公共场所节能监控系统之主站点设计

淮安信息职业技术学院电子工程学院 周丽红 徐江海

公共场所节能监控系统之主站点设计

淮安信息职业技术学院电子工程学院 周丽红 徐江海

公共场所节能监控系统能自动检测各个房间用电设备的工作情况，监测房间是否有人，在没有人或人已离开时，自动切断照明灯、风扇、空调等电器设备供电，减少电能的浪费。系统主要包括三部分，主站点、从站点及系统监控界面。分布式节能监控系统的主站点的主要功能是获取各个从站点的信息，再将这些信息传送至监控中心的电脑，论文主要完成主站点硬件电路设计、电力载波通信接口，编写软件程序，实现监控主机、主站点和各个从站点间的信息传送。

监控系统；主站点；电力载波；节能

0　引言

学校、政府机构等公共场所，存在着浪费能源现象，为节约能源，减少碳排放，设计节能监控系统，该系统能自动检测各个房间用电设备的工作情况，监测房间是否有人，在没有人或人已离开时，自动切断照明灯、风扇、空调等电器设备供电，减少电能的浪费，达到开源节流的目的。本系统包括三部分，主站点、从站点及系统监控界面。从站点对各房间用电设备进行监控，同时把相应信息通过电力载波传送给主站点，主站点将接收的信息传送给监控的电脑，在监控电脑上实时显示各从站点信息［1］。本论文设计其中的主站点。

1　监控系统主站点硬件方案

分布式节能监控系统主站点的主要功能是获取各个从站点的信息，再将这些信息传送至监控中心的电脑，硬件系统如图1所示。主要包括STC12C5A08S2单片机构成的单片机最小系统、与监控主机通信的电平转换接口电路、与分站点通信的电力载波模块接口电路。

图1　主站点的硬件系统

2　硬件电路设计

论文主要内容是主站点与监控电脑主机和各从站点间的通信，通信接口电路的设计是重点。由于主站点要分别与监控电脑主机和从站点间进行数据交换，需要两路串行通信接口。选择具有两个串口的STC12C5A08S2单片机，分别实现两路串行通信［2］。

2.1单片机最小硬件系统

STC12C5A08S2单片机最小硬件系统如图2所示，采用上电复位电路，因为系统的主要功能是信息串行通信，为便于设置串行通信的波特率，系统晶振采用11.0592MHz［3］。

图2　STC12C5A08S2最小硬件系统

图3为采用MAX232芯片构成的RS-232电平转换接口电路。用于实现主站点与监控主机间数据通信接口。同时图3也是STC12C5A08S2单片机ISP接口，通过该接口可以将应用程序直接下载到单片机中，无需使用编程器下载程序。

图3　RS-232电平转换接口电路

2.3BWP09电力载波接口电路

主站点与从站点之间通过电力载波进行通信，本项目选择电力载波模块BWP09，BWP09模块与单片机系统的连接如图4所示，将模块的数据发送端、接收端与单片机的串口交叉对接，通过A、G引脚外接的耦合线圈和隔离高压电容，将含有信息的载波信号传输到电网，也接收电网的载波信号，经BWP09解调后送给单片机进行处理。串口用STC12C5A08S2单片机的第二串口，即P1.2（RXD2）、P1.3（TXD2），每一个从站点也有这样的通信接口，就可以和主站点一起构成基于电力载波通信的主从分布式监控系统［4］。

图4　BWP09电力载波通信接口电路

3　软件设计

3.1多机通信

串口2的多机通信原理与串口1的原理是相同的，利用S2SM2多机通信选择位，结合串口工作在方式2或方式3，实现多机通信。单片机芯片构成的多机通信一般都采用主从式，通信只在主机和从机之间进行，从机间不能直接进行通信。并且整个系统的通信过程完全由主机控制，主机寻址到某个从机，从机才和主机进行通信。

单片机构成的多机通信的连接电路如图5所示。所有从机的TXD端连在一起，接到主机的RXD 端。所有从机的RXD端连在一起接到主机的TXD端。本课题的多机通信是指单片机串口通过电力载波模块BWP09，然后通过电网构成通信系统，虽然经过了载波模块，单片机间的通信机理还是相同的，只是通过BWP09对信息进行了调制和解调，使信息传递到更远距离，并且通过电网传输，不需要另外的通信线路［5］。

图5　多机通信连接电路

主机发给从机的通信内容分为两类：地址、数据（命令）。地址信息是发给所有从机的，数据只能发给被寻址的从机。51系列单片机的多机通信，利用串行口控制寄存器SCON的多机控制选择位SM2，让串行口工作在方式2或方式3，利用发送的第9位数据TB8表示地址信息还是数据信息，TB8=1，表示发送的是地址，TB8=0，表示发送的是数据信息。SM2=1时，从机只能接收主机发送的地址信息（TB8=1），对数据信息（TB8=0）忽略，而在SM2=0时可以接收所有信息。利用SM2的特性，并将所有从机设置为SM2=1，主机首先发送地址信息（TB8=1），所有的从机都能接收，从机在接收到地址信息后和自己的地址编号比较，如果一致，将自身的SM2位清0，为接收数据信息做好准备，并将自己的地址编号作为数据信息发给主机，如果接收的地址信息与自身的地址编号不一致，则不做任何处理。主机在接收到从机的回复地址信息后，再发送数据信息（TB8=0），这时只有SM2=0的从机才能接收，其它从机都不接收，实现主机和某一从机的通信。在通信结束后从机再将自身的SM2置为1，等待主机的下一次寻址［6］。通信过程可以分为以下几步：

（1）主机的SM2置为0，所有从机初始化时置SM2=1，只能接收主机的地址信息（TB8=1）。

（2）主机发送地址信息（TB8=1）。

（3）所有从机接收地址信息后，与自身地址编号比较，一致将自身的SM2清为0，并回发地址编号（TB8=0），不一致，不做任何处理。

（4）主机接收从机的回复地址，确认已寻址到从机，然后发送数据信息（TB8=0），只有指定的从机（SM2=0）能接收；如果等待接收回复地址超时，可重新发送前面地址信息或寻址其它从机。

（5）被寻址的从机与主机通信完毕，将SM2重新置为1，回复初始状态。

系统使用串口2，上述多机通信控制的寄存器使用的S2CON及其中的控制位。由于在本系统应用中，主站点只是把各从站点的信息收集起来，送给监控主机，因此在与从站点的通信中，只有地址信息，没有数据（命令）信息，多机通信过程可以简化。主站点只发送从站的地址编码，然后等待被寻址到的从站点发送数据（超时退出等待），接收完毕后寻址下一个站点［7］。

为保证通信的可靠和有条不紊，主站与从站按以下通信协议操作：

（1）从站点的地址编号为01H～FH。

（2）主机的S2SM2置为0，可以接收从站点的所有信息。发送地址信息时，S2TB8=1，使所有从站点都能接收地址信息。

（3）所有从站点的SM2置为1，可以接收主机的地址信息（S2TB8=1），从机发送自己信息时，使TB8=0，只有主机能接收，其他从站点不能接收。

（4）被寻址到的从站点依次向主机发送4个字节的信息：从站点地址、从站点开关状态、从站点用到设备状态、从站点有无人员工作状态。从站发送数据格式及规定如下：

从站地址，开关状态，设备状态，人员状态。

从站地址：1～255。

开关状态：8位二进制数，代表8个开关状态，1开关闭合，0开关断开。

设备状态：8位二进制数，代表8个设备，1电器设备通电工作，0设备断电不工作。

人员状态：55H代表有人，AAH代表无人状态。

3.2串口2初始化设置

主站点与从站点之间是通过电力载波模块实现通信，由于BWP09的波特率是9600 BPS，需要将单片机串口2的波特率也设置为9600BPS。

由于串口2只使用独立波特率发生器进行通信，串口2的初始化化程序如下：

#include“stc.h”

S2CON=0xD0； //串口2方式3允许接收

BRT=0xfd； //独立波特率9600

AUXR=0x10； //允许独立波特率工作，不加倍，12时钟周期计数一次

AUXR1=0； //串口2在P1口

IP2H=0； /

IP2=0； //串口优先级设为0级

IE2=0x01； //允许串口2中断

EA=1； //中断允许

3.3主站点与监控主机间通信

主站点与监控主机间通信比较简单，主站点接收到从站点信息，立即通过串口1发送给监控主机。串口1的波特率也设置为9600BPS［8］，串口1的初始化程序如下：

#include“stc.h”

SCON=0x40； //方式1 不允许接收

TMOD=0x20； //T1方式2

TH1=0xfd；

TL1=0xfd； //波特率9600

TR1=1； //

3.4主站点程序设计

主站点程序设计思路，主站点依次从1至255向从站点发送寻址信息，然后等待从站发送信息，同时开始延时计时，在设定时间内没有收到从站点信息，则停止等待，进行下一从站的寻址。收到从站信息，停止延时计时，进行下一从站的寻址。收到从站信息，立即通过串口1发送给监控主机。程序框图如图6所示。

图6　主站程序框图

4　结束语

系统主要是利用单片机STC12C5A08S2、电力载波模块BWP09及软件LABVIEW设计了公共场所节能监控系统，利用现有的电力线传输数据而无需外加传输线路也不占用现有的通信资源，具有造价低廉、安装简单、传输线路广泛等优点［9］。

［1］张艳雯.教室照明的经济分析及节能措施［J］.岳阳师范学院学报：自然科学版，2001（2）：73-75.

［2］王海伦，叶冬芬.基于单片机控制的教室照明智能控制系统［J］.机电一体化，2005（1）：69-70.

［3］黄松岭，吴静.虚拟仪器设计基础教程［M］.北京：清华大学出版社，2008，1：101-102.

［4］胥和平，苟皓东.基于电力载波技术的智能化路灯控制系统［J］.电工技术，2010（2）：100-102.

［5］关学忠，迁华斐，孙丽玲等.基于电力载波芯片的家电控制系统设计［J］.单片机与嵌入式系统应用，2010，9：77-79.

［6］闫振宁，于会山，宋审宇等.基于电力载波技术的智能化路灯控制系统［J］.微计算机信息，2010，10：50-52.

［7］姜亚南，杨帅，魏天勇.基于电力线通信技术的城市路灯节能监控系统［J］.水电能源科学，2011，1：77-80.

［8］朱树先，高涵文，朱学莉.基于无线通信模式的照明节能监控系统研究［J］.照明工程学报，2013，3：80-82.

［9］邓鹏.基于物联网的校园节能监控系统的研究［J］.湖南工业大学，2013.2：85-87.

徐江海，男，硕士研究生，副教授/高工，主要研究方向：智能控制。

The design of the main site of the energy conservation monitoring system in public places

Zhou Lihong Xu Janghai
（Huai college of Information Technology Jiangsu Huaian ，223003，China）

Energy-saving monitoring system of public places can automatically detect each room with the working condition of the electric equipment，monitoring room if anyone，no people or people who have left，automatically cut off the lights，fans，air con-，monitoring room if anyone，no people or people who have left，automatically cut off the lights，fans，air con-monitoring room if anyone，no people or people who have left，automatically cut off the lights，fans，air con-，no people or people who have left，automatically cut off the lights，fans，air con-no people or people who have left，automatically cut off the lights，fans，air con-，automatically cut off the lights，fans，air con-automatically cut off the lights，fans，air con-，fans，air con-fans，air con-，air con-air con-ditioners and other electrical equipment power supply，reduce energy waste.The system mainly consists of three parts，the main site，from the site and the system monitoring interface.Energy-saving monitoring system of distributed main site main function is to obtain all the information from the site，and then transmit the information to the monitoring center computer.The main hard-，and then transmit the information to the monitoring center computer.The main hard-and then transmit the information to the monitoring center computer.The main hard-ware circuit design of master station，power line carrier communication interface，software programming，monitoring host，the pri-，power line carrier communication interface，software programming，monitoring host，the pri-power line carrier communication interface，software programming，monitoring host，the pri-，software programming，monitoring host，the pri-software programming，monitoring host，the pri-，monitoring host，the pri-monitoring host，the pri-，the pri-the pri-mary site and all information from the inter site was transferred.

monitoring system；Main site；Power carrier；Energy-saving

周丽红（1975—），女，硕士研究生，讲师，主要研究方向：智能控制。