基于电力载波与短信报警的智能楼宇监控系统.pdf

2 0 1 3年第 5期 工业仪表与 自动化装置 1 0 7 基 于电力载波与短信报警 的智能楼 宇监控 系统 赵金保 ， 张健 ， 马龚 ( 1 北京凯睿优特科技有限公司， 北京 1 0 0 1 4 1 ； 2 燕山大学 电气工程 学院， 河北 秦皇岛 0 6 6 0 0 4 ) 摘要 ： 设计 了一种基于电力载波和短信报警的智能楼宇监控 系统 ， 并以 P I C 1 6 F 8 7 3 A， Y i t r a n载 波芯片， S T M3 2 F 1 0 3 C 8 T 6单片机为核心开发 了由数据采集器、 控制板 、 载波传输模块和短信报警 器 等组成的监控系统。该系统结构简单， 控制方便， 数据传输安全可靠， 实现了故障点本地声光报警 与短信报警相结合 的楼 宇综合监控 。 关键词 ： 电力载波； 短信报警 ； 监控 系统 中图分类号 ： T N 4 0 7 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 0 6 8 2 ( 2 0 1 3 ) 0 5 0 1 0 7 0 4 I nt e l l i g e nt bu i l d i n g mo ni t o r i ng s y s t e m ba s e d o n po we r l i ne c a r r i e r a n d s h o r t me s s a g e a l a r m Z HAO J i n b a o ，Z HANG J i a n 一，MA Ya n ( 1 B e ij i n g C a t a y o u S c i e n c e T e c h n o l o g y C o ， L t d ，B e ij i n g 1 0 0 1 4 1 ， C h i n a ； 2 E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g S c h o o l o f Y a n s h a n U n iv e r s i t y ， H e b e i Q i n h u a n g d a o 0 6 6 0 0 4 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Th i s p a pe r i n t r o d u c e s t h e i n t e l l i g e n t bu i l di ng mo n i t o r i n g s y s t e m ba s e d o n p o we r l i n e c a r r i e r a n d s h o r t me s s a g e a l a r m ，u s i n g PI C1 6F8 73A，Yi t r a n c a r r i e r c h i p ， S TM3 2F1 03 C8T 6 a s t he c o r e o f t h e d e v e l o pme n t o f t he c o n t r o l p a n e l ， c a r rie r t r a ns mi s s i o n mo d u l e a n d s h o r t me s s a g e a l a r m d e v i c e，t he s y s t e m i s s i mp l e，e a s y t o c o n t r o l ，s e c u r e a nd r e l i a b l e o f d a t a t r a n s f e r，t h e b u i l di ng mo n i t o r i n g s y s t e m o f f a u l t p o i n t s t a t u s mo ni t o r i ng l o c a l s o u n d a n d l i g h t a l a r m a n d s h o rt me s s a g e a l a r m c o mb i n e d c a n b e a c h i e v e d Ke y wo r ds ： p o we r l i n e c a r r i e r ；s h o r t me s s a g e a l a r m ；mo ni t o r i n g s y s t e m 0 引言 现代楼宇 内部有 大量分 散 的供 电、 供 暖、 给 排 水、 电梯 、 消防等设施 ， 需进行实时监控与管理 ， 以保 证楼宇正常运行安全可靠 ， 其过程控制与巡检维护 常遇到这样的问题 ： 监控点离散 ， 距 离较远 ( 少则 几 十米 内， 多则 百米 ) ， 处在不 同的封 闭区域 ， 超 出蓝 牙与 WI F I 的覆盖范 围； 若干监 控点处在 特殊环 境 ( 如装修豪华的酒店) ， 不允许拉线 ， 仅有供 电线 ； 或 是监控点处在不易发现的环境 中， 如封闭水箱 ， 较远 的封闭控制室或密闭井下 ； 巡检人员任务繁重。 随着通信技术高速发展， 通信网络已实现各地 区的完整覆盖 ， 手机已人手必备 ， 短信的远程监控越 来越受到人们的重视。利用北京凯睿优公司研发的 短信报警器和传输几百米数据的电力载波通信网 收稿 日期 ： 2 0 1 21 11 9 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目( 6 1 1 0 7 0 3 9 ) 作者简介 ： 赵金保 ( 1 9 6 5 ) ， 男 ， 博 士， 研究 方 向为 智能仪 器仪表 大功率 L E D及其应用技术 。 络 I 2 ， 以输入 、 输 出、 控 制器 等组 态 的形 式 构成 D D C系统 ， 实现了楼宇监控远程化、 智能化 ， 让巡检 员随时随地了解设备 的运行状况 ， 更加安全高效地 及时处理出现的问题。 1 电力载 波扩频调 制原 理 以载波方式将模拟与数字信号进行高速传输的 电力载波通信技术 ， 只需利用现有的电力线 ， 无需架 设额外信号线。载波调制采用 D C S K扩频技术 ， 由 香农信道容量定理 C c = g z ( 1+ )= g z ( 1+ )( 1 ) 式中 ： n 为噪声功率谱密度 ， N = n O B为噪声功率 ， 为带宽， 5 为信号频率。信道容量由 ， s和 n 。 共 同决定。 式( 1 ) 取极限 l i m +i m 。引。 g 2 ( ) 4 4n B ( 2 ) 口 一 十 。 、 n 凡 、 由式( 2 ) 可知， 信号功率和噪声功率谱密度确定 则信道容量确定。当信道容量一定， 信号传输信噪比 1 0 8 工业仪表与自动化装置 2 o 1 3年第 5期 S N下降时， 为保证信道容量不变则要增加信道带宽 日。在有限范围内信道容量可随带宽增加而增加。 该扩频技术在高于常规通信方法数百至数千倍 的带宽和相同信噪比的条件下， 具有很强的抗干扰 能力 ， 从而实现低信噪 比可靠传输数据和多址组 网 通信。D C S K调制是将单位比特数据用一段参考信 号和相同长度的信息信号表示， 无需载波同步， 如图 1所示 。 图 1 DC S K原 理 若单位负脉冲信号被发送， 信息信号等于参考信 号取反 ， 若单位正脉冲被发送， 参考信号和信息信号 完全相同。设扩频因子 T=2 A为每个二进制符号周 期中离散混沌信号的样本个数 ， 则第 k 个时刻第 z 个比特周期， 经调制后的信号 s ( t ) 可表示为 ： S k ( )：( c ， = ( 2 1 )+1 ， ， ( 2 2 ) T 2 ( 3 ) Bf C 一 1 2 ，k=T ( f 一1 )+1 ， ， f 式( 3 ) 中传输的第 z 个 比特信息 B 一 1 ， +1 ， 接收端信号形式为： R =S + ( 4 ) 式中： 为电力传输线中噪声离散采样值。 通过非相干相关解调 ， 接 收信号与延时 1 2后 的信号经过运算， 结果作为判决量 f z = 一 ( 5 ) 将式( 4 ) 带入式( 5 ) 可得 ： = ( 5 S 2 + S k N k + N S 2 + = ( 2 1 1 ) 2+1 Nk 一 ) ( 6 ) 与设定值 比较 ， 可解调出原发送码。 2系统硬件设计 硬件系统结构如图2所示。设计的监控系统由 各类传感器、 数据采集器、 接收终端、 短信报警器等 组成， 数据采集器采集传感器所测得的数据或开关 状态， 经电力载波通信网络发送到接收终端。系统 中星形组 网的载波模块采用 D C S K扩频 技术 的 Y i 一 传感器 4 传感器 5 传感器 6 传感器 7 8 【传感器卜+ ( 竺 兰!卜 + 数据 采集 模块 数据 采集 模块 电力 载波 模块 电力 载波 模块 一 1112 传感器 ) 采集 -1载波 1 = l模块 l l模块 l l l 传感器 卜+I l I l l l 表 1 待测量及其分布 控制板 采用单 片机 P I C 1 6 F 8 7 3 A系统 ， 开关 量 输入采用光耦隔离 ， 模拟量输入可采用 05 V或 4 2 0 mA； 通过 R S 2 3 2接 口与电力载波器相连 ， 与数 据采集器 的通信字符 帧格式定义如表 2所示 ， 帧开 始为十六进制 2 1 ， 其后每个十六进制字节分成 2个 A S C I I 码字符 ； 地址为 o 0F F ， 0 0为全局选址 ； 功能 码为数字 0一F， 数据长度为字节 数 ， 最多 n2 5 5 。 C R C为地址 H到数据 L的十六进制累加和的低字 节。控制板读取全部数据如表 3所示 ， 返 回数据如 表 4所示。 表 2 字符 帧格 式定义 开始 I 地址 I 地址 l 功能 I数据 l数据 l 数据 I 数据 l I数据 l数据 l c R l c R l回车 l 换行 2 1 l H l L l码I 长度H l 长度L l 1 H l l L l l n H l r L L l C H c L l 0 D l O A l l 0 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 3年第 5期 3系统软件设计 短信报警器内置一张 S I M卡， 初次使用需短信 设置系统管理员和接收报警状态的手机号码 ， 使之 在监控异常时接收报警短信。发送登录及配置短信 到短信报警器的 S I M卡号码， 待回复登录及号码配 置成功后 ， 可独立设置各监控点报警状态与相应参 数 ， 短信设置系统的流程如图5 所示， 系统查询工作 流程如图 6所示 。 系统初始化 短信格式合法 l Y 三 毕 删除所有短信 发送提示信息 是否为管理贸 送的信一 l N 图 5 短信设置系统 工 系统初始化 通过载波网接收 4个 数据采集器发送的数据 暑 凳 墨 茎 堂 三 Y 而西 聂赢面 丽 到 配 置 的 号 码 上 l 、 垦 苎 兰 兰 三 发送恢复正常的短信l 到报警配置的号码上 1 图6 基于查询的系统 系统现场架设完毕后 ， 整体供电运行 ， 调试各传 感器 ， 星形网络通信 良好 ， 写入程序 ， 用短信 收发查 询指令对系统进行调试 。主控室接收终端用红灯显 示相应位置监控点的报警状态 ， 情况异常则声光 、 短 信共 同报警。 目前 ， 该智能楼宇监控系统已成功应 用到北京贝尔特酒店 ， 运行平稳 。 4 结论 通过电力载波通信网络传输数据与短信报警 的 方式开发的智能楼宇监控系统， 克服了监控距离上 的限制 ， 实现 了监控 系统 的远程化、 智能化 、 高可靠 性和低成本 ， 具有一定 的使用价值 。 参 考文献 ： 1 张有兵， 程时杰 ， 何海波， 等 低压 电力线高频载波通 信信道的建模研究 J 电力 系统 自动化 ， 2 0 0 2， 2 6 ( 2 3 ) ： 6 2 6 6 2 孙伟， 王建平， 钱 自拓 ， 等 智能配电网通信无线传感 器网络 Q o S 建模 J 电力系统自动化 ， 2 0 1 1 ， 3 5 ( 2 0 ) ： 596 3 3 左晓亚， 王永生， 许家栋 ， 等多人多出超宽信道建模 与仿真 J 系统仿真学报 ， 2 0 1 2 ， 2 4 ( 8 ) ： 1 6 7 41 6 7 9 4 H D e d i e u ， M P K e n n e d y ， M H a s l e r C h a o s s h i ft k e y i n g ： Mo d u l a t i o n a n d d e mo d u l a t i o n o f a c h a o t i c c a r r i e r u s i n g s e l fs y n c h r o n i z i n g C h u a S c i r c u i t J I E E E T r a n s ， C i r c u i t s a n d s y s t e ms ， 1 9 9 3 ， 4 0 ( 1 0 ) ： 6 3 4 6 4 2 5 G a r c i a ，R a f a e 1 Mi t i g a t i o n o f c y c l i c s h o r t t i m e n o i s e i n i n d o o r p o w e r l i n e c h a n n e l s c 2 0 0 7 I E E E I n t e r n a t i o n a l S y mpo s i um o n Po we r L i n e c o mmu n i c a t i o ns a n d Ap p l i c a t i o n s，I SP LC 0 7： 3 9640 0 6 李晓东 ， 何松柏， 李春光， 等 D C S K通信系统中的一种 L SS V M降噪方法 J 信号处理， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 3 )： 3 9 8 4 01 多家仪 器公 司获 2 0 1 3中小企 业创 新基金 2 0 1 3年 9月 1 7日， 科技部公布” 2 0 1 3年度科技 型中小企 业技 术创新 基金 项 目立 项通 知” 。通 知 称 ， 2 0 1 3年度支持项 目共计 6 4 2 5项 ， 支持金额达逾 4 3亿元 。 其中 ， 与仪器设备 、 试剂耗材及检测相关 的项 目 5 8 项， 国产仪器公司如普立泰科、 博智伟业、 长春吉 大 小天鹅、 华爱色谱、 上海新拓、 上海摩威、 郑州克 莱克特等均获资助。 ( 摘编 自： h t t p ： w ww c i m a o r g c n )