PL2101在路燈控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘要：新型直序擴(kuò)頻半雙工異步調(diào)制解調(diào)順PL2101具有功能多、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。利用它通過(guò)電力線載波應(yīng)用系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)路燈的集約化及自動(dòng)化管理和控制。文中介紹了用PL2101對(duì)路燈進(jìn)行集約化自動(dòng)控制設(shè)計(jì)的基本原理及軟硬件實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)給出了其設(shè)計(jì)原理圖和主、從控站的程序流程圖。

關(guān)鍵詞：電力線載波 路燈控制 PL2101芯片 通信協(xié)議

1 引言

為實(shí)現(xiàn)校園路燈控制的自動(dòng)化，筆者應(yīng)用PL2101芯片開發(fā)了基于電力線載波的路燈控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用電力載波通信方式，它將所有的路燈連接到計(jì)算機(jī)上，并通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)視所控區(qū)域內(nèi)的路燈工作狀態(tài)，可隨時(shí)設(shè)定開關(guān)時(shí)間、路燈開啟比例或單獨(dú)革一個(gè)路燈的開與關(guān)。任一路路燈的工作電流和溫度均可隨時(shí)查詢，路燈損壞時(shí)可實(shí)時(shí)報(bào)警，并可顯示具體地理位置，以便于快速維修；當(dāng)夜晚（或光線較暗）來(lái)臨且處在交通高峰時(shí)，路燈全部開啟，交通高峰期后，進(jìn)入按比例開啟，如午夜之后70%；在凌晨之前時(shí)段，路燈開啟比例可以降到40%等，這樣既兼顧了照明需要，又減少了電力浪費(fèi)。

2 系統(tǒng)工作原理

該系統(tǒng)由三個(gè)層次組成，分為總控站、主控站及從控站。總控站由PC機(jī)組成，可與主控站通過(guò)光纜或無(wú)線電連接，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)主控站的管理，并設(shè)定開關(guān)燈時(shí)間及執(zhí)行開燈比例指令，同時(shí)對(duì)主控站返回的信息進(jìn)行匯總，對(duì)有故障的路燈通過(guò)圖文顯示出來(lái)，以便準(zhǔn)確確定其所在的位置。

主控站內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。主控站通過(guò)光纜或無(wú)線方式來(lái)接收總控機(jī)的指令，并通過(guò)電力線載波的串行通信方式來(lái)對(duì)從控站進(jìn)行監(jiān)控。一個(gè)通信數(shù)據(jù)包由8字節(jié)數(shù)據(jù)組成，第一、二字節(jié)是主控標(biāo)識(shí)，第三字節(jié)是命令，第四、五字節(jié)是從站地址，第六至第八字節(jié)為數(shù)據(jù)。從理論上講，一個(gè)主控站最多可控制6萬(wàn)個(gè)從站。主控站采用廣播方式發(fā)送命令數(shù)據(jù)，從機(jī)站收到通信包后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，分析的內(nèi)容：一是識(shí)別主機(jī)是否是自己的上級(jí)主控站，二是識(shí)別從機(jī)地址是否是自己的地址，只有在全部確認(rèn)無(wú)誤后，主控站才執(zhí)行命令和相應(yīng)的操作。

從控站的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示，每個(gè)從控站可控制三組路燈，它通過(guò)電力載波接收電路來(lái)接收主控站的指令，并執(zhí)行相應(yīng)的操作，完成對(duì)工作電流的采樣及處理，判斷路燈是否工作正常，以便采取合理的保護(hù)措施；同時(shí)，它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作溫度進(jìn)行采樣處理，以便在溫度超出正常工作范圍時(shí)采取保護(hù)措施，同時(shí)將相關(guān)信息返送回主控站中。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 主要元件的選擇與性能

PL2101是一個(gè)新型的直序擴(kuò)頻半雙異步調(diào)制解調(diào)器，載頻為120kHz，帶寬為15kHz，傳輸速率為500bps，接收靈敏度高達(dá)30μV，另外，PL2101還具有上電復(fù)位、電壓監(jiān)測(cè)電路、看門狗定時(shí)器及可編程實(shí)時(shí)時(shí)鐘等附屬功能電路。該電路抗干擾能力強(qiáng)，靈敏度高，且與TTL電平兼容。此外，PL2101與MCS51系列單片機(jī)的接口非常簡(jiǎn)單，因而完全能夠滿足系統(tǒng)要求。

AT89C2051和89C55WD系列單片機(jī)是具有Flash存儲(chǔ)器且指令與MCS51完全兼容的、高性價(jià)比的微處理器。其中89C2051帶有2kB Flash存儲(chǔ)器，可用于從控站。89C55WD則具有20kB Flash存儲(chǔ)器，可用于主控站。

TLC0832是一款8bit二通道三總線的A/D轉(zhuǎn)換器，其特點(diǎn)是體積小巧、占用單片機(jī)資源少，且性能優(yōu)良。

3.2 電路設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)中的接收放大電路如圖3所示。其中D7用于箝位，以防止過(guò)大的浪涌電流；C5、L1及Q1組成輸入信號(hào)選頻放大電路，以對(duì)輸入的微小信號(hào)進(jìn)行放大，從而提高接收靈敏度。

發(fā)射放大電路如圖4所示。這種發(fā)射放大電路非常簡(jiǎn)單，主要由4個(gè)三極管組成，四個(gè)二極管起保護(hù)作用。從控機(jī)數(shù)據(jù)處理及控制電路原理如圖5所示。當(dāng)PL2101收到的載頻信號(hào)經(jīng)內(nèi)部電路處理后，它將解調(diào)出數(shù)據(jù)bit信息，并經(jīng)RXD輸出，同時(shí)HEAD同步輸出低電平。當(dāng)AT89C2051的INT1產(chǎn)生斷并接收bit后，會(huì)根據(jù)預(yù)定格式合成相應(yīng)的指令信息；同時(shí)根據(jù)指令中所規(guī)定的時(shí)間設(shè)置來(lái)修改開關(guān)燈時(shí)間及開燈的比例，并執(zhí)行開關(guān)燈的操作等。另外，它還將在開燈后監(jiān)控電流、溫度等參數(shù)，以便在嚴(yán)重超標(biāo)時(shí)執(zhí)行保護(hù)措施，同時(shí)及時(shí)給主控機(jī)發(fā)送故障原因信息。

主控機(jī)信息處理電路如圖6所示。它的調(diào)制與解調(diào)電路與從控機(jī)一致，在圖中增加了中文液晶顯示和一個(gè)12鍵鍵盤，可用于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電路參數(shù)設(shè)置。與總控機(jī)之間的通信采用行通信協(xié)議，并通過(guò)中斷由SBUF進(jìn)行收發(fā)，員時(shí)經(jīng)SN75176轉(zhuǎn)換成RS-485電平。其物理結(jié)構(gòu)可以是光纖或無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。

總控機(jī)的作用是在PC機(jī)上用VB開發(fā)整個(gè)城市路燈控制系統(tǒng)的線咱圖，它可在某一路燈發(fā)生故障時(shí)，準(zhǔn)確及時(shí)地顯示出故障發(fā)生的具體位置和可能的故障原因。

3.3 軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件要用C51語(yǔ)言編寫，并采用全部模塊化編程。從控機(jī)中的單片機(jī)程序模塊包括對(duì)PL2101的接收以及電流和溫度采樣、路燈控制等，其主程序流程如圖7所示。主控機(jī)中的程序模塊主要包括對(duì)總控機(jī)通信數(shù)據(jù)的接收、鍵盤的掃描、顯示以及對(duì)從控機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)等，其主程序流程如圖8所示。圖9為其中斷程序。

4 結(jié)束語(yǔ)

該城市路燈控制系統(tǒng)開發(fā)完成后，目前已被應(yīng)用在860只路燈的小型應(yīng)用控制系統(tǒng)中。實(shí)際使用證明：該系統(tǒng)性能穩(wěn)定良好。