智能安防监控电子电路设计攻略 —电路图天天读（210）

　　智能安防太阳能路灯控制系统都是独立光伏控制系统，主要由六个部分组成：太阳能电池、蓄电池、LED 路灯、控制器、充电电路、放电/负载驱动电路。主机的系统结构图如图1所示。太阳能电池板输出经CUK 电路调节后直接与蓄电池连接，系统主控芯片采用DSPIC30F3011单片机，实现太阳能板电压采集、蓄电池电压采集、控制CUK 电路、控制LED 灯头、主从机间485 通信、主机与监控中心或工作人员间的连接等功能。

　　

　　图1 主机的系统结构

　　控制电路硬件电路

　　控制电路的主控芯片采用DSPIC30F3011 单片机，主要控制功能包括：太阳能板电压采集；CUK 电路选通控制；蓄电池电压采集；卸荷电路控制；LED 灯头控制；RS485 通信；GSM模块发送短信控制；路灯开关控制；工作模式控制等。

　　

　　图2 DSPIC30F3011 原理

　　

　　图3 电压采样电路和CUK 电路

　　主机原理图如图2、图3 和图4 所示，其中图2 为主控芯片DSPIC30F3011 的原理图。图3 所示为电压采样电路和CUK 电路，由于太阳能板电压和电池电压都在0~35 V 变化，而单片机的A/D 输入电压范围为0~5 V，所以对采样电压进行分压处理后传送给单片机的A/D 转换通道，CUK 电路用于调节太阳能板的最大输出功率点，其选通开关通过单片机PWM3 输出控制。

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　　图为LED 灯头控制电路和卸荷电路，单片机通过对太阳能板和蓄电池电压监测来控制LED 灯头，通过PWM0 和PWM1分别来调节LED 灯的开关及亮度。当蓄电池电压高压30 V时，单片机通过对PWM2 脚的控制启动卸荷，实现对蓄电池的放电。

　　

　　图4 LED 灯头控制电路和卸荷电路

　　通信系统

　　太阳能路灯联网监控系统的总体通信连接图如图5 所示，DSPIC30F3011 单片机具有双串口，主机中的一路串口与从机进行RS-485 通信，另一路串口用于控制GSM 模块，即与MC39i 模块进行通信连接，控制MC39i 发送短信给监控中心。

　　

　　图5 总体通信连接

　　由于太阳能路灯间距为几十米，所以该系统中主从机间通过RS-485 通信连接，RS-485 的通信距离可以达到几百米甚至上千米，最大传输速率为10 Mb/s，而且还可以实现多点通信方式，从而可以建立起一个小范围内的局域网［3］。图6 为DSPIC30F3011 单片机与MAX485 连接的硬件连接图，DSPIC30F3011 与MAX485 之间通过6N136 进行隔离，以确保数据传输的准确性。主、从机均留出串口与MAX485 连接，各个MAX485 芯片的A、B 和GND 管脚相互连接。主、从机不断地对太阳能板电压和蓄电池电压进行检测，发生低电时从机将及时向主机传送信息。

　　主机与监控中心通信电路

　　基于GSM 通信技术的无线测控系统具有通用性好、地理覆盖面广、免调试维护、运营费用低和控制方式灵活等特点，因此主机和监控中心间采用GSM 通信模块进行信息传输。DSPIC30F3011 单片机对太阳能板电压和蓄电池电压进行采样比较，当采样值低于设定值时发送短信“太阳能板电压不足”或“蓄电池电压不足”给监控中心，单片机还可以对路灯工作状态进行监控，出现异常时，以短信形式传送给监控中心。

　　

　　图6 DSPIC30F3011 与MAX485 接线

　　MC39i 的数据接口通过AT 命令可双向传输指令和数据，可选波特率范围为300 b/s~115 kb/s，支持Text 和PDU 格式的SMS可通过AT 命令或关断信号实现重启和故障恢复。MC39i 模块有40 个引脚，通过一个ZIF（Zero InsertionForce，零阻力插座）连接器引出。这40 个引脚可以划分为5类，即电源、数据输入/输出、SIM 卡、音频接口和控制。MC39i的第1~5 引脚是正电源输入脚，第6~10 引脚是电源地，15 脚是启动脚IGT，系统加电后为使MC39i 进入工作状态，必须给IGT 加一个大于100 ms 的低脉冲，电平下降持续时间不可超过1 ms。18 脚RXD、19 脚TXD 为TTL 的串口通讯脚，需要和单片机或者PC 通讯。MC39i 使用外接式SIM 卡，24~29 为SIM 卡引脚，MC39i 的第32 脚SYNC 引脚为控制脚，有两种工作模式，一种是指示发射状态时的功率增长情况，另一种是指示MC39i 的工作状态，可用AT 命令AT+SYNC 进行切换，35~38 为语音接口。MC39i 的电源输入采用开关型可调高性能微波电路专用稳压芯片LM2941S。启动脚IGT 可以通过单片机软件控制，也可通过按键控制其电位高低变化的控制，18 脚RXD、19 脚TXD 直接与DSPIC30F3011 单片机的异步串口RXD2 和TXD2 进行连接，实现单片机对MC39i 发送和接收指令的控制，24~29 引脚直接与SIM 卡的对应引脚进行连接，便于检测SIM 卡是否插好，以及完成短信发送的功能，SYNC 脚可外接发光二极管用于检测模块是否处于工作状态。

　　编辑点评：上图中GSM 模块采用MC39i，MC39i 是一个支持中文短信息的工业级GSM 模块，可传输语音和数据信号，通过接口连接器和天线连接器分别连接SIM 卡读卡器和天线。本文主要介绍的监控系统不仅提高了太阳能的利用效率，还实现了太阳能控制器间的无线数据传输，提高了现有太阳能路灯控制器的使用价值。