基于單片機的電力線(xiàn)載波溫濕控制系統設計

　　溫箱內部采用電熱絲和電風(fēng)扇調節溫度。檢測到溫度低于設定溫度時(shí)，電熱絲通電，當溫度超過(guò)設定溫度時(shí)，電風(fēng)扇通電降溫，兩者均通過(guò)繼電器實(shí)現工作。

　　按鍵模塊選用8緩沖驅動(dòng)器，三態(tài)的74LS244擴展8個(gè)按鍵。按鍵沒(méi)有按下時(shí)，IO輸入被拉高為高電平；當按鍵按下時(shí)，相應管腳被拉低，產(chǎn)生外部中斷信號，在中斷服務(wù)程序中讀按鍵信息。使能芯片，單片機通過(guò)74LS244讀取按鍵狀態(tài)。每個(gè)按鍵對應于電力線(xiàn)上的各個(gè)溫箱設備，各控制設備既是主控設備也是被控設備，方便實(shí)驗員隨時(shí)調節各溫箱情況。

　　溫度調節模塊通過(guò)旋轉編碼器即旋鈕進(jìn)行溫度調節，能比較準確地設定溫度值。旋轉編碼器是通過(guò)轉軸旋轉，經(jīng)內部電路產(chǎn)生90°相位差的正、反計數脈沖，不直接改變信號，轉速越高其脈沖寬度就越窄。當旋轉編碼器正向旋轉時(shí)，A相相位超前B相90°；反向旋轉時(shí)，B相超前A相90°。編碼器旋轉時(shí)，每轉過(guò)一個(gè)柵格，A相就產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號，觸發(fā)一次中斷，在中斷服務(wù)程序中通過(guò)判斷B相的值來(lái)確定是正轉還是反轉并計數。為了有效地消除旋轉時(shí)的抖動(dòng)，編碼器產(chǎn)生的信號通過(guò)施密特觸發(fā)器整形后再接到單片機，同時(shí)在代碼中做一個(gè)相應的延時(shí)能達到很好的效果。

　　為了能直觀(guān)地反映溫箱內的環(huán)境情況，本設計增加了通用的12864液晶模塊。該液晶模塊的控制芯片為ST7920，支持繪圖、字符和漢字，在一般的應用中足以勝任。當液晶控制碼為寫(xiě)狀態(tài)時(shí)，數據通過(guò)串口發(fā)送至液晶控制單元，顯示各溫箱溫濕度值及變化趨勢，并能顯示預計溫度變化時(shí)間等信息。

　　2.3 編解碼模塊

　　編解碼電路以MT8888為核心單元，通過(guò)控制單元的控制，可以分別執行編碼、解碼。當有按鍵操作時(shí)，單片機被喚醒進(jìn)入中斷，讀旋轉編碼器變量，獲取溫度調節信息，對所選擇溫箱進(jìn)行溫度設定，將數據由單片機P1口送至MT8888。MT8888工作于DTMF發(fā)送模式時(shí)，單片機發(fā)送4位BCD碼于TDR(發(fā)送數據寄存器)中控制芯片內部分頻器合成DTMF發(fā)送信號，由8號引腳輸出經(jīng)耦合電路加載至電力線(xiàn)上，同時(shí)將修改信息送液晶顯示，方便管理。

　　在被控設備端，其原理大致與主控設備端相似。此時(shí)，MT8888工作于接收模式。通過(guò)耦合電路卸載電力線(xiàn)上的DTMF信號，送MT8888解碼后經(jīng)RDR(接收數據寄存器)送單片機。單片機通過(guò)中斷服務(wù)程序，在P1口獲取解碼后的BCD碼信息。通過(guò)對比接收到的數據和各終端設備設定數據，判斷是否執行操作，并返回操作信息。在整個(gè)過(guò)程中，任意終端設備均可以了解在整個(gè)電力線(xiàn)系統中其他設備的工作狀況。

　　2.4 電力線(xiàn)耦合模塊

　　按照低壓電力線(xiàn)通信耦合技術(shù)的要求，必須進(jìn)行強弱電隔離，同時(shí)確保較高的載波信號加載效率。為此，本系統采用“電磁耦合”與“阻容耦合”相結合的“復合耦合”[4]。載波接收耦合電路如圖２所示，變壓器在耦合載波信號的同時(shí)使通信電路與強電隔離。二極管D1、D2起限幅作用，用來(lái)保護后續電路。其調諧回路的諧振頻率應滿(mǎn)足：

　　若將中心頻率選在460 kHz，電容取值為22 nF，經(jīng)計算可得電感L的取值在5.7 nH左右，即通過(guò)調節變壓器初級繞組電感量來(lái)調節中心頻率。變壓器T1將電力線(xiàn)與耦合電路的其余部分相隔離，從電力線(xiàn)上接收載波信號，濾除來(lái)自電力線(xiàn)上的干擾噪聲。

　　發(fā)送耦合電路如圖3所示，三極管Q1和變壓器T1組成調諧功率放大電路。同樣變壓器在耦合載波信號的同時(shí)使通信電路與強電隔離。在Q1和前級運放之間通過(guò)一個(gè)電阻R1耦合載波信號，同時(shí)避免后級電路產(chǎn)生自激振蕩，也能相應的增加放大器的負載阻抗。前級運放輸出的信號經(jīng)R1輸入到功率放大管Q1，再經(jīng)Q1和諧振網(wǎng)絡(luò )組成的單調諧放大器放大耦合到電力線(xiàn)上，實(shí)現信號的發(fā)送。