（长园共创电力安全技术股份有限公司 广东珠海 519085）
摘要：常见的10KV配电网有各种短路和接地保护功能，对于线路上发生的故障能够快速自动隔离和实现自动转供电功能，大大提高了配网供电可靠性。但是对于低压配电网的保护投入相对较少，目前主要有区配电箱内各分路低压断路器的基本短路和过载保护，对于低压线路的故障接地保护还是空白，多年的配网运行经验证明低压线路发生接地故障的机率非常高，危险性很大，因此我们决定研发一套低压配电线路对地绝缘装置故障报警系统，当台区的低压线路发生接地故障时，装置能通过现场报警指示和短信通知运行人员及时处理，避免无人值守时存在接地故障增加线路损耗和危及周边群众安全，也填补了目前行业空白。
关键词: GSM短信；对地绝缘装置；远程报警器
引言
本人设计开发的这款对地绝缘装置故障远程报警器（以下简称报警器），属于故障报警系统的一部分，能将对地绝缘传感器装置故障和故障解除状态发生变化时第一时间用短信形式通知检修人员手机，也可通过用户手机发送短信设置报警器参数，使用企业专用短信SIM卡成本低，使用操作简单，工作稳定可靠。该报警器分为硬件和单片机程序两个部分。硬件主要由以下几个部分组成：电源模块，GSM模块，单片机系统，外部信号接口驱动。
1报警器硬件组成
1.1电源模块
由于用户现场能提供的工作电压为直流12V，无法直接提供给系统各模块使用，需要电源转换模块进行调整。本报警器内部需要4V和3.3V两组电压，其中4V提供给GSM模块进行数据收发，3.3V供给单片机系统和接口驱动电路。由于GSM模块在收发数据时电流瞬时能达到2A，采用一般结构的LDO功耗大且成本高，故在此报警器中采用LM2596 DC-DC电路。LM2596系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压芯片，它内含固定频率振荡器（150KHZ），和基准稳压器（1.23v），并具有完善的保护电路：电流限制、热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。
本报警器中使用LM2596-3.3即固定3.3V输出版本，当FB端直接和VOUT连接时，根据芯片内部分压电阻参数可知输出为3.3V，当FB和OUT之间串联1.2K电阻时，相当于在分压电阻上臂串联一个电阻，输出电压上升至4V，满足系统要求。3.3V电流需求约30mA，采用常见的美国国家半导体公司LM1117-3.3V LDO稳压器，输入电压12V输出3.3V，最大电流500mA。
1.2 GSM模块
GSM模块采用华为公司量产的MG301 GSM模块（以下简称MG301），该模块支持4频GSM/GPRS模式：850 MHz/900 MHz/1800 MHz/1900 MHz，支持标准SIM卡接口，标准串口数据格式，使用标准协议AT命令控制，方便单片机直接控制和读取GSM短信数据。简单的外围电路使得应用非常方便。
1.3单片机系统核心
单片机系统核心是一片意法半导体的STM32F103C8T6芯片。该芯片基于ARM Cortex-M3内核，36MHz核心频率，64KB/10KB 片内FLASH和RAM，内置3个定时器和3个通用串口，速度和资源上满足项目需求。单片机在本项目中主要进行MG301的AT命令收发，PDU格式短信报文接收解调，接口状态判断，短信报文发送和调试数据输出等工作。
在单片机外围电路中，包括RC复位电路，晶振电路和EEPROM数据存储电路。其中EEPROM使用ATMEL公司的AT24C02芯片，该芯片提供2Kbytes存储空间，主要用于报警器一些系统需要更改和掉电保存的数据，以及为以后更多软件功能开发预留空间。
1.4外部信号接口驱动
外部信号接口驱动主要由光耦隔离部分和RS-232电平转换部分组成。由于对地绝缘传感器装置输出接口为一组12V高低电平信号，为防止配电网侧雷击或其他感应高压直接馈入，损坏报警器电路，提升系统稳定性，接口和单片机输入端采用一个TLP521光耦进行电平隔离。单片机还有一个串口与MAX3232接口电平转换电路连接，该转换电路将单片机TTL电平RS-232信号转换为标准RS-232接口电平，能直接与计算机RS-232连接，方便输出报警器内部调试数据。
2单片机程序
单片机程序是进行短信收发和数据处理的核心部分。本报警器主程序执行流程如图1所示。
2.1报警器上电
报警器上电时，单片机首先完成片内设备等初始化，接着对片外EEPROM进行初始化，并从EEPROM指定位置中读取版本验证数据进行程序验证。验证通过后对MG301模块进行初始化，包括短信格式设置，短信缓存清除等。随后进入循环检测模式，包括两个内容：MG301是否收到短信；报警器输入端口电平是否变化。满足以上任意一个情况则进行子流程相应动作（发送预定格式短信，修改EEPROM内容等）如图2、3所示。
2.2串口控制
单片机通过串口控制MG301和短信内容传送都依靠AT命令完成。MG301使用的AT命令都是由“AT+XXXXX”格式的ASCII格式字符串组成。MG301收到正确命令后，会返回“OK”字符串或相应参数。
在程序部分位置设置了调试串口输出打印信息，有助于调试人员进行现场安装调试。
MG301发送短信格式包括2种：明文格式和PDU格式。明文格式操作简单，但缺点是只能发送英文短信，不符合报警器的中文短信收发需求；PDU格式较复杂，但可以收发任意内容中英文短信，所以本报警器短信收发采用PDU格式。PDU短信格式具体组成方式说明可查阅相关资料。例如短信中心号码为+8613800250500，对方号码是13693092030，消息内容是“Hello!”。则发送的PDU报文为08 91 68 31 08 20 05 05 F0 11 00 0D 91 68 31 96 03 29 30 F0 00 00 00 06 C8 32 9B FD 0E 01。
当报警器接收到一条新短信时，程序识别短信报文中是否含有“站点名称”或“用户号码”字符串，搜索到完全匹配内容时即判断需要执行相关操作，将用户电话号码或用户发来的站点名称写入EEPROM指定地址并保存。当需要发送报警短信时，程序会读取EEPROM中存放用户号码和站点名称内容，并将其填充到待发送PDU码中，发送到用户手机上。
结束语
该报警器经过长时间现场测试，工作稳定，获得用户一致认可。在硬件和程序上可根据用户需求做进一步扩展，利用GSM短信收发实现更多远程用户与设备交互功能。
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论文作者:邱灿彭
论文发表刊物:《电力设备》2017年第4期
论文发表时间:2017/5/15
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