王　欢,汪先兵，彭　靳，王祥傲，叶玺臣

基于QT的嵌入式永磁断路器监控平台

王欢,汪先兵，彭靳，王祥傲，叶玺臣

摘要:传统永磁断路器操作需要现场操作,存在一定的安全隐患、且不利于远程操控。提出一种基于QT4的永磁断路器嵌入式监控平台。平台软件部分基于QT4编写，简洁易用、可跨平台运行；采用触摸屏进行人机交互，操作更加安全、便捷；同时结合GPRS技术，实现了手机对断路器的远程监控。实验结果表明，本平台可实现对断路器的有效远程监控，对提高电网自动化、安全水平有重要工程应用价值。

关键词:永磁断路器; 嵌入式; QT; 监控平台

永磁断路器是电力供配电系统中的重要设备之一。系统正常运行时，它能控制线路的通断；系统发生故障时，能够迅速切断系统，进而降低故障造成的危害[1]。因此，其工作性能的好坏直接关系到配电系统是否能安全、可靠运行。传统的断路器控制器需要现场手动操作完成线路接通和断开操作，且不具有可视化、用户权限管理等功能，不利于远程监控，容易出现误操作。随着嵌入式等技术的发展和电网智能化进程的推进，研究一种智能的断路器控制平台已成为断路器控制领域新的发展方向。

QT是一个跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架，同时支持多种操作系统，如Android、XP、win7、linux、Mac OS X等,具有较好的可移植性和可扩展性,是开发嵌入式软件的利器[2]。

本文涉及的断路器监控平台主要包括：基于ARM处理器上位机、下位机、永磁断路器等模块。上位机硬件部分采用基于ARM Cortex-A8的S5PV210处理器，结合了触摸屏、GPRS通信等模块，软件部分采用linux作为操作系统内核，基于QT4编写，负责下位机采集数据的处理、显示、存储，断路器接通和断开指令的发出以及用户权限管理等功能，具有较好的可移植性和可视化效果；下位机基于STM32处理器，负责断路器各项参数的采集、上传及通断控制。其中,上位机即本文提出的基于QT4嵌入式永磁断路器监控平台,融合了嵌入式[3]、mobus通信、linux内核剪裁、GPRS通信、数据库等技术，为用户提供了简单易用的操作界面,减少了误操作的可能性，可实现对断路器的远程实时监控，对提高电网智能化、安全化水平具有较高的工程应用价值。

1基于QT4的嵌入式永磁断路器监控平台的模块划分与功能设计

系统结构如图1所示，包括上位机、下位机以及断路器模块。

图1系统结构图

其中，上位机监控平台即为本文提出的基于QT4嵌入式永磁断路器监控平台，平台采用MODBUS通信实现与下位机信息交互，进而实现对断路器的监控。整个上位机监控平台以ARM处理器为核心、结合触摸屏模块以及GPRS模块实现断路器监控任务。

1.1ARM处理器模块

普通的断路器控制器通常采用32位单片机作为控制核心，因此功能相对简单，无法实现用户管理、可视化操作等功能。本监控平台搭载了linux系统，采用QT4编写了图形界面和主程序，结合触摸屏，实现了可视化操作，同时能够响应手机用户的远程操作，因此系统运行需要处理大量数据，为了保证系统能够实时响应用户请求，故采用ARM Cortex-A8处理器作为控制核心。

按照用户界面、数据服务、数据层三级,嵌入式永磁断路器监控平台的应用程序划分如图2所示[4]。

图2QT主程序结构图

(1)用户界面

用户界面为采用QT4编写的人机交互界面,实现人机对话，主要包括数据信息的显示以及响应用户操作。

(2) 数据服务

数据服务模块负责数据库的存取管理、采样电压电流数据的存取、与下位机的信息交互以及用户公共数据的管理。

(3) 数据层

1)采用SQL数据库存取用户相关数据，使用SQL数据库提供的现有数据库操作函数实现对数据库数据的增删改查操作,数据库文件具有良好的通用性。

2)对大量的采样电压、电流等数据可采用文本文档进行存取，输出。

3)采用Modbus协议实现与下位机的数据信息交互。

1.2触摸屏模块

常用断路器通常采用按钮或者开关实现对断路器的合分闸操作，操作不方便，可视化信息少，且存在一定程度的安全隐患(如无关人员错误操作等)。本平台采用触摸屏实现了与断路器监控平台的人机交互，平台提供了简单易用的用户界面，用户可直观的查看系统当前运行状态等信息，并且设置了用户权限，减少了误操作等安全隐患，提高了平台的安全性和可视化程度。

1.3GPRS模块

传统的断路器控制器只能在现场操作，用户也无法实时了解断路器现场的工作状态。针对此种不便，本系统提出采用GPRS技术实现断路器的远程监控，用户只需要使用手机向系统指定号码发送相应指令，即可实现对断路器合分闸操作或者查询当前断路器的状态信息。

2基于QT4的嵌入式永磁断路器监控平台的实现

基于以上设计思路,在Linux Fedora10 系统上基于QT4开发了嵌入式永磁断路器监控平台。它的软件部分采用用户界面、数据服务、数据层三层结构模型；硬件部分采用触摸屏实现人机交互，结合GPRS模块实现了手机端的远程监控。

2.1实现途径与方法

2.1.1软件部分

1)平台的用户界面

平台的用户界面根据其功能,设计分为主页面、曲线页面、用户页面,各页面主要功能分别如表1所示。

表1　平台各页面主要功能

如表1所示，主页面主要完成：

(1) 显示从下位机中采集的电容电压、位移量以及各模块工作状态信息。

(2) 响应用户合/分闸操作,向下位机发送合/分闸命令，此命令的发出可通过点击合/分闸按钮完成，也可以使用用户绑定的手机号发送指定命令完成。此功能有效解决了远程操作和高压现场操作不安全的问题，为用户安全、便捷监控断路器提供了可能。平台对用户合分闸操作响应流程图如图3所示。系统会在每个定时器周期检测是否有新的用户合/分闸操作命令，若的系统正在处理命令，则尝试将命令加入队列，否则查询当前队列是否为空。若不为空则再查询是否有GPRS命令，若有新的GPRS命令则优先执行GPRS命令，若为空则准备执行当前指令。此功能有效解决了远程操作和高压现场操作不安全的问题，为用户安全、便捷监控断路器提供了可能。

图3平台合/分闸操作流程图

(3)提供用户登录和注册操作。采用不同权限的用户名登录将获得不同的操作权限，本平台用户分为管理员、普通用户、游客三种权限用户组，如表2所示。用户权限设置使得只有具有相应权限的专业人员才有权限操控断路器，能有效降低断路器操作的非法性，降低因断路器非法操作带来的风险。

曲线页面主要完成：当前采集数据量的曲线显示以及数据的存储。

表2　平台各用户组功能表

用户页面主要完成：

采用模型/视图框架提供管理员对平台注册用户的增删改查操作。

登录用户查看、修改注册信息服务,如绑定手机号,用户密码等。

2)平台的数据服务。

平台数据服务模块负责整个平台各个模块之间的信息交互管理，诸如当前从下位机采集的数据以及状态量等。

3)平台的数据层

平台的数据层主要包括以下三部分。

(1)对于用户数据所使用数据库为SQL数据库，存储信息量大，使用方便，可跨平台使用。

(2)对于采集得到的断路器数据(电压、电流等)采用文本文档加以存储，便于保存、读取。

(3)断路器的电压、电流、状态、GPRS命令等数据通过在定时器事件中向数据服务层发出数据请求，经数据服务层调度优化后，向下层Modbus接口发出请求命令，得到Modbus返回数据后回调数据池更新函数，更新数据。

2.1.2硬件部分

1)触摸屏模块

为了减少处理器数据处理负担，本平台采用了4.3寸电阻式触摸屏，反应灵敏，每帧图像所需数据相对较少，可以有效降低处理器的处理负担，且相对于普通电容触摸屏具有较好的抗干扰性。

2)GPRS模块

考虑到断路器监控系统传输数据量少，存在工作环境比较恶劣的情况，时效性要求相对较低，本平台采用SIM900A[5]模块实现了GPRS命令收发，并且针对通信过程收发的数据进行了校验和纠错，提高了数据收发的可靠性。用户只需在用户界面绑定自己的手机后，即可使用相应手机号向断路器监控平台发送命令，执行操作。

2.2运行结果与分析

下面是以ARM Cortex-A8的S5PV210为处理器,linux为系统内核,辅以触摸屏和GPRS模块，基于Qt4.7.2版本编程环境开发的永磁断路器监控平台运行结果。

1)合/分闸操作试验

试验采用具有合/分闸权限用户登录并使用该用户绑定手机号向系统发送合闸命令(此操作亦可通过点击主界面上的合/分闸按钮实现)，系统自动对当前用户手机号与短信来源手机号进行匹配，并验证当前用户权限，若通过验证则控制下位机完成合闸操作。合闸操作完成后，平台将弹出提示框，并向用户手机反馈合闸操作成功。试验效果图如图4、5所示。

图4为平台响应合闸操作后状态,主界面左下角合/分闸指示灯变为红色,同时弹出合闸成功提示框。

图5为使用手机发送相应命令后收到的短信提示。可以看到，在手机发送短信命令发出后，系统很快响应了命令，并反馈了操作成功与否的信息，具有较好的稳定性和实时性。

图4合闸操作完成后主界面

图5手机发送命令完成后收到的反馈信息

2)用户管理实验

图6为具有管理员权限用户登陆后用户页面，平台通过读取本地SQL数据库，显示用户相关数据，点击相应按钮，可通过DBMS提供的接口实现对多用户的管理，如设置不同的用户权限等。

3结语

实验表明，基于QT4的嵌入式永磁断路器监控平台，运行稳定，操作简便，能良好的响应用户的远程操作，降低了断路器的误操作风险，便于实时监控断路器各项状态。当然本平台目前仅以监控单个断路器为例进行研究，当系统中存在多个断路器时，平台需要交互的数据将更多，对系统稳定要求性也更高，这是需要进一步研究的课题。

图6管理员登录后用户界面

[参考文献]

[1]汪先兵.多功能智能化单稳态永磁真空断路器的设计[J].电力系统，2014.33(11):40-45.

[2]刘飞,张卫强,罗彤.基于QT的线程池服务器的研究与应用[J].无线电通信技术,2014.40(6):77-80.

[3]曹银涛,王红亮. 基于 ARM9 的短距离无线通信设计[J].通信技术,2014,1(1):57-58.

[4]熊汉江.基于三级客户机/服务器模式的GIS 软件平台设计与实现[J].武汉大学学报, 2001.26(5):165-169.

[5]王翥，郝晓强，魏德宝．基于 WSN 和 GPRS网络的远程水质 监测系统[J].仪表技术与传感器，2010(1)：48-52.

责任编辑：王与

Embedded Monitoring Platform on the Permanent Magnet of Circuit Breaker Based on QT

Wang Huan, Wang Xianbing, Peng Jin, Wang Xiang'ao, Ye Xicheng

Abstract:Traditional permanent magnetic circuit breaker requires on-site operation, has risks of security hands and is not conducive to the remote control. An embedded monitoring platform on the permanent magnet of circuit breaker based on QT is proposed. The platform which is simple and easy to use is developed by QT4, can be used to multi-platforms and touch screen is used for human-computer interaction, the operation is much safe and convenient; it also combines GPRS technology to realize the remote monitoring of circuit breaker. The experimental result shows that this platform could remote monitor and control circuit breaker effectively, which has important engineering application value for improving the automation and safety level of power grid.Key words:permanent magnetic circuit breaker; embedded; QT; monitoring platform

中图分类号：K249.3

文献标识码：A

文章编号：1673-1794(2016)02-0036-04

作者简介：王欢, 汪先兵，彭靳，王祥傲，叶玺臣，滁州学院电子与电气工程学院(安徽 滁州 239000)。

基金项目：国家自然科学基金(51307011);安徽省高校自然科学研究重点项目(KJ2016A528)

收稿日期：2015-12-24