PL2101在路燈控制系統中的應用

摘要：新型直序擴頻半雙工異步調制解調順PL2101具有功能多、抗干擾能力強等特點(diǎn)。利用它通過(guò)電力線(xiàn)載波應用系統可實(shí)現路燈的集約化及自動(dòng)化管理和控制。文中介紹了用PL2101對路燈進(jìn)行集約化自動(dòng)控制設計的基本原理及軟硬件實(shí)現方法，同時(shí)給出了其設計原理圖和主、從控站的程序流程圖。

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

1 引言

為實(shí)現校園路燈控制的自動(dòng)化，筆者應用PL2101芯片開(kāi)發(fā)了基于電力線(xiàn)載波的路燈控制系統。該系統采用電力載波通信方式，它將所有的路燈連接到計算機上，并通過(guò)計算機監視所控區域內的路燈工作狀態(tài)，可隨時(shí)設定開(kāi)關(guān)時(shí)間、路燈開(kāi)啟比例或單獨革一個(gè)路燈的開(kāi)與關(guān)。任一路路燈的工作電流和溫度均可隨時(shí)查詢(xún)，路燈損壞時(shí)可實(shí)時(shí)報警，并可顯示具體地理位置，以便于快速維修；當夜晚（或光線(xiàn)較暗）來(lái)臨且處在交通高峰時(shí)，路燈全部開(kāi)啟，交通高峰期后，進(jìn)入按比例開(kāi)啟，如午夜之后70%；在凌晨之前時(shí)段，路燈開(kāi)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。

2 系統工作原理

該系統由三個(gè)層次組成，分為總控站、主控站及從控站?？偪卣居蒔C機組成，可與主控站通過(guò)光纜或無(wú)線(xiàn)電連接，以實(shí)現對各個(gè)主控站的管理，并設定開(kāi)關(guān)燈時(shí)間及執行開(kāi)燈比例指令，同時(shí)對主控站返回的信息進(jìn)行匯總，對有故障的路燈通過(guò)圖文顯示出來(lái)，以便準確確定其所在的位置。

主控站內部結構如圖1所示。主控站通過(guò)光纜或無(wú)線(xiàn)方式來(lái)接收總控機的指令，并通過(guò)電力線(xiàn)載波的串行通信方式來(lái)對從控站進(jìn)行監控。一個(gè)通信數據包由8字節數據組成，第一、二字節是主控標識，第三字節是命令，第四、五字節是從站地址，第六至第八字節為數據。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)送命令數據，從機站收到通信包后進(jìn)行數據分析，分析的內容：一是識別主機是否是自己的上級主控站，二是識別從機地址是否是自己的地址，只有在全部確認無(wú)誤后，主控站才執行命令和相應的操作。

從控站的內部邏輯結構如圖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，并執行相應的操作，完成對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措施；同時(shí)，它可以對現場(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)采取保護措施，同時(shí)將相關(guān)信息返送回主控站中。

3 硬件設計

3.1 主要元件的選擇與性能

PL2101是一個(gè)新型的直序擴頻半雙異步調制解調器，載頻為120kHz，帶寬為15kHz，傳輸速率為500bps，接收靈敏度高達30μV，另外，PL2101還具有上電復位、電壓監測電路、看門(mén)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，靈敏度高，且與TTL電平兼容。此外，PL2101與MCS51系列單片機的接口非常簡(jiǎn)單，因而完全能夠滿(mǎn)足系統要求。

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

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

3.2 電路設計

該設計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組成輸入信號選頻放大電路，以對輸入的微小信號進(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)二極管起保護作用。從控機數據處理及控制電路原理如圖5所示。當PL2101收到的載頻信號經(jīng)內部電路處理后，它將解調出數據bit信息，并經(jīng)RXD輸出，同時(shí)HEAD同步輸出低電平。當AT89C2051的INT1產(chǎn)生斷并接收bit后，會(huì )根據預定格式合成相應的指令信息；同時(shí)根據指令中所規定的時(shí)間設置來(lái)修改開(kāi)關(guān)燈時(shí)間及開(kāi)燈的比例，并執行開(kāi)關(guān)燈的操作等。另外，它還將在開(kāi)燈后監控電流、溫度等參數，以便在嚴重超標時(shí)執行保護措施，同時(shí)及時(shí)給主控機發(fā)送故障原因信息。

主控機信息處理電路如圖6所示。它的調制與解調電路與從控機一致，在圖中增加了中文液晶顯示和一個(gè)12鍵鍵盤(pán)，可用于現場(chǎng)進(jìn)行電路參數設置。與總控機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轉換成RS-485電平。其物理結構可以是光纖或無(wú)線(xiàn)數據傳輸設備。

總控機的作用是在PC機上用VB開(kāi)發(fā)整個(gè)城市路燈控制系統的線(xiàn)咱圖，它可在某一路燈發(fā)生故障時(shí)，準確及時(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 軟件設計

該系統軟件要用C51語(yǔ)言編寫(xiě)，并采用全部模塊化編程。從控機中的單片機程序模塊包括對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。主控機中的程序模塊主要包括對總控機通信數據的接收、鍵盤(pán)的掃描、顯示以及對從控機發(fā)送數據等，其主程序流程如圖8所示。圖9為其中斷程序。

4 結束語(yǔ)

該城市路燈控制系統開(kāi)發(fā)完成后，目前已被應用在860只路燈的小型應用控制系統中。實(shí)際使用證明：該系統性能穩定良好。