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基于stc89c52单片机和gsm模块的电力变压器防盗系统设计

出处:电子发烧友 发布于:2019-08-13 14:17:45 | 127 次阅读

  在油田等地域分布辽阔的野外地区,输电线路和电力变压器因远离供电局经常面临被盗的危险,一旦输电线和电力变压器被盗,将会造成很大的经济损失,给电力系统的稳定运行和油田安全生产造成极大的隐患。随着gsm移动通信网络的迅速发展和用户的日益扩大,gsm的信号覆盖范围很广,盲区越来越少,现在gsm机站建设迅速,设计上已经覆盖了整个地区。为此,本文利用gsm通讯网络开发出的输电线路和变压器防盗系统,能有效地对偏远地区的输电线路和电力变压器的运行情况实时监控。
  2 系统设计
  本文主要描述了利用stc89c52单片机实现的基于gsm模块的电力变压器防盗系统,包括stc89c52单片机的功能特点、gsm短信模块工作原理、传感器工作原理。文中使用的gsm(全球移动通信系统)模块为siemens公司推出的新一代无线通信gsm模块——tc35,利用该模块可以完成短消息收发、语音传输、与pc机进行数据传输等功能。系统由单片机和gsm模块以uart(通用异步收发器)形式通信完成数据的采集和发送,并通过gsm模块将采集到的信息通过gsm网络传送给用户终端;信号的检测采用二种传感器进行信号的采集,以确保电力变压器的安全性;同时为防止电网断电等因素所造成的影响,即在电网掉电后自动启动后备电池继续保证系统的正常工作,极大地提高了系统的稳定性与可靠性;在人机交互中,采用遥控布防和撤防的方式便于控制报警系统监控状态,另外,通过电脑终端可以对系统的工作状态进行动态掌握。系统的组成框图如图1所示。


    图1系统基本原理框图
  3 gsm模块tc35应用设计
  tc35是siemens公司推出的新一代无线通信gsm模块,可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(short message service)和传真。模块的工作电压为3.3-5.5v,可以工作在900mhz和1800mhz两个频段,所在频段功耗分别为2w(900m)和1w(1800m)。模块有at命令集接口,支持文本和pdu模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k,4.8k,9.6k的非透明模式。此外,该模块还具有电话簿功能、多方通话,漫游检测功能,常用工作模式有省电模式、idle、talk等模式。通过独特的40引脚的zif连接器,实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过zif连接器及50ω天线连接器,可分别连接sim卡支架和天线。
  tc35模块主要由gsm基带处理器、gsm射频模块、供电模块(asic)、闪存、zif连接器、天线接口六部分组成。作为tc35的核心,基带处理器主要处理gsm终端内的语音、数据信号,并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下,可支持fr、hr和efr语音信道编码。
  3.1 tc35硬件设计
  (1) tc35 的硬件接口。tc35模块有40个引脚,通过一个zif(zero insertion force,零阻力插座)连接器引出。这40个引脚可以划分为5类,即电源、数据输入/输出、sim卡、音频接口和控制。其中igt是启动端,系统加电后为使tc35进入工作状态,必须给igt加一个大于100ms的低脉冲,电平下降持续时间不可超过1ms。单片机通过tc35的18、19脚交换数据。

     (2) tc35的开发技巧。在开发tc35的过程中,正确构建其外围电路是十分重要的。电源要求:模块的供电电压如果低于3.3v会自动关机。同时模块在在发射时,电流峰值可高达2a。同时在此电流峰值时,电源电压(送入模块的电压)下降值不能超过0.4v。所以该模块对电源的要求较高,电源的内阻+ffc联接线的电阻必需小于200mω;mcu与tc35通信:单片机通过两个i/o口控制tc35的开关机、复位等,通过串口与tc35进行数据通信,通信速率为9600kbps,采用8位异步通讯方式,1位起始位,8位数据位,1位停止位;逻辑电平的区别:tc35模块输入输出的ttl正电平逻辑不是+5v,而是+2.9v,因此必要时加端口保护;tc35上电后需要在igt引脚施加100ms左右的低脉冲才能启动。
  (3) 如何解决模块无法登陆网络的问题。因为在tc35的整个外围电路中存在数字地和模拟地,考虑将上述电感换成磁珠,原因是电感无法吸收数字地和模拟地之间的高频谐波分量,而磁珠则可以很有效地吸收高频分量,很好的起到了隔离数字地和模拟地。另外,将+5v电源与tc35模块的vbatt+之间的滤波二极管换下,改为直流稳压电源(5v,2a)直接供电,解决二极管的最大导通电流达不到模块要求的瞬间的大电流(2a)的问题。
  (4) 关于sim卡的管脚信号。sim卡有三种电气规范的,1.8v/3.0v/5.0v。现在我们手机上用的sim卡一般都是3.0v的。sim卡上供电受电源vcc的影响比较大,并且其纹波不能很大。在rst信号正确的前提下,正常工作时,rst信号为高电平。这时测试cl-ock和data信号的波形会发现:这两个信号在tc35对sim卡操作时才有波形,如没有操作则一般都不会有波形,这都是属于正常情况。sim卡的信号线、电源线都需要去耦。
  3.2 tc35 软件指令
  (1) 基本at指令:读取短信支持格式0,pdu(中英文都可);1,text(只能用于英文)。指令:at+cmgf?返回:+cmgf: 0注意:tc35默认的是text模式,因此要发中文短信必须在每次开机时更改短信支持格式。输入:at+cmgf=0返回:ok。
  (2) 中英文短信的发送。英文短信的分析:at+回车:通讯握手指令,返回:ok。指令:at+cmgf=1。设置为pdu模式,为发送中文汉字准备(若开机时默认为1),返回:ok,at+cscs=“ gsm ”(若开机时默认为gsm),设置tc35的工作模式。短信息的发送分成两步:a、发送接收的手机号码,等待应答:“》“,指令:at+cmgs=”13587654321“回车(目的地址),tc35回应:at+cmgs=”1-3587654321“ 》。b、输入短信息的内容(只能是英文):test 回车。
  中文短信发送的基本原理分析:使用串口调试助手成功发送的中文短信息完整过程,短信中心号码:13800513500;短信接收方号码:13587654321;短信内容:“华科大文华学院”。
  指令:at+回车:通讯握手,返回:ok,指令:at+cmgf=0 设置为pdu模式,因为要发送中文汉字,返回:ok,at+cmgs=6 (此数是十进制),发送短消息的字节数(即phone+msg的字节数)》。可以接收数据:089168310 -8200705f011000b813185674523 - f10008c20c534e79d159276587534e5b66962。指令:+cmgs: 45 返回:ok (注释:08表示短消息中心地址长度;91表示短消息中心号码类型;683108200705f0表示短消息中心号码13800270500;1100表示发送短消息的编码方式;0d表示目的地址长度;91表示目的地址类型;3185674523f1——表示目的地址,即接收短消息的手机号码为13587654321;3208表示发送中文字符方式;c2表示有效期(tp-vp) 5 分钟a7(24小时);0c表示短消息长度;534e79d159276587534e5b6 -69662——表示发送中文字符的unicode码。
  4 软件设计
  4.1 主程序流程图
  软件设计采用c语言编写、模块化程序设计。stc89c52单片机对tc35模块进行通信,首先设置波特率,通常为9600bit/s,然后再根据实际需要对中断端口进行相应的初始化设置。根据被监控对象的实际情况,主流程图如图3所示。
  基于stc89c52单片机和gsm模块的电力变压器防盗系统设计
  图3 系统软件主流程图
  4.2部分程序源代码
  以下是基于stc89c52单片机与tc35通讯接口的部分通信程序,该程序已经通过调试并在开发装置上正常运行。
  //打电话ring
  void phonecall(void)
  {
  unchar code ringoff_tc35[]=”at+chup“;
  for(i=0;i《=0;i++)
  {
  sendtotc35(ring_tc35,sizeof(ring_tc35)-1); //向tc35发送打电话的at指令
  sendasc(over); //回车
  delay1s(25); // 延时9秒
  sendtotc35(ringoff_tc35,sizeof(ringoff_tc35)-1); //关机
  sendasc(over);
  delay1s(2);
  }
  }
  本程序源代码实现打电话功能,其中考虑将at指令转化成ascii码的形式对tc35进行控制。
  5 系统稳定性分析
  本文研究对象为防盗系统,要求系统稳定,为此进行如下处理:在系统初始化中,间断重复启动三次,以保证能够正常登录网络,最后以短信形式加以确认。主要用单片机对tc35进行控制,单片机的稳定性不可忽视。因外部看门狗的稳定性比内部看门狗的稳定性高,于是采用外部看门狗定时清零,以适应恶劣的工作环境。电源的可靠性也至关重要,为此采用双电源模式。在外部无电源情况下采用内部蓄电池供电,根据用户需要可以采用不同容量的蓄电池以保证其供电时间;在有外接电源情况下,外部供电为主,在此时蓄电池供电不足,便自动开始充电。为了使用户了解系统的工作状态,根据客户需要以短信形式进行定时发送安全回复报告。
  6 结束语
  设计结合gsm网络,综合利用西门子公司的tc35模块对电力变压器实现了现代的防盗报警系统。整个设计充分考虑了系统中可能出现的各种意外情况,根据具体情况设计了相应的功能。本设计借助目前最可靠、最成熟的gsm移动网络,在软件设计上也进行了相应的人性化设计,满足不同用户的需求。

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关键词:单片机变压器

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