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時間:2019-08-13

  在油田等地域分布遼闊的野外地區,輸電線路和電力變壓器因遠離供電局經常面臨被盜的危險,一旦輸電線和電力變壓器被盜,將會造成很大的經濟損失,給電力系統的穩定運行和油田安全生産造成極大的隱患。隨著gsm移動通信網絡的迅速發展和用戶的日益擴大,gsm的信號覆蓋範圍很廣,盲區越來越少,現在gsm機站建設迅速,設計上已經覆蓋了整個地區。爲此,本文利用gsm通訊網絡開發出的輸電線路和變壓器防盜系統,能有效地對偏遠地區的輸電線路和電力變壓器的運行情況實時監控。
  2 系统设计
  本文主要描述了利用stc89c52單片機實現的基于gsm模塊的電力變壓器防盜系統,包括stc89c52單片機的功能特點、gsm短信模塊工作原理、傳感器工作原理。文中使用的gsm(全球移動通信系統)模塊爲siemens公司推出的新一代無線通信gsm模塊——tc35,利用該模塊可以完成短消息收發、語音傳輸、與pc機進行數據傳輸等功能。系統由單片機和gsm模塊以uart(通用異步收發器)形式通信完成數據的采集和發送,並通過gsm模塊將采集到的信息通過gsm網絡傳送給用戶終端;信號的檢測采用二種傳感器進行信號的采集,以確保電力變壓器的安全性;同時爲防止電網斷電等因素所造成的影響,即在電網掉電後自動啓動後備電池繼續保證系統的正常工作,極大地提高了系統的穩定性與可靠性;在人機交互中,采用遙控布防和撤防的方式便于控制報警系統監控狀態,另外,通過電腦終端可以對系統的工作狀態進行動態掌握。系統的組成框圖如圖1所示。


    圖1系統基本原理框圖
  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模塊主要由gsm基帶處理器、gsm射頻模塊、供電模塊(asic)、閃存、zif連接器、天線接口六部分組成。作爲tc35的核心,基帶處理器主要處理gsm終端內的語音、數據信號,並涵蓋了蜂窩射頻設備中的所有的模擬和數字功能。在不需要額外硬件電路的前提下,可支持fr、hr和efr語音信道編碼。
  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。
  中文短信發送的基本原理分析:使用串口調試助手成功發送的中文短信息完整過程,短信中心號碼:13800513500;短信接收方號碼:13587654321;短信內容:“華科大文華學院”。
  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
  軟件設計采用c語言編寫、模塊化程序設計。stc89c52單片機對tc35模塊進行通信,首先設置波特率,通常爲9600bit/s,然後再根據實際需要對中斷端口進行相應的初始化設置。根據被監控對象的實際情況,主流程圖如圖3所示。
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  图3 系统软件主流程图
  4.2部分程序源代碼
  以下是基于stc89c52單片機與tc35通訊接口的部分通信程序,該程序已經通過調試並在開發裝置上正常運行。
  //打電話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);
  }
  }
  本程序源代碼實現打電話功能,其中考慮將at指令轉化成ascii碼的形式對tc35進行控制。
  5 系统稳定性分析
  本文研究對象爲防盜系統,要求系統穩定,爲此進行如下處理:在系統初始化中,間斷重複啓動三次,以保證能夠正常登錄網絡,最後以短信形式加以確認。主要用單片機對tc35進行控制,單片機的穩定性不可忽視。因外部看門狗的穩定性比內部看門狗的穩定性高,于是采用外部看門狗定時清零,以適應惡劣的工作環境。電源的可靠性也至關重要,爲此采用雙電源模式。在外部無電源情況下采用內部蓄電池供電,根據用戶需要可以采用不同容量的蓄電池以保證其供電時間;在有外接電源情況下,外部供電爲主,在此時蓄電池供電不足,便自動開始充電。爲了使用戶了解系統的工作狀態,根據客戶需要以短信形式進行定時發送安全回複報告。
  6 结束语
  設計結合gsm網絡,綜合利用西門子公司的tc35模塊對電力變壓器實現了現代的防盜報警系統。整個設計充分考慮了系統中可能出現的各種意外情況,根據具體情況設計了相應的功能。本設計借助目前最可靠、最成熟的gsm移動網絡,在軟件設計上也進行了相應的人性化設計,滿足不同用戶的需求。

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