变配电所GSM 网络无线远程报警系统研究

2011-03-13张道俊

电气化铁道 2011年1期

张道俊

0 引言

郑州供电段五里堡客整所的作用是将引自接触网单相电源，经降压整流后为动车检修所提供直流600 V 电源，因该所为动车检修所配套设施，所内设备简单，且附近没有可利用的通讯光缆，故没有设置SCADA 系统。当所内设备发生异常或事故跳闸后，检修人员无法及时了解设备报警信息。为解决该问题，本文介绍利用中国移动GSM 网络将报警信息传送到检修人员手机上的简单遥信系统设计方案和报警装置的研制过程。当设备发生事故或预告报警时，通过GSM 网络发送手机短信到检修人员手机上，以便及时掌握设备异常信息，及时处理，防止发生供电事故。

1 无线远程报警装置的功能与实现方案

GSM 网络无线远程报警装置的主要功能是当所内发送事故跳闸或不正常预告信息时，能向检修人员及时发送报警信息；能够保存发生过的报警信息以供查阅；检修人员可以修改报警短信的内容；可以根据需要变更接收短信的手机号码。

中国移动GSM 网络具有较高的可靠性，利用GSM 短信模块发送配电所报警信息具有设备成本低廉、运行稳定可靠的特点。

该装置由单片机开关量采集模块采集13 个报警信息开关量，然后根据采集到的开关信息，单片机通过GSM 工业短信模块发送报警短信，检修人员接收到报警短信后及时到现场进行检修处理，因此，该功能通过设计16 路开关量输入对应16 条短信内容即可满足要求。

2 报警装置的研制

2.1 原理设计

报警装置由开关量输入单元，液晶显示单元，键盘操作单元，单片机信息处理单元，工业短信模块单元以及电源电路组成，图1 是其原理方框图。

开关量输入单元主要完成报警信息的采集与电平隔离转换，该单元采用光电隔离芯片TLP521、SN74HC244N 等元件组成。其中光耦TLP521-4 的作用是采集24 V 电压的报警开关量，当由外部报警输入时，光耦导通，输出低电平到SN74HC244N，缓冲后送单片机进行进一步处理。开关量输入单元的其中一路报警输入原理如图2 所示。

图1 报警装置原理方框图

液晶显示单元的主要原件是SG12864J5 液晶显示屏，与单片机的P0 接口和P1 接口连接，完成历史报警信息的查看显示、配合键盘修改报警目的地址等功能。

键盘采用4×4 共16 个按键开关，占用单片机的P2 接口，完成查看信息、修改参数等操作。

单片微控制器C805IF020 是一款完全集成的混合信号系统级芯片，与8051 指令集完全兼容，是一款真正独立工作的片上系统。采用C8051F020可大量减少外围器件，充分发挥F020 的高速度特点，大大提高系统的集成度和系统硬件扩展能力。C8051FO20 有2 个串行通信接口UART，其中之一已分配给 GSM 通信模块使用，另一个通过MAX3232 芯片与PC 机连接通讯，用来设置报警中文短信内容。

图2 开关量输入单元原理图

GSM 通信模块采用西门子公司的工业通信模块TC35T。TC35T 具有语音、数据、短消息和FAX4种传输方式；工作在GSM 900 MHz 和1 800 MHz频带范围内；工作电源 8～30 V；波特率为300 b/s～115 kb/s，在1 200 b/s～115 kb/s 为自动波特率设置；数据传送采用AT 命令集；对外提供标准的RS-232 接口和电源接口。应用时，将单片微控制器C8051F020 配上标准的RS-232 串行口芯片与TC35T 的串行口用电缆直接连接。

因为单片机的串口通讯采用9 600 bit/s 的通信波特率，使用前，TC35T 模块必须通过计算机进行初始化设置，并将设置参数存储在TC35T 中，方可进行通讯。

TC35i 模块短消息提供2 种格式，TEXT 和PDU。TEXT 模式相对来说比较简单，特别适合传输字符。目前的汉字传输一般都采用PDU 模式，PDU 模式需要进行编码，处理起来相当复杂。单片机没有字库，输入与处理汉字均比较困难，考虑到报警短信内容设置完毕基本不需要修改，或者很少修改，因此，报警短信的内容输入与修改均采用PC 机进行编辑与处理，处理完的PDU 编码通过串口与单片机进行通信，单片机接收后保存在单片机的FLASH 存储器里。该方案需要一个简单的上位机PUD 短信处理程序。

2.2 程序设计

上位机程序采用DELPHI 语言编写，主要完成PUD 短信编码的生产及与报警装置的串口通信，程序主界面如图3 所示。

当完成报警短信内容的输入后，点击下载按钮，程序开始将短信内容逐条下载到报警装置，当一条内容下载完成后，等待单片机返回序号，接收到返回的序号后继续下载下一条短信内容。16 条短信的PDU 码全部下载完成后，接收到单片机返回的下载成功信息，给出下载成功的提示后，下载完成。在该过程中，若超过规定时间没有收到单片机返回的短信序号，或收到单片机返回的下载失败信息，均立即终止下载，并给出下载失败提示。

报警装置程序设计包括SIM300 通信程序模块、键盘扫描与操作处理模块、开关量采集与处理模块、屏幕显示刷新模块。报警开关量的采集采用查询方式，程序启动后首先将工业短信模块TC35i注册到中国移动通信网络，然后循环查询报警与键盘，若有报警或键盘操作，则进行相应处理。为防止程序运行中发生死机，每次循环均要有一次喂狗指令，若程序死机，看门狗电路将自动进行复位操作，保证系统运行正常。主程序流程如图4 所示。

图3 报警装置上位机程序图

图4 主程序流程图

报警装置与上位机的通信采用中断方式，报警装置接收到来自上位机的串口信号产生中断后，首先判断接收到的短信内容长度及格式符合规定，然后报警短信的PUD 码存储到单片机FLASH 存储器的特定位置后向上位机报告短信保存成功的短信序号，上位机收到序号，且连续16 条短信内容均正确接收和保存后，单片机向上位机发送下载定值成功确认信息。当接收过程中有一处错误时，单片机即向上位机报告通讯错误信息，上位机接收到该信息后，立即中断当前传输，给出下载失败的提示，由操作人员检查后重新下载。每条短信占用256 个字节，共占用4 096 个字节的存储空间。其流程如图5 所示。