智能电厂环境监控系统

江宪长李玉梅赵进章宁欣

摘要：本文中我们使用Arduinomage2560设计了物联网智能电厂监控系统。该系统以ArduinoMEGA2560单片机为核心，结合传感器模块和数据处理模块，实现了对电厂的智能控制，智能电厂控制系统可以准确的对电厂环境温湿度和危险气体泄露等安全问题做出及时判断和自动报警。用户可以通过APP软件对温湿度进行调节，从而实现对电厂的远程操控。

关键字：智能检测；Arduino单片机；远程控制

Abstract:Inthispaper,weuseArduinomage2560todesigntheInternetofthingsintelligentpowerplantmonitoringsystem.ThesystemwiththeArduinoMEGA2560singlechipmicrocomputerasthecore,combinedwiththesensormoduleanddataprocessingmodule,realizestheintelligentcontrolofpowerplant,intelligentpowerplantcontrolsystemcanbeaccuratetopowerplantsafetyproblemssuchasenvironmentaltemperatureandhumidityandhazardousgasleaktomakejudgmentandautomaticalarmintime.TheusercanadjustthetemperatureandhumiditythroughtheAPP,soastorealizeremotecontrolofthepowerplant.

Keywords:SIntelligentdetection;ArduinoSinglechipmicrocomputer;Remotecontrol

1引言

人们对精确控制和联网提出了更高的要求，人们通过智能电厂监控系统实现电厂设备和环境的智能化监控与管理，通过系统，用户可以实时获得电厂环境的信息，如：温湿度、电流、电压、电机转速、水库水位高度等信息。并且将采集的数据作为电厂运行参数，实现对电厂的智能化控制,提高了事故判断的预处理准确性。

2系统总体设计

智能电厂监控系统总体结构图如图所示，该系统由主要的数据采集模块、arduino控制模块、显示模块、报警模块和手机app组成的。

系统原理图

Arduinomage2560是系统核心，系统工作原理是：通过传感器将现场的电流、电压、温湿度、水位高度等非电信号转化为电信号，调整电路将传感器进行调整，满足A/D转化电路要求，完成模拟信号到数字信号的转换，arduinomage2560搭载的ATmage2560完成各种传感器信号的处理、存储和传输，加入ESP8266网络模块对上传的数据按照以太网的传输格式和规则进行编码。在yeelink平台上配置好系统的API就可以通过因特网远程、异地、实时查看数据进行监控。

3系统硬件的设计

3.1Aarduinomage2560处理器模块

近几年arduino发展势头迅猛，在各种基于传感器的系统原型设计方面得到了广泛应用，其硬件设计采用CCBY-SA3.0协议，软件采用类的高级语C++言。

Arduinomage2560是基于ATmage2560微处理器，具有256KBFlash（其中8KB用作BootLoader）、8KBSRAM、4KBEEPROM、54路I/O口（含15路PWD输出）、16路模拟口。

3.2温度采集模块

温度采集模块的功能主要实现发电厂环境温度的获取，并监控厂区温度是否正常，DHT11具有较高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与摄氏温度成线性比例。

DHT11一次通信时间为5ms左右，具体格式为：40位数据=6位湿度数据+16位温度数据+8位校验和，当温度低于0℃时，温度数据的最高位置1。

3.3液晶显示模块

液晶显示模块的主要功能是接受并显示当前厂房的温湿度、电流和电压数据，让人对当前参数有具体的了解，以便采取相应的操作。我们选择了LCD1602来显示温度、电压和电流数据，，具有显示质量高、重量轻、功耗低等特点。

3.4电流传感器

ACS712的电流检测是-30A到+30A，ACS712输出电压和检测电流关系特性曲线，在检测范围内，传感器的检测电流和输出电压成正比例关系，几乎不受温度的影响。灵敏度约为66mA/A，被检测的电流由1、2端输入，3、4端输出，VIOUT输出一模拟电压，Cp用于噪声管理，提高输出精度。

3.5电压传感器

Arduinomage2560模拟输入电压最大为5V，电压检测模块的输入电压则不能大于5V×5=25V。因为Arduinomage2560所用AVR芯片为10位AD,故电压检测模块检测输入最小电压为0.00489V×5=0.02445V，所以测量精度较高。当电压检测模块检测到的电压值超过继电器的整定值时，继电器动作，断开线路，保证发电厂和各个设备的安全。

3.6水位传感器

水位传感器通过具有一系列的暴露的平行导线线迹测量水量的大小从而判断水位，完成水量到模拟信号的转换，输出的模拟值可以直接被Arduinomage2560开发板读取，将测量数据上传到yeelink平台。

3.7转速传感器

转速模块用于测量发电机的转速，检查发电机的转速是否在正常范围内。模块DO输出低电平，遮挡时，DO输出高电平；模块的DO输出接口可以与单片机10口直接相连，检测传感器是否有遮档，如用电机码盘则可检测电机的转速；模块的DO输出接口也可与继电器相连，组成限位开关等功能，还可以与有源蜂鸣器模块相连，组成报警器。

3.8地暖模块

地暖模块采用PTC恒温发热片。PTC发热片具有恒温发热，无明火，表面不发红，热转换效率高，受电源电压波动影响极小，使用寿命长等传统发热元件无法比拟的优势。其表面恒温，不会因为温度持续升高而损坏。试用于常年自动化无人值守的设备和区域的加热和除湿。

3.9ESP8266网络模块

WIFI无线传输主要实现多路数据的无线传输，脱离距离的限制，由于考虑到厂房多个房间都存在电器设备，因此同样需要控制器去控制它们，ESP8266是一款超低功耗的UART-WiFi透传模块，专为移动设备和物联网应用设计，可将用户的物理设备连接到Wi-Fi无线网络上，进行互联网或局域网通信，实现联网功能，ESP8266可广泛应用于智能电网、工业控制等领域。

3.10yeelink云端配置

要完成Arduinomage2560与yeelink的数据对接和传递，必须在源程序中对传感器进行配置（包括传感器个数和对应ID），以及对APIkey进行申请。APIkey用来授权对设备、传感器、数据等的操作，在yeelink中可以在“我的账户设置”中找到自己的APIkey。在yeelink中创建一个新设备的要点如表，通过对该API的一个HTTPPOST请求创建一个新的设备。

项目内容APIhttp://api.yeelink.net/devices/359240数据格式JSONMethodPOST返回新设备ID

4系统测试与运行

自从系统在yeelink平台上运行起来，传感器在实验室内，下图是地暖的曲线折线图。

结语

本设计将各类传感器语Arduinomage2560相连接，连入互联网即可使用，自动获取IP连入yeelink，通过yeelink平台和手机APP实现了电厂环境状态远距离、实时监控，可以从UTC时间服务器获取到精准时间，也可以加入其它的传感器扩展新的功能。

参考文献

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基金项目：西北民族大学电气工程学院“双E”项目资助（项目编号：20171801）

作者简介

江宪长（1993-），男，广西人，大学本科，现就读于西北民族大学电气工程及其自动化专业。

赵进章(1994-)，男，海南人，大学本科，现就读于西北民族大学电气工程及其自动化专业。

宁欣(1995-)，女，河北人，大学本科，现就读于西北民族大学电气工程学院电子信息工程专业

指导老师：李玉梅（1987-），女，研究方向：高电压GIS母线多物理场耦合研究、新型检测技术。