嵌入式系統(tǒng)是“控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行的裝置”（devices used to control, monitor, or assist the operation of equipment, machinery or plants）。從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝置。目前國(guó)內(nèi)一個(gè)普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)本身是一個(gè)相對(duì)模糊的定義。目前嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)滲透到我們生活中的每個(gè)角落，工業(yè)、服務(wù)業(yè)、消費(fèi)電子……，而恰恰由于這種范圍的擴(kuò)大，使得“嵌入式系統(tǒng)”更加難于明確定義。

??? 在電力系統(tǒng)中，諸如發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)、勵(lì)磁和調(diào)速系統(tǒng)、繼電保護(hù)等，均已全部或部分實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷。然而，電力變壓器（尤其是配電系統(tǒng)中）卻是無(wú)人問(wèn)津的荒地，完全未納入監(jiān)測(cè)、故障診斷和預(yù)警服務(wù)的范圍。

　　電力設(shè)備在線(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)指對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行記錄、分類(lèi)和評(píng)估，它為設(shè)備維護(hù)、維修提供決策依據(jù)，包括以下任務(wù)：

　?、俜e累設(shè)備運(yùn)行情況資料和數(shù)據(jù)，建立設(shè)備運(yùn)行的歷史檔案；

　?、趯?duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)處于正常或異常做出初步判斷，根據(jù)歷史檔案、運(yùn)行狀態(tài)等級(jí)和已出現(xiàn)的故障特征及征兆初步判斷故障的性質(zhì)和程度；

　　③對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，并對(duì)評(píng)估進(jìn)行分類(lèi)，為設(shè)備檢修的實(shí)施提供依據(jù)。

　　電力設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是：

　?、匐娏ο到y(tǒng)監(jiān)測(cè)與前沿性技術(shù)成果緊密結(jié)合：將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、人工智能技術(shù)、電力電子技術(shù)與設(shè)備診斷技術(shù)結(jié)合起來(lái)，使診斷技術(shù)不斷提高；

　?、趩我换蛉后w監(jiān)測(cè)發(fā)展：由以單臺(tái)設(shè)備為目標(biāo)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)向整體在線(xiàn)設(shè)備的監(jiān)測(cè)延伸；

　?、墼O(shè)備狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)化跟蹤：將設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，在設(shè)備狀態(tài)參數(shù)采集后，采用移動(dòng)通信技術(shù)遠(yuǎn)程傳送數(shù)據(jù)，集中進(jìn)行故障分析和故障預(yù)警；

　　④狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與其他系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、集成：隨著傳感技術(shù)和信息技術(shù)的日益成熟，將狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與繼電保護(hù)等系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，在智能化理論（如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專(zhuān)家系統(tǒng)）的基礎(chǔ)上結(jié)合信號(hào)采集、數(shù)據(jù)分析為主的計(jì)算機(jī)輔助監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)，電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障分析診斷必將進(jìn)入智能化的新時(shí)代。

　　根據(jù)上述電力設(shè)備在線(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合監(jiān)測(cè)技術(shù)未涉足電力變壓器的現(xiàn)狀，本文針對(duì)電力變壓器，提出了在線(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在線(xiàn)運(yùn)行參數(shù)的采集處理[2-3],通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸，并結(jié)合"電力設(shè)備在線(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)平臺(tái)[4]",實(shí)現(xiàn)電力變壓器的故障分析和預(yù)警服務(wù)。

一 電力變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　利用嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的電力變壓器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由傳感器、變送器、ARM9 CPU、RF發(fā)射模塊（USB GPRS 模塊）等組成。

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　　2 工作流程

　　圖2給出了電力變壓器在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的部分電路。

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　　①前端數(shù)據(jù)采集：電力變壓器的監(jiān)測(cè)參數(shù)包括溫度、電壓/電流和開(kāi)關(guān)狀態(tài)三類(lèi)參數(shù)，其中溫度和電壓/電流為模擬量，溫度信號(hào)通過(guò)溫度傳感器獲取，電流/電壓信號(hào)通過(guò)電流/電壓變送器獲??；模擬量獲取后的取值均為0~5 V的電壓信號(hào)，均經(jīng)過(guò)信號(hào)隔離電路LM339后輸入到多路轉(zhuǎn)換電路CD4051,之后經(jīng)由采樣保持電路LF398,輸入到A/D轉(zhuǎn)換器，將獲取的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后由CPU進(jìn)行數(shù)字處理；開(kāi)關(guān)狀態(tài)為開(kāi)關(guān)量信號(hào)，通過(guò)去抖和整形信號(hào)處理后，交由開(kāi)關(guān)量信號(hào)接收電路送至CPU,然后由CPU進(jìn)行統(tǒng)一地信號(hào)處理。

　?、跀?shù)據(jù)處理：CPU對(duì)采集的模擬量和開(kāi)關(guān)量進(jìn)行排序和歸一化處理，形成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，并按窗口方式進(jìn)行移動(dòng)保存，同時(shí)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行異常判斷，加注異常標(biāo)識(shí)，以便優(yōu)先上傳和處理。

　　③數(shù)據(jù)上傳：CPU根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)USB接口電路和帶USB接口的射頻電路（USB GPRS模塊），優(yōu)先上傳帶有異常標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)，在沒(méi)有異常標(biāo)識(shí)的情況下，定時(shí)輪流上傳模擬量和開(kāi)關(guān)量信號(hào)。

　?、軘?shù)據(jù)顯示：通過(guò)LED構(gòu)成的顯示電路，在LED上輪流顯示采集的溫度值、電壓/電流值。

　?、菖渲霉芾恚和ㄟ^(guò)RS485接口電路接受遠(yuǎn)程配置管理，包括采集數(shù)據(jù)整定值、數(shù)據(jù)保存窗口大小、異常數(shù)據(jù)閥值、上傳數(shù)據(jù)格式、上傳信號(hào)通道配置、上傳信號(hào)時(shí)間配置等。

二 電力變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施參數(shù)

　　1 系統(tǒng)實(shí)施參數(shù)

　?、貱PU:（ARM9）AT91RM900,主頻266 MHz;

　　②A/D轉(zhuǎn)換：12 bit;

　?、?a target="_blank">操作系統(tǒng)：嵌入式Linux;

　?、芏嗦忿D(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)：CD4051,8路；

　　⑤模擬量：支持8路；

　?、揲_(kāi)關(guān)量：支持8路；

　?、逺F模塊：采用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（GSM）的USB GPRS接口模塊；

　?、噙h(yuǎn)程通信接口：RS485,用于系統(tǒng)配置；

　?、犸@示：2×6 bit LED.

　　2? 軟件參數(shù)配置

　?、俨杉c(diǎn)數(shù)配置：根據(jù)實(shí)際采集點(diǎn)配置采集點(diǎn)數(shù)；

　?、诓杉瘏?shù)值整定：歸一化參數(shù)映射值；

　?、郛惓Ｕǎ翰杉瘏?shù)連續(xù)3次超過(guò)整定值，即為異常；

　　④遠(yuǎn)程通信整定：包括傳輸通道配置、傳輸時(shí)間配置、傳輸優(yōu)先級(jí)別配置。

　　3? 采集參數(shù)

　?、贉囟炔杉c(diǎn)數(shù)：3路；

　?、陔妷翰杉c(diǎn)數(shù)：3路；

　　③電流采集點(diǎn)數(shù)：2路；

　?、荛_(kāi)關(guān)量采集點(diǎn)數(shù)：4路。

　　本文給出的針對(duì)電力變壓器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以擴(kuò)展應(yīng)用于其他的電力設(shè)備。其中的模擬量采集信號(hào)可以進(jìn)行擴(kuò)充，達(dá)到32路，開(kāi)關(guān)量采集信號(hào)可以達(dá)到16路。為了保證系統(tǒng)的抗干擾性，本文設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用高抗干擾性能的USB GPRS模塊，并采用信號(hào)監(jiān)測(cè)及返回校驗(yàn)和看門(mén)狗，保證遠(yuǎn)程傳輸?shù)目煽啃浴２⒉捎孟鄳?yīng)的電磁屏蔽方式，對(duì)系統(tǒng)中的核心部件進(jìn)行屏蔽處理。

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