基于單片機(jī)的電力線載波溫濕控制系統(tǒng)設(shè)計

　　溫箱內(nèi)部采用電熱絲和電風(fēng)扇調(diào)節(jié)溫度。檢測到溫度低于設(shè)定溫度時，電熱絲通電，當(dāng)溫度超過設(shè)定溫度時，電風(fēng)扇通電降溫，兩者均通過繼電器實現(xiàn)工作。

　　按鍵模塊選用8緩沖驅(qū)動器，三態(tài)的74LS244擴(kuò)展8個按鍵。按鍵沒有按下時，IO輸入被拉高為高電平；當(dāng)按鍵按下時，相應(yīng)管腳被拉低，產(chǎn)生外部中斷信號，在中斷服務(wù)程序中讀按鍵信息。使能芯片，單片機(jī)通過74LS244讀取按鍵狀態(tài)。每個按鍵對應(yīng)于電力線上的各個溫箱設(shè)備，各控制設(shè)備既是主控設(shè)備也是被控設(shè)備，方便實驗員隨時調(diào)節(jié)各溫箱情況。

　　溫度調(diào)節(jié)模塊通過旋轉(zhuǎn)編碼器即旋鈕進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，能比較準(zhǔn)確地設(shè)定溫度值。旋轉(zhuǎn)編碼器是通過轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，經(jīng)內(nèi)部電路產(chǎn)生90°相位差的正、反計數(shù)脈沖，不直接改變信號，轉(zhuǎn)速越高其脈沖寬度就越窄。當(dāng)旋轉(zhuǎn)編碼器正向旋轉(zhuǎn)時，A相相位超前B相90°；反向旋轉(zhuǎn)時，B相超前A相90°。編碼器旋轉(zhuǎn)時，每轉(zhuǎn)過一個柵格，A相就產(chǎn)生一個脈沖信號，觸發(fā)一次中斷，在中斷服務(wù)程序中通過判斷B相的值來確定是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)并計數(shù)。為了有效地消除旋轉(zhuǎn)時的抖動，編碼器產(chǎn)生的信號通過施密特觸發(fā)器整形后再接到單片機(jī)，同時在代碼中做一個相應(yīng)的延時能達(dá)到很好的效果。

　　為了能直觀地反映溫箱內(nèi)的環(huán)境情況，本設(shè)計增加了通用的12864液晶模塊。該液晶模塊的控制芯片為ST7920，支持繪圖、字符和漢字，在一般的應(yīng)用中足以勝任。當(dāng)液晶控制碼為寫狀態(tài)時，數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送至液晶控制單元，顯示各溫箱溫濕度值及變化趨勢，并能顯示預(yù)計溫度變化時間等信息。

　　2.3 編解碼模塊

　　編解碼電路以MT8888為核心單元，通過控制單元的控制，可以分別執(zhí)行編碼、解碼。當(dāng)有按鍵操作時，單片機(jī)被喚醒進(jìn)入中斷，讀旋轉(zhuǎn)編碼器變量，獲取溫度調(diào)節(jié)信息，對所選擇溫箱進(jìn)行溫度設(shè)定，將數(shù)據(jù)由單片機(jī)P1口送至MT8888。MT8888工作于DTMF發(fā)送模式時，單片機(jī)發(fā)送4位BCD碼于TDR(發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器)中控制芯片內(nèi)部分頻器合成DTMF發(fā)送信號，由8號引腳輸出經(jīng)耦合電路加載至電力線上，同時將修改信息送液晶顯示，方便管理。

　　在被控設(shè)備端，其原理大致與主控設(shè)備端相似。此時，MT8888工作于接收模式。通過耦合電路卸載電力線上的DTMF信號，送MT8888解碼后經(jīng)RDR(接收數(shù)據(jù)寄存器)送單片機(jī)。單片機(jī)通過中斷服務(wù)程序，在P1口獲取解碼后的BCD碼信息。通過對比接收到的數(shù)據(jù)和各終端設(shè)備設(shè)定數(shù)據(jù)，判斷是否執(zhí)行操作，并返回操作信息。在整個過程中，任意終端設(shè)備均可以了解在整個電力線系統(tǒng)中其他設(shè)備的工作狀況。

　　2.4 電力線耦合模塊

　　按照低壓電力線通信耦合技術(shù)的要求，必須進(jìn)行強(qiáng)弱電隔離，同時確保較高的載波信號加載效率。為此，本系統(tǒng)采用“電磁耦合”與“阻容耦合”相結(jié)合的“復(fù)合耦合”[4]。載波接收耦合電路如圖２所示，變壓器在耦合載波信號的同時使通信電路與強(qiáng)電隔離。二極管D1、D2起限幅作用，用來保護(hù)后續(xù)電路。其調(diào)諧回路的諧振頻率應(yīng)滿足：

　　若將中心頻率選在460 kHz，電容取值為22 nF，經(jīng)計算可得電感L的取值在5.7 nH左右，即通過調(diào)節(jié)變壓器初級繞組電感量來調(diào)節(jié)中心頻率。變壓器T1將電力線與耦合電路的其余部分相隔離，從電力線上接收載波信號，濾除來自電力線上的干擾噪聲。

　　發(fā)送耦合電路如圖3所示，三極管Q1和變壓器T1組成調(diào)諧功率放大電路。同樣變壓器在耦合載波信號的同時使通信電路與強(qiáng)電隔離。在Q1和前級運(yùn)放之間通過一個電阻R1耦合載波信號，同時避免后級電路產(chǎn)生自激振蕩，也能相應(yīng)的增加放大器的負(fù)載阻抗。前級運(yùn)放輸出的信號經(jīng)R1輸入到功率放大管Q1，再經(jīng)Q1和諧振網(wǎng)絡(luò)組成的單調(diào)諧放大器放大耦合到電力線上，實現(xiàn)信號的發(fā)送。