變配電所GSM 網(wǎng)絡(luò)無線遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)研究

張道俊

0 引言

鄭州供電段五里堡客整所的作用是將引自接觸網(wǎng)單相電源，經(jīng)降壓整流后為動車檢修所提供直流600 V 電源，因該所為動車檢修所配套設(shè)施，所內(nèi)設(shè)備簡單，且附近沒有可利用的通訊光纜，故沒有設(shè)置SCADA 系統(tǒng)。當(dāng)所內(nèi)設(shè)備發(fā)生異?；蚴鹿侍l后，檢修人員無法及時(shí)了解設(shè)備報(bào)警信息。為解決該問題，本文介紹利用中國移動GSM 網(wǎng)絡(luò)將報(bào)警信息傳送到檢修人員手機(jī)上的簡單遙信系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和報(bào)警裝置的研制過程。當(dāng)設(shè)備發(fā)生事故或預(yù)告報(bào)警時(shí)，通過GSM 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送手機(jī)短信到檢修人員手機(jī)上，以便及時(shí)掌握設(shè)備異常信息，及時(shí)處理，防止發(fā)生供電事故。

1 無線遠(yuǎn)程報(bào)警裝置的功能與實(shí)現(xiàn)方案

GSM 網(wǎng)絡(luò)無線遠(yuǎn)程報(bào)警裝置的主要功能是當(dāng)所內(nèi)發(fā)送事故跳閘或不正常預(yù)告信息時(shí)，能向檢修人員及時(shí)發(fā)送報(bào)警信息；能夠保存發(fā)生過的報(bào)警信息以供查閱；檢修人員可以修改報(bào)警短信的內(nèi)容；可以根據(jù)需要變更接收短信的手機(jī)號碼。

中國移動GSM 網(wǎng)絡(luò)具有較高的可靠性，利用GSM 短信模塊發(fā)送配電所報(bào)警信息具有設(shè)備成本低廉、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。

該裝置由單片機(jī)開關(guān)量采集模塊采集13 個報(bào)警信息開關(guān)量，然后根據(jù)采集到的開關(guān)信息，單片機(jī)通過GSM 工業(yè)短信模塊發(fā)送報(bào)警短信，檢修人員接收到報(bào)警短信后及時(shí)到現(xiàn)場進(jìn)行檢修處理，因此，該功能通過設(shè)計(jì)16 路開關(guān)量輸入對應(yīng)16 條短信內(nèi)容即可滿足要求。

2 報(bào)警裝置的研制

2.1 原理設(shè)計(jì)

報(bào)警裝置由開關(guān)量輸入單元，液晶顯示單元，鍵盤操作單元，單片機(jī)信息處理單元，工業(yè)短信模塊單元以及電源電路組成，圖1 是其原理方框圖。

開關(guān)量輸入單元主要完成報(bào)警信息的采集與電平隔離轉(zhuǎn)換，該單元采用光電隔離芯片TLP521、SN74HC244N 等元件組成。其中光耦TLP521-4 的作用是采集24 V 電壓的報(bào)警開關(guān)量，當(dāng)由外部報(bào)警輸入時(shí)，光耦導(dǎo)通，輸出低電平到SN74HC244N，緩沖后送單片機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理。開關(guān)量輸入單元的其中一路報(bào)警輸入原理如圖2 所示。

圖1 報(bào)警裝置原理方框圖

液晶顯示單元的主要原件是SG12864J5 液晶顯示屏，與單片機(jī)的P0 接口和P1 接口連接，完成歷史報(bào)警信息的查看顯示、配合鍵盤修改報(bào)警目的地址等功能。

鍵盤采用4×4 共16 個按鍵開關(guān)，占用單片機(jī)的P2 接口，完成查看信息、修改參數(shù)等操作。

單片微控制器C805IF020 是一款完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，與8051 指令集完全兼容，是一款真正獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。采用C8051F020可大量減少外圍器件，充分發(fā)揮F020 的高速度特點(diǎn)，大大提高系統(tǒng)的集成度和系統(tǒng)硬件擴(kuò)展能力。C8051FO20 有2 個串行通信接口UART，其中之一已分配給 GSM 通信模塊使用，另一個通過MAX3232 芯片與PC 機(jī)連接通訊，用來設(shè)置報(bào)警中文短信內(nèi)容。

圖2 開關(guān)量輸入單元原理圖

GSM 通信模塊采用西門子公司的工業(yè)通信模塊TC35T。TC35T 具有語音、數(shù)據(jù)、短消息和FAX4種傳輸方式；工作在GSM 900 MHz 和1 800 MHz頻帶范圍內(nèi)；工作電源 8～30 V；波特率為300 b/s～115 kb/s，在1 200 b/s～115 kb/s 為自動波特率設(shè)置；數(shù)據(jù)傳送采用AT 命令集；對外提供標(biāo)準(zhǔn)的RS-232 接口和電源接口。應(yīng)用時(shí)，將單片微控制器C8051F020 配上標(biāo)準(zhǔn)的RS-232 串行口芯片與TC35T 的串行口用電纜直接連接。

因?yàn)閱纹瑱C(jī)的串口通訊采用9 600 bit/s 的通信波特率，使用前，TC35T 模塊必須通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行初始化設(shè)置，并將設(shè)置參數(shù)存儲在TC35T 中，方可進(jìn)行通訊。

TC35i 模塊短消息提供2 種格式，TEXT 和PDU。TEXT 模式相對來說比較簡單，特別適合傳輸字符。目前的漢字傳輸一般都采用PDU 模式，PDU 模式需要進(jìn)行編碼，處理起來相當(dāng)復(fù)雜。單片機(jī)沒有字庫，輸入與處理漢字均比較困難，考慮到報(bào)警短信內(nèi)容設(shè)置完畢基本不需要修改，或者很少修改，因此，報(bào)警短信的內(nèi)容輸入與修改均采用PC 機(jī)進(jìn)行編輯與處理，處理完的PDU 編碼通過串口與單片機(jī)進(jìn)行通信，單片機(jī)接收后保存在單片機(jī)的FLASH 存儲器里。該方案需要一個簡單的上位機(jī)PUD 短信處理程序。

2.2 程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)程序采用DELPHI 語言編寫，主要完成PUD 短信編碼的生產(chǎn)及與報(bào)警裝置的串口通信，程序主界面如圖3 所示。

當(dāng)完成報(bào)警短信內(nèi)容的輸入后，點(diǎn)擊下載按鈕，程序開始將短信內(nèi)容逐條下載到報(bào)警裝置，當(dāng)一條內(nèi)容下載完成后，等待單片機(jī)返回序號，接收到返回的序號后繼續(xù)下載下一條短信內(nèi)容。16 條短信的PDU 碼全部下載完成后，接收到單片機(jī)返回的下載成功信息，給出下載成功的提示后，下載完成。在該過程中，若超過規(guī)定時(shí)間沒有收到單片機(jī)返回的短信序號，或收到單片機(jī)返回的下載失敗信息，均立即終止下載，并給出下載失敗提示。

報(bào)警裝置程序設(shè)計(jì)包括SIM300 通信程序模塊、鍵盤掃描與操作處理模塊、開關(guān)量采集與處理模塊、屏幕顯示刷新模塊。報(bào)警開關(guān)量的采集采用查詢方式，程序啟動后首先將工業(yè)短信模塊TC35i注冊到中國移動通信網(wǎng)絡(luò)，然后循環(huán)查詢報(bào)警與鍵盤，若有報(bào)警或鍵盤操作，則進(jìn)行相應(yīng)處理。為防止程序運(yùn)行中發(fā)生死機(jī)，每次循環(huán)均要有一次喂狗指令，若程序死機(jī)，看門狗電路將自動進(jìn)行復(fù)位操作，保證系統(tǒng)運(yùn)行正常。主程序流程如圖4 所示。

圖3 報(bào)警裝置上位機(jī)程序圖

圖4 主程序流程圖

報(bào)警裝置與上位機(jī)的通信采用中斷方式，報(bào)警裝置接收到來自上位機(jī)的串口信號產(chǎn)生中斷后，首先判斷接收到的短信內(nèi)容長度及格式符合規(guī)定，然后報(bào)警短信的PUD 碼存儲到單片機(jī)FLASH 存儲器的特定位置后向上位機(jī)報(bào)告短信保存成功的短信序號，上位機(jī)收到序號，且連續(xù)16 條短信內(nèi)容均正確接收和保存后，單片機(jī)向上位機(jī)發(fā)送下載定值成功確認(rèn)信息。當(dāng)接收過程中有一處錯誤時(shí)，單片機(jī)即向上位機(jī)報(bào)告通訊錯誤信息，上位機(jī)接收到該信息后，立即中斷當(dāng)前傳輸，給出下載失敗的提示，由操作人員檢查后重新下載。每條短信占用256 個字節(jié)，共占用4 096 個字節(jié)的存儲空間。其流程如圖5 所示。

圖5 短信內(nèi)容修改流程圖

2.3 安裝試驗(yàn)

報(bào)警裝置研制完成后，安裝在鄭州供電段五里堡客整所中央信號盤內(nèi)，各開關(guān)量輸入端口通過電纜引入。經(jīng)過試驗(yàn)，各種報(bào)警短信均能夠正確發(fā)出。

3 結(jié)束語

本文通過對GSM 短信平臺的應(yīng)用，介紹了一種低成本無人值班配電所報(bào)警信息遠(yuǎn)程傳遞的新思路。實(shí)踐證明通過該報(bào)警裝置的運(yùn)用給運(yùn)行維護(hù)人員帶來了極大的方便。同時(shí)該短信報(bào)警裝置可以方便地移植到其他工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)中去。