基于GPRS的嵌入式配电设备机房智能监控系统

摘 要：环境控制对于图书馆配电设备机房具有重要意义。本课题设计的图书馆配电设备机房智能监测系统，采用先进的温湿度传感器、漏水检测绳采集温湿度信号及漏水信号，结合GPRS技术以及嵌入式相关技术，对图书馆配电设备机房的环境包括温度、湿度、漏水情况进行实时监测并做出相应控制指令。

关键词： 配电室机房 GPRS 嵌入式

1总体设计方案

系统选用S3C2410为核心处理器，Linux2.6.35为操作系统，控制器具有8通道模拟输入的10位CMOS模拟转换器（ADC），本设计中用了2路模拟通道，分别采集图书馆配电设备机房的温度值和湿度值，使用2路串口，串口1负责与漏水检测传感器进行通信，串口2负责GPRS模块交互；1路开关量通道控制报警器控制系统的硬件平台定制完成后，本设计根据项目中的功能需要进行了内核的裁剪移植、驱动程序的编写及添加、应用程序的开发，从而实现了控制系统能够按照项目的需求进行自动运行。本设计可以实现对图书馆配电设备机房的温度、湿度及漏水情况进行监测，发现险情第一时间通过短信方式进行报警。

2系统硬件电路设计

2.1 温湿度传感器模块设计

2.1.1温度检测模块

本设计选用PT100作为温度传感器，结合电流变送器及扩展电路将温度信号转换为模拟量的0～3.3V电压信号并传送给控制器的A/D转换接口。本文中选用的SBWR/Z系列热电偶温度变送器工作环境温度宽：-25℃-85℃，-30℃-120℃。具有高精度冷端补偿电路，全温度范围绝对误差±0.5℃。

2.1.2湿度检测模块

HS1101 测量范围是0%～100%RH，电容量由162PF 变到200PF，其误差不大于±2%RH；响应时间小于5S；湿度系数为0.34PF/℃；年漂移量0.5%RH/年，长期稳定。湿度变送器采用了美国 BB 公司生产的XTR105芯片，该变送器具有以下特点：工作范围宽；测量精度高；电路简单；可靠性好，使用寿命长；抗干扰能力强；工作温度范围宽（-40～+85℃）。

湿度测量电路设计如图1电路为典型的555 非稳态电路，HS1101 作为电容变量接在555 的TRIG 与THRES 两引脚上。引脚7 用作电阻R4 的短路。

图1555 非稳态电路

等量电容HS1101 通过R2 与R4 充电到门限电压（约0.67Vcc），通过R2 放电到触发电平（约0.33Vcc），然后R4通过引脚7短路到地。传感器由不同的电阻R4与R2充放电。

其工作循环可以描述如下：

Thigh=C*（R2+R4）*ln2

Tlow=C*R2*ln2

F=1/（Thigh+Tlow）=1/（C *（R4+2*R2）*ln2）

输出循环周期=Thigh*F=R2/（R4+2*R2）

为了使循环时间降低50% ，则与R2相比，R4 应该非常小，但是不要低于最小值。电阻R3是为了短路保护，555 必须为CMOS。555 电路的非平衡电阻R1是做内部温度补偿，目的是为了引入温度效应，使它与HS1101的温度效应相匹配。R1必须象所有的R-C时钟电阻的要求一样，1%的精度最大的温度效应应该小于100ppm。

2.2 GPRS模块设计

本设计为了更好的实现图书馆配电设备机房智能监控系统全天候自动运行的功能，设计了短信报警功能，夜间设备自动运行时，一旦发现温湿度超限及漏水，系统会自动向预存于控制器中管理员的手机号码发送短信。GPRS模块通过串口线连接到S3C2410的串口，挂载完成后，GPRS相当于一个设备文件，可以通过系统函数open（），read（），write（），close（）对/dev/s3c2410/ttyS0进行读写操作。

2.3漏水检测模块设计

漏液定位控制器采用modbusRTU协议，通过RS485接口与监控系统进行通信，可以方便接入控制系统。带有继电器干接点常开及常闭输出，连接声光报警。

3 系统软件设计

3.1 web服务器移植

基于GPRS的嵌入式智能家居监控系统选用BOA+CGI的程序设计方案，CGI和www的工作原理HTTP协议是‘www的基础，它是基于‘客户/服务器模型，服务器可以同时为分布于网络中的客户端提供服务，建立在TCP/IP协议之上的“无连接”协议，其每次连接只能回应单个请求。服务器运行机制为，始终有一个守护进程正常运转，并实时监听端口，等待来自客户的申请。当一个申请来到时，将及时分配一个子进程为申请连接服务。系统通过分析请求身份，服务器利用CGI调用外部应用程序或返回HTML文件，同时将处理结果返回。系统脚本程序利用CGI进行交互，根据客户端提出请求时采取的方法，服务器将客户所提供的信息进行收集，并把信息及时发送至指定的CGI程序。

4功能实现

基于GPRS的嵌入式配电设备机房智能监控系统方便进行扩展，控制系统采用嵌入式S3C2410开发板，便于开发设计，用户可以根据设计需求进行定制开发，利用手机接收报警信息，及时获取险情报警。基于GPRS的嵌入式配电设备机房智能监控系统以通过Internet 方式提供远程访问服务及时查询相关温度及湿度信息，利用GSM短信息功能通知用户险情，同时用户可使用系统的GPRS上网功能提供扩展功能。

参考文献：

[1] 韩小涛， 尹项根， 张哲， 等. 嵌入式Web 服务器技术及其在电力系统中的应用综述[J]. 电网技术， 2003，5（27）： 58-62.

[2] 柴怡浩. 新型COD的測定理论及方法研究[D]. 上海：华东师范大学，2005.

[3] 刘亮亮. 基于GIS大连市环境在线监测系统研究与开发[D]. 辽宁：大连理工大学，2010.

[4] 李文根. 基于GPRS的环境在线监测系统设计[D]. 四川：西南交通大学，2009.

作者简介：杨东（1987-），男，汉族，山东，助理电气工程师，研究生，单位：青岛市图书馆，研究方向：电气设备管理。