基于电话网络的远程监测系统设计_上位机实现

由于电力系统 数 据 信息的采集 具 有点 多面广、通信困 难等 特 点，使得传统的监控方式和数据通信方式都不适用于上述电力系 统。然而，由于电话网络覆盖面广，无需重新布线且通信距离不受 限制，因此，借助电话网络实现远程监测具有较高的性价比。本系 统是实现上位机的功能，当控制中心收到下位机传送来的故障设备 的编码信号后，通过GSM网络以短信息的方式实时地反映给工作人 员，是一种经济可行的方案。
当单片机检测到事先设定的振铃次数后，单片机P1.1输出一个 高电平，使三极管Q1导通，继电器K1闭合，完成电话线路的接通，使 整个电路完成模拟摘机。[2]
（3）DTMF收发电路。 本系统采用HT9170B DTMF接收芯片，用数字化计算方法来识 别双音频信号，能精确分离出双音频信号中的高、低音信号，能把16 个数字的双音频信号解码，并转化为4位并行的二进制数据输出。 HT9170B的VP、VN为双音频信号差分输入端，OE是数据输出 使 能 端，D 0～D 3为D T M F 解 码 输出端，DV是 数 据 接 收 有 效 端，当 芯片接收到一个有效DTMF信号时，DV被置高，否则保持低。采用 P4.4检测HT9170B的DV端，用P4.0～P4.3接收解码数据。它的1、3脚 用来接收来自电话机的双音多频脉冲信号，经过运算后，在其数据 输出端输出相对应的二进制码。[3] 本系统采用HT9200A作为DTMF发送芯片，用来向下位机发送 校验码，X1～X 2是 3. 57 9 5 45 M H z晶 振 接 入 端；C E是片选信号 输入
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AS1117将5V电压转为3.3V，输出到单片机DVcc引脚，给单片机供 电。本电源电路用一个电源指示灯以方便调试，各输入输出端连接 电容来改善瞬态响应和稳定性。
（2）振铃检测、自动摘挂机电路。 本系统通过振铃检测电路检测是否有铃音信号，通过单片机控 制摘挂机电路实现模拟摘挂机，振铃检测、自动摘挂机电路如图3 所示。
通信。上位机系统在接收到故障信息后，经解码通过GSM网络的短信息业务（SMS）向工作人员传送下位机所检测的检故障信息。本文设计的
基于电话网络的远程监测系统对实现远程设备的实时监控提供了简单、可靠、经济的解决方案，有一定的现实意义，具有较好的应用前景。
关键词：MSP430单片机；双音多频；TC35；SMS
二、系统的硬件设计 1.元器件的选型 本系统 采用T I公司的M S P43 0 F14 9单片机作为核心元件， HT9170B和HT9200A分别作为DTMF信号收发芯片，TC35i作为GSM 模 块，M A X 2 32作为串口通信 芯片，A S1117-3 作为C P U电源 芯片， MIC29302BT作为TC35i电源模块，以下将对各元件功能及原理做简 单介绍。 2.系统的硬件电路设计 本系统应用Protel DXP软件对各部分电路进行了设计，以下将 对每部分电路设计原理及功能做详细的介绍。 （1）电源电路。 本系统采用AS1117作为电压转换芯片，实验室提供5V电源，即 VCC，给HT9200A、HT9170B、MIC29152BT、MAX232等芯片供电。
作者简介：崔贞子（1983-），女，朝鲜族，北京人，华北电力大学控制与计算机工程学院硕士研究生，中国水利电力物资北京公司（北京
100053）。（北京 102206）
中图分类号：TM769
文献标识码：A
文章编号：1007-0079（2011）12-0123-03
现代电力系统的结构和运行方式越来越复杂，同时现代工业和 人民日常生活对电能的质量和供电可靠性的要求越来越高，所以， 电力系统的监控管理对电力系统的安全起着重要作用。当设备发生 故障或者人为损坏时，如何准确、迅速、经济地找出故障点具有重 要意义。然而，许多电力设备分布分散或在偏远地区，这对设备监 控和数据通信造成很大困难。本课题设计的基于电话网络的远程 监测系统提供了一个简单、可靠的解决方案。
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2011年第12期
端，低电平有效；CLK是串行数据的同步时钟信号输入端；DATA是 串行数据输入端；DTMF 是双音多频信号输出端；VDD、VSS是电源 正负输入端。[4]
HT9200A通过DATA引脚输入的一个5位的代码来控制不同的 DTMF信号输出，这5位代码按照D0～D4的顺序来传输，并且数据要 在CLK引脚下降沿到来之前放到输出锁存中。
本设计由单片机控制、振铃检测、自动摘挂机、DTMF收发、短 信息发送等功能模块组成，通过对每部分进行硬件电路设计和软 件调试来实现系统的功能。
本设计根据实际情况，上下位机采用电话网络进行通信，当下 位机发现故障后，向上位机拨号，上位机通过振铃检测电路检测到 铃音信号后由单片机控制计数，当振铃响4次后，单片机控制摘挂机 电路摘机并向下位机发送校验码，当下位机接收到达成协议的校验 码后发送DTMF信号，上位机由DTMF解码电路进行解码，并将解码 后的5位数据传送给单片机，单片机对应程序中相应的短信息由单 片机控制将故障信息通过GSM模块以短信息的方式发送给工作人 员。系统结构框图如图2所示。
当上位 机 接 收 到 振 铃 信号 时，电话 线 路上有 交流 4 8 V的电 压 信号。电容 C310阻断了直流，只让振铃信号通过，D5将信号稳压， C311将信号滤波，抑制干扰，直流电压被用于驱动光电耦合器的发 光二极管。当振铃信号出现时，光电耦合器的集电极电位变低，此 信号的下降沿向CPU申请中断。
（4）TC35i外围电路。 本系统采用TC35i作为GSM模块，包括电源、处理器、天线、ZIF 连接器、SIM卡座等部分。[5] 1）电源电 路：由于 T C 3 5 i 工作电 压 为 3 . 3 ~5 . 5 V，本系 统 采 用 MIC29152BT作为模块电源，该芯片由单片机P6.3控制，当P6.3引脚 输出高电平时，该芯片开始给模块供电。 2）启动电路：由三极管和上电复位电路组成。模块上电后，为 使之正常工作，必须在15引脚加时长至少为100ms的低电平信号，启 动后，15脚的信号由单片机控制P6.4引脚保持输出高电平。 3）通信电路：TC35与单片机采用串口连接，TC35模块的串口 工作电平 是 C MO S 电平，单片机串口工作电平 是T T L电平，将P C 机 和 单片机的 T X D 与R X D 交 叉 连 接，二 者的GN D直接相连，来实 现 通信。 4）SIM卡插座：SIM座只需要与TC35模块的ZIF连接器对应的 SIM卡引脚进行连接，只是在需要的地方加电容进行滤波处理。 （5）串口通信电路。 M A X 2 32 的 接口电 路 通 过 T X D、R X D 实现 P C 机与单片机的通 信。MAX232外围需要四个电容，是内部电源转换所需要的电容。 R1IN、T1OUT与PC机相连，T1IN、R1OUT分别与单片机P3.4、P3.5 相连。引脚 T1I N、T 2 I N、R1OU T、R 2OU T 为接 T T L /CMO S电平的引 脚。引脚 T1OU T、T 2 OU T、R1I N、R 2 I N为接 R S 2 32电平的引脚。因 此 T T L、CMO S电平的 T1I N、T 2 I N引脚应接单片机的串行发 送引脚 TXD；R1OUT、R2OUT应接单片机的串行接收引脚RXD。[6] （6）控制电路。 本系 统 的 控 制电 路 中 采 用 M S P4 3 0 F 14 9 单片 机作为核心 控 制 器，通过I/O口输入输出来控制振铃检测、自动摘挂机电路、DTMF 收发电路、TC35i模块控制、串口通信等。单片机电路中包括复位电 路、电源电路、晶振电路、I/O口等。 三、系统的软件实现 1.程序设计 本系统采用IAR的Embedded Workbench的C430编译器分别设 计了系统振铃检测、摘挂机程序、DTMF收发控制程序、GSM模块 程序，并对每部分进行调试，最后将程序整合，完成软件设计，具体 实现如下。 （1）主程序设计。 根据系统实现方案和硬件电路，设计了各部分程序。系统初始 化后检测振铃信号，当累计4次铃音后，随后摘机并发送校验码，之 后HT9170B接收5位的检测信息，经单片机处理后通过GSM模块将 信息发 送 至 工作人 员，随 后控制H T 9 2 0 0A发 送确 认码，整 个 过 程 结束。[7] （2）振铃检测、自动摘挂机程序设计。 当有铃音信号到来时，在电话线两端会出现高压，使二极管发 光，光电耦合器的发光二极管中有电流流过，光电耦合器的光敏三 极管受红外光的照射而导通，而使CPU的外部中断P1.2出现低电平，
总第199期
电力技术
DOI编码：10.3969/j.issn.1007-0079.2011.12.065
基于电话网络的远程监测系统设计——上位机实现
崔贞子
摘要：本设计研究基于一种电话网络的远程监测系统，整个系统分上位机与下位机，本文完成了上位机实现。下位机所监控的设备分散地
分布在较偏远的地区，所以系统采用不受地域限制且覆盖面广的电话网络作为远程信号的传输平台，基于DTMF通信原理实现上下位机的远程

总第199期
每出现一次低电平，CPU的P1.2申请一次中断处理，计时变量自加1。 当P1.2检测到4次低电平、计数变量等于4时，P1.1输出一个高电平， 使三级管导通，继电器闭合，完成摘机；当发送完确认码后，P1.1输 出一个低电平，完成挂机。[8]
（3）DTMF收发控制程序设计。 经过振铃检测和自动摘挂机，此时单片机已控制摘机，这时将 由HT9200A向下位机发送校验码，然后再接收DTMF信号。 首先，单片机 P 5. 0 置低，H T 9 2 0 0A 芯片的片选 输入 端 C E（低 电平有效）被置低电平，单片机 P5.2置为高，CL K串行数据的同 步 时钟信号 输入 端 置 为高电平，H T 9 2 0 0A被 开启允许发 送数 据， P 5.1向H T 9 2 0 0A的DATA引脚逐位 发 送 二 进制码，二 进制码从 DATA引脚 输送 到H T 9 2 0 0A，由内部电 路 处 理 产生D T M F信号，由 D T M F 引脚 输出D T M F 信号，再 经 过 音 频 隔 离 变 压器发 送 到电话 线上。[9] 接 收 D T M F 信号 时，单片机 P 5 . 6 、P 5 .7 置 低，P4 . 5置 高 使 HT9170B的OE（输出使能端）端置为高电平，接收并解码DTMF信 号，当HT9170B接收到了一个完整的DTMF信号后，其DV端输出高电 平，以致单片机的P4.4被置为高电平，允许接收D0～D3，分别传输 到单片机的P4.0～P4.3，完成解码。 （4）短信息发送控制程序设计。 所有AT指令的指令符号、常数、PDU数据包等都是以ASCII编 码形式传送的；单片机控制TC35i工作，必须把短信息工作模式设 置为PDU格式，即通 过 指令AT+ CMGF= 0 完成；然后通 过AT 指令发 送信息长度与信息内容。 当单片机接收到DT MF 解码信号后，将P6.3置为高电平，使 MIC29152BT工作，给GSM模块供电，延时后将P6.4置为高电平，使 IGT 控制位 置低，使 T C 35开始工作，短 息 发出后，将P 6 . 3置 为低电 平，关闭MIC29152BT停止给GSM模块供电。 2.软件调试 在调 试 过 程 中，曾遇 到 过一 些 难 题 。如 在 电话 网 络 中，每 隔 五分 钟就会有一 个检 测 信号，这 严重 影响了振 铃检 测部 分 的可靠 性，所以在程序设 计中，设 置了计数变量清零，防止检测信号的 干扰。