基于單片機的電力線(xiàn)載波溫濕控制系統設計

摘 要： 介紹了一種基于單片機實(shí)現遠程溫濕度調控的智能控制系統。根據電力線(xiàn)載波傳輸和溫濕度調控的原理，闡述了系統的硬件框圖、模塊結構，詳細介紹了系統終端、編解碼單元和耦合電路模塊，并給出了系統軟件邏輯及流程框圖、PID溫濕度控制算法。通過(guò)本地或遠程操作實(shí)現對網(wǎng)絡(luò )內的溫箱設備進(jìn)行溫濕度調控，是集監測、管理、控制于一體的智能測控設備。

　　以單片機為核心的控制系統可準確實(shí)現交互信息的輸入輸出，信息量大，被廣泛應用于工控系統、移動(dòng)電子設備中。利用電力線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )作為高速數據的傳輸媒介，能夠創(chuàng )造出很高的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。電力線(xiàn)載波通訊是利用電網(wǎng)的電力線(xiàn)作為傳輸媒介的有線(xiàn)傳輸模式，作為載波通訊在同一電力變壓器范圍內無(wú)需另外架設線(xiàn)路，成本低，使用方便。雙音多頻DTMF(Dual Tone Multi Frequency)信號由于具有較強的抗干擾能力和可靠的信號傳輸等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸被廣泛使用。本系統設計采用以單片機為核心結合PID算法的智能載波溫濕控制系統，實(shí)驗證明系統運行穩定可靠。

　　1 P89V51單片機簡(jiǎn)介

　　P89V51是PHILIPS生產(chǎn)的高性能、低功耗的8位微控制器。它具有64 KB的Flash，1 KB RAM，雙工UART通道，有很強的外部擴展能力。片上集成了存儲、控制單元，能有效地控制系統體積，可以很容易地嵌入設備內部。在需交互控制的設備中，基于單片機的控制系統可以單獨工作，而不跟設備其他部分發(fā)生交叉影響。其低廉的成本及穩定的工作狀態(tài)成為工控、家電、儀器儀表設計的首選。

　　2 電力線(xiàn)載波溫度控制系統

　　2.1 系統總體設計原理

　　電力線(xiàn)載波是一種有線(xiàn)傳輸方式，不需要專(zhuān)門(mén)的傳輸線(xiàn)路，只需借助通常的電力線(xiàn)就可以完成數據傳輸。其傳輸信號由專(zhuān)門(mén)的芯片產(chǎn)生，本系統采用DTMF信號為載體，即：

　　其中f1、f2為不同信號的頻率，A1、A2為兩個(gè)頻率信號的幅值。發(fā)送端通過(guò)調制耦合至電力線(xiàn)；接收端通過(guò)解調還原獲得傳輸信號。電力線(xiàn)上的信號為電源信號和載波信號的疊加。載波信號的加載和卸載也就是電源信號和載波信號的疊加和分離過(guò)程。

　　本系統以單片機為核心，系統包括終端模塊、控制模塊、編碼解碼模塊、耦合電路等部分，分別實(shí)現信息的發(fā)送、接收和處理。系統框圖如圖1所示。

　　控制單元通過(guò)接收外部鍵盤(pán)信息或傳感器信息產(chǎn)生控制信號，經(jīng)信息識別、處理后通過(guò)編解碼芯片MT8888產(chǎn)生發(fā)送端信號，經(jīng)耦合電路至電力線(xiàn)發(fā)送。在接收端，通過(guò)耦合電路將載波信息卸載，逆向通過(guò)MT8888解碼至控制單元，從而執行相應的響應功能。

　　2.2 系統終端

　　采用Sensirion公司推出的可以同時(shí)測量溫度和濕度的數字式傳感器SHT15。內部集成溫濕傳感器、A/D轉換、放大器、I2C等，不需外圍器件即可直接輸出標定的數字信號。測量穩定、精度高，濕度精度為±2.0%RH，溫度精度為±0.5℃。將SHT15輸出的數字量做如下的轉換成實(shí)際溫濕度值。