1 引言
GSM网络是目前国内覆盖范围最广,应用最普遍的无线通信网络CONTROL ENGINEERING China版权所有,具有覆盖面广、可靠性高、延时短等特点。其中短消息业务(SMS)使用GSM网络的公共控制信道传输用户分组信息,短消息的传送是通过短消息业务中心(SMSC)存储和发送的,短消息业务在GSM网络中以数据报的方式在移动设备(MS)和短消息业务中心(SMSC)之间交换用户数据,当出现网络故障使用户数据不能到达对端的移动台(MS)时,SMSC对短消息进行存储控制工程网版权所有,在网络故障恢复时转发短消息,实现了对用户数据的保护。每个短消息的信息量最高为140个8位组,当使用7-bit编码时,可以最多发送160个字符,因此特别适用于单个业务数据量不大、但数据控制点多的远程控制系统。本文以油田抽油机为实际应用背景,介绍了基于GSM短消息业务的开关磁阻电机调速系统远程控制的架构和具体实现。
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系统结构
本系统的核心部分是微控制器AT89C51和GSM无线通信模块MC35i。其中外围电路用于开关磁阻电机调速系统工作状态采集,采用的是8位逐次逼近模数转换器,用于控制信息的给定采用的是12位串行数模转换器,同时扩展了外部存储器。具体框图如图1所示。
图1 系统框图
2.1 开关磁阻电机
开关磁阻电机(SRM)是调速系统中实现机电能量转换的部件,为双凸极可变磁阻电动机,其定转子的凸极均由普通硅钢片叠压而成。转子无绕组也无永磁体,定子极上绕有集中绕组,径向相对的两个绕组可串联或并联构成一对磁极,称为“一相”。SRM可以设计成多相结构,且定、转子的极数有多种不同的搭配。相数多,步距角小,有利于减小转矩脉动,但结构复杂,且主开关器件多CONTROL ENGINEERING China版权所有,成本高。因此电机定、转子的极数应当按使用的场合合理确定。
2.2 开关磁阻电机调速系统
开关磁阻电机调速系统是控制开关磁阻电机的中枢,作用是综合处理速度指令、速度反馈信号及电流传感器、位置传感器的反馈信息,控制功率变换器中主开关器件的工作状态,同时检测故障信号等,以实现对SRM运行状态的控制。主要由功率变换器、控制器、位置检测器等部分构成。
2.3 SRD工作状态的采集过程
SRD工作状态的采集过程负责对从电机的调速系统(SRD)中采集启停信息、正反转信息、转速信息、过压、过流信息等,对于信息的处理我们采用的芯片是8位逐次逼近模数转换器TI公司的4通道串行A/D转换芯片TLC0834,该芯片有可输入配置的多通道多路器和串行输入输出的方式。由该芯片的工作时序可知,TLC0834在输出以最高位(MSB)开头的数据流后,由以最低位(LSB)开头重输入一遍前面的数据流。DI端只在多路器寻址时被检测,而此时DO端仍为高阻状态,经过一个时钟周期后,DO端才开始在时钟上升沿时读出数据,所以,在设计电机调速系统工作状态的信息采集电路时,为了节省I/O资源,采用单片机AT89C51的一个I/O口连接DO和DI来实现。
2.4 控制信息的给定过程
故障信息出现时控制工程网版权所有,为了及时对电机的主控制器进行调整,例如改变电机的转速控制工程网版权所有,由于转速信号是电压模拟量,因而选用MAXIM公司的12位串行D/A芯片MAX539,它具有低功耗的优点,为MAX539提供基准电压的是MAX873,输出电压+2.5V,从而限定了MAX539的电压输出范围是0~+2.5V,可外接一个比例运算放大器用于准确的调整转速,实现对故障信息的处理。