光伏發(fā)電通信基站電源遠程監(jiān)測系統(tǒng)的設計

摘要：基于對處于偏遠地區(qū)的光伏發(fā)電基站電源運行情況進行遠程控制和檢測的目的，設計了針對性的監(jiān)測系統(tǒng)，基站電源發(fā)電的電壓、電流值每5 s采集一次，通過GPRS模塊無線高速傳輸?shù)娇傉居嬎銠C進行檢測和控制。進行串口通信實時數(shù)據(jù)采集、存儲、查詢，并完成時上位機串行口接收數(shù)據(jù)設置、上位機對下位機工作情況的檢測和系統(tǒng)功能的設定。探討了GPRS模塊進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程，MC35i驅(qū)動及AT指令的編寫和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的制定。在實驗的基礎上，采集到日光強度改變時基站電源運行情況的數(shù)據(jù)，為提高太陽能電池的利用率提供了實踐依據(jù)。
關鍵詞：GPRS模塊；串口通信；數(shù)據(jù)采集；MC35i驅(qū)動

隨著計算機控制技術的發(fā)展，計算機被廣泛應用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)領域中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多采用上位機和下位機的主從工作方式。因為單片機具有價格低、功能強、抗干擾能力好、溫限寬和面向控制等特點，所以下位機一般采用單片機對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與對設備一級監(jiān)控；計算機的分析處理能力較強，有友好的人機界面和大容量的多種存儲方式，故上位機一般采用計算機對采集數(shù)據(jù)進行圖形顯示、分析以及管理。上位機與下位機通過申行接口實現(xiàn)通信，在本系統(tǒng)采用了Visual Basic6．0開發(fā)串口通信程序。

1 數(shù)據(jù)傳輸
太陽能發(fā)電監(jiān)測分上位機和下位機兩部分，下位機對各個模塊的工作輸入電壓、電流，輸出電壓、電流數(shù)據(jù)進行存儲、顯示。由于本設計的太陽能發(fā)電裝置用于通信基站的電源，其應用的環(huán)境一般位于偏僻且交通欠發(fā)達的地區(qū)，所以下位機的數(shù)據(jù)需通過GPRS傳送到上位機，以便于監(jiān)測和故障排除。
GPRS模塊(即MC35i)和外部設備之間的通信協(xié)議是通過AT指令集來完成的。AT指令集是從終端設備(Trminal Equipment，TE)或數(shù)據(jù)終端設備(Data Terminal Equipment，DTE)向終端適配器(Terminal Adapter，TA)或數(shù)據(jù)電路終端設備(Data Circuit Terminal Equipment，DCE)發(fā)送的。AT+CMGC指令的功能為Send anSMS commmand(發(fā)出一條短消息)。對短消息的控制有3種模式，即Block Mode、基于AT命令的PDU Mode和Text Mode。目前，PDU Mode應用最為廣泛，它不僅支持中文短信，也能發(fā)送英文短信，其短消息正文經(jīng)過十六進制編碼后作為一個二進制字符串被傳輸。PDU模式收發(fā)短信可以使用3種編碼：7 bit、8 bit和UCS2編碼。7bit編碼用于發(fā)送普通的ASCLL字符，8 bit編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息，UCS2編碼用于發(fā)送Unicode字符。短信發(fā)送框圖如圖1所示(圖中XX表示第幾條短信)。

2 MC35i驅(qū)動及AT指令的編寫
2．1 MC35i的開關機及初始化
目前市場上支持GPRS的模塊有很多種，綜合考慮后采用西門子的MC35i模塊，該模塊在支持GSM的基礎上增加了對GPRS的支持，上傳波特率可達21．4 kb／s，下傳波特率最大為85．6 kb／s，并支持CS-1，CS-2，CS-3，CS-4等4種編碼方案，是一個具有較高穩(wěn)定性的工業(yè)及模塊。MC35i的工作電壓范圍為3．3～4.8 V，傳輸功率在GMS 1800時為1 W，休眠電流為3 mA。MC35i提供一個40引腳的外部控制接口，其中包括了控制、數(shù)據(jù)傳輸、SIM卡、聲音以及電源接口。MC35i接口采用AT指令集，并支持部分西門子的擴展AT指令。
MC35i的電源采用單個3．3 V到4．8 V的電源，由于MC35i在進行數(shù)據(jù)傳輸或通話過程中峰值電流可能達到2 A，所以電源必須能夠提供足夠的電流以保證在大電流時電源電壓不低于3．3 V。如果在工作工程中電源電壓下降到低于3．3 V或電壓下降幅度超過400 mV時，MC35i將自動關閉。比如，在峰值電流2 A時，在線路上的電壓損耗必須考慮，如果線路電阻為50 mΩ，那么電壓損耗為100 mV，因此在布線時必須考慮這些問題。
MC35i的開關機需要在模塊的ON／OFF引腳上加上脈寬1 s以上的低電平。當模塊處于關機狀態(tài)檢測到ON／OFF引腳的下降沿并持續(xù)1 s以上的低電平時啟動整個模塊，同理，當模塊唐動后檢測到持續(xù)1 s以上的低電平，則延時8 s關機。所有的AT指令操作都必須在開機狀態(tài)下才能執(zhí)行。
開機后還要對MC35i進行初始化來實現(xiàn)單片機對模塊的控制：首先要測試模塊串口韻連接狀況，通過發(fā)送AT指令，等待模塊的回復，返回OK則連接成功，沒有響應則表示模塊連接存在問題；接著還要向模塊發(fā)送ATEO指令來關閉回顯?；仫@功能主要用于串口調(diào)試，具體應用時應關閉該功能，防止回顯字符和返回參數(shù)混合。
2. 2 MC35i的AT控制指令
MC35i模塊是采用AT指令集進行控制的，采用AT指令集可以實現(xiàn)模塊參數(shù)的設置，數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。AT指令集是調(diào)制解調(diào)器通信接口的工業(yè)標準，指令由ASCII字符組成，除“A／”、“+++”指令外，所有指令都是以“AT”開頭，以回車>換行>結束，絕大多數(shù)指令被執(zhí)行后都有返回參數(shù)。
常見的AT指令有：
設置通信波特率：使用AT+IPR=19 200命令，把波特率設為19 200 b／s。
設置接入網(wǎng)關：通過AT+CGD CONT=1，“IP”。“CMNET”命令設置GPRS接入網(wǎng)關為移動夢網(wǎng)。
設置移動終端的類別：通過AT+CGCLASS=“B”設置移動終端的類別為B類，即同時*多種業(yè)務，但只能運行一種業(yè)務，即在周一時間只能使用GPRS上網(wǎng)，或者使用GSM的語音通信。
測試GPRS服務是否開通：使用AT+CGACT=1，1命令激活GPRS功能。如果返回OK，則GPRS連接成功；如果返回ERROR，則意味著GPRS失敗。中國移動在GPRS與Internet網(wǎng)中間建立了許多的網(wǎng)關支持節(jié)點(GGSN)，以連接GPRS網(wǎng)與外部的Internet網(wǎng)絡。GPRS模塊可以通過撥“*99*** 1#”登錄到GGSN上，并通過PPP協(xié)議獲取動態(tài)分配到Internet網(wǎng)的IP地址。