电等故障。由于运行设备一般处于工业环境下，各种干扰不可避免，传感信号往往掺杂着干扰信号，因此测量信号的处理、判断是十分重要的，而对于设备状态的判断，往往需要多方面的信号综合判断。对于各种不同的设备，需要特定的处理与处理程序，这种程序是通过计算机系统完成的，通常是一种专家系统。红外线技术测控技术 是基于自然界中一切温度高于绝对零度的物体，时时刻刻都辐射红外线，通过检测红外辐射，分析载有物体的特征信息，从而
9、实现被检测目标的判断。红外线检测技术现在虽然应用比较广泛，但是还是有一定的缺陷。比如说，如果在镜头前面加一块透明玻璃，那么玻璃背后的所有东西的温度都将无法测到。除非是在电缆头热量相当大的、直辐射的才能看得到。通过简简单单的检测设备的介绍，我们大家可能对监测系统还是很陌生，但是有了对设备监测的初步了解，对于本次整个设计来说有了相当的帮助。在以下的章节中会重点介绍、详细介绍检测设备的构成与功能。第三章 传感器的选用3.1 传感器的定义人们通常将能把非电量转换为电量的器件称为传感器（Sensor）。传感器实际上是一种功能块，其作用是将来自外部的各种信号转换成电信号，它是实现测试与自动控制系统的首要环
10、节。如果没有传感器对原始参数进行精确可靠地测量，那么，无论是信号转换还是信号处理，或者最佳数据的显示和控制都无法实现。传感器技术是现代信息技术的主要内容之一，信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术。计算机和通信技术发展极快，相当成熟，对此运用自如的工程技术人员也非常多。但精通而灵活使用传感器技术的工作者却很少，这是因为传感器应用技术都需要使用模拟技术，而模拟技术有很多问题难以解决。为了适应现代科技的发展，世界众多国家都把传感器技术列为现代的关键技术之一【1】。传感器的变换原理和种类繁多，应用也千差万别，因此具体应用中传感器的解决方案一般都有多种选择。不断地出现新型传感元件和信号调理器为传
11、感设计和应用需求，需要根据具体任务要求，不断地改进或提出新的解决方案或设计新的传感器。因此要求传感器应用者进行自己的设计或改进。传感器有时亦被称为换能器、变换器、变送器或探测器，其主要特征是感知和检测某一形态的信息，并将其转换成另一形态的信息，当然这里的信息应包括电量或非电量。因此，传感器是指对被测对象的某一种确定信息具有感受（或响应）与检出功能，并能按一定规律转换成对应的有用输出信号的元器件或装置。当然，将非电量转换成电信号并不是唯一的形式。从发展的眼光来说，将非电量转换成光信号或许更为有利。3.2 传感器的作用及其分类1）传感器的作用（1）信息的收集。科学研究中的计量测试，产品制造与销售中
12、心所需的计量等都要通过测量来获得准确的定量数据。对于某种特定的要求，需检测目标物的存在状态，把状态信息转换成为数据。对系统或装置的运行状态进行监测，由传感器来实现。发现异常情况时，发出警告信号并启动保护电路工作，这样可以使系统或装置正常工作并进行安全管理。判断产品是否合格，或人体各部分的异常诊断等都需由传感器的测量来实现。（2）信息数据交换。把以文字、符号、代码、图形等多种形式记录在纸或胶片上的信号数据转换成计算机、传真机等易处理的信号数据，或者读出记录在各种媒介上的信息并进行转换。例如，磁盘与光盘的信息读出磁头就是一种传感器。（3）控制信息采集。检测控制系统处于某种状态的信息，并由此控制系统
13、的状态，或者跟踪系统变化的目标值。2）传感器的分类根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类 ：传感器工作原理的分类物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。 化学传感器包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。 有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等，解决了这类难题，化学传感器的应用将会有巨大增长。 按照其用途，传感器可分类为
14、： 压力敏和力敏传感器 、位置传感器 、液面传感器 、能耗传感器 、速度传感器 、热敏传感器 、加速度传感器 、射线辐射传感器 、振动传感器、 湿敏传感器 、磁敏传感器、 气敏传感器 、真空度传感器和生物传感器等。按传感器的构成原理，可以分为结构型和物性型两大类。1） 结构型传感器是利用物理学中场的定律构成的，包括力场运动定律、电磁场电磁定律等。2） 物性型传感器是利用物质定律构成的，如欧姆定律等。在外界因素的作用下，所有材料都会做出相应的、具有特征性的反应。它们中的那些对外界作用最敏感的材料，即那些具有功能特性的材料，被用来制作传感器的敏感元件。从所应用的材料观点出发可将传感器分成下列几类：
15、 (1)按照其所用材料的类别分为 ：金属、聚合物、 陶瓷、 混合物(2)按材料的物理性质分为 ： 导体、 绝缘体、 半导体、磁性材料(3)按材料的晶体结构分为：单晶、 多晶、 非晶体材料等 与采用新材料紧密相关的传感器开发工作，可以归纳为下述三个方向： (1)在已知的材料中探索新的现象、效应和反应，然后使它们能在传感器技术中得到实际使用。 (2)探索新的材料，应用那些已知的现象、效应和反应来改进传感器技术。(3)在研究新型材料的基础上探索新现象、新效应和反应，并在传感器技术中加以具体实施。现代传感器制造业的进展取决于用于传感器技术的新材料和敏感元件的开发强度。传感器开发的基本趋势是和半导体以及介质材料的应用密切关联的。3.3 传感器的选用原则传感器千差万别，即使对于同种类的测定量也可采用不同工作原理的传感器，因此，要根据需要选用最适宜的传感器。1)根据测量对象与测量环境确定传感器的类型 要进行次测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；被测位置对传感器体积的要
