基于gsm的远程泵站毕业设计论文(编辑修改稿)

基于gsm的远程泵站毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

机通过测速模块和其自带的 AD 模块来采集现场的电源监视、电机（泵机）转速等信息；将收集到的数据结果发送到集控层。 其次，作为集控层，可以由控制中心和手机配合 GSM Modem 组成。 集控层与现地控制单元之间通过GSM 短消息进行通讯。 也可以在手机里预存一些命令，在需要时发送给，从而了解现场情况。 而配置了计算机和 Modem 的控制中心，通过软件编程，来收发短消息，从而实现对 泵站 的控制。 同时，可以将数据存入数据库，形成历史数据库，便于统计查询。 遥测站是指分布于各处 的测量站点。 在本系统中即设置在两个泵机上，能够实现遥测电机转速，并能监测工作电压以及电流，并可通过 GSM Modem 向控制中心或工作 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 43 页 人员手机发送泵机信息，也可接收来自控制中心或工作人员手机的指令信息块和数据处理模块及 GSM Modem 组成，能够实现泵机数据的采集、计算、存储，并可通过 GSM Modem 向控制中心或工作人员手机发送 泵站 信息，也可接收来自控制中心或工作人员手机的指令信息。 每个遥测站点的 GSM Modem 都配有一个独立的 SIM 卡号，以此进行各个测量站点的区分。 控制中心由装有控制管理软件的 PC 机和 GSM Modem 组成 如 图 21，安装在泵机组控制站或值班室。 控制中心能够通过 GSM Modem 与遥测站进行无线短消息通信，实现数据的无线远程实时传输，并对水位与闸门信息进行存储、显示、统计、分析等整编处理。 系统硬件设计 整个系统由 ： 主控单元 、 测速模块 、 电机控制模块 、 串口通信模块 、 电压采集模块及 GSM模块构成。 够过对电机的控制采集电机的速度和电压等信息，并将信息通过 GSM模块发送给 PC 机的 GSM 模块， PC 软件将对信息进行处理，实现基于 GSM 的远程电机信息采集及控制。 图 21 系统的基本结构 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 43 页 主控单元 主控单元采用 STC12C2052AD 单片机 如 图 23。 选取 STC12C2052AD 单片机的理由很简单，他性能强大， 高速、高可靠、宽电压、低功耗、超强抗干扰、无法解密 ，经济实惠。 ●高速： 1 个时钟 / 机器周期， RISC 型 CPU 内核，速度是普通 8051 的 12 倍 ； ●宽电压： ～ ， ～ （ STC12LE2052AD 系列） ； ●低功耗设计：空闲模式，掉电模式（可由外部中断唤醒） ； ●工作频率： 0～ 35MHz，相当于普通 8051： 0～ 420MHz； ●时钟：外部晶体或内部 R C 振荡器可选 ； R S 2 3 2M C U电 机 控 制 模 块G S M 模 块 泵 1 泵 2G S M 模 块测 速 模块电 压 采集 模 块 图 22 系统总设计图 R S TR X D / P 3. 0T X D / P 3. 1X T A L 2X T A L 1I N T 0 / P 3. 2I N T 1 / P 3. 3T 0/ P 3. 4T 1/ P 3. 5GNDV C CP 1. 7/ A D C 7P 1. 6/ A D C 6P 1. 5/ A D C 5P 1. 4/ A D C 4P 1. 3/ A D C 3P 1. 2/ A D C 2P 1. 1/ A D C 1P 1. 0/ A D C 0P 3. 7/ P M W 0S2S T C 1 2C 20 52 A DV C CR X DT X DR S TX T A L 1X T A L 2P W M 0AD0AD1T0 图 23 STC12C2052AD原理图 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 43 页 ● 512/1K/2K/3K/4K/5K 片内 Flash 程序存储器，擦写次数 10 万次以上 ； ● 256 字节片内 RAM 数据存储器 ； ●芯片内 E2PROM 功能 ； ● ISP / IAP，在系统可编程 ； ● 2 个模拟比较器 ； ● 8 通道高精度 8 位 ADC； ● 2 通道捕获 / 比较单元（ CCU/PCA/PWM），提供 PWM 功能 ； ● 2 个硬件 16 位定时器，兼容普通 8051 的定时器 ； ●硬件看门狗（ W D T ） ； ●高速 SPI 通信端口 ； ●全 双工异步串行口 (UART),兼容普通 8051 的串口 ； ●先进的 RISC 精简指令集结构，兼容普通 8051 指令集 ； 网上购买仅需 4 元，关键其中 自带 包括的 AD 采集功能 是本课题所需要的。 如 图 23 中本系统应用到的引脚 在下面小节中继续介绍 ： 复位电路 RST 引脚上的网络标号的位置如所示 ， 由于此单片机的复位引脚需要两个机器周期以上的高电平才 能 够实现正确复位 （适当增加周期的数量，可使复位可靠） ， 计算当前时钟频率一个周期是多少时间，再乘以复位所需周期数 ， 就 道当前时钟频率所需复位时间，用 RC 充电公式计算所需电阻电容值即可。 C3105V C CR310KS1S W P BR S T 图 24 RST复位电路 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 43 页 测速模块 测速 选择的是 光栅测速法。 顾名思义，此模块利用把一个带有光栅的圆形材质固定到电机的轴上，将此圆形材质放到槽式光电开关的槽中，实物如 图 26 光栅法实物形象图例 所示，槽式光电开关实物图如 图 27 槽式光电开关。 当红外光电二极管与光电晶体管之间被铝片遮挡住时，光电开关 接收器 部分显高阻V C CQ19014R143kT0R71kR82kV C CU? 图 25 测速模块 图 26 光栅法实物形象图例 图 27 槽式光电开关 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 10 页 共 43 页 态 经过作者测试，此高阻态约为 700k 欧 ，则 在电路图中右侧三极管的 b 级 小 电流 10μA 流入， 经 三极管 放大后大概 ，所以 T0 网络 标号的点为 高 电平 ，反之 光电开关接收器部分的阻止大概为 4k 欧，此时串联 43k 欧和 1k 欧的电阻 R R1 后约为 50k 欧，待放大电流可计算出为 ，射极放大后约为 5ma， 即导通，可理解为 T0 接地，输出为低电平。 或理解为 计算 出 R8 上的压降为 10v（实际达不到，可理解为 5v），即可得出 T0 为 低 电平。 由于作者自制的铝盘不能做到标准完美，所以不可能使 T0 输出为方波，但 即使 T0输出的不是方波波形，有较好的下降沿也是可以触发计数的，意思就是下降过程不能太久， 太久的话“斜坡”是不会被单片机识别为下降沿，计数也就失败了。 经过实践检验，此电路比较匹配本课题的要求，即使不添加比较器。 做“测五取三”的工作是测量数据所必须的，既 测出五个数据去掉一个最高的数据，去掉一个最低的，其余三个取平均值，以保证测量数据的准确。 电机控制模块 本课题要求远程控制泵机的开断，并且测出泵机电压与电流，在此设计计划 采用的是 继电器利用单片机对继电器控制来进行关断，然而由于本课题的主要方向 是实现 数据采集以及数据传输，并且本课题中的泵机参数未知，所以如 中所示，利用STC12c2052ad 单片机中所带的 ，并且能够扩展调速功能。 如 图 21 所示，本课题要求做三项泵站电机的电压电流采集，在此测出峰值电压，网络节点 AD 即接 STC12C2052 单片机的 AD0 进行 AD 采集，在此用运电压互感器，峰值会在 C1 上保持，而等待 AD 采集之后立即控制 ，使之置“ 1”，可令 C1 放电，等待下次充电测电压 峰值，如 图 28 电路电机电压峰值采集 中所示。 F1F U S E 1T1T R A N S 1F2F U S E 1F3F U S E 1D1D I O D EC1104Q19014ADP 0 .0A B C 图 28 电路电机电压峰值采集 图 29 电流互感器基本接线图 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 11 页 共 43 页 而测电流需要加入电流互感器，根据泵站实际情况选值 ，在此附上 图 29 电流互感器基本接线图。 如（ a）一相式接线、（ b）星形接线 、（ c） 不完全星形接线，在此运用最简单的一相式测电机一相电流即可。 为了方便模拟出本课题的采集电压，电流以及转速， 我在做实物时并未用到这些设计，采用了一个从硬盘拆来的直流小电机， 电机控制模块如 图 210 场效应管为核心的电机控制模块 所示。 控制终端 具有接受 远端管理终端（ 短信方式）指令并控制 泵站电机启动或停止 的功能。 设计 出经 STC 单片机 的 PWM 引脚 与场效应管结合的机控制模块， 令 PWM0 输出为高电平，即可令电机启动，并保持正常工作状态；当接受到要求停止的指令时，经过对指令的判断，令 PWM0 输出为低电平，即可令电机停止。 此模块中采用的 IRF9630 功率 场效应管，此型号管为 P 沟道场效应管 其工作的基本参数为：电压 200V,电流 ,功率 75W，其 反压 Vbe0 为 100v。 下面介绍 分别 一 下 PWM 和 IRF9630 场效 应管 的功能： (1)PWM 的基本工作原理： 脉宽调制 (PWM:(Pulse Width Modulation)是利用 微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 简而言之， PWM 是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。 通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。 PWM 信号仍然+1MM G 1M O T O R S E R V OQ2M O S F E T PR5R E S 2V C CR630P W M 0C9C A PD2D I O D EAD1 AD0 图 210 场效应管为核心的电机控制模块 1 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 12 页 共 43 页 是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有 (ON)，要么完全无(OFF)。 电压或电流源是以一种通 (ON)或断 (OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。 通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。 只要 带宽足够，任何模拟值都可以使用 PWM 进行编码。 其优点在 于 PWM 的一 个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。 让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。 噪声只有在强到足以将逻辑 1 改变为逻辑 0 或将逻辑 0 改变为逻辑 1 时，也才能对数字信号产生影响。 对噪声抵抗能力的增强是 PWM 相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将 PWM 用于通信的主要原因。 从模拟信号转向 PWM 可以极大地延长通信距离。 在接收端，通过适当的 RC 或 LC 网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。 PWM 控制技术 一直是变频技术的核心技术之一。 1964 年 和 首先提出把这项通讯技术应用到交流传动中，从此为交流传动的推广应用开辟了新的局面。 从最初采用模拟电路完成三角调制波和参考正弦波比较，产生正弦脉宽调制 SPWM信号以控制功率器件的开关开始，到目前采用全数字化方案，完成优化的实时在线的PWM 信号输出，可以说直到目前为止， PWM 在各种应用场合仍在 主导地位，并一直是人们研究的热点。 由于 PWM 可以同时实现变频变压反抑制谐波的特点。 由此在交流传动及至其它能量变换系统中得到广泛应用。 PWM 控制技术大致可以为为三类，正弦 PWM（包括电压，电流或磁通的正弦为目标的各种 PWM 方案，多重 PWM 也应归于此类），优化 PWM 及随机 PWM。 正弦 PWM 已为。