基于GPS授時技術(shù)的遠程開關控制設計分析

陳威夷

(廣東理工學院 信息技術(shù)學院，廣東 肇慶 526100)

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

1 基于GPS授時技術(shù)的遠程開關控制功能

溫度檢測功能：即自動檢測儀器中DS18B20溫度芯片是否存在，并根據(jù)檢測結(jié)果在秒個位為3/4時顯示溫度值。紅外線遙控功能：該功能可用于學習NEC類型的遙控碼，能夠為遠程開關控制設計提供基礎。GPS授時功能和強制授時開關功能：通過WIFI轉(zhuǎn)化GPS模塊，從而實現(xiàn)遠程控制中的授時，提升設計成功率。大功能定時開關控制功能：此功能可控制10 A以下的電源設備通斷開關，時間是24 h內(nèi)的任意時間，可以自動化設置，也可以用戶自己設定時間。

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

2 基于GPS授時技術(shù)的遠程開關控制操作流程

在保證開關控制正常的情況下，基于GPS授時技術(shù)的遠程開關控制操作流程如下：當操作人員第一次按下SET鍵時，數(shù)碼管和秒點會同時閃爍，此時按下ENT鍵就能進入正常即時和控制設置。第一次按下ENT鍵后，當前兩位數(shù)碼管閃爍就意味著小時值正在被設置，按下UP或DN鍵后就能相應的加一減一，從而完成小時的設置。第二次按下ENT鍵時，中間的兩位數(shù)碼管會出現(xiàn)閃爍，此時設置的是分值，按下UP或DN鍵之后，分鐘值會相應的加一減一。第三次按下ENT鍵時，后面兩位數(shù)碼管會閃爍，這時候設置的是秒值，按下UP或DN鍵后，數(shù)值會相應的加一或減一。第二次按下SET鍵時，數(shù)碼管會顯示AUTO，此時按下ENT鍵可以進入自動設置開關機功能。在顯示A ON或A OFF時按下UP或DN鍵就能設置成這兩個狀態(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，此時按下ENT鍵就能對其進行自動開機設置。首次按下ENT鍵后，中間兩位數(shù)碼管會閃爍，表示小時正在設置，第二次按下ENT鍵后，后兩位數(shù)碼管閃爍，表示分值正在設置，第三次按ENT鍵退出設置，保存結(jié)果。第四次按下SET鍵時，數(shù)碼管會出現(xiàn)OF****顯示，此時按下ENT鍵能進入自動關機設置。設置方法：第一次按下ENT鍵后，中間兩位數(shù)碼管會閃爍，表示小時正在設置，第二次按下ENT鍵后，表示分值正在設置，再次按下ENT鍵即可退出。

3 基于GPS授時技術(shù)的遠程開關控制設計

3.1 系統(tǒng)方案設計

系統(tǒng)設計實現(xiàn)是由GPS主機接收時基信號源、主機控制器以及子機等部分。時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授時信息，并將信息顯示到顯示器上。主控制器是整個設計系統(tǒng)中的核心，更是指揮中心，通過主控制器能從時基信號源中接收信號，同時還能向子機發(fā)送信號，實現(xiàn)主機與子機、主控制與實際信號源之間的聯(lián)系。這個聯(lián)系是通過不同通信信道來實現(xiàn)的，能夠避免頻道之間的沖突。主機還會定時定點對子機進行檢查，并將命令傳達給子機，讓子機將工作情況反饋給主機。如果主機長期接收不到數(shù)據(jù)或者是接收到的數(shù)據(jù)是錯誤的，則會發(fā)出錯誤指示，以便維修人員及時進行檢查維修。子機控制模塊可以分布在不同的位置，以無線通信的方式進行控制，安裝施工都非常簡單。主機每日檢查作息之后，到點就會發(fā)出開或關的命令，子機收到命令后就會打開或是關上開關，這樣就能實現(xiàn)遠程控制開關。

3.2 遠超控制開關實現(xiàn)

信號源模塊。利用GPS模塊接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)并通過通信與主機連接，在串行中將數(shù)據(jù)載入同一數(shù)組當中，主機再通過NMEA-0183協(xié)議對其進行判斷和辨別。首先，識別的是時間，需要GPS提供時間數(shù)據(jù)，然后主機根據(jù)判斷顯示日期和時間。但RMC數(shù)據(jù)中含有其他數(shù)據(jù)，為了避免出現(xiàn)獲取錯誤的情況，必須要用逗號對其進行判斷，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)給主機并顯示在液晶顯示器上。考慮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)設備無法運行情況?？衫肎PS接收的命令對開關進行同步操作，這樣能保證遠程開關控制不出意外。

主機控制器模塊。主機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)議進行判斷，并點亮相應的指示燈，判斷GPS授時命令。在提取數(shù)據(jù)時，還要注意時間季節(jié)。比如在5～10月，就需要起用夏天的控制系統(tǒng)，其他時間為冬季控制系統(tǒng)，這樣能保證開關應用符合需求。夏季開關控制系統(tǒng)需要主機控制器自行判斷，符合命令要求就需要馬上切換通信信道并利用CC1101向各個子機發(fā)送命令，保證其正常運行。冬季的開關控制系統(tǒng)與夏季類似，除了時間不同之外，其他基本一致。

3.3 自檢系統(tǒng)

為確保主機和子機之間的正常通信，必須對子機進行檢查，其工作流程如下：子機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，并通知維修人員對其進行檢測維修。

4 系統(tǒng)檢測

檢測方案。在GPS授時遠程開關控制系統(tǒng)設計中有兩個檢測方案，一個是在實驗室內(nèi)對模塊性能進行測試，觀察其工作狀況，并對各個單元的工作數(shù)據(jù)進行了解，確定其穩(wěn)定性。另一個是在實際工作環(huán)境中進行測試，觀察各個模塊在不同環(huán)境中的運行狀況和數(shù)據(jù)傳輸命令的執(zhí)行情況，有問題要及時修改。

檢測設備。在檢驗遠程開關控制系統(tǒng)時會用到四種設備，分別是頻譜分析儀、數(shù)字式萬用表、模擬式萬用表和標準時間。這些設備可共同使用，能夠提高檢測效果和精準度。

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授時的遠程開關控制設計系統(tǒng)穩(wěn)定性非常強，電源電壓穩(wěn)定，且誤差也很小，能很好地完成命令，做好相應處理，還能夠及時應答，滿足了設計要求，達到了設計標準。但在GPS授時模塊的選擇方面需要注意，GPS功能接收的強弱會對室內(nèi)接收情況產(chǎn)生影響。

5 結(jié)語

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