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国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

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使用GSM的远程变压器故障传感和自动开/关路灯

N.Nagaraju1, M.S.Kiruthika2
  1. 印度泰米尔纳德邦Hosur Adhiyamaan工程学院欧洲经委会系助理教授
  2. 印度泰米尔纳德邦Hosur Adhiyamaan工程学院ECE系UG学生[最后一年]
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

网络化嵌入式系统在当今社会已变得非常重要，特别是在设备监控方面。嵌入式系统技术的进步导致了住宅网关和自动化系统的发展。除了频繁的停电，居民地区还面临着一个严重的问题，即由于变压器断电，人们不知道停电，白天还存在偷电问题和路灯的电力浪费问题。为此，本文提出了一种利用GSM技术实现变压器状态传输的生活方式系统。

关键字
网络化嵌入式系统，窃电，路灯耗电，变压器状态

介绍
一般来说，嵌入式系统自动化在各种应用中起着重要作用。主要功能是使系统与所有可以连接到数字通信网络的设备兼容。自动化减少了人力，节省了大量时间。本文基于变压器自动化技术，主要采用GSM技术实现变压器的状态信息传输。

提出的模型及其优点
大部分居民都没有意识到由于变压器断开而导致的停电。只有有人注意到并打电话给EB站，解释问题存在的地方，白天路灯存在偷电问题和电力浪费问题，才能解决问题。由于这些存在的问题，主要是农村地区的人们受到影响。
频繁断电、窃电、浪费是现有系统的主要缺陷。为了克服现有系统存在的问题，提出了基于GSM的检测与自动化系统。有了这个系统，我们将检测变压器的电源断开，自动开/关路灯，检测窃电。克服了所有的限制，提供了更好的服务。

方法
由于变压器断开、电力盗窃和电力浪费问题而导致的停电问题存在于居民区。我们提出的概念可以及时地纠正这些问题。首先，断开问题，例如短路，可以通过在附近的变压器中设置一个断路器电路来检测，然后连接到PIC微控制器，PIC微控制器感知变压器的状态，即，当变压器断开时，断路器将被跳闸，因此控制器将感知到这一点，并将信息发送到接收器。其次，由于该地区路灯发光造成的电力浪费问题可以通过以下方法进行纠正。一个LDR(光依赖电阻)被放置在路灯上，它的工作取决于周围的强度，并与比较器的使用进行比较，路灯自动打开/关闭，如果LDR电路中存在任何问题，如果灯光即使在白天也在发光，控制器将感知到这一点，并将消息发送到接收器。第三，窃电问题可以通过比较电流互感器的电压值与参考电压和比较器输出给控制器来检测。如果控制器感知到变压器的状态，该消息将通过GSM传输到接收端。变压器的状态可以直接显示在EB站的手机、PC或笔记本电脑上，以及相应的负责人(线务员)。

变压器故障诊断系统框图及其描述
图像
微控制器:它们注定要在各行各业的革命中发挥越来越重要的作用，并对我们的日常生活产生超乎想象的影响。微控制器已被公认为智能数字系统的通用构件。微控制器是建立在单个集成电路上的完整的微处理器系统，微控制器是为了满足将微处理器用于低成本产品的需要而开发的。在单个芯片上构建一个完整的微处理器系统大大降低了构建简单产品的成本，这些产品使用微处理器的能力来实现其功能，因为微处理器是实现许多产品的自然方式。
b .微控制器PIC 16F877A的主要特点:为控制应用优化的16位CPU，广泛的布尔处理(单位逻辑)能力，片上闪存程序存储器，片上数据RAM，双向和单独寻址I/O线，多个16位定时器/计数器，全双工UART，多源/矢量/优先级中断结构，片上振荡器和时钟电路，片上EEPROM, SPI串行总线接口，狗狗定时器。
c .短路断路器:[3][10]是一种自动操作的电气开关，用于保护电路不受过载或短路的损坏。它的基本功能是检测故障状态，并通过中断连续性，立即停止电流流动。不像保险丝只工作一次就必须更换，断路器可以复位(手动或自动)以恢复正常工作。断路器的尺寸各不相同，从保护单个家用电器的小设备到保护整个城市供电的高压电路的大型开关柜。
图像
在上述电路中，当导线之间没有短路时，功率是正常流动的。在这种情况下，负载(40W灯泡)将发光。当两根导线短路时，负载将断开，表明两根导线短路。晶体管的集电极输出作为输入给控制器。
E.AUTOTRANSFORMER:自耦变压器[10](有时称为自耦降压变压器)是一种只有一个绕组的电气变压器。“auto”(希腊语中“自我”的意思)前缀指的是单独作用于自身的线圈，而不是任何一种自动机构。在自耦变压器中，同一绕组的部分同时起初级和次级作用。绕组至少有三个接点进行电气连接。自动变压器的优点是通常比典型的双绕组变压器更小，更轻，更便宜，但自动变压器的缺点是不能提供电气隔离。
例如，自耦变压器通常用于提高或降低110-117-120伏范围内的电压和220-230-240伏范围内的电压。从230V输入提供110或120V(带抽头)，允许设计为100或120伏的设备与230伏电源一起使用(如使用美国电气设备与更高的欧洲电压)。
f .窃电检测的概念:
图像
在上述电路中，由于自耦互感器的输入最大，电路不能承受高电压，所以采用了电流互感器。电流互感器测量自动互感器的电流，将高压转换为低于5V的电压，即控制器的工作电压。当自动变压器改变负载(40W灯泡)，这表明有一个窃电。这是通过使用参考电压为3.5V的比较器来完成的。当输入电压大于参考电压时，就会发生偷窃现象。
图像
g .电流互感器:仪表互感器是用于电力系统的电流互感器和电压互感器，用于降低系统的电流和电压，用于计量和保护。实际上，用于保护和计量的继电器和仪表并不是为大电流和大电压设计的。
电力系统的大电流或大电压[10]不能直接馈电给继电器和仪表。CT将系统额定电流降至1安培或5安培，电压互感器将系统电压降至110V。继电器和仪表一般设计为1安培，5安培和110V
H.LDR[光依赖电阻]:
图像
光电阻器是一种电子元件，其电阻随入射光强的增加而减小。它也可以被称为光依赖电阻(LDR)，或光电导体。光敏电阻[4]是由高阻半导体制成的。如果落在器件上的光的频率足够高，被半导体吸收的光子就会给束缚电子提供足够的能量，从而跃入传导带。由此产生的自由电子(和它的空穴伙伴)导电，从而降低电阻。
光电装置可以是内在的，也可以是外在的。在本禀器件中，唯一可用的电子在价带中，因此光子必须有足够的能量来激发电子穿过整个带隙。外部器件添加了杂质，具有更接近传导带的基态能量，因为电子没有那么远的跳跃，低能量光子(即更长的波长和更低的频率)足以触发该器件。
i .路灯自动化:路灯自动化使用LDR。使用LDR(光依赖电阻)传感器，其电阻是手动变化的路灯自动发光。
图像
测量周围环境的强度并设置为一个值，例如参考电压为2.5V，如果强度低于2.5V，灯将自动打开，如果LDR检测到电压高于2.5V，灯将自动关闭。此外，如果LDR有任何问题，比如路灯即使在白天也一直亮着，状态将被发送到接收端，以便他们可以查看故障发生在哪个位置，并解决问题。而这个状态也会被发射端的公众看到。
图像
GSM模块:GSM是用于移动通信的全球系统[3]，这是一种无线技术，它使用SIM卡，这是GSM的关键特征。
图像

结果与讨论
这款SIM卡[9]允许GSM网络快速地将信息从一个GSM移动到另一个GSM。采用这种GSM技术，提高了通信速度。全球移动通信系统(GSM)是第二代移动通信技术。虽然世界正在向第三代和第四代移动，但GSM一直是通信领域最成功和最广泛的技术。GSM技术为移动通信开辟了新的道路。
图像
图像
本项目是基于单片机编程的。程序用嵌入式C语言编写，转换成十六进制文件，通过winpic flash编程器加载到单片机中。在μcontroller flash编译器中编译程序后，通过与计算机连接的通用程序燃烧器FP8903编程器，将程序加载到PIC 16F877A单片机中。程序刻录成功后，单片机就可以使用了。在测试中，程序加载成功后，将微控制器安装在其底座上，硬件就可以进行测试了。如果变压器有任何短路，如果发生任何盗窃，如果灯在白天一直亮着，所有这些故障都显示在LCD上，如上图所示。上面的发射器快照显示LCD中的消息为L: OFF P: THEFT S: NORMAL。
显示此消息的目的是，公众还可以查看变压器的状态。
图像
接收端快照显示在手机中。接收到的信息将包含发生故障的变压器的位置和ID号。

结论
在农村地区，人们因为现有的问题而受苦，因为他们不知道停电问题，而且在实践中，政府不知道电力盗窃。通过本系统的实现，利用GSM对这些问题进行了自动检测。如果在早晨还开着路灯，电力损耗会更大。因此，我们的系统可以通过使用LDR概念自动开/关路灯来最大限度地减少这种情况。有了我们建议的系统，我们可以为市民提供更满意的服务。
在我们提出的系统中，我们使用GSM技术来传输变压器的状态。变压器的状态可以使用3G和4G技术传输，作为未来的增强，同时还可以检测变压器的温度和油位等其他参数。

参考文献










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