配电室环境监测系统在实际应用中存在一些问题，如离线设备实时恶化、前期布线复杂、容易出现故障和维护故障等。 为了设计一个易于布线和维护的统一接口，本文开发了一套以STC12C5A60S2单片机为核心的配电室环境监测系统。 主机采用I.O和RS485通讯形式，采集配电室内各种开关模拟量输入，控制各种物体，采用标准RJ45接口进行统一接口设计。 在应用成果方面，采用单片机作为主机设计，采用RJ45接口解决配电室环境监测系统存在的问题。 该系统具有较好的推广价值，可为配电室环境监测系统的升级改进提供有益参考。
配电室的环境监测主要针对主机。
配电室是保证用户用电可靠性和稳定性的重要基础设施。 在当今社会上，配电室广泛应用于各个行业，数量众多，且运行环境复杂多样，人工巡检工作量大，容易出现监控盲区，导致巡检不完整或不准确。 为了解决这个问题，许多专家开始研究利用物联网技术和信息技术来提高配电室的管理水平。 如今，基于物联网技术的配电室环境监测系统应用越来越广泛。 该类系统采用IEC104协议，可实现对配电室各种环境参数的远程实时监控。 通过实时监测环境参数，可以快速准确地识别和解决问题，避免因设备故障或环境变化导致的功耗不稳定。 同时，系统还可以高效记录每次巡检的时间和内容，为后续的运维工作提供有力支持。 总的来说，配电室作为用户用电的重要保障措施，需要不断优化和完善。 通过利用物联网技术和信息技术，可以提高配电室的管理水平，保证用电的稳定性和可靠性，给用户带来更安心、更便捷的用电体验。
目前，许多环境监测系统使用工业控制器或触摸屏作为主机。 这些系统使用RS485通信端口连接到485隔离器和具有通信功能的开关量输入输出模块，以收集开关量输入并控制开关量输出。 此外，通过RS485通讯线，还可以与具有通讯功能的六氟化硫氧模块和温湿度模块进行通讯，采集相关环境参数。 所有采集到的数据都可以在本地展示，也可以通过网络上传到平台，供运维人员使用。 尽管这些系统在数据采集和传输方面向前迈出了重要的一步，但仍存在一些主要问题：（1）当相关485设备模块离线时，上位机轮询会导致实时采集变差;（2）接口不规范统一：终端用于连接各种开关量输入输出和485外设，安装调试也容易造成线路连接错误，容易出现故障，维护麻烦。 针对这些问题，可以考虑采取以下措施：1设备备份和自动切换：在环境监测系统中，可以设置多个485设备模块，当一个设备模块离线时，其他设备模块可以自动接管其工作，确保数据连续采集。 2.接口标准化：在系统设计中，应充分考虑各种接口的标准化，采用统一的接口规范，减少接口连接的可能性。 3.安装调试方便：可以简化485个外设的安装方法，也可以提供详细的安装说明，降低安装调试的难度，减少故障的可能性。 4.及时的数据传输：可以使用更高效的数据传输方法，例如使用实时通信协议（TCP IP），以确保及时的数据传输。 5.故障检测与维护：应定期对系统进行故障检测，及时发现和处理可能出现的问题，确保系统稳定运行。
为了解决上述问题，本文提出了一种单片机环境监测主机的设计方法，该方法通过单片机采集外部设备数据，通过工控机与单片机进行通信。 同时，主机采用统一的RJ45网络接口，避免了外设断线带来的数据采集延迟、布线复杂、维护困难等问题。 在MCU环境监控主机的设计中，我们采用高可靠性、易维护的软硬件设计原则，确保监控数据的准确性和可靠性。 我们选择了可靠的单片机硬件，并采用嵌入式软件开发技术对程序进行了全面的测试和验证，以确保其效率和稳定性。 在这款主机的设计中，我们采用了标准的RJ45网络接口，方便主机与其他设备进行通信，避免了外设类型或驱动不一致导致的通信问题。 同时，主机还具有自动检测连接状态和断开状态的功能，避免了连接问题导致的监控数据丢失和延迟。 为了保证监测数据的准确性和可靠性，我们采用了一系列的校准和校正措施。 首先，我们对主机进行了严格的测试和校准，以确保其测量结果的准确性和可靠性。 其次，我们对监测数据进行了统计和分析，全面发现并纠正了数据采集和传输过程中的错误和延迟。 基于上述设计原则和方法，我们成功开发了一款单片机环境监控主机，并进行了实际应用测试。 测试结果表明，该主机具有高效、稳定、可靠的特点，能够准确、及时地监测和采集监测数据，为工业控制与自动化领域提供了有力支撑。
2.系统架构概述。
配电室的环境监测主要负责采集如表1所示的环境参数（模拟量和开关量），并实施输出控制。
表1列出了配电室常用环境监测参数及其对应的控制对象。
图1为配电室环境监测系统框图。
图1为配电室环境监测系统的组成。 根据表1所示的采集参数和控制对象，结合配电室实际环境监测需求，采用单片机设计配电室环境监测系统主机，通过IO口和风扇采集烟雾、水浸、红外线入侵等开关量输入， 控制照明、水泵、空调等物体，通过485通讯采集六氟化硫氧、温度、湿度等模拟量输入，通过485通讯将参数传输到LED屏显示，通过485通讯显示触摸屏上的参数。对象控制和报警记录。同时通过485通讯与工控机连接，工控机与远程平台联网，实现环境参数数据的上传和控制指令的下发。 工控机可实现最佳监控系统和门禁系统的远程监控。 配电室环境监测系统主主机采用单片机设计，可实时监测环境变化，控制相关设备。 通过IO口采集开关量输入，实现对烟雾、水驱、红外入侵等环境参数的实时监控。 通过485通讯，采集模拟量输入，实现对六氟化硫氧、温度、湿度等环境参数的实时监测。 配电室环境监测系统的主机还具有控制功能，通过485通讯对风机、照明、水泵、空调等环境设备进行控制，确保环境舒适和安全。 通过触摸屏上的参数显示、对象控制和报警记录，方便查看环境参数和控制设备的状态，及时发现和处理环境问题。 配电室环境监测系统主机通过485通讯与工控机连接，可实现与远程平台的联网，方便实现环境参数数据的上传和控制指令的下发。 工控机还可以实现对最佳监控系统和门禁系统的远程监控，提高安全性。
3.监督主机硬件构建。
配电室环境监测系统主主机以单片机为核心，根据采集参数和控制对象设计12路光耦隔离输入、8路光耦隔离继电器输出和2路RS485通讯电路。
图2为配电室环境监测系统主机。
3.1 开关输入和输出电路。
主机使用STC12C5A60S2微控制器作为处理器，具有 32 个 I-O 端口。 此外，单片机还集成了光耦隔离输入和光耦隔离继电器输出电路，可以实现更好的数据实时采集和控制。 为了满足数据采集和控制的需要，主机设计有12路开关光耦隔离输入和8路开关隔离继电器输出。 其中4个采用RJ45接口，可直接控制空调控制器。 其他4个通道通过接线端子通过外部接触器控制照明、水泵、风扇等设备。 采用光耦隔离技术，可有效降低电气干扰和数据传输延迟，提高系统的稳定性和可靠性。 开关输入和隔离输出模式可以更好地保护硬件和系统免受干扰和损坏，提高系统的可靠性和稳定性。 该主机的硬件设计简单明了，易于理解和维护。 同时，由于集成了多种功能接口和电路，可以很容易地与其他设备和系统连接和集成。
图 3 显示了开关隔离输入电路及其对应的 RJ45 接口。 烟雾、洪水和入侵等开关输入传感器有一个共同的特点，即它们都有四根线：12VDC 的正极端子、12VDC 的负极端子、公共端子（通常连接到 12VDC 正极端子）和常闭触点。 为了实现可靠的数据传输，这些传感器使用 RJ45 的 568B 线路序列。 这些开关输入传感器具有双重功能：提高系统的可靠性，并防止由于其中一根电缆断开而导致数据传输中断。 具体的功能分配如图 3 左侧所示。 在实际应用中，这些开关量输入传感器可以广泛应用于各种场景，如智能家居、楼宇自动化、安防系统等。 通过采用568B线序，可以确保传感器之间的兼容性，简化系统设计并降低系统成本。
图 3 显示了开关隔离输入电路及其与 RJ45 接口的对应关系。
如图4所示，4个继电器通过RJ45输出的电路图。 其中，568B线序的RJ45连接器用于连接空调控制器，实现对空调开关的控制其他4个通道使用接线端子，方便与外部接触器连接，用于控制照明、水泵、风扇等设备的运行。
图 4 显示了开关隔离继电器的输出电路及其对应的 RJ45 接口。
3.2.RS485通讯电路。
监控系统的主主机装有两路485通讯电路，其中一路与上位机（工控机）通讯，另一路通过8个485隔离直放站与从机连接。 STC12C5A60S2单片机具有两个串口，可满足系统中两个485通信的需要。 图5示出了监控系统主机485通信电路1的电路图。 通信电路采用STC12C5A60S2单片机的串口1（RXD、TXD），隔离直放站的485通信电路2相似，但有区别，即采用单片机的串口2（RXD2、TXD2）。
图5示出了主机485通信电路1的电路图33、为RS485通讯接口。
六氟化硫氧模块、温湿度模块、上位机USB转485转换器、触摸屏、LED屏等设备均采用RS485通讯。 为了实现这些设备之间的统一通信，我们使用 568b 标准来定义线路序列。 具体来说，我们定义了以下线序：- 12VDC电源的正极为蓝白蓝线，12VDC的负极为棕白棕线- 通信线A采用橙白绿白线，通信线B采用橙绿线。 这些导线序列形成一对 A 和 B 双绞线，橙白橙色和绿白绿两对 A 和 B 双绞线。 由于采用了568b标准，这些线路序列可以有效减少干扰和信号损失，提高设备的通信质量和稳定性。 经过实验验证，我们发现这些设备之间的通信距离和传输速率都有了明显的提高，特别是在远距离通信和传输大量数据时。 因此，我们可以确认这些设备之间的通信已经取得了良好的一致性和兼容性，以更好地满足用户的需求。
主机监控软件的设计与实现。
在软件设计方面，我们的总体思路是遵循一套原则和方法，以确保软件系统的可扩展性、可维护性和高效性。
配电室环境监测系统的主机软件设计采用模块化设计思想，主要包括以下四个模块：开关量输入采集任务、开关量输出控制任务、环境监测联动控制任务和基于modbus-RTU协议的通信任务，包括模拟量输入采集、LED屏显示、触摸屏从站通信和工控机主机通信。 这些模块是独立的，但相互协同工作，以确保输入采集的正确性和输出控制的可靠性。 在开关量输入采集模块中，我们采用现代传感器技术，实时监测环境中的各种参数，如温度、湿度、气体浓度等。 这些传感器数据通过高速数字信号传输到主机系统，在那里它们被收集和处理，以生成有关环境变化的实时数据。 在开关量输出控制模块中，我们采用现代控制技术，可实现对环境设备的自动控制，如通风、采暖、制冷等。 这些控制指令通过高速数字信号传输到主机系统，最终通过数据处理和控制逻辑实现对环境设备的自动控制。 在环境监测联动控制模块中，我们采用现代通信技术，可实现多个监测系统的数据协同，保证环境变化的一致性和及时性。 这些监测系统通过高速数字信号传输到主机系统，最终通过数据处理和通信逻辑实现对环境变化的实时监测和反馈。 在基于Modbus-RTU协议的通信模块中，我们采用现代通信技术，可以实现远距离设备的通信和控制，提高系统的可靠性和稳定性。 这些通信任务通过高速数字信号传输到主机系统，最终通过数据处理和通信逻辑实现对环境变化的远程监测和控制。 配电室环境监控系统的主机软件设计采用模块化设计思想，主要包括四个模块，每个模块采用现代技术，可实现各自独立协同工作，保证输入采集的正确性和输出控制的可靠性。
所有开关输入、输出和模拟输入均由单芯片微机收集或控制。 上位机直接与单片机通信，因此即使六氟化硫氧模块等485设备离线或损坏，也不会导致采集参数的实时退化。
4.2.切换输入任务。
在硬件方面，采用基于光耦隔离和抗干扰的设计原理，开关量输入采集任务在软件中采用软件防抖、滤波等技术。 这些技术可以有效防止线路干扰引起的烟雾、水浸、红外线入侵等输入误报，以及输出控制故障，从而提高系统的可靠性。
4.3.开关量输出控制任务。
开关量输出控制任务是根据工控机接收到的远程控制命令或触摸屏发出的本地控制命令，对照明、风扇、水泵等的开关量输出进行控制。 为保证远程控制的安全性，在单片机控制输出任务中增加约定的加密校验码（“控制密钥”），确保配电室的故障不是网络入侵造成的。 这项任务的关键是确保远程控制命令的安全传输和正确解释。 由于单片机的控制输出存在网络入侵的风险，因此需要添加控制密钥以确保安全性。 控制密钥可用于对远程控制命令进行加密，这样即使命令被截获，也无法直接解析或执行。 这样可以有效避免网络入侵引起的故障，提高系统的安全性和可靠性。 在实际应用中，需要根据具体的应用场景和要求来选择和设置控制键的设置。 如果控制键过于简单或容易猜到，则可能会导致安全性降低。 因此，在设计控制密钥时需要充分的考虑和测试，以确保系统的安全性得到充分保证。
Modbus-RTU通信任务是指工业自动化领域中Modbus协议与远程传输单元（RTU）之间的通信任务。
在程序设计中，采用标准的Modbus-RTU通信协议进行模拟输入采集、LED屏显示、触摸屏从站通信和工控机主机通信。 这些通信任务可以分为四个。
模拟量输入采集任务的目的是获取配电室环境中的模拟数据，用于环境监测和控制。 为了保证数据的准确性和可靠性，通过软件滤波进行抗干扰设计。 具体来说，一次收集 15 条数据，并使用冒泡排序方法进行排序。 然后，将排序后的中间三个数据的平均值作为采集到的模拟数据; 在数据采集过程中，SF6氧气模块需要定期校准，以确保其准确性和稳定性。 因此，需要在此任务中加入一个校准程序，以便根据上位机发送的校准命令来传达六氟化硫氧模块的校准。 通过这种设计，可以有效提高数据的准确性和可靠性，为环境监测和控制提供更准确的支持。
LED屏显示任务采用单片机，采集到的SF6、O2、温度、湿度等参数通过Modbus-RTU协议写入LED显示屏。 为了提高通讯效率，采用批量写入LED显示屏相应寄存器的方法，从而实现相关环境监测参数在LED显示屏上的滚动显示。 正常数据以绿色显示，异常数据以红色显示。 这种led屏显示任务具有以下优点：1高效率：通过批量写入LED显示屏的相应寄存器，可以大大提高通信效率，减少数据传输的时间和错误率。 2.可扩展性：LED显示屏显示任务可根据需要灵活扩展或修改，以适应不同的环境监测需求。 3.实时性：Modbus-RTU协议可实现实时数据的传输和处理，使LED屏显示任务能够实时监控和显示环境参数。 4.可靠性：通过采用Modbus-RTU协议，可以保证数据的可靠传输，减少数据传输的丢失或错误。 5.可视化：LED屏显示任务可以将采集到的环境参数以图形化的方式显示在LED显示屏上，使用户直观地了解环境状况。 LED屏幕显示任务具有高效、可扩展、实时性、可靠性和可视化等优点，可以满足环境监测和控制的需求。
在触摸屏从机的通信任务中，单片机为主机，触摸屏作为从机，单片机通过modbus-rtu协议将数据批量显示到触摸屏上。 同时，单片机还定时读取触摸屏上的照明、风扇、水泵等控制按钮的状态，并控制相关输出的旗帜位置，从而在开关量输出控制任务中执行相关控制。 具体来说，单片机通过modbus-rtu协议向触摸屏传输数据，触摸屏通过串口接收数据。 单片机接收到触摸屏返回的数据后，将对触摸屏上相应控制按钮的状态进行控制，并通过modbus-RTU协议将状态信息发送回触摸屏，使触摸屏及时了解控制状态。 此外，为了保证触摸屏控制的有效性，单片机还会定期检测触摸屏上控制按钮的状态，如果检测到按钮状态发生变化，则会及时更新控制逻辑，并将数据重新发送到触摸屏。 这样可以保证触摸屏上控制按钮状态的及时性和准确性，从而保证整个系统的稳定性和可靠性。 在触摸屏从机的通信任务中，单片机为主机，触摸屏作为从机，单片机通过modbus-rtu协议将数据批量显示到触摸屏上。 同时，定时读取触摸屏上的照明、风扇、水泵等控制按钮的状态，并控制相关输出的标记，从而在开关量输出控制任务中执行相关控制。 这种智能化、自动化的系统设计可以大大提高生产效率和管理水平，从而降低企业的生产成本。
在工业控制中，通常采用单片机作为从机，而以工控机作为主机。 它们通过modbus-rtu协议相互通信，单片机从工控机收集各种开关和模拟环境参数，并通过IEC 104协议将这些数据上报给电力公司的物联网平台。 同时，电力运维人员可以通过APP或PC控制命令，通过物联网平台向工控机下达命令。 工控机接收到命令后，通过modbus-RTU协议向单片机发出控制命令，单片机根据命令设置相关输出标志，从而执行相应的控制任务。 微控制器和IPC之间的通信是实时的，因此可以快速响应和处理数据。 此外，Modbus-RTU协议提供可靠的数据传输和错误处理，使通信更加可靠。 通过使用该协议，可以实现对工业设备的高效控制和管理，提高生产效率和产品质量。
4.5.联动控制任务。
为了实现配电室内环境参数与输出控制对象的联动，需要编写联动程序。 该程序可与上位机或触摸屏进行阈值等参数设置的交互，从而在原有远程测控的基础上，实现配电室环境参数的局部智能联动控制。
当SF6气体浓度达到预设阈值时，系统自动开启风扇排出多余的SF6气体当温度和湿度达到预设阈值时，空调系统自动开启以调节环境温度和湿度此外，当洪水传感器检测到积水时，系统会自动启动水泵进行排水。
通过配电室门口的LED屏显示实时报警信息，使配电运维人员及时了解情况，防止因误入而造成六氟化硫中毒的风险。
5、安科锐配电室环境监测系统。
5.1 概述。
配电室综合监控系统包括智能监控系统屏幕、通讯管理机、UPS电源、监控子系统（云台球机、枪机）、环境监控子系统（温度、湿度、浸水、烟雾探测器）、控制子系统（照明、空调、除湿机、风扇、水泵）、门禁监控子系统（读卡器、 开门按钮、磁力锁）和安全监控子系统（双重识别检测器）。
5.2.申请地点。
适用于轨道交通、工业、建筑、学校、商业综合体等用户终端35kV及以下供配电自动化系统的工程设计、施工、运行和维护。
5.3.系统结构。
5.4.系统功能。
5.4.1.实时监控。
可显示配电室内设备的运行状态，实时监控配电室的环境参数信息，实时显示故障和报警信息。
5.4.2.数据查询。
在人机界面中，可直接查看配电室内各个设备的运行数据。
5.4.3.曲线查询。
您可以直接查看每个电气参数的曲线。
5.4.4. 运行报表。
查询配电室设备运行数据报表。
5.4.5.实时报警。
具有实时报警功能，系统可对配电室内的温度、湿度、有害气体、设备故障或通讯故障等事件发出报警。
5.4.6.历史事件查询。
它可以存储和管理所有生成的事件记录，方便用户跟踪系统事件，进行历史追溯、查询统计、事故分析。
5.4.7.用户权限管理。
设置用户权限管理功能，定义不同级别用户的登录名、密码、操作权限。
5.4.8.网络拓扑图。
支持对各设备的通信状态进行实时监控和诊断，并能完整显示整个系统网络结构。
5.4.9.遥控功能。
可以对整个配电系统的设备进行远程控制。
5.5.系统硬件配置。
名字。 型。
*。功能。 系统。 acrel-2000e
ACREL-2000E配电室综合监控系统可实现开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、母线测温监控、环境温湿度监测、有害气体监测、安防监控，以及灯、风机、除湿机、空调控制等设备的联动控制。 实现用电环境中各种数据的检测和设备控制，优化用电环境，避免因运行环境失控而导致配电设备运行故障，保证维护人员安全，延长设备使用寿命，实现配电用电环境的分布式远程管理。
智能通讯管理一体机。
anet-2e4sm
通用网关，2个网口，4个RS485，可选1个LoRa，带电报警功能，支持485,4G从站模块扩展。
主机。 acrel-2000e/a
数据采集、状态监控、设备控制、报警事件记录查询，可根据采集到的设备数据或状态联动启动风机、声光报警器、空调、水泵等设备。
acrel-2000e/b
参数设置、通讯管理、图文制图、状态监控、设备控制、监控回放、报警事件记录查询、报警查询功能。
acrel-2000e/m
参数设置、通讯管理、图文制图、状态监控、设备控制、监控回放、报警事件记录查询、报警查询功能。 立式机柜安装。
acrel-2000e/g
参数设置、通讯管理、图文制图、状态监控、设备控制、监控回放、报警事件记录查询、报警查询功能。 立式机柜安装。
环境监测硬件。
rs-ws-no1-8
用于配电室的温度和湿度。 电源：AC DC85 265V 工作温度：-400℃～99.9 工作湿度：0%RH 99%RH
brj-307
光电烟雾传感;电源正极（DC12V）： +12V， 继电器输出： 常开触点.
rs-sj-n01r01-2
接触式浸水传感器，监测变电站、电缆沟、控制室等场所积水，工作电源：DC10-30V 工作温度：-20+60 工作湿度：0%RH 80%RH 响应时间：1s 继电器输出：常开触点。
环境监测硬件。
t35-ii-5.6
风量4800，带温控器，带消声器段，电机变频。
at8002
常开;感应距离：30-50mm 材质：锌合金，银灰色电干接点输出。
ds-2dc6120by-a
*监控。 artu-kj8
8 个开关输入，8 个继电器输出。
6.应用和总结。
配电室环境监测系统主机采用STC12C5A60S2单片机设计，接口统一，1U机柜，布线美观整齐，如图6中间所示。
图6：配电室环境监测系统主机的物理应用。
本文设计的配电室环境监控系统主主机共有12个开关隔离输入RJ45接口（可任意连接烟雾、水浸、红外线入侵等传感器），8个开关量输出控制（其中4个为空调控制RJ45接口，另外4个为风扇控制终端接口， 照明、水泵等）、6个485通讯RJ45接口（六氟化硫氧模块、温湿度模块、2个LED模块）、1个触摸屏从站485通讯RJ45接口、1个工控机主机485通讯RJ45接口。主机真正实现了电路和接口的模块化、标准化设计，大大提高了可靠性，大大降低了故障率，使布线整齐美观，易于维护。
此外，工控机作为上位机与监控主机进行通信，采用IEC104电源协议通过网络或4G数据流量与物联网平台进行通信，实现远程测控。