论文部分内容阅读
摘 要： 介绍电力线载波通信技术，由于电力线载波技术具有通信距离远、不需要外接通信线路等优点而广泛应用。提出一套基于电力线载波通信技术的消防智能照明系统。依据单路复用思想，设计一款过零点斩波通讯电路，在波形过零点的时段进行主从节点通信，从而达到控制各个消防照明灯的作用；设计各个模块的功能，并用VC++语言设计照明控制界面。
关键词： 电力线载波；消防照明；过零检测
中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1210115－02
电力线载波通信，是通过电力线载波实现信息、信号传递的一种通信方式的统称。该技术是指把不同信号加载在电力线上，利用电力线载波特点，进行不同信号的传输。使用电力线调制解调器，能够分离出不同的信号，把各种不同的信号送到相应的设备中。电力线网络由于其覆盖网络广，拥有巨大的利用价值。国外对电力线通信的研究已有近百年的历史，在技术和理论上都有着较大的优势。但由于我国电网的独特性，直接引用国外先进产品和技术并不能取得理想的效果。目前国内更加重视电力线载波技术的研究，越来越多的研究所以及高校进入了这块领域的研究。
本文采取了电力线斩波技术，该技术除了传统电力线载波技术优点以外，还有如下几个优点：
1）抗干扰能力强。当220V市电电压波形过零时，截断电源灯的供电，进入通信模式，由于此时电压小，所以模块之间通信抗干扰能力强。
2）通信实践短。我们仅截取2ms的时间进行各模块通信数据之间的传输，传输数据少，效率高，能够基本达到实时控制。
2 硬件电路设计
在此消防照明系统的核心硬件电路主要可分为过零检测电路，双向可控硅电源触发电路，主从节点通信电路。
2.1 过零截取脉冲电路
我们采用过零检测电路来截取50HZ频率的市电电压过零点时的脉冲。用2个光耦反向接于同一回路中实现过零控制，其工作原理（图1）是：当交流电源处于正半周的时候，二极管D1导通，从而三级管T1也导通，使得Vcc-GND回路导通，V点为低电压；当交流电处于负半周的时候，二极管D2导通，从而三级管T1也导通，使得Vcc-GND回路导通，V点为低电压；只有当交流电波形过零点时，D1、D2均不导通，使得Vcc-GND回路处于断开状态，V点为高电压。因此V点就会输出2ms的脉冲信号给单片机INT0引脚，单片机接受到中断脉冲，进入中断程序。该过零电路可以准确地产生2ms的脉冲信号（图2），满足系统要求，工作稳定。
2.2 双向可控硅电源触发电路
该电路的工作原理为：单片机响应用户参数设置，单片机接收到中断信号时，进入中断响应程序，控制VCC的通断。当VCC接通时，光耦导通，从而双向可控硅控制门G处于高电压，T1、T2导通，使消防灯亮起；当VCC断开时，光耦断开，从而双向可控硅控制门G处于低电压，T1、T2断开，使消防灯熄灭。单片机里的中断程序的控制了消防灯的亮灭。
2.3 主从节点设置
利用电力线，研制一种简约的载波通信平台，在此基础上，建立一套主从结构的电气控制总线，总线由一个主节点与多个（30个）从节点组成，主节点与从节点之间通过载波通信平台联系。结构上，主节点控制每一个从节点，每一个从节点控制一个消防照明器具通断与状态检测。（图4）主从节点的通信实践是由单片机中断响应程序来控制，通信时间大约为2ms。
2.3.1 主结点设计方案
该系统在硬件采取主从控制的结构，能够完成许多功能，主结点不仅要负责信号的接收与控制，还要管理消防照明灯之间信号的转发工作。因为主节点对服务器和从节点都设立了自己的地址。这些地址的存在是为了保证信号能顺利到达各个节点，而且可以一一对应有利于对每个节点进行控制。
2.3.2 从结点设计方案
在从节点制作智能照明控制器件是由温度传感器、光传感器、数模转换芯片等组成，其工作原理为：用光感器来检测地面光亮度情况，用温度传感器检测灯泡的温度，然后将收集到的信号转换成模拟电信号，再把模拟信号转成数字信号，传输到主节点，从而实现对消防灯的开闭及检测。
3 软件设计
控制界面中的程序模块主要包括初始化模块、显示模块、实时信息、键盘模块、载波通信模块等。
3.1 上位机与下位机（主节点）之间的通讯
此控制系统是由上位机发出信号，下位机（主节点）负责接收信号。上位机等主节点接受到信号后，才进行下一个信号信息的传递。每次上位机发出的信号都要进行校验，每个信号的长度为16字节，最后两个字节用于校验。主节点把接受到的信号放在缓存区中，等待校验计算正确后，再进行通信。否则需要上位机重新发送信号。
3.2 载波通信程序设计
我们将硬件电路截取2ms时间进行通信，采用中断的程序响应来进行数据的收发控制。步骤如下：
1）将89C51设成外部中断放开，使期外部中断成为通信是否开始的标志。
2）设置外部中断响应为触发沿响应。
3）设置载波通信的收发方式。当为高电平时，将通信发送状态打开。当为低电平时，将通信接收状态打开。
4 总结与展望
本文设计了一个从节点数小于30的消防照明控制电路，适用于小型的消防照明回路的控制。可以对主从节点的数目进行提高，从而达到通过一个服务器控制整栋楼的消防照明系统，更加地智能化。由于电力线斩波通信技术有极大的潜力，还可以将此技术延伸至智能路灯照明，智能监控等项目中。
关键词： 电力线载波；消防照明；过零检测
中图分类号：TM715 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）1210115－02
电力线载波通信，是通过电力线载波实现信息、信号传递的一种通信方式的统称。该技术是指把不同信号加载在电力线上，利用电力线载波特点，进行不同信号的传输。使用电力线调制解调器，能够分离出不同的信号，把各种不同的信号送到相应的设备中。电力线网络由于其覆盖网络广，拥有巨大的利用价值。国外对电力线通信的研究已有近百年的历史，在技术和理论上都有着较大的优势。但由于我国电网的独特性，直接引用国外先进产品和技术并不能取得理想的效果。目前国内更加重视电力线载波技术的研究，越来越多的研究所以及高校进入了这块领域的研究。
本文采取了电力线斩波技术，该技术除了传统电力线载波技术优点以外，还有如下几个优点：
1）抗干扰能力强。当220V市电电压波形过零时，截断电源灯的供电，进入通信模式，由于此时电压小，所以模块之间通信抗干扰能力强。
2）通信实践短。我们仅截取2ms的时间进行各模块通信数据之间的传输，传输数据少，效率高，能够基本达到实时控制。
2 硬件电路设计
在此消防照明系统的核心硬件电路主要可分为过零检测电路，双向可控硅电源触发电路，主从节点通信电路。
2.1 过零截取脉冲电路
我们采用过零检测电路来截取50HZ频率的市电电压过零点时的脉冲。用2个光耦反向接于同一回路中实现过零控制，其工作原理（图1）是：当交流电源处于正半周的时候，二极管D1导通，从而三级管T1也导通，使得Vcc-GND回路导通，V点为低电压；当交流电处于负半周的时候，二极管D2导通，从而三级管T1也导通，使得Vcc-GND回路导通，V点为低电压；只有当交流电波形过零点时，D1、D2均不导通，使得Vcc-GND回路处于断开状态，V点为高电压。因此V点就会输出2ms的脉冲信号给单片机INT0引脚，单片机接受到中断脉冲，进入中断程序。该过零电路可以准确地产生2ms的脉冲信号（图2），满足系统要求，工作稳定。
2.2 双向可控硅电源触发电路
该电路的工作原理为：单片机响应用户参数设置，单片机接收到中断信号时，进入中断响应程序，控制VCC的通断。当VCC接通时，光耦导通，从而双向可控硅控制门G处于高电压，T1、T2导通，使消防灯亮起；当VCC断开时，光耦断开，从而双向可控硅控制门G处于低电压，T1、T2断开，使消防灯熄灭。单片机里的中断程序的控制了消防灯的亮灭。
2.3 主从节点设置
利用电力线，研制一种简约的载波通信平台，在此基础上，建立一套主从结构的电气控制总线，总线由一个主节点与多个（30个）从节点组成，主节点与从节点之间通过载波通信平台联系。结构上，主节点控制每一个从节点，每一个从节点控制一个消防照明器具通断与状态检测。（图4）主从节点的通信实践是由单片机中断响应程序来控制，通信时间大约为2ms。
2.3.1 主结点设计方案
该系统在硬件采取主从控制的结构，能够完成许多功能，主结点不仅要负责信号的接收与控制，还要管理消防照明灯之间信号的转发工作。因为主节点对服务器和从节点都设立了自己的地址。这些地址的存在是为了保证信号能顺利到达各个节点，而且可以一一对应有利于对每个节点进行控制。
2.3.2 从结点设计方案
在从节点制作智能照明控制器件是由温度传感器、光传感器、数模转换芯片等组成，其工作原理为：用光感器来检测地面光亮度情况，用温度传感器检测灯泡的温度，然后将收集到的信号转换成模拟电信号，再把模拟信号转成数字信号，传输到主节点，从而实现对消防灯的开闭及检测。
3 软件设计
控制界面中的程序模块主要包括初始化模块、显示模块、实时信息、键盘模块、载波通信模块等。
3.1 上位机与下位机（主节点）之间的通讯
此控制系统是由上位机发出信号，下位机（主节点）负责接收信号。上位机等主节点接受到信号后，才进行下一个信号信息的传递。每次上位机发出的信号都要进行校验，每个信号的长度为16字节，最后两个字节用于校验。主节点把接受到的信号放在缓存区中，等待校验计算正确后，再进行通信。否则需要上位机重新发送信号。
3.2 载波通信程序设计
我们将硬件电路截取2ms时间进行通信，采用中断的程序响应来进行数据的收发控制。步骤如下：
1）将89C51设成外部中断放开，使期外部中断成为通信是否开始的标志。
2）设置外部中断响应为触发沿响应。
3）设置载波通信的收发方式。当为高电平时，将通信发送状态打开。当为低电平时，将通信接收状态打开。
4 总结与展望
本文设计了一个从节点数小于30的消防照明控制电路，适用于小型的消防照明回路的控制。可以对主从节点的数目进行提高，从而达到通过一个服务器控制整栋楼的消防照明系统，更加地智能化。由于电力线斩波通信技术有极大的潜力，还可以将此技术延伸至智能路灯照明，智能监控等项目中。