基于GSM短信的電動自行車充電裝置控制系統(tǒng)的設計

【摘要】本文介紹了一種新型的電動自行車充電裝置，以單片機為主控制模塊，通過增加GSM短信通信的功能，實現(xiàn)車主的手機與充電裝置控制系統(tǒng)的通信，一方面車主通過發(fā)送短信對電動自行車智能充電進行控制，另一方面充電的信息通過短信發(fā)給車主手機，實現(xiàn)對充電系統(tǒng)的遠程在線監(jiān)測和控制。

【關(guān)鍵詞】單片機；GSM；短消息；充電裝置

1.引言

電動自行車具有零排放無污染、百公里行駛費用低、終生保養(yǎng)費用低、制造費用越來越低的特點，而另一方面，隨著我國城鎮(zhèn)化建設的推進，普通市民的出行范圍也將日益增大，所以，今后相當一段時間內(nèi)，電動車仍將是市民的主要交通工具。但是電動車的充電過程也存在很多不確定的安全隱患，諸如交流電壓過高/過低、輸出過壓/欠壓、溫度過高、電流沖擊浪涌、過載等問題，并且也導致了許多火災事故，造成了重大財產(chǎn)損失。電動車的充電過程中交流電壓過高/過低、輸出過壓/欠壓、溫度過高、電流沖擊浪涌、過載等這些問題信息如果都必須及時地讓車主知曉并作出相應的安全措施，將能避免火災事故的產(chǎn)生。目前移動通信已在市民中普遍使用，GSM短信由于其使用的網(wǎng)絡是移動運營商的網(wǎng)絡，只有發(fā)送短信才需費用，所以運營費用極低，同時其網(wǎng)絡的可靠性極高，能很好地滿足充電信息傳輸?shù)陌踩浴⒖煽啃院图皶r性的要求。本項目在原充電器的基礎(chǔ)上增加GSM短信通信的功能，可將充電的信息通過短信發(fā)給車主手機，實現(xiàn)遠程在線監(jiān)測，有事故隱患可及時消除這為電動車在無人看守的情況下安全充電創(chuàng)造了條件。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

系統(tǒng)框架如圖1所示：所述的一種基于手機短信的電動自行車充電裝置包括手機、GSM通信終端模塊、充電電路、微處理器控制單元，電動自行車充電裝置由微處理器控制單元控制，微處理器控制單元通過GSM網(wǎng)絡通信模塊與車主進行短信交換信息，在充電過程中，由微處理器控制單元采集有關(guān)的電流、電壓、溫度等信息并對所采集到的參數(shù)進行預判斷，微處理器控制單元得出交流電壓過高/過低、溫度過高、電流沖擊浪涌、過載等結(jié)果時，微處理器控制單元將所采集到的故障信息通過短信發(fā)至車主手機并可根據(jù)車主所發(fā)回的短信信息發(fā)出相應的安全控制指令。

2.1 GSM模塊TC35介紹

GSM網(wǎng)絡經(jīng)過移動通信部門的多年建設，已成為成熟、穩(wěn)定、可靠的通信網(wǎng)絡。本系統(tǒng)的GSM通信終端模塊采用TC35 ，TC35是德國西門子（SIEMENS）公司推出的GSM模塊，是目前市場上廣泛使用的低成本、高性能手機模塊，它支持（900MHz1800MHz），可通過40腳的ZIF接口建立控制接口，使用戶能夠通過AT命令實現(xiàn)對TC35模塊的控制。模塊提供ZIF接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。

2.2 充電電路結(jié)構(gòu)

充電電路的結(jié)構(gòu)如圖2所示：包括整流電路、主充電電路、電流/電壓采樣電路、控制電路、溫度采樣電路以及保護電路、驅(qū)動電路，外部電源經(jīng)整流電路接入主充電電路，送至充電電池對充電電池進行充電，同時主充電電路的輸出電流送至電流/電壓采樣電路進行電流/電壓采樣，采樣結(jié)果送至微處理器控制單元，微處理器控制單元根據(jù)采樣結(jié)果發(fā)出控制指令，控制主充電電路的電壓/電流。溫度采樣電路用于采集所述充電電池的內(nèi)部溫度，并將所采集到的溫度參數(shù)送至微處理器控制單元，微處理器控制單元根據(jù)所采集到的溫度參數(shù)判斷充電電池內(nèi)部溫度是否過高。保護電路、驅(qū)動電路均設于主充電電路與微處理器控制單元之間，微處理器控制單元根據(jù)電流/電壓采樣電路、溫度采樣電路的采樣結(jié)果得出交流電壓過高/過低、輸出過壓/欠壓、溫度過高、電流沖擊浪涌、過載等判定結(jié)果時，發(fā)出指令開啟保護電路用以對主充電電路進行保護，在嚴重時微處理器控制單元通過驅(qū)動電路關(guān)閉主充電電路停止充電動作。

2.3 單片機控制單元

單片機控制單元的原理框圖如圖3所示，它包括接口模塊、信號采樣模塊、顯示模塊、人機接口模塊、GSM通信終端模塊、SIM卡以及微處理器電源和微處理器復位電路，接口模塊與微處理器相連，包括充電電路控制接口模塊、充電電路保護接口模塊、充電電路驅(qū)動接口模塊，接口模塊用于與充電電路中的控制電路、保護電路、驅(qū)動電路的快速連接，信號采樣模塊與所述充電電路中的電流/電壓采樣電路、溫度采樣電路相連，用于向微處理器反應所采集到的電流/電壓信號以及充電電池的內(nèi)部溫度，顯示模塊、人機接口模塊、GSM通信終端模塊均與微處理器保持雙向通信，GSM通信終端模塊通過SIM卡聯(lián)接用戶的手機終端。

3.系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)軟件設計采用模塊化設計。由主程序、初始化子程序、中斷服務程序、GSM撥打電話程序和停止報警程序等模塊組成。

3.1 初始化程序

初始化程序先進行硬件的初始化，讓硬件處于就緒工作狀態(tài)，初始化串口。包括選擇串口工作方式和波特率的設定。初始化單片機I/0口電平，初始化GSM 手機模塊，使GSM 處于待機狀態(tài)，打開總中斷，打開外部中斷。

3.2 GSM 撥打電話程序

若有信息與外界交換，則啟動GSM撥打電話程序，單片機和GSM 模塊進行串口通信，單片機通過串口發(fā)送AT指令.控制GSM，若單片機和GSM握手成功，即單片機成功發(fā)數(shù)據(jù)到GSM，GSM成功接收來自單片機的數(shù)據(jù)后，但單片機再發(fā)送ATD撥打電話指令控制GSM撥打電話，車主接收到報警電話后，即可處理報警。

3.3 收發(fā)短信的控制

TC35模塊采用AT賀氏指令。單片機可以通過正確的AT指令對TC35模塊進行短消息的接收發(fā)送。發(fā)送信息指令：AT+CMGF=1，設置發(fā)送短消息發(fā)送格式，1代表PDU模式；是回車符號，如果指令正確則模塊返回OK，否則返回“ERROR”。 AT+CMGS=13616202757，設置接收方的手機號碼。等待TC35模塊返回ASCII字符“>”，然后把PDU數(shù)據(jù)輸入。如果指令正確則模塊返回OK，否則返回“ERROR”。接收信息指令：AT+CMGR=1，當單片機把指令發(fā)給TC35模塊時，如果指令正確，則返回：+CMGR： “REC READ”，”+8613616202757”，，”12/05/02，15：03：38+32”？OK+CMGR 后的數(shù)字（如1）表示記錄號，”RECREAD”表示已讀，（未讀為”REC UNREAD”），”+8613616202757”表示發(fā)方號碼，” 12/05/02，15：03：38+32”表示時間郵截?！?？”為PDU數(shù)據(jù)，最后是OK，否則返回“ERROR”。

4.結(jié)束語

本設計以單片機為主控制模塊，通過增加GSM短信通信的功能，完成車主的手機與充電裝置控制系統(tǒng)的通信，從而實現(xiàn)電動自行車充電的遠程監(jiān)控。本方法通過實際的測試，效果良好。該系統(tǒng)具有使用簡單，費用少，控制效率高等優(yōu)點。以GSM短消息為數(shù)據(jù)傳輸手段建立遠程監(jiān)控系統(tǒng)， 再加上高性能的嵌入式CPU作為系統(tǒng)的控制核心，使電動自行車具有智能充電功能，將會得到廣泛應用。

參考文獻

[1]啜剛，王文博，等.移動通信原理與系統(tǒng)[M].北京：北京郵電大學出版社，2009.

[2]周志敏.充電器設計與應用[M].北京：人民郵電出版社，2005.

[3]鄭敏信，等.基于雙CAN總線的電動自行車電池管理系統(tǒng)[J].自行車工程，2008，30（9）.

作者簡介：胡齡爻（1994—），女，江西九江人，現(xiàn)就讀于蘇州科技學院電子信息科學與技術(shù)專業(yè)，研究方向：通信與信息系統(tǒng)。