带信息反馈的短信控制电源系统.DOC

带信息反馈的短信遥控避雷系统 陈力刚，阎楷，贾漯昭，谢恒义，王龙帅 （中国郑州450016河南省地震局） 摘要：进入夏季雷电严重威胁着地震监测仪器的正常运行，在此提出了一种利用短信指令切断引雷途径，达到避雷的方法，并在硬件和软件两个方面给出了具体的解决方案，设计出基于短信简便可行的遥控避雷系统，从而提高了仪器的连续运转率。 关键词：单片机；手机模块；光电隔离；交直流电压采样；AT命令；看门狗 引言 在日常仪器维护中，虽然有避雷系统，但雷击还是屡见不鲜，恢复周期往往要半个月以上，资料缺失非常严重，在此情况下不得不考虑一种有效的方法来减少损失。因为绝大部分雷击是由电源引入的，一种解决的方法是在雷电到来时，人到现场切断市电改由UPS供电。但问题是人到现场需要时间而且又很不安全，为此笔者研制了一种设备，改为计算机或手机发送短信指令给单片机，再由单片机控制继电器切断交流电，启动UPS或直流电为仪器供电达到避雷目的，并且其控制的结果及电压参数还可以反馈给计算机或手机。 硬件结构 该短信遥控避雷系统（后简称系统）硬件部分由单片机、手机模块、交直流电压采样、光电隔离、驱动电路、继电器开关、自动控温电路、自给充电电路、开关电源等九部分组成。 1.1单片机，手机模块 单片机选用宏晶公司的STC90C58AD芯片，选用该芯片理由是超低功耗，正常工作电流最多不超过7mA，具有超强抗干扰，10位A/D采样，带看门狗，大容量SRAM、EEPROM，容易烧写程序。 手机模块选用西门子公司生产的TC35i模块，该模块是一个支持T和PDU格式的工业级GSM模块可传输语音和数据信号。TC35i的数据接口通过AT命令可双向传输指令和数据可通过AT命令 P1_ADC_EN=0X0F命令设置成采样输入端口。为保护单片机输入端口的安全可靠性，对非同地的信号源采样采取光电隔离保护，在本方案中采用HCNR200光电隔离器。HCNR200由发光二极管D1，反馈光电二极管D2，输出二极管D3构成。当D1通过电流If时，发出光线同时被D2、D3接收，反馈光电二极管D2感应出电流，该电流用来反向控制D1上的驱动电流If大小以补偿其非线性，这样输出端D3上的感应电流与D1发出的光通量成线性比例。本方案采用输入输出增益值为1。 由于需要测量的交流电压为有效值，这里选用芯片为LTC1966，它是美国凌特公司推出的真有效值RMS/DC转换器。在本方案中，220V交流电经降压分压后产生交流0.125V电压，该真有效值电压由LTC1966转为直流0.125V电压，此电压再经HCNR200光电隔离器实现的1:1信号隔离输出，然后再由运算放大器放大20倍转为2.5V，最后由单片机进行采样，采集出的2.5V再由软件复原出交流220V电压值。 图1 模拟光电隔离及交流采样电路 Fig.1 Analog photoelectric isolated chip and AC sample circuit 1.3驱动电路、继电器开关 本系统的驱动电路也采用光电隔离来保护单片机接口，由于驱动八路信号，光耦采用两片TC521-4芯片，驱动芯片采用一片ULN2803,。ULN2803本身含有反向二极管，所以继电器线圈可省略并联二极管，但实际应用发现线圈的反向电动势未被完全消除，所以线圈最好并接二极管，以消除带来的不稳定因素。 继电器采用11只250V5A双联继电器，分别控制UPS交流、仪器交流、仪器直流、自动充电、温控风扇等。除了自动充电、温控风扇的所用3个继电器采用常开状态外，其余的8只继电器均采用常闭状态，其设计目的是即使在本系统停电或失效的情况下也不影响监测仪器的正常使用。 1.4自动控温电路、自给充电电路 由于在夏季仪器长时间工作在高温状态，有必要对该系统采取降温措施。这里采用的自动控温基于DS18B20对温度的采样。DS18B20是美国DALLAS公司生产的数字温度传感器与双向通讯DALLAS公司，2009），在本设计中当仪器温度高于37°自动开风扇降低温度，当仪器温度低于29°自动关闭风扇。 在设计中，为了保证系统本身免受雷电的危害，采用了电瓶供电方式，所以还要考虑到自动充电问题。由于单片机可采样电压信号，我们可以利用它对电瓶电压的监控来决定是否应该充电，在本设计中当电瓶电压低于11.5V时，由继电器开启充电电路为电瓶充电，当电瓶电压高于12.5V时，断开充电电路。笔者目前使用的是12V100AH的电瓶，一次充电可用一个半月，如果在充电时正好赶上雷雨，也可以通过短信命令直接把连接到该系统的交流电断掉，达到自身避雷的目的。 软件结构 软件是硬件的灵魂，该系统的软件部分固化在STC90C58AD芯片中，芯片上电后自动执行。软件功能构架分为初始化、接收短信、分析短信、合法用户识别、执行短信命令、删除短信、发