CN205679949U - 基于无线通信的远程监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线通信的远程监控系统，其特征在于，包括采集被监控电源信号的信号采样器；与所述信号采样器相连接的微处理器；与所述微处理器相连接的GSM/GPRS通信模块，与所述微处理器相连接的控制执行模块；与所述微处理器和所述GSM/GPRS通信模块相连接的电源模块；其中，所述GSM/GPRS通信模块内置TCP/IP协议栈，实现所述微处理器与手机之间通过GSM通信和GPRS通信；实现远程监控。通过光耦器件NEC2501能够使被监控电源信号进行数字信号的隔离，降低外部信号对整个系统的干扰性。并结合微型控制器进行计数并逻辑分析，判断出被监控电源的通电状态、断电状态以及干扰状态，避免了现有技术中误将干扰信号当作电源来电信号，产生错误信息。

Description

基于无线通信的远程监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种监控系统，具体涉及一种基于无线通信的远程监控系统。

背景技术

随着电子设备的工作范围越来越广，越来越多的设备需要遥控来控制。最近二三十年来，随着Internet和移动通信用户的爆炸性增长，激励着各种通信技术不断更新换代并相互融合。早期的远程监控系统采用计算机总线实现控制器和被控对象之间的数据交换。采用计算机总线技术可以保证非常高的数据传输速度，但是它的最大传输距离很短，而且远程监控系统需要建立固定的通信线路。随着计算机技术及网络通讯技术的逐渐成熟，使得远程监控系统朝着网络化方向进行发展，改变了传统的监控系统的机构，形成了新的网络集成式全分布监控系统。

在有些监控系统中，由于被监控设备不提供远程控制接口，只能通过红外遥控器进行近距离控制，且抗干扰能力低，严重影响对被监控设备的控制，造成了这些设备实现远程的困难，同时，现有的监控系统一般都是与相应的设备定向研制的，通用性能低，也不利于成本的节约。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种通用性高、抗干扰能力强的基于无线通信的远程监控系统。

本实用新型所述一种基于无线通信的远程监控系统，其特征在于，包括

采集被监控电源信号的信号采样器；

与所述信号采样器相连接的微处理器；

与所述微处理器相连接的GSM/GPRS通信模块，实现所述微处理器与手机之间通信；

与所述微处理器相连接的控制执行模块；

与所述微处理器和所述GSM/GPRS通信模块相连接的电源模块；

其中，所述信号取样模块包括第一电阻、第二电阻、光耦器件，所述第一电阻一端接所述被测电源信号，所述第一电阻的另一端接所述光耦器件的原边发光二极管的正极，所述原边的发光二极管的负极接地，所述光耦器件的副边光敏三极管的集电极为信号采样模块的输出端，光耦器件的副边光敏三极管的发射极接地，所述第二电阻一端连接一直流电压，另一端连接信号采样模块的输出端。

优选的，GSM/GPRS通信模块外围电路包括SIM卡通信接口电路、用于显示所述GSM/GPRS通信模块状态的状态显示电路。

优选的，所述微处理器是由微处理器芯片STC12C5A60S2、复位电路及晶振电路组成的微处理器控制电路。

优选的，所述电源模块将外部电压转换为分别给微处理器供电的工作电压与给GSM/GPRS通信模块供电的工作电压。

优选的，所述电源模块是由降压芯片SPX1117和可调降压芯片BM1084-ADJ及其外围电路组成的降压电路。

优选的，所述GSM/GPRS通信模块采用SIM900芯片，所述SIM900芯片内置TCP/IP协议栈，能够提供透明串行数据传输通道。

优选的，所述控制执行模块包括一磁保持继电器。

本实用新型提供的一种基于无线通信的远程监控系统包括信号采样器、微处理器、GSM/GPRS通信模块、控制执行模块、电源模块；其中，所述GSM/GPRS通信模块内置TCP/IP协议栈，实现所述微处理器与手机之间通过GSM通信和GPRS通信；通过GSM或GPRS网络及时将被监控端的状态通过短信的方式发送到用户手机，同样，用户也能够通过短信方式将控制指令通过无线网络发送至GSM/GPRS通信模块的接收端，再由GSM/GPRS通信模块传递给微处理器，使微处理器对控制执行模块发出执行指令，对被监控端作出相应的控制，而且所述信号采样器通过光耦器件NEC2501的隔离和抗干扰，降低外部信号对整个系统的干扰性，并结合微型控制器对接收的脉冲信号进行计数并逻辑分析，判断出被监控电源的通电状态、断电状态以及干扰状态，避免了现有技术中误将干扰信号当作电源来电信号，产生错误信息，从而便于用户通过远程监控被监控的设备。

附图说明

图1为本实用新型所述基于无线通信的远程监控系统的功能模块图；

图2为图1中信号采样器的电路原理图；

图3为图2的信号波形图；

图4为本实用新型微处理器电路原理图；

图5为本实用新型GSM/GPRS通信模块电路原理图；

图6为本实用新型SIM卡通信接口电路的电路原理图；

图7为本实用新型电源模块电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型提供了一种基于无线通信的远程监控系统，包括采集被监控电源信号的信号采样器1；与所述信号采样器1相连接的微处理器2；与所述微处理器2相连接的GSM/GPRS通信模块3，实现所述微处理器2与手机之间通过GSM通信和GPRS通信；与所述微处理器2相连接的控制执行模块4；与为所述微处理器2和所述GSM/GPRS通信模块3相连接的电源模块5。

其中，由图2可知，所述信号取样模块1包括电阻R20、R21、光耦器件OP1，所述电阻R20一端接所述被测电源信号正极，所述电阻R20的另一端接所述光耦器件OP1的原边发光二极管的正极，所述发光二极管的负极接所述被测电源信号负极，所述光耦器件OP1的副边光敏三极管的集电极为信号采样器的输出端，光耦器件的副边光敏三极管的发射极接地，所述电阻R21一端连接3.3V直流电压，另一端连接信号采样器的输出端，所述电容C10一端连接信号采样器的输出端，另一端接地。

本实用新型采用光耦器件作为变换波形的转换器件，是因为光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性，具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，所以光耦器件具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性，具体的，所述光耦器件型号为NEC2501。

信号电压初始波形为标准正弦波，其波形图如图3(1)所示，当信号电压为正相位电压时，二极管D1导通，当信号电压为负相位电压时，二极管D1截止，信号电压不能通过二极管，其波形图如图3(2)所示，当信号电压为正相位电压但其正相位电压小于光耦器件NEC2501的副边光敏三极管的基准工作电压时，光耦器件NEC2501的副边光敏三极管的集电极只有很小的电压输出，当信号电压的正相位电压大于光耦器件NEC2501的副边光敏三极管的基准工作电压时，光敏三极管迅速导通，光敏三极管的集电极的输出电压也急速上升，当信号电压为负相位电压时，二极管D1截止，信号电压不能通过二极管，光耦器件NEC2501的副边光敏三极管的集电极没有电压输出，其波形图如图3(3)所示。

由于光耦器件NEC2501的副边光敏三极管的集电极通过电阻R21与3.3V直流电压连接，发射极接地，所以当光耦器件NEC2501导通时，集电极输出端的电压为低电平，当光耦器件NEC2501不导通时，集电极输出端的电压为高电平。

进一步的，如图2所示，所述信号采样器中还包含一容量为100nf的电容C10,所述电容C10一端接光耦器件NEC2501的副边光敏三极管的集电极，另一端接光敏三极管的发射极，通过与光耦器件NEC2501输出端并联，对光耦器件NEC2501的输出波形进行滤波。

本实用新型中的微处理器采用微处理器芯片STC12C5A60S2作为核心处理器，其工作电压为3.3V-5.5V，内嵌增强型8051CPU，集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速，10位A/D转换，4个16位定时器，含有通用全双工异步串行口及SPI接口，具有速度高、功耗低、抗干扰性强等特点，完全满足系统性能设计要求，为系统功能实现提供了基础。

所述微处理器是由微处理器芯片STC12C5A60S2、复位电路及晶振电路组成的微处理器控制电路，微处理器芯片STC12C5A60S2及其外围电路设计如图4所示，其中，所述微处理器芯片STC12C5A60S2的第8引脚接信号采样器的输出端，信号采样器通过第8引脚的INT0端口将采集的电信号传输到微处理器中，芯片STC12C5A60S2的第5、7引脚分别通过保险丝F7、F8与接插件J3的2、3引脚连接，外部编写完成的控制程序通过接插件J3的2、3引脚输入微处理器芯片STC12C5A60S2。芯片STC12C5A60S2的第9引脚通过电阻R16接3.3V电压，芯片STC12C5A60S2的第14、15引脚之间接有压电晶体JZ1，芯片STC12C5A60S2的第14、16引脚之间接有电容C3，芯片STC12C5A60S2的第15、16引脚之间接有电容C4，芯片STC12C5A60S2的第16引脚接地，压电晶体JZ1、电容C3、C4与芯片STC12C5A60S2的第14、15、16引脚的内电路构成时钟电路，为微处理器芯片STC12C5A60S2提供时钟信号，芯片STC12C5A60S2的第38引脚通过电容C1、电阻R15接地，组成微处理器芯片STC12C5A60S2的复位电路。

所述信号取样模块输出的脉冲信号通过INT0脚输入微处理器芯片STC12C5A60S2中，当所述微型控制芯片STC12C5A60S2接收到低电平时，所述微型控制芯片STC12C5A60S2对所述脉冲信号进行计数，当接收到高电平时，所述微型控制芯片STC12C5A60S2停止计数，通过对脉冲信号计数数值进行逻辑分析，判断所述被监控电源是通电信号、断电信号或者是干扰信号，从而实现监控的目的。

所述信号采样器的工作流程如下：

当被监控电源信号进入信号采样器后，经电阻R20限流后进入光耦器件NEC2501的原边发光二极管，光耦器件NEC2501的副边光电三极管输出低电平的脉冲信号，同时电容C10对光耦器件输出的脉冲信号进行滤波，进一步消除不必要的杂波，所述低电平通过INT0引脚进入微处理器芯片STC12C5A60S2，通过微型控制芯片STC12C5A60S2计数并逻辑分析，判断被监控电源的通断电情况。

当所述信号采样器的输出端没有脉冲信号产生或只有间断的脉冲信号产生时，则微处理器芯片STC12C5A60S2判断被监控电源断电，当信号采样器的输出端有连续的脉冲信号产生时，则微处理器芯片STC12C5A60S2判断被监控电源通电。

如图5和图6所示，本实用新型所述GSM/GPRS通信模块采用芯片SIM900支持1.8/3.0V SIM卡，而SIM卡供电可根据其类型自动选择输出电压，可以为1.8V±10％或3.0V±10％，因此设计SIM卡电路部分时，为稳定电源输出且减小纹波,其电路图如图6所示，SIM卡VDD引脚需并联220nF电容；为了防止高频干扰，SIM卡DATA引脚需并联22pF电容；同时设计PCB电路时为进一步增强SIM卡的可靠性，系统在PCB布局中使SIM卡卡座靠近芯片SIM900，避免了因PCB走线过长导致无法识别SIM卡的不足，且所述芯片SIM900内置TCP/IP协议栈，能够提供透明串行数据传输通道。

图5中，芯片SIM900的第9、10引脚分别接微处理器芯片STC12C5A60S2的第42、43引脚，使微处理器芯片STC12C5A60S2与芯片SIM900实现内部数据信息的交互传输，芯片SIM900的第15引脚通过电阻R1接地，芯片SIM900的第31引脚通过电阻R4接芯片SIMCD1的第7引脚，芯片SIM900的第32引脚通过电阻R2接芯片SIMCD1的第3引脚，芯片SIM900的第33引脚通过电阻R3接芯片SIMCD1的第2引脚，芯片SIM900的第34引脚与芯片SIMCD1的接地引脚连接接地，构成GSM/GPRS通信模块的SIM卡通信接口电路，又由于芯片SIM900与微处理器的数据输入输出端口连接，从而实现了微处理器与手机之间通信。

芯片SIM900的第39、45、46引脚连接在一起接地，芯片SIM900的第52引脚通过电阻R14接三极管BG1的基极连接，三极管BG1的集电极通过电阻R11和发光二极管DL1的负极连接，发光二极管DL1的正极与芯片SIM900的第55引脚连接，三极管BG1的发射极接地，芯片SIM900的第66引脚通过电阻R13接三极管BG2的基极连接，三极管BG2的集电极通过电阻R12和发光二极管DL2的负极连接，发光二极管DL2的正极与芯片SIM900的第55引脚连接，三极管BG1的发射极接地，构成GSM/GPRS通信模块的状态显示电路，通过发光二极管DL1显示芯片SIM900是否处于掉电状态，通过发光二极管DL2显示芯片SIM900是否连接到网络。

芯片SIM900的第55、56、57引脚连接在一起。芯片SIM900的第53、54、58、59引脚接地，芯片SIM900的第60、61引脚分别接接插件J4的第1、2引脚，其中，芯片SIM900的第60引脚与第62、63、64、65引脚连接在一起接地，通过接插件J4外接GPRS天线，使芯片SIM900不仅可以通过GSM手机短信通信，还能够通过GPRS网络通信。

由图5和图7可知，芯片SIM900的第55引脚接电解电容C11的正极、电容C12的一端、电阻R18的一端以及可调降压芯片U7的输出端，电解电容C11的负极和电容C12的另一端接地，电阻R18串接电阻R19后接地，电阻R18和电阻R19之间的节点与可调降压芯片U7的接地端连接，电容C13一端与可调降压芯片U7的接地端连接，另一端接地，可调降压芯片U7的输入端接接插件JI的第1引脚。

同时，由图4和图7可知，芯片STC12C5A60S2的第38引脚分别接电阻R17一端、电解电容C16的正极、电容C18的一端以及降压芯片U6的输出端，电阻R17另一端，电解电容C16的负极、电容C18的另一端、降压芯片U6的接地端都接地，降压芯片U6的输入端接接插件JI的第1引脚，接插件第2引脚接地。以上构成外部供电电路，外部电压通过接插件J1进入供电电路，经降压芯片降压后为微控制器芯片STC12C5A60S2和芯片SIM900提供合适的工作电压。

进一步的，所述控制执行模块包括一60A磁保持继电器，采用60A磁保持继电器，不耗电，并有记忆功能，在断电后再上电的时候能保持原来的开关状态，220V时负载达13KW，可直截控制较大功率的设备。

本实用新型所述的基于无线通信的远程监控系统，除可以远程开关控制外，还可以数据透传，通过自带的485口对其他设备进行控制，也可提供

RS-232/TTL接口，按照工业标准设计，可直接与RTU、PLC、智能仪表、单片机控制器等各种工业现场的下位机设备连接。GPRS网络用户可根据具体应用选择UDP/TCP客户端等多种网络通信协议，支持固定IP地址方案(专用APN)，支持基于DNS的动态域名解析功能可定期主动报告IP地址(心跳)可实现点对点、点对多点等多种组网方式。

本实用新型提供的一种基于无线通信的远程监控系统包括信号采样器、微处理器、GSM/GPRS通信模块、控制执行模块、电源模块；其中，所述GSM/GPRS通信模块内置TCP/IP协议栈，实现所述微处理器与手机之间通过GSM通信和GPRS通信；通过GSM或GPRS网络及时将被监控端的状态通过短信的方式发送到用户手机，同样，用户也能够通过短信方式将控制指令通过无线网络发送至GSM/GPRS通信模块的接收端，GSM/GPRS通信模块传递给微处理器，使微处理器对控制执行模块发出执行指令，对被监控端作出相应的控制。本实用新型通过自带GSM或GPRS通信功能，便于用户实时了解被监控端的状态，并能够根据被监控端的状态远程控制被监控端，且本系统不受空间和距离限制，只要有移动信号的地方都可以控制。通过光耦器件NEC2501能够使被监控电源信号进行数字信号的隔离，降低外部信号对整个系统的干扰性。并结合微型控制芯片STC12C5A60S2计数并逻辑分析，判断出被监控电源的通电状态、断电状态以及干扰状态，避免了现有技术中误将干扰信号当作电源来电信号，产生错误信息。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于无线通信的远程监控系统，其特征在于，包括

采集被监控电源信号的信号采样器；

与所述信号采样器相连接的微处理器；

与所述微处理器相连接的GSM/GPRS通信模块，实现所述微处理器与手机之间通信；

与所述微处理器相连接的控制执行模块；

与所述微处理器和所述GSM/GPRS通信模块相连接的电源模块；

其中，所述信号取样模块包括第一电阻、第二电阻、光耦器件，所述第一电阻一端接所述被测电源信号，所述第一电阻的另一端接所述光耦器件的原边发光二极管的正极，所述原边的发光二极管的负极接地，所述光耦器件的副边光敏三极管的集电极为信号采样模块的输出端，光耦器件的副边光敏三极管的发射极接地，所述第二电阻一端连接一直流电压，另一端连接信号采样模块的输出端。

2.根据权利要求1所述的基于无线通信的远程监控系统，GSM/GPRS通信模块外围电路包括SIM卡通信接口电路、用于显示所述GSM/GPRS通信模块状态的状态显示电路。

3.根据权利要求1所述的基于无线通信的远程监控系统，所述微处理器是由微处理器芯片STC12C5A60S2、复位电路及晶振电路组成的微处理器控制电路。

4.根据权利要求1所述的基于无线通信的远程监控系统，所述电源模块将外部电压转换为分别给微处理器供电的工作电压与给GSM/GPRS通信模块供电的工作电压。

5.根据权利要求4所述的基于无线通信的远程监控系统，所述电源模块是由降压芯片SPX1117和可调降压芯片BM1084-ADJ及其外围电路组成的降压电路。

6.根据权利要求1所述的基于无线通信的远程监控系统，所述GSM/GPRS通信模块采用SIM900芯片，所述SIM900芯片内置TCP/IP协议栈，能够提供透明串行数据传输通道。

7.根据权利要求1所述的基于无线通信的远程监控系统，所述控制执行模块包括一磁保持继电器。