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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

2019年08月12日 15:50 次阅读

1 引言

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。

基于stc89c52单片机和gsm模块的电力变压器防盗系统设计

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。tc35的外围电路图如图2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2 tc35外围电路图

(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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GPRS模块和GSM模块在应用上的七大区别

保障电网安全需要攻克电力变压器故障预测与健康管理...

故障预测与健康管理(PrognosticandHealthManagement,PHM)是一种利用先...

发表于 2018-01-13 09:23 3212次阅读
保障电网安全需要攻克电力变压器故障预测与健康管理...

车容易被偷怎么办?这个电动自行车智能管理解决方案...

1.1 电动自行车智能管理解决方案应用背景 目前我国经济的迅猛的发展,电动自行车现在已经成为大众百姓...

发表于 2017-12-21 09:13 4926次阅读
车容易被偷怎么办?这个电动自行车智能管理解决方案...

汽车防盗系统的种类

汽车防盗系统,是指防止汽车本身或车上的物品被盗所设的系统。它由电子控制的遥控器或钥匙、电子控制电路、...

发表于 2017-11-13 18:15 2445次阅读
汽车防盗系统的种类

理想变压器的特点

作为电路理论的重要内容,理想变压器的教学重点通常在于理想变压器特性方程及其运用,不涉及磁路分析,这导...

发表于 2017-11-06 14:28 1193次阅读
理想变压器的特点

我国变压器发展趋势分析

制造水平总体讲,我国电力变压器技术处于国际20世纪90年代初的水平,少量的处于世界20世纪90年代末...

发表于 2016-08-11 18:38 915次阅读
我国变压器发展趋势分析

电力变压器厂商排名

变压器每家每户都有,具体哪些变压器厂商比较专业,知得信奈呢?下面给大家推荐一个国内排名榜单。

发表于 2016-08-10 16:15 802次阅读
电力变压器厂商排名

电力变压器报警器工作原理及特点

电力变压器防盗器的无线监测报警主机安装在被监控电力线的电杆上或变压器旁,电力线或变压器一旦被盗、三相...

发表于 2016-08-10 15:57 415次阅读
电力变压器报警器工作原理及特点

电力变压器交流耐压试验标准及注意事项

3-10kV的变压器油需静止5h以上,110kV及以下变压器油静止24h;220kV变压器油静止48...

发表于 2016-08-10 15:47 1050次阅读
电力变压器交流耐压试验标准及注意事项