CN203773277U - 一种地震台站设备防雷远程控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地震台站设备防雷远程控制装置，旨在提供一种无需和占用固定电话线路，实时性和可靠性强，安装部署简单、快捷、方便的远程电源控制装置。它包括微控制器、GSM模块、SIM卡座、天线、DTMF解码电路、输入输出电路，继电器电路一、继电器电路二、输出电源插座、输入电源插座、本机电源插座。雷电来临前，设备管理人员可用手机或固定电话远程断开交流电，等雷电过后，再远程恢复交流电供电，防止雷击从配电线路进入损坏台站观测仪器。本实用新型为地震台站特别是无人职守台站电子设备防雷措施提供一个简单，可靠，实用的解决方案。

Description

一种地震台站设备防雷远程控制装置

技术领域

本实用新型涉及远程控制技术领域，尤其是涉及一种地震台站设备防雷远程控制装置。

背景技术

随着地震测量台网的扩大、数字化程度和综合化观测程度的不断提高，相关电子设备、仪器和装置在地震台站的应用越来越广泛。雷电是一种自然现象，据统计我国年平均雷电日为25天，高的可达一百多天，目前大部分地震台站处在野外地区，不同程度都受到雷电危害和干扰，雷击已成为影响台站长期稳定运行和造成仪器设备损毁的重要因素之一。防雷是地震台站能否产出连续、稳定、可靠的数据资料的关键环节。

    防雷是一项综合技术，解决方案和避雷设备各有优缺点，相关费用也不尽相同，但都无法从根本上消除雷击对地震台站仪器设备的危害。在雷雨前采取人工关闭交流电源（拉闸）的方式，防止雷击从配电线路进入损坏观测仪器，该措施简单，有效，同时也最易实施，是目前各地震台站经常和普遍采用的防雷措施。但大部分情况下设备管理人员不在现场，况且还有许多是无人职守的地震台站，在雷雨前，无法及时到达现场进行拉闸操作，雷雨过后，还需到现场恢复交流电源供电（合闸），由于地震台站大都设置在野外地区，设备管理人员前往也不方便，还有安全隐患，另外前往现场还会产生相关的人员和交通费用。

    针对上述问题，需要一种能远程控制交流电源“断”（拉闸）与“合”（合闸）的仪器或装置来完成这个任务，目前公开的技术和市场上已有的产品主要采用了以下几种技术解决方案：

    （1）利用IP（Internet Protocol）网络方式，虽然目前地震台站IP网络比较成熟，但需给采用该方式的设备配置单独的IP地址，或者采用该方式的设备可能也要接在路由器或交换机等网络设备上，独立性不强，网络设备死机或故障，也会造成采用这种方式的设备无法控制；另外，一般基于IP的技术方案和设备也会相对复杂些，可靠性相应降低;

    （2）采用固定电话接口，利用DTMF（Dual Tone Multi-Frequency 双音多频）信号方式进行控制，这种方式的不足之处是需要专门的固定电话线路，对已经有固定电话线的应用场合，由于采用该方式的设备和固定电话共享同一线路，使用时会相互影响，操作也不方便;

    （3）采用GSM（Global System for Mobile Communications 全球移动通信系统）短信方式，用户根据需要，用手机发短信来控制设备的开和关，由于手机网络信号不好或网络堵塞等原因，会造成短信延时到达甚至丢失，无法保证操作的实时性和可靠性；而且这种方式，用户只能使用手机，无法用固定电话进行操作，因为固定电话一般没有短信功能，从而限制了用户使用操作终端的多样性选择。

    另外，目前已公开采用以上所述方式的仪器或装置，大部分是通用控制产品，没有完全针对地震台站设备的具体防雷需求和特点进行设计，比如有些仪器或装置只提供了接线端子，需要用户自己配置相应的电源插座，而另外一些装置除了本机的输入电源插座，没有单独为受控设备单独设计输入电源插座，用户有可能还要配置额外的电源插座和继电器等，这些都将造成用户现场安装部署时的不方便，同时也影响到系统的可靠性。

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术中的不足，提供一种采用GSM网络和DTMF方式的电源远程“断”或“合”的控制装置，在雷电来临前，设备管理人员可用手机或固定电话远程断开交流电，等雷电过后，再远程恢复交流电供电，无需和占用固定电话线路，实时性和可靠性强，安装部署简单、快捷、方便。

    为了解决上述存在的技术问题，本实用新型采用下述技术方案：

      本实用新型包括微控制器、GSM模块、SIM卡座、天线、DTMF解码电路、输入输出电路，继电器电路一、继电器电路二、输出电源插座、输入电源插座、本机电源插座，所述本机电源插座和电源模块相连接；所述微控制器与GSM模块连接，该GSM模块分别连接SIM卡座、天线、DTMF解码电路，该DTMF解码电路和微控制器相连接；所述微控制器通过输入输出电路连接继电器电路一和继电器电路二，输出电源插座通过继电器电路一和继电器电路二与输入电源插座相连接。

    所述输入电源插座的相线连接到继电器电路一里继电器触点的一端，该继电器触点的另一端连接到输出电源插座的相线。

    所述输入电源插座的零线连接到继电器电路二里继电器触点的一端，该继电器触点的另一端连接到输出电源插座的零线。

    所述继电器触点是常闭触点NC。

    所述GSM模块和SIM卡座在同一块PCB线路板上。

    由于采用上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

   （1）实时性和可靠性强，确保完成电源的合或断操作，并且能实时查询状态；

   （2）具有独立输入电源插座，现场安装、部署和应用简单、快捷； 

   （3）使用普通手机或固定电话就可以操作，简单，方便，不需要配置计算机或专用的终端设备和软件；

   （4）设备管理人员无需到现场，在雷电来临前，设备管理人员可用手机或固定电话远程断开交流电，等雷电过后，再远程合上交流电，减少雷击对设备的影响，确保台站设备的安全运行。

    本实用新型为地震台站特别是无人职守台站电子设备防雷措施提供一个简单，可靠，实用的解决方案。

附图说明

图1是本实用新型一个部署应用总体框图；

    图2是本实用新型又一个部署应用总体框图；

    图3是本实用新型提供的装置外观图；

    图4是本实用新型构成原理框图；

    图5是本实用新型电源插座之间的连接图；

    图6是本实用新型主程序软件流程图；

    图7是本实用新型DTMF方式按键图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述：

    图1示出本实用新型一个部署应用总体概况，本装置300的本机电源插座和输入电源插座都接插在市电上（220V交流电），受控设备的电源直接插接在本装置的输出电源插座上，用户使用普通手机或固定电话拨打安装在本装置内的SIM卡（现场安装使用时配置的，图中没有示出）号码，接通后根据提示音，进行密码和命令的输入，对受控设备电源进行远程“断”或“合”控制。如果将电源插排（图中没有示出）接插在本装置的输出电源插座上，可以控制更多的设备。

    图2示出本实用新型又一个部署应用总体概况，UPS（Uninterruptible Power Supply 不间断电源）的输入电源插接在本装置的输出电源插座上，电源插排插接在UPS的输出上，本装置300的本机电源插座和受控设备的电源都插在电源插排上，其它同图1的描述，这种方案的优点是，即使台站出现市电断电等故障，本装置300和受控设备也可由UPS供电，正常工作。

    图3示出本实用新型装置外观图，本装置300配有本机电源插座302，为本装置提供交流电源，根据需要，可以接市电或UPS的输出（参见图1和图2）。输入电源插座306，用于接市电（220V交流电），输出电源插座304用于插接需要“断”或“合”控制的电子设备（受控设备），如果需要控制更多的设备，可以用电源插排进行扩展。

    图4示出本实用新型构成原理框图，本机电源插座302和电源模块410相连接，电源模块410由工频变压器、整流和滤波电路、直流稳压电路组成，产生系统所需的两个直流电压+5V和+4.2V，其中+5V提供给微控制器（MCU）400及相关电路，+4.2V提供电源给含有GSM模块408和SIM卡座407的PCB线路板406。

    图4中，GSM模块408和SIM卡座407在一块PCB线路板406上，其中GSM模块408和SIM卡座407相连接，SIM卡座407用于安装手机卡，支持中国移动和联通的GSM的SIM卡。GSM模块408和天线404相连接，天线404位于本实用新型提供的装置300中，如果安装现场移动信号比较弱，可以用外接天线来增加接收信号的强度，外接天线的实施例本实用新型没有示出。

    图4中，GSM模块408和微控制器（MCU）400串口相连接，连接的有发送和接收信号，通过双向通讯，完成相应的功能。

    图4中，GSM模块408连接DTMF解码电路402，该解码电路和微控制器（MCU）400相连接，微控制器（MCU）400内部的程序根据用户的发出的命令（DTMF键码），执行相应的动作。

    图4中，微控制器（MCU）400和输入输出电路412连接，微控制器（MCU）400内部程序可以查询输入输出电路的状态，输出控制信号到继电器电路一414和继电器电路二415，其中继电器电路由放大器和继电器组成，继电器电路一414和继电器电路二415分别连接输出电源插座304，输入电源插座306和输出电源插座304的部分线相连接。

    图5示出输入电源插座306、继电器电路一414和继电器电路二415和输出电源插座304的连接关系， 其中输入电源插座306的相线（L）通过连接线502和继电器电路一414内部继电器常闭触点（NC）的一端相连，该常闭触点的另一端通过连接线503和输出电源插座304的相线（L）相连；输入电源插座306的零线（N）通过连接线504和继电器电路二415内部继电器常闭触点（NC）的一端相连，该常闭触点的另一端通过连接线505和输出电源插座304的零线（N）相连；输入电源插座306的接地线（PE）通过连接线506和输出电源插座304的接地线（PE）相连。通过该图可以看出，如果需要“拉闸”，微控制器（MCU）400发“断”指令，使继电器电路一414和继电器电路二415内部的继电器得电，这样继电器的常闭触点断开，输出电源插座304上就没有电了；如果需要“合闸”，微控制器（MCU）400发“合”指令，使继电器电路内部的继电器失电，继电器的常闭触点合上，输出电源插座304上就有电了。

    另外，从图5可以看出，本实用新型提供的装置是利用两个继电器的常闭触点NC分别控制相线和零线，这样设计的好处是:（1）由于采用的是常闭触点NC，即使本装置本身没有通电或出现故障，继电器是失电的，常闭触点NC是闭合的，输出电源插座304上有电，不会影响接插在上面的受控设备的正常运行；（2）相线和零线都受控，在“断”状态时，输出电源插座304的相线和零线就和输入电源插座306在物理上完全断开，能有效的防止雷电从交流电线路的入侵。而目前市场上现有的该类控制设备，一般只控制一根线（大部分是控制相线）的通断，而另一根线没有控制，雷电就有可能通过未受控制的交流电线侵入供电系统，造成电子设备的损坏。

    图6示出本实用新型提供的装置主程序软件流程图，包括：

    步骤600：系统初始化，包括对GSM模块408通讯参数的配置，对微控制器（MCU）400输入输出端口配置和置初值，以及对程序用到的全局变量的初始化等；

    步骤602：和GSM模块408进行通讯，查询有无来电信息，如果有，转至步骤604，否则在此循环；

    步骤604：接通来电（摘机），建立起与用户的通话连接；

    步骤606：等待用户输入密码，用户使用DTMF方式按键（参见图7）进行操作，作为优选，本实用新型提供装置的密码为4位数字（“0”至“9”），以“*”开头，随后键入密码，最后用“#” 结尾，例如，如果密码为“1234”，这样用户需顺序键入“*” “1” “2” “3” “4” “#”；

    步骤608：查询DTMF解码电路402的输出信号，判断有无键输入，如有转至步骤610，否则转至步骤609；

    步骤609：在指定的时间间隔内，如果没有键输入，说明超时，如果没有超时，转至步骤606，继续等待用户输入密码，如果超时，转至步骤614，作为优选，本实用新型提供装置的超时设置为15秒；

    步骤610：将用户键入的密码和存储在微控制器（MCU）400内部的EEPROM数据存储器中密码进行比较判断，如果相同，说明密码正确，转至步骤616，否则，说明密码不正确，转至步骤612；

    步骤612：判断是第几次输入密码不正确，如果是第一次，转至步骤606，让用户尝试再一次输入密码，如果是第二次，转至步骤614；

    步骤614：挂断来电（挂机），结束本次通话，转至步骤602，等待下次来电；

    步骤616：等待用户输入命令，用户使用DTMF方式按键（参见图7）进行操作，作为优选，本实用新型提供装置的命令为单个数字键“0”至“9”；

    步骤617：查询DTMF解码电路402的输出信号，判断有无键输入，如有转至步骤620，否则转至步骤618；

    步骤618：如果没有超时，转至步骤616，继续等待用户输入命令，如果超时，转至步骤614，作为优选，本实用新型提供装置的超时设置为15秒；

    步骤620：判断是不是“1”键（“断”命令），如果是，转至步骤621，否则转至步骤622；

    步骤621：执行输出电源插座“断”的相关程序，微控制器（MCU）400输出相应值到输入输出电路412，通过控制继电器电路一414和继电器电路二415，断开输出电源插座304与输入电源插座306的相线和零线，参看图5的描述；

    步骤622：判断是不是“2”键（“合”命令），如果是，转至步骤623，否则转至步骤624；

    步骤623：执行输出电源插座“合”的相关程序，微控制器（MCU）400输出相应值到输入输出电路412，通过控制继电器电路一414和继电器电路二415，将输出电源插座304的相线和零线与输入电源插座306的相线和零线分别相连接，参看图5的描述；

    步骤624：判断是不是“3”键（“查状态”命令），如果是，转至步骤625，否则转至步骤626；

    步骤625：执行“查状态”命令的相关程序，微控制器（MCU）400读取输入输出电路412的值，判断输出电源插座304的状态（“断”或“合”），然后微控制器（MCU）400通过发不同DTMF声音指令给GSM模块408，用户可以听到不同的提示音，进而知道输出电源插座304的实时状态；

    步骤626：判断是不是“6”键（“状态”短信回复命令），如果是，转至步骤627，否则转至步骤628；

    步骤627：执行“状态”短信回复命令的相关程序，微控制器（MCU）400读取输入输出电路412的值，判断输出电源插座304的状态（“断”或“合”），然后微控制器（MCU）400通过和GSM模块408通讯，发一条短信给用户，完成后转至步骤614。短信内容中除了含有输出电源插座304的状态（“断”或“合”），还有GSM网络的信号强度，用户可以得知安装运行现场的GSM网络的信号强弱；

    步骤628：判断是不是“9”键（修改密码命令），如果是，转至步骤629，如果不是，转至步骤630；

    步骤629：执行修改密码程序，输入密码格式如步骤606所述。密码对系统操作的安全性非常重要，所以在修改密码过程中，需要用户输入两次密码，然后程序判断两次输入密码的格式有效且相同，才将新修改的密码存储到微控制器（MCU）400内部的EEPROM中，作为以后的操作密码，完成后转至步骤614；

    步骤630：判断是不是“0”键（退出命令），如果是，转至步骤614，如果不是，转至步骤616，等待用户键入其它命令。

    图7示出本实用新型DTMF方式按键图700，这是用户和本实用新型装置建立通话连接后，进行操作（键入的密码和命令）使用的DTMF按键图，在实际使用时，有可能是固定电话、带有按键手机的按键键盘，或者是智能手机触摸屏界面显示的拨号按键图。  

Claims (5)

1.一种地震台站设备防雷远程控制装置，包括微控制器、GSM模块、SIM卡座、天线、DTMF解码电路、输入输出电路，继电器电路一、继电器电路二、输出电源插座、输入电源插座、本机电源插座，其特征在于，所述本机电源插座和电源模块相连接；所述微控制器与GSM模块连接，该GSM模块分别连接SIM卡座、天线、DTMF解码电路，该DTMF解码电路和微控制器相连接；所述微控制器通过输入输出电路连接继电器电路一和继电器电路二，输出电源插座通过继电器电路一和继电器电路二与输入电源插座相连接。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述输入电源插座的相线连接到继电器电路一里继电器触点的一端，该继电器触点的另一端连接到输出电源插座的相线。

3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述输入电源插座的零线连接到继电器电路二里继电器触点的一端，该继电器触点的另一端连接到输出电源插座的零线。

4.根据权利要求2或3所述的控制装置，其特征在于，所述继电器触点是常闭触点NC。

5.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述GSM模块和SIM卡座在同一块PCB线路板上。