基于GSM的太陽能路燈聯(lián)網監(jiān)控系統(tǒng)研究
DSPIC30F3011 單片機對太陽能板電壓和蓄電池電壓進行采樣比較,當采樣值低于設定值時發(fā)送短信“太陽能板電壓不足”或“蓄電池電壓不足”給監(jiān)控中心,單片機還可以對路燈工作狀態(tài)進行監(jiān)控,出現(xiàn)異常時,以短信形式傳送給監(jiān)控中心。
圖6 DSPIC30F3011 與MAX485 接線
GSM 模塊采用MC39i,MC39i 是一個支持中文短信息的工業(yè)級GSM 模塊,可傳輸語音和數據信號,通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM 卡讀卡器和天線。MC39i 的數據接口通過AT 命令可雙向傳輸指令和數據,可選波特率范圍為300 b/s~115 kb/s,支持Text 和PDU 格式的SMS(ShortMessage Service,短消息),可通過AT 命令或關斷信號實現(xiàn)重啟和故障恢復[4]。
MC39i 模塊有40 個引腳,通過一個ZIF(Zero InsertionForce,零阻力插座)連接器引出。這40 個引腳可以劃分為5類,即電源、數據輸入/輸出、SIM 卡、音頻接口和控制。MC39i的第1~5 引腳是正電源輸入腳,第6~10 引腳是電源地,15 腳是啟動腳IGT,系統(tǒng)加電后為使MC39i 進入工作狀態(tài),必須給IGT 加一個大于100 ms 的低脈沖,電平下降持續(xù)時間不可超過1 ms。18 腳RXD、19 腳TXD 為TTL 的串口通訊腳,需要和單片機或者PC 通訊。MC39i 使用外接式SIM 卡,24~29 為SIM 卡引腳,MC39i 的第32 腳SYNC 引腳為控制腳,有兩種工作模式,一種是指示發(fā)射狀態(tài)時的功率增長情況,另一種是指示MC39i 的工作狀態(tài),可用AT 命令AT+SYNC 進行切換,35~38 為語音接口[5]。
MC39i 的電源輸入采用開關型可調高性能微波電路專用穩(wěn)壓芯片LM2941S。啟動腳IGT 可以通過單片機軟件控制,也可通過按鍵控制其電位高低變化的控制,18 腳RXD、19 腳TXD 直接與DSPIC30F3011 單片機的異步串口RXD2 和TXD2 進行連接,實現(xiàn)單片機對MC39i 發(fā)送和接收指令的控制,24~29 引腳直接與SIM 卡的對應引腳進行連接,便于檢測SIM 卡是否插好,以及完成短信發(fā)送的功能,SYNC 腳可外接發(fā)光二極管用于檢測模塊是否處于工作狀態(tài)。
3 軟件設計
3.1 系統(tǒng)軟件設計
該系統(tǒng)采用DSPIC30F3011 單片機進行監(jiān)控處理,單片機對太陽能板電壓和蓄電池電壓實時監(jiān)控。若太陽能板電壓大于設定值,說明光照強度足夠大,單片機關斷LED 燈頭供電,太陽能板對蓄電池充電;若太陽能板電壓小于設定值,則由蓄電池對LED 燈頭供電,首先檢測蓄電池電壓,若足夠大,則由蓄電池對LED 燈頭供電,若小于下限值,單片機控制MC39i 模塊發(fā)送短信“蓄電池低電”,若蓄電池電壓高于上限值,則要啟動卸荷電路,以免蓄電池過充電。系統(tǒng)流程圖如圖7 所示。
圖7 系統(tǒng)流程
3.2 GSM 軟件設計
可以采用AT 指令對MC39i 模塊進行控制。單片機通過AT 指令對MC39i 模塊進行初始化和短消息的接收發(fā)送。對短消息的控制有兩種模式:PDU 模式和Text 模式,但Text 模式不支持正文,設計采用PDU 模式。通過單片機異步串口發(fā)送AT 指令“AT CRLF”給MC39i 模塊(其中CR 表示回車;LF換行),如果MC39i 模塊發(fā)送“CRLFOKCRLF”給單片機,則表明MC39i 模塊連接正常;然后單片機發(fā)送“AT+CMGF=0CRLF”給MC39i 模塊,設置短信模式為PDU 格式,如果MC39i模塊回復“CRLFOKCRLF”表明設置成功;然后單片機發(fā)送“AT+CMGS=26 CRLF”給MC39i 模塊,設置短信總字節(jié)長度為26 個,如果接收到“CRLF>26”表明設置成功,最后單片機給MC39i 模塊發(fā)送具體的短信信息,例如發(fā)送短信“太陽能板低電”給監(jiān)控中心,監(jiān)控中心的SIM 卡對應號碼為1364217302X,其對應的PDU 數據為:0891683108200205F011000B813146123720 FX0008A712592A963380FD677F4F4E75351A。其中:08:短信中心地址長度;91:短信中心號碼類型;68:中國代碼(經過對調);3108200205F0:天津短信中心號碼(末尾填F 后,每兩位對調,實際號碼為“13800220500”);11:文件的頭字節(jié),默認為11;00:信息類型,默認為00;0B:被叫號碼長度;81:被叫號碼類型;3146123720FX:被叫號碼(經過對調,實際為1364217302X);0008:00 標志協(xié)議 08 表示使用Unicode 編碼;A7:有效天數=A7-A6;12:短信內容長度;592A 太;9633 陽;80FD 能;677F 板;4F4E低;7535 電;最后短信內容以1A 結尾,1A 為發(fā)送結束標志。
4 結語
這里系統(tǒng)對現(xiàn)有的太陽能路燈控制器進行改造,將光伏電源最大功率點設置集成到太陽能控制器中,借助于串口通信技術實現(xiàn)了主從機的通信連接,借助GSM 技術實現(xiàn)了主機與監(jiān)控中心之間的通信連接,最終實現(xiàn)了太陽能路燈控制系統(tǒng)的聯(lián)網監(jiān)控。因此該系統(tǒng)不僅提高了太陽能的利用效率,還實現(xiàn)了太陽能控制器間的無線數據傳輸,提高了現(xiàn)有太陽能路燈控制器的使用價值。
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