基于高压电网在监测系统中的设计

卢 武

（山东科技大学电气与自动化工程学院，山东 青岛 266510）

基于高压电网在监测系统中的设计

卢 武

（山东科技大学电气与自动化工程学院，山东 青岛 266510）

本系统采用小波变换方法分析周界报警信号，通过单片机对多机通信网络的主从形式，应用高速16位新型单片机作为下位机，对模拟电压进行数据采集，通过RS-485总线进行通信，实现了监控系统，方便、快捷、先进的开发和运行平台。

光纤传感器；小波分析；dsPIC33F单片机；A/D转换

0 引言

为了防止风雨对光纤传感器产生的误报警的干扰，本论文采用小波变换的方法在有效滤除噪声的同时，并不损坏信号中的突变部分，能很好的区分开蓄意入侵信号和风雨所引起的振动，大大减小了误报率，还可以对入侵信号定位，在技术上有了新的提高。使周界高压电网监控系统可以在监狱的电网报警中更加准确，运行更加可靠。为了能够将采集到的高压电网的电压、电流的数据显示在LCD上，迅速的对报警做出相应的动作，并对数据进行显示，针对周界报警系统输出信号的问题，以数字信号处理器dsPIC33F系列器件作为它的控制核心，通过图形监控界面能及时显示报警位置和报警类型，并对报警时的数据进行记录。系统总体框图如图1所示：

图1 系统总体框

1 硬件系统设计

图2 硬件模块框

该系统硬件主要有数据采集模块、数据处理模块、通信模块、电源模块以及上位机监控等模块组成。仪表采用Microchip公司的高速16位新型单片机dspic33fj128gp708，分别采集电压、电流和温度的信号，通过RS485将实时数据上传至上位机。DsPIC33F系列用于高性能、高容量和高存储的DSC产品。dsPIC33FJ128GP708微处理器采用了改进型的哈佛结构，具有增强指令集，其中包含DSP的强大支持。

由于所处的环境比较恶劣，周围环境对系统影响巨大，所以回显系统必然会受到各种外界环境的干扰。这些干扰会直接影响到系统采样的精度和回显的可靠性工作，在采样中，数字输出代码中有关输入信号的有用信息就会减少。采用小波变换，由于尺度的不同，时间和频率分辨率也不同，因而对入侵信号和风雨引起的振动信号将分解在不同的区域里。实验中，我们只需要对小波变换的离散值进行分析，就可以判断出在受到风雨的干扰下是否有蓄意入侵。

小波变换在时域和频域中具有很好的局部化性质，对时域和频域的分辨率较好的解决，准确的定位时间轴上的频率间断位置，对离散小波中发生的蓄意入侵信息和所体现的时间都包括在细节系数中。微处理器以dsPIC33FJ128GP708单片机为核心，dsPIC33FJ128GP708单片机具有12位A/D转换模块。在周界高压电网中，数据采集在整个控制系统中起到了关键的作用，因此我们将采用dsPIC33FJ128GP708单片机自带的12位AD模数转换器，对所形成的三路电压进行采集，通过循环的方法，将采集到的4次数据进行存放，然后在缓冲器中对存放的数据求其平均值得出结果。以上实验可知，这种方法可以用在大量数据采集系统中。

2 软件设计系统

系统软件设计主要有小波变换的分解和A/D转换部分，实现各部分的功能。

2.1 小波变换的分解

当前还没有一定的理论标准用小波函数进行信号的分析与处理。基于理论基础，对周界报警信号进行分析，Daubechies系列小波简称db小波，db小波是正交小波，阶消失矩，随着阶次增大，消失矩阶数越大，频带划分效果越好，用于周界报警的信号处理。由于阶数过小，其消失矩阶数小，划分的频带比较粗糙，阶数大时，频带划分效果好，但增加了计算时间，所以选择采用db8小波，来更好的体现小波基的正交性。

2.2 小波变换的分析结果

（1）db8小波函数对稳态谐波信号和非稳态谐波信号能够快速有效的得到，并且直观地反应出他们突变前后的谐波次数、幅值变化的大小等谐波信息，因此在周界高压电网中能够及时的体现出来蓄意入侵信号。

（2）在周界报警信号中，，蓄意入侵信号和风雨的振动信号为了防止误导，应该不能被同时划分在一个尺度下。由于小波变换分解在不同的区域具有不同的时频分辨率，因此，只要对小波函数分解后的离散值进行处理和分析，是否有蓄意入侵和受到风雨的干扰就能精确的判断出来。

（3）小波变换在时域和频域有良好的局部化特性，能够把频率间断位置准确的定位在时间轴上。因而小波变化的离散分解中不但有蓄意入侵发生的过程信息，并且将发生的时间信息也体现出来了。通过微处理器，检测到达探测器A和B频率间断点的时间差，准确定位入侵信号所发生的位置。小波分析法能够精确地检测到信号发生突变时产生的某个时间点，在工程应用中具有显著的作用。

（4）傅里叶变换是全局的变换，函数的各个点的值都对变换后的结果有影响。小波使用的是局部基，对某个基的系数来说，函数只有在这个基的支撑上的点才对该系数有影响。

2.3 A/D转换的过程：

为了能够反映出实际的数据，进行对三路模拟电压采样，如图3所示，首先对端口、定时器进行初始化，RB4-RB6作为三路模拟电压的输入端口，开启A/D转换，每次采样一路电压就进行模数转换；把采样来的转换结果保存在缓冲区（ADC1BUF）中，保存完成后进行下一路的采样。分别对三路模拟电压采样4次（总共12次），然后将它们依次保存在ADC1BUF0-ADC1BUFB中，用来做下一步的处理，并产生一次中断，根据所需的要求，通过计算每一路的平均值将其作为接近实际中的电压值，求得结果，最后经过LCD液晶屏把所得值显示在上面。

图3

3 结语

本系统采用小波变换方法分析周界报警信号，通过新型单片机对多机通信网络的主从形式，根据dsPIC33FJ128GP708单片机本身具有的数字信号处理能力，采用12位AD模数转换对数据进行采集和处理，并且通过RS-485总线接收所得到的数据，实现了在周界中监控系统，使整个过程更加的方便、快捷、可靠，运行平台更加的完美。

［1］张建国，曹银杰.智能化电子围栏系统的设计研究［J].科技信息，2009（35）.