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1电力载波芯片的家电控制系统.doc

1电力载波芯片的家电控制系统

平凡的程序员小强
2018-09-04 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《1电力载波芯片的家电控制系统doc》,可适用于工程科技领域

资料来源电子下载网下载时间::本文地址http:ujjcomshejiqianrushihtml电力载波芯片的家电控制系统摘要:以单片机作为主控制器利用家里的V电力线作为信息传输媒介采用电力载波芯片ST实现对家电的信号采集及对智能控制软件采用C#编程将家中个人电脑作为服务器并以网站形式使用户可以远程登录从而形成一套对家电的智能控制系统。用户可以随时随地通过各种方式登录Internet方便地对家电进行控制并可以随时查询家电的各种状态。关键词:电力载波智能家居ST中图分类号:TP文献标识码:AApplianceRemoteControlSystemBasedonPowerLineCarrier※GuanXuezhong,QianHuafei,SunLiling,TangYu(NortheastPetroleumUniversity,Daqing,China)Abstract:UsingMCUasmaincontrollerandVpowerlineasthemediaofinformationtransmission,signalcollectionandsmartcontroloftheappliancesareimplementedbasedonthepowerlinecarrierchipSTThesoftwareusestheC#languagetoprogramthegraphicalinterface,andusesPCtoactasaserverwhichisaWebsite,constitutinganintelligentappliancecontrolsystemUserscanlogontotheWebsiteanywhereatanytimetocontroltheapplianceathomeandinquirethestatesoftheapplianceKeywords:powerlinecarriersmarthomeST引言电力线通信有很多的优点:通信距离长不受地形、地貌的影响投资小施工期短设备简单实现成本低。电力线网四通八达遍布城乡覆盖范围广可充分利用现有低压电力线基础设施无需重新架设线路避免了因布线而对公共设施和建筑物的损坏节省了人力、物力。本文采用电力载波技术设计了对家电的智能控制系统使用户可以随时随地通过各种方式登录Internet方便地对家电进行控制。系统总体设计系统总体结构框图如图所示。主控制器采用Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS位单片机ATC。图系统总体结构框图ST是SGSTHOMSON公司在电力载波芯片ST、ST基础上推出的一款为家庭和工业领域电力线网络通信而设计的半双工、同步异步FSK调制解调器芯片适用于电力载波通信网络的应用。ST使用单电源运行集成一个线性驱动器以及一个V线性调整器通过内部的寄存器来进行控制使用同步串行接口编程诸如看门狗、时钟输出、输出电流电压控制、起始检测、超时机制功能使用BCDV技术在同一芯片上使用DMOS及双极性CMOS结构。ST有种载波频率在同一时刻只有一种频率可用。通信通道可以是正常模式或多频方式的组合。通过控制寄存器可以选择不同的频率发送和接收过滤器也随之改变。ST通过串行接口与主控制器交换数据。在使用RxD、TxD、CLRT交换数据时数据传输由REGDATA和RxDx线来管理。有种工作模式:数据发送、数据接收、读控制寄存器、写控制寄存器如表所列。表ST的种工作模式 工作模式REGDATARxDx数据发送数据接收读控制寄存器写控制寄存器线路访问有异步和同步两种通信方式可以通过内部寄存器来选择。当ST在数据接收模式时内部锁相回路恢复参考时钟并且在CLRT上升沿时RxD上的数据有效。当ST在数据发送模式时参考时钟由内部产生并且TxD上的数据在CLRT的上升沿被读取。如果RxTx线被设置为且REGDATA=则ST进入闲置状态并且CLRT被迫使为低电平。经过一段时间调制解调器开始在RxD上提供接收到的数据。如果RxTx线被设置为且REGDATA=则ST进入一个闲置状态并且发送电路打开经过一段时间解调器开始发送数据到TxD端口。读写控制寄存器时操作ST控制寄存器总是使用同步方式且使用和主接口相同的接口线(RxD、TxD和CLRT)以及REGDATA。当REGDATA=并且RxTx=时TxD线的数据首先写入控制寄存器的最高有效位(MSB)在CLRT的上升沿采样TxD状态。控制寄存器的内容在寄存器存取结束(REGDATA下降沿)时更新如果图电力线接口电路超过位传输则只有最后的位有效。当REGDATA=并且RxTx=时控制寄存器的内容传送到RxD口CLRT上升沿时稳定并且首先传输最高有效位(MSB)。当RxTx=、REGDATA=时接收电路部分处于工作状态。输入信号从RAI引脚取得以SGND为参考地并经过带通前置滤波(±kHz)可通过设置控制寄存器位取消前置滤波器。输入阶段在宽动态范围内在噪音环境下接收到很弱的信号。所应用的波形幅度由自动增益控制机构(AGC)自动调整再经过一个窄带带通滤波器之后信号被一个混频器通过FSK调节器产生的正弦波修整在送入FSK解调器之前通过中频带低通滤波器进一步改善信号最后FSK解调器将信号传至RX逻辑进行最后的数字滤波。当RAI引脚没有检测到标志或空频率时数字滤波能消除带尖峰的远大于零的噪音信号。在接收模式下标志和空频率必须拉开至少“波特率”以便正确解调。当ST处在数据接收模式时,发送器电路(包括功率接口)都被关断这样可以使器件达到很低的电流消耗(典型为mA)。服务器的搭建采用家用电脑在电脑上安装MicrosoftIIS服务器并制作成网站形式用户可以远程访问属于自己的页面。其中页面上显示出家电当前的状态并可以通过按钮来发送控制命令进而控制家电的状态比如灯的亮和灭。网页采用VisualStudio开发软件用C#语言编写。上位机软件和下位机主控制器采用串口进行通信而主节点控制器和从节点控制器通过ST在V电力线上进行通信。电力线接口电路设计电力线接口电路的功能是将调制解调芯片与电力线相耦合。它的性能决定了通信效果的好坏是实现载波通信的关键主要包括发送滤波电路、接收滤波电路和耦合保护电路。发送滤波电路对ATOP、ATOP输出的载波信号进行滤波滤除掺杂在信号中的谐波噪声和伪信号从而将处理后的信号以较高的效率和一定的功率耦合到电力线上。在图中由C、L和C、C、R、L构成一个四阶带通滤波器所用的信道频率为kHz接收滤波电路用以滤除指定频率以外的无用信号和噪声将有用的载波信号输入给ST采用并联谐振电路由R、L、C、C构成二阶无源带通滤波器中心频率为kHz(由L、C的值决定)耦合保护电路用来隔离交流V强电信号其中D、D、D用于防止电力线上的浪涌或冲击等高能量信号对后级电路的损坏。ST的Vsense、CL脚用于引入对输出电压、电流进行自动增益控制的反馈信号。从图中可以看出ST的外围器件相对较少。ST是采用FSK调制技术的高集成度电力载波芯片内部集成了发送和接收数据的所有功能包括功率放大、电压电流自动控制因此大大简化了应用电路。ST还提供了看门狗、时钟输出、复位、VV电源输出等可以方便地与单片机相连接。在电力线接口电路中信号滤波部分是整个模块的关键部分它包括输入窄带滤波器和输出窄带滤波器两部分。电力线中的信号经变压器耦合传输到变压器左侧从R和C的连接处导入输入滤波电路。经过C与L组成的并联电流谐振电路滤波信号传输到ST的RAI端口。电容C用于隔离可能过高的直流电压起保护作用。图为输入滤波电路。如图所示输出滤波电路由C、C、R、L串联构成。其作用和输入滤波电路是一样的都是让特定频率的信号通过而阻止其他频率的无用信号。此电路是串联电压谐振电路当电路中的信号频率正好与其固定谐振频率相等时在电容与电感中就会发生电压谐振电容中的电压与电感中的电压正好大小相等方向相反。此时容抗与感抗相等电路中的电压与电流的相位相同电路呈现纯电阻性这种现象叫串联谐振。图输入滤波电路图输出滤波电路 单片机和ST接口电路设计ST和单片机的通信采用SPI接口。SPI(SerialPeripheralInterface串行外设接口)是一种同步串行外设接口它可以使单片机与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息如图所示。图ST与单片机的接口电路ST可以使用三线接口(RxD,TxD,RxTx)与单片机进行异步连接数据交换不需要任何额外的时钟以及附加的协议。在数据接收模式下单片机必须恢复参考时钟并在发送模式时控制发送位的时间当未检测到载波时RxD被强制拉成低电平。另外ST也可以使用四线接口(RxD,TxD,RxTx,CLRT)与单片机进行同步连接。ST总是通信的主端并且利用CLRT提供时钟参考。ST和单片机的接口实际上属于SPI总线系统可直接与各个厂家生产的多种标准外围器件直接接口。该接口一般使用条线:串行时钟线(SCK)、主机输入从机输出数据线MISO、主机输出从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线SS。在此电路中CLRT相当于SCKRxD相当于MISOTxD相当于MOSIRxTx相当于SS,UARTSPI脚接地。数据收发控制使用的是P口线当RxTx=、REGDATA=时载波芯片处于数据发送模式TxD输入向电力线发送的数据当RxTx=、REGDATA=时进入数据接收数据模式RxD输出从电力线上接收到的数据REGDATA=时读写控制寄存器设置芯片功能参数。CLRT输出数据收发的同步时钟信号与单片机的外部中断INT相连单片机以中断的方式完成对ST的读写。P输入载波侦听信号ST检测到工作频率的载波时CDPD=无载波时,CDPD=。另外要在s内清零看门狗计数器因为ST的看门狗时间是s。结语ST为家庭和工业环境应用而设计功能强大集成度很高且采取了多种抗干扰技术。虽然它采用FSK调制技术而没有采用扩频技术但是正因为如此它可以在噪声频带很宽的信道环境下实现可靠通信。如果能够很好地利用它的多频段性可以克服窄带通信的缺点。经过实验证明系统运行可靠具有较高的性价比可以广泛地应用到智能家庭和智能楼宇系统中。编者注:本文为期刊缩略版全文见本刊网站wwwmesnetcomcn。参考文献蔡美琴,张为民,何金儿等MCS系列单片机系统及其应用M版北京:高等教育出版社STmicroelectronicsDatasheetofST,刘晓胜,徐殿国电力载波芯片ST及其应用J单片机与嵌入式系统应用,():胡瑞,周浚哲,王洪源基于ST的电力线载波通信接口设计J沈阳工业学院学报,():刘海涛,张保会,谭伦农低压电网的窄带衰落特性研究J西安交通大学学报,():仲元昌,曾孝平低压电力线扩谱通信系统及抗干扰性能分析J电工技术学报,,():高锋,董亚波低压电力线载波通信中的信号传输特性分析J电力系统自动化时代,,():喜明电力线通信的可靠性研究J湖南工程学院学报,,():关学忠(教授)主要研究方向为结构适应系统的辨识、预报和控制、基于神经网络的控制及故障诊断技术迁华斐(硕士)主要从事容错控制与故障诊断技术的研究。(收修改稿日期:||)推荐阅读:(按住Ctrl鼠标左键点击标题可以打开详细内容)、IC检测方法、什么是遥感技术、什么是无线网址、制冷设备维修技巧、什么是色温、手机RF设计问答、微波简史、微波小知识、卫星导航知识、卫星与遥感技术

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