基于电力载波的教室电器智能节能系统设计.docx

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基于电力载波的教室电器智能节能系统设计

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基于电力载波的教室电器智能节能系统设计

摘要：介绍一种基于电力载波通信的教室节能系统的设计方法，给出系统硬件结构，时红外检测的电路、电力载波芯片LM1893的工作原理以及单片机相应的外围电路进行分析，并着重介绍基于载波通信的PC机与单片机多机通讯的通讯协议以及上位机和下位机软件设计思路。经实验证明，该系统运行可靠。

关键词：电力载波；红外检测；串行通信；节能系统

中图分类号：TN92，TP311

文献标识码：B

文章编号：1004—373X(2008)04—191—04

1系统结构

教室电器智能节能系统主要由人体检测、亮度检测、温度检测、单片机模块、电力线载波通信模块、上位机控制软件6个功能模块组成。

该系统以PC机作为上位主机，各下位机由单片机组成，各下位机之间无数据传输，只与主机产生数据交换，系统结构如图1所示。

1.1红外检测模块

教室人数统计由2个人体检测电路实现，分别安装于教室门口内、外两侧。门内外两侧的红外传感器只要检测到有人进教室或出教室，其输出将有电平跳变，从而先后触发单片机的中断，单片机根据中断次数和顺序统计教室人数。红外传感器采用热释电红外传感器D203S，其外围电路如图2所示，IClA是一级低频信号的放大电路，放大后信号滤波电路选出信号0.2～10Hz的信号。

在静态时，6，7脚的电压也是1/2×VCC，当有信号后，6脚的电压就会在1/2×VCC上下摆动，这个电压再通过IClB进行放大，输入到后面的比较电路，该门限电路不管输入信号是在1/2×VCC上偏还是下偏，都将在上下门限值之间输出一个高电平，此高电平经过光耦后的信号作为单片机INTO外部中断的请求信号。

1.2电力载波通信模块

上位机须根据单片机的检测数据自动控制教室照明和风扇的开通与关断，而上位机与各个单片机之间的信号传输是通过2片电力载波芯片LM1893将信号在电网上调制或解调来实现。

LMl893是美国国家半导体公司生产的高性能专用电力载波通信芯片，具有使用方便、价格低廉、精度高和可靠性好的特点，采用移频键控的调制解调方式，抑制噪音的FSK调制方式，可实现任意编码方式的数字序列半双工通信，载波频率在50～300kHz之间可选择。

单片机机与电力载波通信芯片LMl893连接电路如图3所示，上位机与LMl893的外围电路基本与此类似。LMl893的5脚为TX／RX发送接收控制端，由单片机的P1.0端控制，高电平为发送状态，低电平为接收状态。LMl893输入端17管脚与单片机的串行发送端相连，当控制端为电平时，由单片机输入的数据经LMl893芯片内部的调制振荡单元，调制为125kHz的正弦模拟信号，经过功率放大后从芯片的I／O(第10管脚)输出，最后通过信号耦合变压器将此模拟信号耦合到电网上，实现数据的传送。

当控制端为低电平时，接收端12管脚与单片机的串行输入口接收端相连。从电力线上来的信号经高压耦合电容和变压器T组成的耦合电路从LMl893的10脚送入内部平衡限幅放大器，经芯片内部电路的解调处理，从数据输出端12脚输出数据信号(TTL电平)，从而实现单片机的接收。上位机的发送接收的方式和原理与此相同，不赘述。

2系统的软件设计

2.1通信协议

为了保证电力线通讯的顺利进行，本系统采用的通信协议遵守《地区电网数据采集与监控系统通用技术条件》，并且参照x－10协议。在电力线载波通信的过程中，因为采用异步半双工工作方式，所以一定要有包含控制机制的传输协议以确保数据的可靠传输。上位机和下位机需采用适当的协议和时序配合。该设计中，每次通讯过程总是由上位PC机首先发起，通讯时单片机先进入通讯状态，等待与计算机通讯。上位机向下位机发送的命令为系统码、地址码、命令码和校验码。

由于采用共用的电力线通讯，为避免电力线上的杂波载波信号对本系统主机和各从机的误接收，在发送地址信号前，加了一个系统码。而校验码是对此码前所传送的所有数据进行简单加法，保留1个字节，进位自然溢出得到的数值，数据传输的接收方对所收到的数据的正确性进行判断。同理，从机向主机发送命令为起始码、地址码、数据块和校验码。

2.2上位机软件实现

上位机采用Delphi7作为开发环境，对数据的存储采用数据库Paradox，此单端数据库由Borland公司开发，可采用BDE引擎，与Delphi7融合较好。对串口RS232直接使用WindowsAPI函数和多线程技术实现通信功能，串口通信软件由负责人机交互的主线程和对串口进行处理的后台辅助线程组成。

通信软件构架如图4所示，主线程是串口通