调频发射机短信系统告警系统.docx

1、调频发射机短信系统告警系统技术报告报告单位：报告题目：乡镇台站故障短信告警与复位系统报告日期：2016年3月摘要本文提出了一种以单片机控制为中心，可以对村村通乡镇台站调频发射机所发射的无线电波和地面数字电视发射机的电流进行监测，使用QM5767 FM数字调谐器，采用霍尔数字传感器的精度较高，并且操作方便，价格低廉。使用无线GSM模块进行无线线长距离传输数据。数据发送到管理者的手机上后，主机通过单片机控制处理实时同步显示在LCD12864液晶屏上。当告警系统检测到无电流或者无载波时，系统可以进行相应的报警提示还可以远程操作对发射机进行电源复位。关键词：单片机，FM数字调谐器。GSM，12864液

2、晶显示屏背景：为了保障台站的安全播出，确保设备出现故障时能够及时被发现。现我技术中心除了枢纽台的远程监控系统以外，没有其它监控方式，一旦远程监控系统（包括回传信息的光纤链路系统）出现故障，分中心就无法监控到各个乡镇台站的具体运行情况，因此很有必要在乡镇台站内安装一套自台故障告警与复位系统，特别是在村村通乡镇台站，其数量每年在不断增加，一旦设备出现故障，分中心技术人员无法及时获得故障告警信息，设备也不能得到及时处理，影响安全播出。基于这个思路，我分中心自主研发在台站内部安装一套故障告警与复位系统。1设计构思及理论1.1 设计思路由于项目要完成一套乡镇台站故障短信告警与复位系统的设计，具备乡镇台站

3、FM发射机的已调信号、数字电视发射机的输入电流的监测以及为升级扩展预留接口。因此需要的主要模块有，控制单元、显示模块、电源模块、GSM模块、音频接收模块、继电器模块。因此，整个系统的框图如图1.1所示。图1.11.2选料方案1.2.1控制单元PIC单片机是典型的微控制器，其广泛应用于工业控制领域。目前应用广泛的单片机类型有51单片机、AVR单片机、430超低功耗单片机PIC单片机等。PIC16F1933和PIC16F1947_cn单片机属于增强型单片机，具有高速，宽电压，低功耗，低成本,并且具有双全工串口通信接口等特点。根据本课题的设计要求可知，使用PIC单片机实现所有功能。1.2.2音频接收

4、TEA5767是飞利浦公司生产的一款收音机芯片，很多手机，MP3、MP4里的收音机功能都是用它实现的。该芯片具有高灵敏、低噪声高频放大器，收音频率：87.6MHz108MHz，LC 调谐振荡器使成本更低，RF AGC 电路内置调频中频选择 ，I2C 总线控制内置FM 立体声解调器，PLL 合成调谐解码器两个可编程端口 ，软静音，SNC（立体声噪声消除）自适应立体声解码，自动搜索功能。1.2.3 GSM模块SIM900A是紧凑型、高可靠性的无线模块，采用SMT封装的双频GSM/GPRS模块解决方案，采用功能强大的处理器ARM9216EJ-S内核，能满足低成本、紧凑尺寸的开发要求。1.2.4 电流

5、传感模块本项目采用WCS1800霍尔电流传感器检测电流。霍尔电流传感器是利用霍尔效应将一次大电流变换为二次微小电压信号的传感器。实际设计的霍尔传感器往往通过运算放大器等电路，将微弱的电压信号放大为标准电压或电流信号。1.2.5 显示模块LCD12864是一种具有4位/8位并行，2线或3线串行多种接口方式，内部含有国际一级，二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块，其分辨率为 128x64。使用该液晶可以构成全中文的人机交互图形界面。并且具有操作简单，低电压低功耗，功能强大等特点。2系统电路的设计及原理说明2.1电路系统说明根据以上材料方案选择后，本课题的电路系统框图如图2.1所示，电路系统框图包

6、含了本课题所要求的主要功能模块图2.1 电路系统框图2.2电路设计说明2.2.1 台站监控-主控制模块图2.2 监控-主控制单片机图2.3 主控制继电器原理图 图2.4 主控制串口原理图图2.5 交流检测电路台站监控主控制模块主要原理图如图2.2、2.3、2.4所示。该监控主控制模块的PIC16F1933单片机是本模块运行的最基本条件，在PIC16F1933单片机的驱动下各个电路有序运行。如图2.3所示的电路，每个小单元是由S8050三极管和一个继电器构成的电子驱动吸合开关。但单片机给该小单元一个+5V的高电平信号就驱动继电器吸合，其扩展接口1、2脚就接通。这个小单元的作用控制扩展单元的工作状

7、态。图2.4所示。是一个DB9串口原理图，本单元作用是通过该串口把这个台站监控主控制模块与个人电脑PC互相通信，本项目在软件方面还编写一个上位机，通过上位机的操作可以对该模块的单片机参数进行修改和控制。体现了人机工程学原理，为广大用户方便简单地操作提供条件。如图2.5所示该电路单元为交流检测电路，如2.5图所示四个二极管整流交流信号AC，如果有交流信号光耦器PC357就导通，此时单片机就接到一个+3V的信号。证明检测到交流信号。2.2.2 台站监控图2.6台站监控模块PIC单片机单元台站监控模块的单片机使用PIC16F1947型号的单片机。该单片机是RISC类型的单片机，内部自带高精准度振荡器

8、，节能休眠模式，超低功耗，拥有54个IO引脚的高性价比的单片机。此单片机为整个台站监控模块提供稳定高速扫描了保障。如图2.6所示由C39和R34构成的PIC16F1947单片机的冷复位系统。次系统为本模块在上电情况下对单片机进行复位。2.2.3 显示电路图2.7台站监控模块GSM短信发射单元如图2.7所示是一个GSM短信发射单元电路图。该图的左边MK1为天线接口，本单元的SPKP脚是一个音频输出，与图2.8的声音功放模块相连接，于是就能把GSM模块的警报音频信号通过扬声器发出。而TX_G,RX_G的功能是与PIC16F1947单片机通信。图2.8台站监控模块键盘电路单元本项目采用的行列扫描式键

9、盘电路，键盘电路与PIC16F1947单片机直接通信。原理图电路如上图2.8所示。ROW0.1.2.3四个端口为一组。CLUMN0.1.2.3为另外一组。这两组的键盘端口都直接连接到单片机引脚。而单片机要识别16个按键中哪个被按下就必须遵循行列一个个扫描。首先与单片机相连的单片机端口ROW0.1.2.3在软件编程时赋值全部为1，也就是高电平。另外一组端口CLUMN0.1.2.3赋值全部为0。如果按键S2被按下，单片机ROW0端口就接收到一个0电平。但是如果S3、S4、S5，分别别按下的话也是在ROW0端口接收到一个0电平。此时单片机只知道与ROW0相连的按键其中一个被按下而已。于是就必须再一个

10、CLUMN0.1.2.3扫描。这时候软件就给ROW0端口一个0的低电平，其余端口电平为1高电平，而CLUMN0.1.2.3中的其中一个端口依次扫描。如果CLUMN0端口电平为0则确定S2被按下。如此类推CLUMN1为0电平则S3被按下。就按照这个原理我们就能确定这16个按键是如何确定的。图2.9台站监控模块音频单元TEA5767是一款高性能低功耗，工作于FM频段的音频接收IC。接收频率在78MHz到108MHz。采用锁相调节系统，带有AGC电路，可采用软件进行静音和噪音消除。如上图2.9所示，FM_EN是一个使能端口。由主控单片机给一个高电平信号才能使整个音频接收模块正常工作。也就是FM_EN

11、有了高电平信号之后电路系统才能接GND。TEA_DAT端口是I2C总线端口，单片机就从次端口把数据送进TEA5767，例如每个台站扫描频率的数据放在单片机的FLASH中，单片机就从FLASH中读取数据通过此I2C总线定时送进TEA5767。就达到了调频监控的目的。TEA_CLK端口是TEA5767芯片的时钟原。TEA5767再把这个时钟通过内部锁相环倍频到扫描设定的频率。图2.9中的右上角LM358运放连接成一个放大器，其作用是把TEA5767的音频信号放大，然后在V_FM端口返回单片机检测，检测接收到的音频信号是否正常。图2.9下半部分是一个音频功放电路。AD2822是一个由SGS公司生产的

12、低电压小功率功放集成功放电路。其作用是对模拟音频信号进行放大然后输出到扬声器，播放出响声。其中左边的输入GSM_A是与图2.7中的GSM收发模块相连，FM_L、FM_R是音频的左右声道与本原理图中的TEA5767输出相连。如原理图所示把这三个GSM_A、FM_R、FM_L输入以线与的方式输入。其作用是任何一个信号有输入扬声器都有输出，监控人员都可以听到声音。也可以同时有输入。此时AD2822同时对三个输入信号放大输出到扬声器，扬声器同时播放出声音。2.2.4 。图2.9 台站监控模块液晶显示单元在本项目中采用了LCD12864进行采集数据的显示。电路原理图如图2.9所示。根据LCD12864的

13、器件特性，本系统中采用并行数据传输方式。因此，LCD12864的引脚7到引脚14直接接到单片机的P0口用于并行数据传输，电位器R16用于液晶屏对比度的设置。图2.10台站监控串口通信接口单元台站监控串口通信接口采用DB9标准硬件接口。在本模块与个人电脑PC通信中，数据以RS232协议进行传输。因此此处的DB9配合RS232串口协议还专门使用于单片机程序的下载功能。2.2.3 电流检测版图2.11 电流检测板模块电路电流检测模块电路如上图2.11所示，其左边WCS1800是一个霍尔传感器原理图。右边AD623是一个放大器。WCS1800是一个磁感线性电流传感器。在本项目用于检测直流回路中的电流。

14、WCS1800的OUT引脚是一个输出端口其与AD623相连。AD623是一个可编程的放大器。其增益由2、3脚相连的电阻决定。如图中检测到的电流经过AD623放大后经过接口J1传回监控模块给PIC16F1947单片机处理。3工程设计 本项目的原理图绘制和PCB制作均采用Altium Designer Summer 09进行绘制。完整的电路图及PCB图如附录XX和附录XX。从使用Allium Designer Summer 09进行原理图的绘制到硬件电路完成经过了以下几个步骤：（1） 首先使用软件画好电路原理图（2） 完成电路原理图的绘制后再进行PCB图的绘制。（3） 将绘制好的PCB图发送到厂家

15、进行打样PBC板，留做工程调试使用。（4） 按照原理图在电路板上焊接元器件。（5） 最后确认硬件电路焊接完全正确以后，进入软件设计阶段。4.电路调试及结果由于本项目系统包含多个模块，因此测试时采用的方法是首先测试各个模块工作是否正常。确认各个模块工作正常，并且可以实现预期功能时，把所有模块组合起来通过台站监控模块进行整体的控制再进行整体系统的调试。最后达到整个系统目标的要求。实物图如下3.1 实物图（一）图3.2 实物图（二）图3.3 实物图（三）5.总 结利用高科技技术手段解决村村安全播出存在薄弱环节，提升安全播出保障能力。特别在村村通乡镇台站维护人员紧张，任务逐年增加，公益事业也不能掉以轻

16、心的情况下，我们研发的乡镇台站故障短信告警与复位系统已经在钦州分中心管辖下的张黄、大直直放台站调试。该设备工作稳定，告警及时准确。在调试过程中人为模拟突然断电、人为切断信号源情况下，我们所设计的乡镇台站故障短信告警与复位系统能及时地发送警告信息和警告声音。也能正确地把警告信息发送到指定手机上，并且用指定手机发设定的特殊指令能正常对发射机电源复位。达到了设计效果。参考文献1 谭浩强.C程序设计（第三版）.清华大学出版社.2005.7.2 沈德金.MCS-51系列单片机应用程序实例.北京航空航天大学出版社,1990.3刘笃仁.传感器原理及应用技术.机械工业出版社,2003.4 李朝青. 单片机原理及接口技术M. 北京: 航空航天大学出版社, 1996.5 曲喜新.电子元件材料手册.电子工业出版社.1989.4