陳威夷

(廣東理工學(xué)院 信息技術(shù)學(xué)院，廣東 肇慶 526100)

GPS授時(shí)系統(tǒng)是當(dāng)前使用頻率較高的控制裝置系統(tǒng)，它對提高遠(yuǎn)程開關(guān)控制有很大的幫助，能為遠(yuǎn)程控制提供控制和信息系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換與分析應(yīng)用，從而提高遠(yuǎn)程開關(guān)控制的時(shí)效性、精準(zhǔn)度和實(shí)用性。

1 基于GPS授時(shí)技術(shù)的遠(yuǎn)程開關(guān)控制功能

溫度檢測功能：即自動(dòng)檢測儀器中DS18B20溫度芯片是否存在，并根據(jù)檢測結(jié)果在秒個(gè)位為3/4時(shí)顯示溫度值。紅外線遙控功能：該功能可用于學(xué)習(xí)NEC類型的遙控碼，能夠?yàn)檫h(yuǎn)程開關(guān)控制設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。GPS授時(shí)功能和強(qiáng)制授時(shí)開關(guān)功能：通過WIFI轉(zhuǎn)化GPS模塊，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制中的授時(shí)，提升設(shè)計(jì)成功率。大功能定時(shí)開關(guān)控制功能：此功能可控制10 A以下的電源設(shè)備通斷開關(guān)，時(shí)間是24 h內(nèi)的任意時(shí)間，可以自動(dòng)化設(shè)置，也可以用戶自己設(shè)定時(shí)間。

表1 基于GPS授時(shí)技術(shù)的遠(yuǎn)程開關(guān)Fig.1 Remote on-off switch based on GPS timing technology

2 基于GPS授時(shí)技術(shù)的遠(yuǎn)程開關(guān)控制操作流程

在保證開關(guān)控制正常的情況下，基于GPS授時(shí)技術(shù)的遠(yuǎn)程開關(guān)控制操作流程如下：當(dāng)操作人員第一次按下SET鍵時(shí)，數(shù)碼管和秒點(diǎn)會同時(shí)閃爍，此時(shí)按下ENT鍵就能進(jìn)入正常即時(shí)和控制設(shè)置。第一次按下ENT鍵后，當(dāng)前兩位數(shù)碼管閃爍就意味著小時(shí)值正在被設(shè)置，按下UP或DN鍵后就能相應(yīng)的加一減一，從而完成小時(shí)的設(shè)置。第二次按下ENT鍵時(shí)，中間的兩位數(shù)碼管會出現(xiàn)閃爍，此時(shí)設(shè)置的是分值，按下UP或DN鍵之后，分鐘值會相應(yīng)的加一減一。第三次按下ENT鍵時(shí)，后面兩位數(shù)碼管會閃爍，這時(shí)候設(shè)置的是秒值，按下UP或DN鍵后，數(shù)值會相應(yīng)的加一或減一。第二次按下SET鍵時(shí)，數(shù)碼管會顯示AUTO，此時(shí)按下ENT鍵可以進(jìn)入自動(dòng)設(shè)置開關(guān)機(jī)功能。在顯示A ON或A OFF時(shí)按下UP或DN鍵就能設(shè)置成這兩個(gè)狀態(tài)，再次按下ENT鍵退出保存即可。第三次按下SET鍵后，數(shù)碼管會出現(xiàn)ON****的情況，此時(shí)按下ENT鍵就能對其進(jìn)行自動(dòng)開機(jī)設(shè)置。首次按下ENT鍵后，中間兩位數(shù)碼管會閃爍，表示小時(shí)正在設(shè)置，第二次按下ENT鍵后，后兩位數(shù)碼管閃爍，表示分值正在設(shè)置，第三次按ENT鍵退出設(shè)置，保存結(jié)果。第四次按下SET鍵時(shí)，數(shù)碼管會出現(xiàn)OF****顯示，此時(shí)按下ENT鍵能進(jìn)入自動(dòng)關(guān)機(jī)設(shè)置。設(shè)置方法：第一次按下ENT鍵后，中間兩位數(shù)碼管會閃爍，表示小時(shí)正在設(shè)置，第二次按下ENT鍵后，表示分值正在設(shè)置，再次按下ENT鍵即可退出。

3 基于GPS授時(shí)技術(shù)的遠(yuǎn)程開關(guān)控制設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)是由GPS主機(jī)接收時(shí)基信號源、主機(jī)控制器以及子機(jī)等部分。時(shí)基信號源模塊主要是用內(nèi)置的CPU控制GPS DEMO電路，從中獲取GPS授時(shí)信息，并將信息顯示到顯示器上。主控制器是整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的核心，更是指揮中心，通過主控制器能從時(shí)基信號源中接收信號，同時(shí)還能向子機(jī)發(fā)送信號，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與子機(jī)、主控制與實(shí)際信號源之間的聯(lián)系。這個(gè)聯(lián)系是通過不同通信信道來實(shí)現(xiàn)的，能夠避免頻道之間的沖突。主機(jī)還會定時(shí)定點(diǎn)對子機(jī)進(jìn)行檢查，并將命令傳達(dá)給子機(jī)，讓子機(jī)將工作情況反饋給主機(jī)。如果主機(jī)長期接收不到數(shù)據(jù)或者是接收到的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，則會發(fā)出錯(cuò)誤指示，以便維修人員及時(shí)進(jìn)行檢查維修。子機(jī)控制模塊可以分布在不同的位置，以無線通信的方式進(jìn)行控制，安裝施工都非常簡單。主機(jī)每日檢查作息之后，到點(diǎn)就會發(fā)出開或關(guān)的命令，子機(jī)收到命令后就會打開或是關(guān)上開關(guān)，這樣就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制開關(guān)。

3.2 遠(yuǎn)超控制開關(guān)實(shí)現(xiàn)

信號源模塊。利用GPS模塊接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)并通過通信與主機(jī)連接，在串行中將數(shù)據(jù)載入同一數(shù)組當(dāng)中，主機(jī)再通過NMEA-0183協(xié)議對其進(jìn)行判斷和辨別。首先，識別的是時(shí)間，需要GPS提供時(shí)間數(shù)據(jù)，然后主機(jī)根據(jù)判斷顯示日期和時(shí)間。但RMC數(shù)據(jù)中含有其他數(shù)據(jù)，為了避免出現(xiàn)獲取錯(cuò)誤的情況，必須要用逗號對其進(jìn)行判斷，并將其分別提取出來載入新數(shù)組A中。其次，將已經(jīng)處理好的數(shù)據(jù)通過CC1100發(fā)給主機(jī)并顯示在液晶顯示器上?？紤]到天氣等因素的干擾，GPS接收可能出現(xiàn)異常，需要采用其他方式避免出現(xiàn)設(shè)備無法運(yùn)行情況。可利用GPS接收的命令對開關(guān)進(jìn)行同步操作，這樣能保證遠(yuǎn)程開關(guān)控制不出意外。

主機(jī)控制器模塊。主機(jī)控制需要先在與信號源同頻率信道的位置上停留守候，待信號出現(xiàn)之后可根據(jù)自制協(xié)議進(jìn)行判斷，并點(diǎn)亮相應(yīng)的指示燈，判斷GPS授時(shí)命令。在提取數(shù)據(jù)時(shí)，還要注意時(shí)間季節(jié)。比如在5～10月，就需要起用夏天的控制系統(tǒng)，其他時(shí)間為冬季控制系統(tǒng)，這樣能保證開關(guān)應(yīng)用符合需求。夏季開關(guān)控制系統(tǒng)需要主機(jī)控制器自行判斷，符合命令要求就需要馬上切換通信信道并利用CC1101向各個(gè)子機(jī)發(fā)送命令，保證其正常運(yùn)行。冬季的開關(guān)控制系統(tǒng)與夏季類似，除了時(shí)間不同之外，其他基本一致。

3.3 自檢系統(tǒng)

為確保主機(jī)和子機(jī)之間的正常通信，必須對子機(jī)進(jìn)行檢查，其工作流程如下：子機(jī)在通信信道中等待信號，接收到信號后開始作業(yè)，如果正常則繼續(xù)工作，如果異常，需將數(shù)據(jù)返回到主機(jī)，并通知維修人員對其進(jìn)行檢測維修。

4 系統(tǒng)檢測

檢測方案。在GPS授時(shí)遠(yuǎn)程開關(guān)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有兩個(gè)檢測方案，一個(gè)是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對模塊性能進(jìn)行測試，觀察其工作狀況，并對各個(gè)單元的工作數(shù)據(jù)進(jìn)行了解，確定其穩(wěn)定性。另一個(gè)是在實(shí)際工作環(huán)境中進(jìn)行測試，觀察各個(gè)模塊在不同環(huán)境中的運(yùn)行狀況和數(shù)據(jù)傳輸命令的執(zhí)行情況，有問題要及時(shí)修改。

檢測設(shè)備。在檢驗(yàn)遠(yuǎn)程開關(guān)控制系統(tǒng)時(shí)會用到四種設(shè)備，分別是頻譜分析儀、數(shù)字式萬用表、模擬式萬用表和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。這些設(shè)備可共同使用，能夠提高檢測效果和精準(zhǔn)度。

結(jié)果分析。通過多次檢測和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，通過GPS授時(shí)的遠(yuǎn)程開關(guān)控制設(shè)計(jì)系統(tǒng)穩(wěn)定性非常強(qiáng)，電源電壓穩(wěn)定，且誤差也很小，能很好地完成命令，做好相應(yīng)處理，還能夠及時(shí)應(yīng)答，滿足了設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。但在GPS授時(shí)模塊的選擇方面需要注意，GPS功能接收的強(qiáng)弱會對室內(nèi)接收情況產(chǎn)生影響。

5 結(jié)語

設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的主機(jī)已經(jīng)由人工供電發(fā)展為太陽能供電，只需將主機(jī)模塊放在室外有陽光的地方并對其進(jìn)行戶外保護(hù)即可，不用擔(dān)心發(fā)電量不足。室內(nèi)的主機(jī)可直接以220 V市電供應(yīng)即可。有相應(yīng)的指示燈指示，可快速了解各模塊的工作情況和系統(tǒng)運(yùn)行情況，并及時(shí)采取正確的處理措施。該設(shè)計(jì)通過合理選擇各種元器件和軟硬件設(shè)備，不僅降低了設(shè)計(jì)功耗和成本，且易攜帶、精度高、應(yīng)用范圍廣、市場前景廣闊。