无人值守设备管理器
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无人值守设备管理器
摘要： 本系统采用MSP430F247超低功耗单片机作为主控芯片，用其AD对环境温度和可燃气浓度进行采集，通过控制CDMA-1X无线通信模块将采集到的数据定时发送或根据上位机要求即时发送到上位机上。系统采用12V蓄电池供电，以TL494组成的BUCK型 DC-DC变换器作为太阳能充电管理的主要控制部分，由单片机控制DAC7611的输出电压，间接控制TL494的脉冲宽度，从而使DC-DC输出合适的电压，给蓄电池充电。
关键字：单片机 DC-DC变换器 数据采集 CDMA-1X 低功耗
1引 言
随着高科技技术的不断发展，无人值守管理设备广泛应用于各行各业。目前国内已有电信、移动和电力等部门对其通信局（站）、微波站或电站的多种设备和环境进行集中监控、集中维护，力图实现偏僻站点无人值守。尤其在工作人员难以直接进入的恶劣或偏僻环境中，无人值守管理设备可充分发挥它的自动化、智能化，它可实时采集各设备的运行参数，工作状态以及警告信息等，并通过无线通信网络或有线网络定时或根据远程主机要求将检测数据传给主机，供工作人员查询分析。因此，我们利用单片机、太阳能电池板和CDMA-1X模块设计出了此无人设备管理器。本系统工作稳定，使用灵活，上位机管理系统友好易用。
2系统方案设计
2.1设计要求
2.1.1 设计任务
（1）供电方式：12V蓄电池 + 太阳能硅电池板； （2）电池充电管理；
（3）通过CDMA-1X模块定时或根据远程主机要求将检测数据传给主机。 2.1.2 题目分析
本题目要求设计一个无人值守设备管理系统，以MSP430单片机为主控芯片，用12V蓄电池和太阳能硅电池板供电，CDMA-1X模块通信。此系统应包含的主要模块有：单片机最小系统，充电管理电路，供电电路，数据采集部分，显示模块，CDMA通信模块和上位机管理系统等。各部分的关系如图1所示。
比较上述两种方案：首先，输入DC-DC的电压是由太阳能电池提供的，白天正常情况下都大于15V，不用升压，只需降压就可充电。同时方案二不需要制作高频变压器，可使电路简单，体积小。所以我们采用方案二。
TL494是美国德州仪器公司的产品，其价格便宜，性能良好。在其内部同时解决了电流调节器、脉宽调制和最大电流限制，芯片内还设置了一些附加监控保护功能，使得芯片具有较强的抗干扰能力和较高的可靠性，用此芯片构成的充电电路外接元器件少，结构简单。在焊接硬件时为了提高效率，用了以下方法：
（1）选用肖特基整流二极管代替快恢复二极管 （2）选择适合的工作频率
（3）电流采样选用阻值较小的电阻 （4）开关管选用低导通压降的功率MOS管
2.2.4 供电模块的论证
单片集成稳压器L4960,具有外围元件少、输入电压范围宽、转换效率高、
方案一 采用热敏电阻，可满足40℃至90℃测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，对于检测小于1℃的信号是不适用的。
方案二 采用温度传感器DS18B20。DS18B20可以满足从-55℃到125℃测量范围，且DS18B20测量精度高，增值量为0.5℃，在一秒内把温度转化成数字，
图8 太阳能充电流程图
先恒流充电，再恒压充电，可以实现快速充电，高效利用太阳能，也有利于保持蓄电池的技术性能和延长使用寿命。 3.3 数据采集
数据采集流程如图9所示。
图9 数据采集流程图
通过单片机内部多通道ADC采样，经过运算可得到充电电压，充电电流，可燃气体浓度，环境温度等相应参数。
4测试及结果分析
4.1测试仪器 温度计 DT9505万用表 TDS1002示波器 4.2调试环境
时间：2008年8月28
地点：西安科技大学科技创新试验室 4.3数据测试与分析
表1 电池电压检测表
故结果会有一定偏差。平均误差约为0.24V,基本符合要求。
平均误差约为0.3V,基本符合要求。
样有误差等。本次测量平均误差约为0.28℃，基本符合要求。
5性价比评估
本作品实现了无人值守对油气管道等设施的远程监测。经测试，其性能稳定，寿命长。如果改变或增加一些其它传感器，可以用于不同的远程监测场合，有很广阔市场前景。
本作品使用TI的芯片有：MSP430F274,DAC7611,TL494,LM224,LM258。其芯片价格便宜，性能稳定。其他元件也是常用元件，容易购买。除电路板，12864液晶，12V蓄电池，太阳能硅电池板，CDMA-1X模块是学校提供外，我们所花成本约80元。基本实现了低价格高性能的目的。
6结束语
本设计基本实现了赛题的要求，但在扩展功能上还有一些欠缺，性能不是很完善，精度还有待提高。通过这次竞赛，我们了解并掌握了传感器的基本理论知识，更深入的掌握了单片机的开发应用和PC编程控制及低功耗的发展前景。为以后从事单片机软硬件产品的设计研发开发打下了良好的基础，使自己的能力得到了很好的锻炼。
参考文献
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