基于GPRS及无线星形组网的变电站水位监测控制系统的实现

基于GPRS及无线星形组网的变电站水位监测控制系统的实
现
摘要：针对变电站，设计了一种水位监测控制系统。

主控装置通过无线星形组
网方式与子节点装置通信，各节点通过传感采集水位信息，水位达到报警值自动
上送报警信息至主控装置并开启水泵控制水位，主控装置通过GSM模块将报警
信息发送至相关人员移动终端（手机）。

关键词：GPRS，星形组网，变电站，水位
0引言
南方地区雨水充沛，特别是春夏之际，时不时会有强降水，容易导致水位急
剧上升，若是上游水库泄洪，情况更是雪上加霜。

在这种环境条件下，对有些变
电站，特别是地势较低洼的、无人值班的，站内水位上升，若不能及时发现，很
有可能导致水浸，进而引发事故。

本文研究的基于GPRS及无线星形组网的变电站水位监测控制系统[1]，可及
时对高水位进行现场声光报警并将报警信息通过短信电话通知相关人员，可及时
自动启动水泵控制水位，确保站内设备安全运行，提高工作效率，避免事故发生。

1系统总体设计
系统的设计包括通信及组网方式、监控终端设计。

图1为系统总体拓扑图。

其中监控终端由主控装置、子节点装置及水位传感器组成。

主控装置与子节
点装置通过无线组网模块通信。

将无线组网与太阳能供电相结合，子节点装置可
布置在站内任意需要监测水位的地方，大大提升装置使用灵活度。

主控装置汇总
所有水位报警信息，通过语音模块及驱动LED灯进行现场声光报警，起到通知保
卫人员的作用，并通过GSM模块短信及电话通知相关人员。

相关人员手机号码
可预先设置，随时修改并保存在处理器EEPROM中实现掉电保存。

图1 系统总体拓扑图
2通信及组网方式
主控装置与移动终端通信依靠GPRS技术，GPRS也叫通用分组无线业务[2]，GPRS网络以其覆盖面广泛，可持续利用和开发的优点，为无线接入产品提供了一个广阔平台。

由于使用了GSM模块，设计只需关注控制芯片与GSM模块的通信，控制GSM模块发送相应的信息即可。

主控装置与子节点装置的通信模块工作在433MHz频段，穿透性强，通信距
离远，较易实现对变电站的全站覆盖。

星形组网方式即通过主控装置收集汇总整
站报警信息，实现一个站只需配置一个GPRS网络用户，有利于节约成本及实现
移动终端对不同站报警信息的分开收集。

3监控终端设计
3．1监控终端硬件设计
监控终端硬件主要包括主控装置、子节点装置及水位传感器。

子节点装置包
括电源模块、水位信息采集模块、无线组网模块、水泵控制模块。

主控装置相比
多配置了GSM模块、语音模块。

数据处理器采用STC15F2K60S2和STC8F2K16S2，二者都是高速、高可靠、低
功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度
快8-12倍[3]。

电源模块采用DC-DC降压稳压模块，输出电压5V，最大输入电压
23V，可以较好搭配各类AC-DC电源适配器及蓄电池。

水位采集模块采用
74HC165芯片，水位开关量信息并行输入串行输出，实现数据处理器IO口资源利用最大化。

无线组网模块采用SI4438串口模块，低功耗，延迟小，能实现自动分
包传输，保证数据包的完整性。

水泵控制模块采用继电器模块，带光耦隔离使低
压控制电路更加安全，继电器触点容量250V 10A，通过交流接触器驱动水泵启停。

GSM模块采用A9模块，完整的四频GSM/GPRS模块（800/900/1800/1900MHz），低功耗，支持语音通话及短信，内嵌网络服务协议。

语音模块采用BY8301模块，内置SPI-FLASH作为存储介质及3W功放。

水位传感器采用磁力浮子式水位传感器，可靠性好、结构简单、易于安装。

3．2监控终端软件设计
监控终端软件设计采用C语言编程，主要实现对水位信息的读取并判断是否
达到报警条件，子节点装置上送报警信息至主控装置，主控装置上送报警信息至
监控终端并现场声光报警。

图2为主控装置程序流程图。

图3为子节点装置程序
流程图。

图2 主控装置程序流程图图3 子节点装置程序流程图
4技术特点
本系统实现了水位监测及控制功能，在水位达到报警值时，不仅远程发送报
警信息，还在现场进行声光报警，实现双重监控，同时还可以自动启动水泵进行
水位控制，避免工作人员无法及时掌握现场水位情况，人工排涝不及时造成损失[4]。

此外，本装置通过GSM模块通话功能及现场语音播报报警信息，使接听电
话的工作人员能及时清楚水位报警的位置及情况。

5结语
本文设计了基于GPRS及无线星形组网的变电站水位监测控制系统，其意义
在于能自动控制水位和及时向工作人员发送报警信息，能降低变电站因水浸而造
成事故的风险[5]。

参考文献：
[1] 徐尧铮,毛潭，段震.基于GPRS的地下水位监测系统的实现[J].现代电子技
术,2012,35(15) :49-51.
[2] 杜超昆.基于GPRS的无线通信模块的原理及设计[J].科学时代,2010(09):64-65.
[3] 徐爱钧.STC15增强型8051单片机C语言编程与应用[M].北京：电子工业出版社，2014.
[4] 姚勤丰,许欣.基于GPRS的变电站电缆沟水位监测系统的实现[J].电子技术与软
件工程,2018(01):77.
[5] 郑克,潘震宇，郑昌庭.变电站水位监测系统及自动排涝装置应用价值分析[J]. 电
子技术与软件工程,2016(16):152.。