1、工业控制计算机2023年第36卷第1期近几年随着物联网广泛应用于生活生产，智慧农业也应运而生。智慧农业根据布置农场各个位置的传感器感知农场环境的变化，从而进行系统干预，如调节温度、湿度、亮度等，从而提高农作物产量。但是随着农场的扩大，智能程度越来越高，也越来越依靠电力供应。在物联网终端只有传感器的数据甚至没有传感器的数据，并不知道电力的供应变换而引起的系统错误，本文设计一套简易的断电告警系统，使生产管理者能通过手机终端能查看节点电力运行情况，接收报警信息。当然，本设计还可以应用于各种安防系统、消防系统和矿井系统等等。1断电报警器系统概述Air系列中有2G和4G芯片，之所以选择基于Air202芯
2、片（2G芯片）来进行断电报警器的开发，是因为在中国2G基站最多覆盖范围最广，所以不论在哪断电报警器都能将信息传输出去，虽然断电报警器是通过2G来传输信息的，在性能上较4G网络弱，成本较低（具体参考表1），但是作为报警器对通信频宽的要求较小，Air202也足够满足性能要求。综上几点选用了2G芯片来进行断电报警器的设计。表12G和4G性能比较表断电报警器的整体设计框架如图1所示：图1断电报警器的整体设计框架系统设计了一个外部接口电路即5 V电源适配器，外接220 V交流电压的监测电路。适配器将220 V交流电压转换为系统内部工作5 V电压。断电报警器时刻检测电路电压情况，并及时通过无线传输发送到阿
3、里云平台，从而实现远距离提示报警。用户也可以在云平台端得到电压变化的各项统计信息。用户端安装相应的App查看数据，接收报警信息，也支持通过短信报警。2断电报警器的设计2.1断电报警器功能的设计在温室大棚中，有些植物需要适宜的温度。而有电才能为大棚提供恒定温度，当断电后，断电报警器就能及时发出报警，断电报警器的具体功能设计如下：1）通过拨动开关（SW1_1和SW1_2）来控制断电报警器供电（正常工作时，外部电源供电，断电情况下，内部电池供电）。2）打开开关机开关SW1，断点检测装置进入工作。此时，红灯会亮起，在延迟一段时间后，等待系统初始化完毕，红灯熄灭。如果红灯不亮，说明上电失败。3）如果检测
4、到SIM卡就正常工作，则绿灯D6亮；如果未能检测到SIM卡，则绿灯D6熄灭。同时，检测是否联网，如果有网点亮蓝灯D5，进入检测等待工作状态，等待断电检测信号接入。如果没有联网，蓝灯就不亮。4）如果信号有电，则点亮红灯D4；如果信号无电，则熄灭红灯D4，则通过SIM发送数据给云平台，控制喇叭发出报警声，同时，使用者的移动终端也会收到报警信息。这样，工作人员可以从报警器的亮灯情况可以大概判断系统工作状态。2.2断电报警器硬件的设计（1）断电报警器的供电部分断电报警器有两个部分提供电源，一部分CON2处，连接电池来对整个电路进行供电；而当电池没电时，则可以通过DC005也就是电源接口，可以直接通过配
5、套的充电器连接电源基于云平台的智能断电报警系统设计*李志明（南京铁道职业技术学院，江苏 南京210031）摘要：设计并制作一个智能断电报警系统，该系统用于监控环境电力供应是否正常，实时将电力主要数据上传云平台，并在远端和本地进行报警。可适用于大型温室菜棚等智慧农业系统，确保智慧农业系统的传感器节点能及时发现电力供应的问题，尽可能减少损失。该设计还可以应用于各种安防系统、消防系统和矿井系统等。经过多次测试表明，所采用的设计方案实时有效，满足系统设计要求。关键词：智能；断电报警；云平台Abstract:This paper designs and makes an intelligent powe
6、r-off alarm system,which is used to monitor whether theenvironmental power supply is normal,upload the main data of power to the cloud platform in real time,and alarm at theremote and local.It can be applied to smart agricultural systems such as large greenhouses and vegetable sheds to en-sure that
7、the sensor nodes of the smart agricultural system can find the problem of power supply in time and reduce loss-es as much as possible.This design can also be applied to various security systems,fire protection systems and minesystems.Many tests show that the design scheme is effective,and meets the
8、system design requirements.Keywords:intelligent,power-off alarm system,cloud platforms*南京铁道职业技术学院校级课堂思政教改课题（2021XJGKT33）45基于云平台的智能断电报警系统设计来进行供电，并达到对电池充电的目的。这样保证系统本身的供电安全问题。SW1_1和SW1_2则是滑动电源开关，当电源适配器或电池供电正常时，则通过滑动电源开关来控制断电报警器的供电。如图2所示：图2断电报警器供电电路设计电源旁接入一个稳压管和电阻的并联，再串联一个电阻能使得电源所提供的电压没有太大的波动变化。（2）断电报警器
9、控制开关机的部分根据硬件设计手册，将PWRKEY管脚直接接地，只要我们正常供电，Air202就会开机。因此我们通过按钮SW1来控制PWRKEY管脚是否接地来控制断电报警器的开关机。但必须注意，在启动过程中，断电报警器也是无法关机，因此即使在VBAT管脚的电流超过了启动所需电流时，Air202芯片依然会自己启动。此外，在此模式下，要想顺利启动起来VBAT管脚电压，仍然都要超过软件设置的最大启动电压限值，一旦不能满足，芯片就会关停，也会发生多次开关机的情形。除了通过控制PWRKEY管脚，我们还可以通过以下两种方式来关机：1）低压自动关机：当芯片测试到低压时会关机。2）紧急关机：使用RESET管脚关
10、机。（3）断电报警器三种发光二极管的电路部分三种发光二极管所在的集成化电路，是由NPN型的三极管、集电极发光二极管和发射端接地组成的电压跟随器件组成。这样可以稳定电流和电压发光二极管不会出现过暗或过亮的情况。对发光二极管也起到一定的保护作用。如图3所示：图3发光二极管报警电路设计（4）断电报警器的断电信号检测部分CON2是和外部信号联系的接口，NPN的三极管、二极管与继电器构成了一种电压的跟随装置，并起缓冲作用。在一定程度上能够减少由于输出阻抗较高时，在下一输入阻抗较小时产生的信号损失，从而起到承上启下的作用。这样就可以使输入信号稳定传输到10脚。同时继电器3脚和1脚是闭合的，得电后3脚和2脚
11、相接，所以在断电后3脚和2脚断开，与1脚相接。系统在10脚CRT能检测到检测电路的电压情况，随时进行监控和报警。如图4所示：图4检测报警电路设计2.3断电报警器AT指令连接阿里云用CON3来进行AT指令的编写，根据以下顺序进行上云(在AT指令的结尾都要加上r)：（1）查询芯片信息AT+CGMR(查询软件版本标识)（2）激活数据网络AT+CGATT?（查询是否连上GPRS数据网络）AT+SAPBR=3,1,CONTYPE,GPRS（SAPBR是用来启动与PDP相接的文本，而启动与PDP相接的文本是为了使用UDP协议，并且还能分析域名）。（3）绑定主机通过阿里云验证服务器，可以得到接入服务器所需要
12、的密码，并且每个芯片都可以捆绑一个主机，当阿里云创建产品或者添加新设备时，都必须使用一个三元组:ProductKey,Device-Name,DeviceSecret下文用到的三元组的值分别为：ProductKey=b1KCi45LcCPDeviceName=862991419835241DeviceSecret=VWll9fiYWKiwraBk其中AT+HTTPACTION=120,20000，这个120是DOWN-LOAD下面的数据长度（以字节为单位），在实际应用时，需要针对自己的数字长度加以调整。DOWNLOADproductKey=b1KCi45LcCP&deviceName=8629
13、91419835241&ran-dom=123456&sign=1770d38260cc980dbc4337ed7fe1e8de&signMethod=HmacMD5（这条AT指令会用到三元组的值，sign为HmacMD5算法算出来的哈希值）明文为：deviceName862991419835241productKeyb1-KCi45LcCPrandom123456（random为随机数，长度不定）密钥为：VWll9fiYWKiwraBk计算出来的哈希值为：1770d38260cc980dbc4337ed7fe-1e8deAT交互过程请参照说明书，本文不一一列举。（4）接到阿里云认证服务器获取
14、接入服务器所需的密码，每个芯片只能绑定一个机器，通过第三步动态注册设备后，云平台会返回设备的DeviceSe-cret，本步连接认证服务器，需要用到一个三元组：ProductKey,DeviceName,DeviceSecret 下文用到的三元组的值分别为：46工业控制计算机2023年第36卷第1期ProductKey=b1KCi45LcCPDeviceName=862991419835241DeviceSecret=mRMyB50qafv74A 5FofvhxZ2h9iTL9wX其中，AT+HTTPDATA=112,20000，这个112是DOWN-LOAD下面的数据长度（以字节为单位），在
15、实际应用时，需要针对自己的数字长度加以调整。DOWNLOADproductKey=b1KCi45LcCP&sign=70e7bb641d7566ad26a305dd-20e8e261&clientId=862991419835241&deviceName=8629914198-35241（这条AT命令会用到三元组的值，sign为HmacMD5算法计算出来的哈希值）明文为：clientId862991419835241deviceName8629914-19835241productKeyb1KCi45LcCP密钥为：mRMyB50qafv74A5FofvhxZ2h9iTL9wX7所得哈希值为：
16、70e7bb641d7566ad26a305dd20e8e261AT交互过程请参照说明书，本文不一一列举。（5）连接阿里云接入服务器连接到阿里云服务器后，就可以进行收发自己的应用数据，主要AT指令如下：AT+MCONFIG=862991419835241,PbUqGh2URAj1AtNyyd7X-00107ceb00,425656f625b64560a4bff2a0f16946a3（设置命令）AT+SSLMIPSTART=b1KCi45LcCP.iot-as-，1883（当使用SSL链接进行数据传输时的链接指令）在AT指 令 完成 后，只需 绑定 该Air202芯片以及芯片联网成功就能在云平台上收到断电报警器上传的数据。2.4断电报警器部分重要程序的编写1）系统初始化，连接阿里云，GSM信号强度定时查询，为后续编程做好准备。2）设定GPIO口的输入与输出，完成报警灯的控制。3）根据检测结果，控制LED报警灯的闪烁和蜂鸣器的控制，实现本地报警功能。4）将实时ADC采集的电压检测数据上传到云平台，完成远程报警功能。程序设计流程如图5所示。3断电报警器的使用和检测（1）断电报警器的使用首先
