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圖1    系統框圖

    2.1   開關磁阻電機

    開關磁阻電機（SRM）是調速系統中實現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或并聯構成一對磁極，稱為“一相”。SRM可以設計成多相結構，且定、轉子的極數有多種不同的搭配。相數多，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、轉子的極數應當按使用的場合合理確定。

    2.2   開關磁阻電機調速系統

    開關磁阻電機調速系統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，同時檢測故障信號等，以實現對SRM運行狀態的控制。主要由功率變換器、控制器、位置檢測器等部分構成。

    2.3   SRD工作狀態的采集過程

    SRD工作狀態的采集過程負責對從電機的調速系統（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）開頭的數據流后，由以最低位（LSB）開頭重輸入一遍前面的數據流。DI端只在多路器尋址時被檢測，而此時DO端仍為高阻狀態，經過一個時鐘周期后，DO端才開始在時鐘上升沿時讀出數據，所以，在設計電機調速系統工作狀態的信息采集電路時，為了節省I/O資源，采用單片機AT89C51的一個I/O口連接DO和DI來實現。

    2.4   控制信息的給定過程

    故障信息出現時，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，經過幾秒的延時，模塊開始搜索網絡，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公司的穩壓芯片LM2576，電壓穩定在4V左右，最大提供電流為3A，可以避免當模塊搜索網絡時驅動電流不足的問題，但在實驗中發現仍會出現有時模塊掉電的現象，所以在電壓輸出端并聯一個大電容,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的，如圖2，通信模塊MC35i的16～23引腳數據輸入/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：8位數據位和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正常地進行通信，這里選擇1200bps作為數據傳輸的波特率，硬件握手信號用RTS/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   系統功能實現

    3.1   實現的功能流程

    本系統實現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絡和遠程控制系統的SIM卡建立數據聯系通道，向應用于油田抽油機的開關磁阻電機發送控制信息，控制其啟動停止、設定轉速等參數；同時又接受來自開關磁阻電機的運行狀態、故障信息等參數，實現遠程控制的目的。如圖3所示。

圖3    系統實現的設計流程

    在本系統中，用戶主要通過短消息的方式來向遠程電機發送信息，通過已經設定好的特定信息內容代表特定的指令，如用戶發送“1234500”，則代表起動電機，如發送“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收發短信代碼簡單，實現起來十分容易，但最大的缺點是不支持中文，目前PDU Mode已經取代了Block Mode，并且支持中英文短信，因而相對于Block Mode和TEXT Mode有很大的優勢，應用也最廣泛。但三種模式的發送方式都是采用AT命令來實現。

    賀氏公司是最早生產調制解調器的廠商，那時的調制解調器用到AT指令，后來的廠商生產的調制解調器都與賀氏公司兼容，所以發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+回車符，AT是幀頭。
對于本系統用到AT指令主要有（如表１所示）：

    表１    系統所用ＡＴ指令