低压电力线载波在校园节电系统中的应用

2015-07-01许文强

淮南职业技术学院学报 2015年6期

关键词：电力线上位载波

周莉,许文强

(安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽淮南232001)

低压电力线载波在校园节电系统中的应用

周莉,许文强

(安徽理工大学电气与信息工程学院, 安徽淮南232001)

传统的通信技术一般采用专门的数据传输介质,布线繁琐而且造成浪费;提出一种基于低压电力线载波通信技术的校园节电控制系统,介绍了载波通信原理,并且设计了系统的硬件电路和软件流程;系统选用PL2102作为通信芯片,单片机作为控制芯片,将电力线载波技术应用于校园节电系统,由于不需要铺设专门的控制线路,不仅节约了成本,也便于控制和管理,因此具有较好的应用前景。

单片机; 电力线载波技术; PL2102

目前许多学校教室照明系统仍在采用传统的的人工控制方式,难免会出现教室无人灯仍然点亮的现象。这种情况造成了资源的大量浪费,为从根本上杜绝浪费,合理地分配使用资源,提高校园用电管理效率,本文采用低压电力线作为数据传输介质进行数字化通信,以实现对校园灯光的远程控制和管理。

1 工作原理概述

本文主要设计了主机和终端两个部分。主机部分包括PC、单片机和电力线载波模块。主机作为整个控制系统的中心位于控制室内,负责接收终端地址、指令代码、校验码等从终端采集来的数据。主机对接收到的数据进行处理,同时向终端发出相应的指令。终端通过外围设备和载波通信模块对灯具的电参数进行处理分析并发送相应数据给主机,同时执行主机发送到终端的指令。系统结构原理如图1所示。

图1 系统总体结构

2 系统硬件电路的设计

2.1 主要器件的选择

该系统采用PL2102作为电力线载波通信芯片,PL2102是能够在电能质量较差的情况下正常工作的电力线载波通信芯片。该芯片由+5 V电源供电,在主电源掉电的情况下,也可由3 V备用电池供电。该芯片通过外部的接口电路与电力线耦合,使用I2C接口与外部的微处理器连接,PL2102芯片还内置了电压监测、看门狗定时器、复位电路等5种常用的功能电路。直接序列扩频、数字信号处理、直接数字频率合成等新技术的大量应用以及高标准的制作工艺使得PL2102在环境较为恶劣的情况下能够稳定工作。

STC89C52是一种8位微控制器,低功耗、高性能的特点使得其得到广泛的应用。STC89C52能够满足系统设计的需要,同时使得电路设计更加简便。

2.2 电路设计

该系统的核心设计使设计载波收发电路,低压电力线载波接收电路和发送电路结构如图2所示。

图2 载波收发电路结构

载波收发电路连接图如图3所示。接收电路部分主要包括:D7是瞬变电压抑制二极管,预防过大的浪涌电流对电路的损坏。由C15、C16和L2组成的并联谐振模块对120 k Hz信号进行选频,同时可以对输入的微小信号有放大的作用。发射电路部分主要包括:C14、L1(18μH/200 m A)用于发射电流和波形的调整。同时由于线圈带载能力的限制,发射电流和波形的改变将改变发射功率和自损。发射功率与发射电压VHH成正相关关系,由于发射电压增高直接导致晶体管自身损耗增加,综合考虑一般选择发射电压为10～18 V。

单片机作为微控制器,负责控制电力载波模块,与载波模块连接图如图4所示。载波模块PL2102将载波信号解调后输出,同时HEAD引脚给单片机中断信号。单片机接收中断信号后产生中断,接收RXD_TXD输出的信号,根据指令执行相应的操作。

图3 载波电路原理图

图4 单片机控制电路

3 软件设计

3.1 载波部分软件设计

程序采用C语言编写。载波通信接收流程如图5所示,首先程序进入接收中断,不断读取接收到的数据,当接收到同步头0x09AF时,说明后面的数据都是有效信息,提取有效信息后置位接收完成标志,返回本次中断。

图5 载波通信接收流程

载波通信发送流程如图6所示。程序首先进入发送中断,先发送40位数字1,再发送同步头0x09AF,然后发送缓冲区内的有效数据,数据全部发送完后将发送状态转变为接收状态,最后返回本次中断。

图6 载波通信发送流程

3.2 上位机程序设计

单片机通过串口与上位机通信,当单片机进入串口中断程序时,将数据发送给上位机。单片机数据发送程序流程图如图7所示。

上位机程序选用Visual Basic 6.0开发。VB支持面向对象的程序设计,设计简单方便,人机界面友好。VB有多种方法可以实现串口通信,便于上位机与系统的连接。

本系统采用VB提供的通信控件进行上位机程序开发。该控件功能强大,可自行设置串口的状态及串行通信的信息格式和协议,充分实现上位机与系统之间数据信号的发送与接收。通过此控件,简单高效地实现了PC机与设备之间的通信。

图7 单片机数据发送流程图

4 结束语

本文主要研究了低压电力线载波在校园照明节电控制系统中的应用。通过设计硬件电路和编写系统软件,利用电力线作为信号传输介质,很好地实现了对校园照明灯的远程监控和管理。本文设计的系统既使管理效率得到明显提高,又使资源得到合理化应用,同时还使校园照明灯的使用时间得到明显延长,在校园内应用得到了良好的经济效果。

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TM73

1671-4733(2015)06-0015-04

10.3969/j.issn.1671-4733.2015.06.005

2015-11-10