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胡鸿志/基于GSM的蓄电池远程监测系统

时间:2015-07-29来源:未知 作者:admin点击:
基于GSM的蓄电池远程监测系统 胡鸿志 (桂林电子科技大学电子工程与自动化学院,广西桂林541004) 摘要: 针对蓄电池监测的采用周期长,数据量小的问题,以ARMCortex嵌入式系统为核心,设计了一种基于GSM的蓄电池远程监测系统,采用专利技术实时采集蓄电池电压
基于GSM的蓄电池远程监测系统

胡鸿志
( 桂林电子科技大学 电子工程与自动化学院,广西 桂林 541004 )

 
摘  要:针对蓄电池监测的采用周期长,数据量小的问题,以ARM Cortex嵌入式系统为核心,设计了一种基于GSM的蓄电池远程监测系统,采用专利技术实时采集蓄电池电压和温度,由处理器对数据进行分析和处理,并通过GSM无线网络实现监测数据的远程传输,该监测系统结构灵活,工作稳定可靠,低功耗,低成本,具有一定的推广价值。
关键词:GSM;监测系统;蓄电池
Remote Battery Monitoring System based on GSM

HU Hong-zhi
( Institute of Electronic Engineering, Guilin University of Electronic Technology, 
Guilin Guangxi 541004, China )
 
Abstract: The period of battery monitoring is long while the data quantity is little. A novel design of remote battery monitoring system based on GSM is described in this paper, which takes ARM Cortex embedded system as the core. A patent technology is utilized in this monitoring system to sample the voltage and temperature of battery in real time, then the sampling data is analyzed by the embedded processor and the result is transmitted through GSM net at last. This battery monitoring system is reliable, convenient, cheap, low power, and valuable for popularization and application.
Key words: GSM, Monitoring System, Battery
 
中图分类号  TP29     文献标识码  B 
 
作者简介:胡鸿志(1977—),男,四川乐山人,讲师,工学硕士学位,主要研究方向为测控技术和微弱信号检测。
 
 
蓄电池作为直流备用电源,是所有通信机房、移动通信基站等场所的必需配置,对系统的安全可靠运行,有着非常重要的作用。为避免蓄电池在长期使用中因品质问题出现故障而引发事故,带来经济损失,需要对蓄电池进行实时在线监测[1~2]。部分通信基站位于偏远地区,增加了蓄电池监测系统架设的难度和成本。
    本文充分利用现有的GSM无线网络,在先进的ARM Cortex嵌入式系统平台上,综合运用浮地式蓄电池测量和1-Wire(单总线)等技术,设计了一种新颖的蓄电池远程监测系统,实现了蓄电池工作状态的实时检测、分析和远程传输。
 
1.系统硬件设计
 
       蓄电池远程监测系统主要包括嵌入式系统、GSM远程通信模块、蓄电池检测模块,系统结构如图1所示[3~5]。系统利用单总线(1-Wire)技术实现蓄电池特性参数的采集,并根据给定的算法完成蓄电池工作状态的统计分析;系统通过GSM网络定时向指定的用户发送蓄电池状态信息,或接受指定用户的查询短信并回复蓄电池状态信息。
 
1.1 嵌入式系统设计
       嵌入式微处理器,是蓄电池监测系统的核心,其主要任务是实时检测蓄电池的电压、电流等数据,对数据进行分析和处理;并通过串行通信接口与GSM块进行数据通信,发送蓄电池的监测信息。
       微处理器设计采用Cortex™-M3系列的ARM处理器。Cortex™-M3是专门针对微控制器应用开发的主流32 位ARM 处理器,适用于具有高确定性的实时应用,如汽车车体系统、工业控制系统以及无线网络和传感器等。Cortex-M3处理器是高度可配置的,可以有效处理多个 I / O 通道和协议标准;具有高性能和低动态能耗,执行 Thumb®-2 指令集以获得最佳性能和代码大小,包括硬件除法、单周期乘法和位字段操作;提供出色的计算性能和对事件的卓越系统响应,同时可以应对低动态和静态功率限制的挑战。
       以Cortex-M3为核心的系统结构如图2所示。电源模块的输入包括交流220V / 50Hz的市电和2V的蓄电池电压;系统通常采用交流市电工作,当市电中断时电源模块自动切换到由蓄电池供电。为了尽量降低系统对蓄电池工作的影响程度,电源模块采用效率更高的开关电源设计,并对整个系统进行了低功耗设计。
 

       GSM模块采用有方科技(Neoway)的M590 GPRS无线通信模块。M590通信模块是全球第一款单芯片纯数据的Dual Band GSM/GPRS工业无线模块,提供高品质的短信、数据业务等功能,在各种工业和民用领域得到广泛的应用。
        M590设计框图如图3所示。与西门子的TC35i、Wavecome的WM02系列、中兴的ZWGM18系列等GSM模块相比,M590采用Infineon Tech 7880单芯片解决方案,精简管脚,大幅度降低辐射干扰,可靠性更高;删减语音业务,软件运行更稳定,功耗更低;采用AESafe专利技术,有效保护客户软件安全;−40℃~+80℃的超宽工作温度,采用SAIC单天线干扰消除技术,有效解决边远山区的弱信号接收问题。

 
1.2  GSM模块设计
       M590与Cortex-M3嵌入式微处理器的通信接口是一个串行异步收发器,符合IIU-TRS232接口标准,支持标准的AT命令集。M590在正常工作过程中,瞬间峰值电流为2A,电源采用以LM2576为核心的开关电源电路,如图4所示。在靠近模块电源引脚位置放置1 000 µF的固态电容,有效防止电压瞬间跌落过大,导致模块复位重启。
 
 
1.3 蓄电池监测模块设计
       在移动通信基站等需要直流电源供电的场所,蓄电池都是作为后备电源,多节单体电池串联使用。要由单个系统实现对各个单体电池电压、温度等参数的自动化测量,必须要处理好所有电池负极共地的问题。
       系统采用浮地式电压温度监测探头实现单体电池的实时检测,该技术已经获得国家专利,克服了采用模拟开关、光电耦合等方案的不足,具有体积小、测量数据精确、使用维护简便等优点。浮地式探头结构如图5所示。
 
   
       浮地式探头与ARM Cortex-M3处理器之间的通信采用1-Wire(单总线)技术。1-Wire是Dallas的一项专有技术,采用单根信号线同时传输时钟和数据,具有节省I/O口资源、结构简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等优点。所有单体电池上的浮地式探头作为从机设备,与Cortex-M3处理器的主机系统相连,Cortex-M3处理器按照多节点系统进行操作,定时顺序完成各个单体电池的参数检测。

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