基于LPC2136的电力变压器防盗报警系统

严 顺 枝

(衡水职业技术学院 机电工程系，河北 衡水 053000)

电力变压器是配电网的末端设备，是关系到用户能否正常使用电能的重要组成部分．电力变压器的屡屡被盗，严重破坏了电力系统正常的生产秩序，影响了经济建设和城乡居民的正常生产生活．鉴于此，我们设计了一种基于LPC2136的新型变压器防盗报警系统，无论电网是否正常均能正常工作，并能够实现实时监控，防盗报警．

1 系统基本工作原理

基于LPC2136 的电力变压器防盗报警系统以LPC2136单片机为主要控制芯片，以M72DE模块组成的GSM无线传输组件作为报警通讯方式，能将设备运行信息及时地传送出去．图1所示，系统主要由信息采集、微处理器、缓冲驱动、双频模块、发送模块及电源等模块组成．信息采集模块负责对配电变压器进行实时监测，采集电力变压器及系统各种运行情况，并对采集到的数据送到微处理器进行处理分析．一旦发生设备破坏或被盗事故，立即经缓冲驱动送入GSM双频模块，以发送短信息的方式向设备负责人发送事故或报警信息．

图1 系统整体方框图

2 系统的硬件设计

配电变压器防盗报警装置主要是由防盗检测和报警执行两部分组成．防盗检测通过监测变压器的各种运行参数，由单片机进行相应的逻辑判断，进而监控变压器的运行状况；报警执行主要是利用M72DE模块进行GSM无线短信报警，使被盗事故能得到及时处理．

2.1 防盗检测部分

防盗检测部分由信号采集单元、单片机信号处理单元构成．这部分也是防盗报警系统的核心．它决定了防盗报警系统的防盗效果、运行速度和功能强弱，所以它是硬件设计的关键．

2.1.1 信号采集单元

本系统主要对设备剧烈震动、设备开箱、变压器失盗等信息进行采集再送到微处理器进行处理．当施盗者发现监控报警设备后，首先想到的是先破坏监控报警设备，于是可能使用重物敲击报警器，我们设计的报警器外壳非常坚固抗冲击，而且当受到强烈冲击后，内部振动传感器连续接通短路接地，其信息由 R112送到微处理器LPC2136的55脚；施盗者敲击无效可能想到要拆卸报警器，图2所示，微处理器LPC2136的48脚实时发送检测脉冲，检测脉冲经 Q102放大后加到红外光耦二极管两端，由二极管发送红外线，正常情况下外壳上的挡片把红外线阻断，光耦三极管截止．当报警器外壳打开后挡片取下，光耦三极管受红外线照射导通，Q102有高电平变低电平，然后由微处理器和双频模块发送“报警设备被打开”短信；如果施盗者强行拆卸变压器，串联在紧固螺丝内的断线传感器会被断开，经Q102放大后的检测脉冲被切断，微处理器LPC2136的9脚得不到检测脉冲，由微处理器和双频模块发送“断线传感器被触发”短信；本报警系统还可以进行变压器冷却油丢失报警电路原理与断线报警相同.

图2 信息采集电路图

2.1.2 单片机信号处理单元

单片机是防盗检测单元的主要功能器件，用来对采集到的电压信号进行储存、处理．本系统采用ARM公司生产的LPC2136芯片．LPC2136芯片由恩智浦公司设计，包含一个32位ARM7TDMI-S微处理器内核，支持实时仿真和跟踪调试，并带有256KB高速Flash存储器．128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行．如图3所示，LPC2136处理器采用3.3V供电，由X2、C203、C205构成主频定时网络，X1、C201、C202构成时钟定时网络，57脚为复位端子，该单片机外挂两个存储器24C64N和25X80AVSIG， 24C64为可电擦除可编程只读存储器，用于存储单片机运行程序，25X80AVSIG可编程串行FLASH存储器，用于存储相关数据．该单片机采用人性化设计在信息处理过程中会有相应声音和LED灯闪烁，由微处理器LPC2136的1脚发出断续脉冲，Q202驱动点亮发光二极管，LPC2136的2脚发出断续脉冲，Q201驱动由袖珍扬声器发出相应的“嘀嘀”声．

2.2 报警执行部分

变压器报警执行部分即采用GSM技术通讯的短信模块．如图4所示．该部分的主要部件是M72DE模块，M72DE模块是上海移远通信技术有限公司生产的一款SMD类型的GSM/GPRS双频模块[1]，可以很方便地嵌入到电子产品中． M72DE模块基于工业标准接口，支持GSM/GPRS 900/1800MHz的短信、数据传输等功能，具有小尺寸、低功耗的特点．M72DE模块的工作电压是3.3～5 V．如图4所示，M72DE模块3脚为数据请求发送端子，当微处理器LPC2136的35脚发出数据请求发送信号，该信号送到缓冲驱动模块LVC07A的11脚，经缓冲放大后由10脚输出，加到M72DE模块3脚，M72DE模块进入到接收数据准备状态，报警数据由微处理器LPC2136的33脚发出，进入缓冲驱动模块LVC07A的9脚，经缓冲放大后8脚输出，加到M72DE模块2脚．经编码处理后由28脚发出信息，经C301耦合后加到信号发送模块S139的5脚经射频调制后，由3脚和1脚送到发送天线，3脚接的是主发送天线，1脚接的是副发送天线．当施盗者破坏掉主天线后，还有特别隐蔽的副天线，不影响信号的发送．M72DE模块上集成了一个与ISO7816.3 IC Card标准兼容的SIM接口．并添加CCIN引脚来检测SIM卡支架中是否插有SIM卡．当插入SIM卡，该引脚置为高电平，系统方可进入正常工作．

图4 报警执行电路

2.3 电源及太阳能充电

本系统采用与供电线路脱离的独立太阳能供电电源，这样有3个好处：1) 节约了能源；2) 避免因引入高压并长期不间断工作，而使报警系统容易损坏的问题；3) 同时也避免了因报警设备问题引起的供电线路故障．本部分有3个模块：太阳能充电电路、报警执行电路电源和单片机检测电路电源．

2.3.1 太阳能充电电路

如图5所示，太阳能电池板由D801的正极接入，经防倒接二极管D801后加到Q404的漏极，Q404和Q403为复合管，在正常情况下Q403栅极由R408和R407直接供电，Q404和Q403导通正常供电，当报警电路出现故障后，微处理器LPC2136的4脚发出高电平加到Q402的栅极，Q402导通，Q402漏极为低电平，Q404和Q403截止，充电无法进行，从而保护了报警电路．

2.3.2 报警执行电路电源

报警执行电路的核心部分为M72DE芯片，M72DE芯片的工作电压是3.3～5 V，我们选择是常规的4.3 V，由稳压模块MIC29302构成的稳压电源供电．

如图6所示，稳压模块MIC29302的2脚接入的是6V蓄电池，4脚是输出4.3V稳压电压．5脚为稳压控制端子，4脚输出的电压高低由5脚决定，R402和R403为分压电阻，合适的选择R402和R403值，可使稳压电源输出4.3V电压．1脚为是否输出电压控制，正常情况下，Q401截止，1脚由R401供电6V，4脚输出正常．当报警执行电路故障或没插入SIM卡时，微处理器LPC2136的36脚发出高电平，Q401导通，MIC29302的1脚为低电平，MIC29302的1脚输出为0V，从而保护了报警执行电路和电源．

图5 太阳能充电电路

图6 报警执行电路电源

2.3.3 单片机检测电路电源

单片机检测电路的核心部分为微处理器LPC2136，LPC2136的工作电压为3.0～3.6 V，我们选择的是3.3 V，稳压电源稳压模块为L338，如图7所示，稳压模块L338的3脚接入6V蓄电池，经稳压由5脚直接输出3.3 V 电压．

图7 单片机检测电路电源

3 系统的软件设计

基于 LPC2136的变压器防盗系统软件设计部分主要包括单片机数据处理部分和短信息发送两部分组成．单片机数据处理部分主要负责报警信号的检测，如：振动检测、断线检测、开盖检测等，报警信息的生成根据检测的信息，由单片机生成对应的报警信息，配置信息的处理，用户要配置系统参数实时向模块发送短消息实现的，单片机处理部分将解析并处理用户的配置内容； GSM短消息发送部分采用PDU模式，在PDU模式下，短消息必须转换成十六进制编码[2]．程序流程图如图8所示．

图8 程序流程图

4 结束语

综上所述，我们设计的电力变压器防盗报警系统有以下几方面的特点：采用太阳能独立供电，节能环保；采用低电源供电和专用工业级ARM系统、GSM/GPRS模块，功能强大、性能稳定、使用寿命长；可设定5个接警用户，其中一个为管理用户，所有的参数及布防、撤防均可由管理用户使用短信远程设置；该系统采用模块最小化设计，体积小，重量轻，功能容易拓展，有广泛的应用前景．

[1] 徐月华.基于GPRS配电变压器监控系统终端设计[J].华南理工大学学报,2006(9):35-38.

[2] 陶伶俐.基于GSM的配电变压器防盗系统设计与实现[J].湖北电力,2008(2):23-25.