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圖1    系統(tǒng)框圖

    2.1   開關磁阻電機

    開關磁阻電機（SRM）是調速系統(tǒng)中實現(xiàn)機電能量轉換的部件，為雙凸極可變磁阻電動機，其定轉子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成。轉子無繞組也無永磁體，定子極上繞有集中繞組，徑向相對的兩個繞組可串聯(lián)或并聯(lián)構成一對磁極，稱為“一相”。SRM可以設計成多相結構，且定、轉子的極數(shù)有多種不同的搭配。相數(shù)多，步距角小，有利于減小轉矩脈動，但結構復雜，且主開關器件多，成本高。因此電機定、轉子的極數(shù)應當按使用的場合合理確定。

    2.2   開關磁阻電機調速系統(tǒng)

    開關磁阻電機調速系統(tǒng)是控制開關磁阻電機的中樞,作用是綜合處理速度指令、速度反饋信號及電流傳感器、位置傳感器的反饋信息，控制功率變換器中主開關器件的工作狀態(tài)，同時檢測故障信號等，以實現(xiàn)對SRM運行狀態(tài)的控制。主要由功率變換器、控制器、位置檢測器等部分構成。

    2.3   SRD工作狀態(tài)的采集過程

    SRD工作狀態(tài)的采集過程負責對從電機的調速系統(tǒng)（SRD）中采集啟停信息、正反轉信息、轉速信息、過壓、過流信息等，對于信息的處理我們采用的芯片是8位逐次逼近模數(shù)轉換器TI公司的4通道串行A/D轉換芯片TLC0834，該芯片有可輸入配置的多通道多路器和串行輸入輸出的方式。由該芯片的工作時序可知，TLC0834在輸出以最高位（MSB）開頭的數(shù)據(jù)流后，由以最低位（LSB）開頭重輸入一遍前面的數(shù)據(jù)流。DI端只在多路器尋址時被檢測，而此時DO端仍為高阻狀態(tài)，經(jīng)過一個時鐘周期后，DO端才開始在時鐘上升沿時讀出數(shù)據(jù)，所以，在設計電機調速系統(tǒng)工作狀態(tài)的信息采集電路時，為了節(jié)省I/O資源，采用單片機AT89C51的一個I/O口連接DO和DI來實現(xiàn)。

    2.4   控制信息的給定過程

    故障信息出現(xiàn)時，為了及時對電機的主控制器進行調整，例如改變電機的轉速，由于轉速信號是電壓模擬量，因而選用MAXIM公司的12位串行D/A芯片MAX539，它具有低功耗的優(yōu)點，為MAX539提供基準電壓的是MAX873，輸出電壓+2.5V，從而限定了MAX539的電壓輸出范圍是0~+2.5V，可外接一個比例運算放大器用于準確的調整轉速，實現(xiàn)對故障信息的處理。

    2.5   單片機與通信模塊通信過程：

    (1) 通信模塊電源部分

    給模塊提供供電電源，電壓范圍是3.3~4.8V，當MC35i模塊啟動后，經(jīng)過幾秒的延時，模塊開始搜索網(wǎng)絡，這時需要超過2A的驅動電流，如果驅動不足，會引起模塊的突然掉電；因此這里選擇TI公司的穩(wěn)壓芯片LM2576，電壓穩(wěn)定在4V左右，最大提供電流為3A，可以避免當模塊搜索網(wǎng)絡時驅動電流不足的問題，但在實驗中發(fā)現(xiàn)仍會出現(xiàn)有時模塊掉電的現(xiàn)象，所以在電壓輸出端并聯(lián)一個大電容,起蓄流的作用,也能起到提高驅動電流的作用，解決了這個問題。

    (2) 單片機與通信模塊的通信過程

    單片機與通信模塊是通過串口通信的方式進行信息傳輸?shù)模鐖D2，通信模塊MC35i的16～23引腳數(shù)據(jù)輸入/輸出端的8個引腳分別為DSR0，RING0，RXD0，TXD0，CTS0，RTS0，DTR0，DCD0，它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和1位停止位，無校驗位，波特率在300～115000bps之間可以選擇，為了和開關磁阻電機調速系統(tǒng)正常地進行通信，這里選擇1200bps作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈剩布帐中盘栍肦TS/CTS，模塊串口支持標準的AT命令集。單片機的串口要和MC35i模塊串口相連，但由于MC35i 模塊的串口高電平是3.3V，單片機的串口高電平為5Ｖ，因此16～23腳不能直接和單片機相連，采用TI公司的電平轉換芯片LVC245可以解決上述問題。

    模塊的24-29管腳為SIM卡引腳，分別為CCIN，CCRST，CCIO，CCCLK，CCVCC，CCGND，其中CCIN引腳用于檢測SIM卡插槽中SIM卡是否插入正常，如果正常插入，CCIN腳會輸出高電平，如果插入異常，CCIN引腳會維持低電平，模塊會在CCCLK的周期下定時檢測SIM卡，因此CCIN腳會定時出現(xiàn)一個跳變；CCVCC引腳是MC35i模塊為SIM卡提供的供電電源，3.3V左右。

    為了簡化電路，可以把CCIN與CCVCC引腳始終相連，使CCIN引腳始終為高電平，這樣MC35i模塊就會默認為SIM卡永遠存在，避免了對SIM卡檢測的過程。

圖2    通信模塊外圍接口電路

３   系統(tǒng)功能實現(xiàn)

    3.1   實現(xiàn)的功能流程

    本系統(tǒng)實現(xiàn)的設計流程框圖如圖3所示：其中用戶端采用手機設備，利用中國無線通信網(wǎng)絡和遠程控制系統(tǒng)的SIM卡建立數(shù)據(jù)聯(lián)系通道，向應用于油田抽油機的開關磁阻電機發(fā)送控制信息，控制其啟動停止、設定轉速等參數(shù)；同時又接受來自開關磁阻電機的運行狀態(tài)、故障信息等參數(shù)，實現(xiàn)遠程控制的目的。如圖3所示。

圖3    系統(tǒng)實現(xiàn)的設計流程

    在本系統(tǒng)中，用戶主要通過短消息的方式來向遠程電機發(fā)送信息，通過已經(jīng)設定好的特定信息內容代表特定的指令，如用戶發(fā)送“1234500”，則代表起動電機，如發(fā)送“12345110500”，則代表設定電機的轉速為500轉/min等。當然信息內容也可以設定為中文的內容，如發(fā)送“起動”代表起動電機，更為直觀簡潔。本設計采用這種中文的方式來進行控制。

    收發(fā)短消息一共有三種模式，Block Mode，TEXT Mode，PDU Mode。Block Mode需要手機廠家提供驅動支持，使用TEXT Mode收發(fā)短信代碼簡單，實現(xiàn)起來十分容易，但最大的缺點是不支持中文，目前PDU Mode已經(jīng)取代了Block Mode，并且支持中英文短信，因而相對于Block Mode和TEXT Mode有很大的優(yōu)勢，應用也最廣泛。但三種模式的發(fā)送方式都是采用AT命令來實現(xiàn)。

    賀氏公司是最早生產(chǎn)調制解調器的廠商，那時的調制解調器用到AT指令，后來的廠商生產(chǎn)的調制解調器都與賀氏公司兼容，所以發(fā)送命令給調制解調器時，必須用到AT指令，MC35i通信模塊其實也是調制解調器，單片機和MC35i模塊通信必須用到AT指令。AT命令的基本格式是：AT+命令字符及相關參數(shù)+回車符，AT是幀頭。
對于本系統(tǒng)用到AT指令主要有（如表１所示）：

    表１    系統(tǒng)所用ＡＴ指令