【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成。輔助電路有輸入過(guò)欠壓保護(hù)電路、輸出過(guò)欠壓保護(hù)電路、輸出過(guò)流保護(hù)電路、輸出短路保護(hù)電路等。其中D1—DTC13構(gòu)成整流濾波電路，主要將交流高壓整流為直流電壓，然后在對(duì)其濾波。電阻R9為主控芯片提供啟動(dòng)足夠的電流使芯片正常工作。RC9以及FR107組成高壓吸收電路，對(duì)電路進(jìn)行高壓保護(hù)。C1C12和L3組成輸出整流濾波電路，進(jìn)一步穩(wěn)定輸出電壓。電阻R1R1R1R18和光耦PC817A構(gòu)成輸出反饋電路，芯片根據(jù)反饋調(diào)整高頻變壓器的開(kāi)關(guān)頻率，從而達(dá)到電壓穩(wěn)定輸出的目的。圖8為開(kāi)關(guān)電源電路示意圖： 圖 開(kāi)關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)該電路中的關(guān)鍵器件TL431是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（）到36V范圍內(nèi)的任何值。由于系統(tǒng)中電力載波調(diào)制解調(diào)電路使用12V供電，所以電阻選用R1R16為開(kāi)關(guān)電源輸出穩(wěn)定的12V，再使用降壓芯片7805降至5V為主控芯片及外圍電路供電。 協(xié)調(diào)器硬件電路設(shè)計(jì) ARM S3C2440芯片概述S3C2440A采用ARM920T內(nèi)核，集成很多片上功能：有外部?jī)?chǔ)存控制器，16KB指令Cache（ICache）/16KB數(shù)據(jù)Cache（DCache）。集成LCD專用DMA的LCD控制器（支持最大4K色STN和256K色TFT），4路擁有外部請(qǐng)求引腳的DMA控制器，3路URAT、2路SPI，2路USB主機(jī)控制/1路USB期間控制，4路PWM定時(shí)器/1路內(nèi)部定時(shí)器/看門(mén)狗定時(shí)器，8路10位ADC和觸摸屏接口，具有日歷功能的RTC，130個(gè)通用I/O，24個(gè)外部中斷源。并帶PLL的片上時(shí)鐘發(fā)生器，有IIC總線接口、IIS音頻編解碼器接口和AC`97編解碼器接口。電源控制有這四種模式：正常，慢速，空閑，睡眠模式。 S3C2440模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和觸摸屏接口10 位CMOS 的ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）是有8 通道模擬輸入的循環(huán)類型設(shè)備。其轉(zhuǎn)換模擬輸入信號(hào)到10 位的數(shù)字編碼， 轉(zhuǎn)換時(shí)鐘下達(dá)到500KSPS。AD 轉(zhuǎn)換器支持片上采樣和保持功能及掉電模式。觸摸屏接口可以控制或選擇觸摸屏觸點(diǎn)用于XY 坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換。觸摸屏接口包括觸摸觸點(diǎn)控制邏輯和有中斷產(chǎn)生邏輯的ADC 接口邏輯。有以下工作特點(diǎn)：（1） 分辨率：10 位（2） 微分線性誤差：177。（3） 積分線性誤差：177。（4） 最大轉(zhuǎn)換速率：500KSPS（5） 低功耗（6） 供電電壓：（7） 輸入模擬電壓范圍：0~（8） 片上采樣保持功能（9） 普通轉(zhuǎn)換模式（10） 分離的XY 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換摸（11） 自動(dòng)連續(xù)XY 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模式（12） 等待中斷模式 S3C2440通用異步接收器和發(fā)送器（UART） S3C2440通用異步接收器和發(fā)送器（UART）提供了三個(gè)獨(dú)立的異步串行I/O（SIO）端口，每個(gè)端口都可以在中斷模式或DMA模式下操作。換言之，UART 可以生成一個(gè)中斷或DMA 請(qǐng)求用于CPU 和UART 之間的數(shù)據(jù)傳輸。UART 的波特率。如果一個(gè)外部設(shè)備提供UEXTCLK 給UART，UART 可以在更高的速度下工作。每個(gè)UART 通道對(duì)于接收器和發(fā)送器包括了2 個(gè)64 位的FIFO。S3C2440包括了可編程波特率，紅外傳輸接收，一個(gè)或兩個(gè)停止位，5 位6 位7 位8位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和奇偶校驗(yàn)。每個(gè)UART 包含一個(gè)波特率發(fā)送器，發(fā)送器，計(jì)數(shù)器和一個(gè)控制單元，波特率發(fā)生器可由PCLK，F(xiàn)CLK/n 或UEXTCLK（外部輸入時(shí)鐘）來(lái)鎖定。發(fā)送器和接收器包含了64 位FIFO 和數(shù)據(jù)移位器。數(shù)據(jù)寫(xiě)到FIFO 然后在被傳送前拷貝到發(fā)送移位器。數(shù)據(jù)通過(guò)發(fā)送數(shù)據(jù)引腳（TxDn）被發(fā)出。同時(shí)，接收數(shù)據(jù)通過(guò)接收數(shù)據(jù)引腳（RxDn）移入，然后從移位器拷貝到FIFO。 S3C2440通用異步接收器和發(fā)送器（UART）的工作特點(diǎn)（1）基于DMA 或中斷操作的RxD0，TxD0，RxD1，TxD1，RxD2 和TxD2（2）有紅外和64 位FIFO 的UART 通道0 和1（3）有nRTS0，nCTS0，nRTS1 和nCTS1 的UART 通道0 和1（4）支持握手的發(fā)送和接收 協(xié)調(diào)器電路設(shè)計(jì)概述通過(guò)對(duì)電力載波調(diào)制解調(diào)模塊、S3C2440芯片、液晶屏和電源電路性能的了解和分析，并且對(duì)這些電路進(jìn)行功能上的銜接，最終確定該電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案為：整個(gè)電路的起點(diǎn)是通過(guò)S3C2440芯片的串口接受電力載波調(diào)制解調(diào)模塊解調(diào)下來(lái)的信息，并且對(duì)信息解釋、處理和顯示，可以將控制終端命令借助電力載波電路調(diào)制到電力線發(fā)送出去，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行模塊的控制。這就是整個(gè)協(xié)調(diào)器的主要線索和框架。鑒于設(shè)計(jì)中各功能對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高、多任務(wù)同時(shí)運(yùn)行的原因，則在ARM處理器S3C2440芯片中嵌入了UC/OS—II多任務(wù)、占先式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，協(xié)調(diào)器實(shí)現(xiàn)了各種信息的接收、計(jì)算與顯示、解釋和處理、發(fā)送終端設(shè)備的控制命令等功能，信息的采集則要從感知模塊得到，終端設(shè)備命令的由執(zhí)行模塊響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)控制。本系統(tǒng)只有一個(gè)協(xié)調(diào)器，而感知模塊和執(zhí)行模塊可以有很多個(gè)，由此可以構(gòu)成一個(gè)星狀的發(fā)散結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的控制形式，構(gòu)成了一種基于電力載波通信組成的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。 執(zhí)行模塊和感知模塊的設(shè)計(jì) 感知模塊的設(shè)計(jì) BWP08電力載波調(diào)制解調(diào)模塊、開(kāi)關(guān)電源模塊、PIC16F688單片機(jī)處理模塊為執(zhí)行和感知模塊的公共部分，環(huán)境數(shù)據(jù)采集模塊為感知模塊所特有，可控硅控制模塊為執(zhí)行模塊所特有的。下面從電路組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：環(huán)境數(shù)據(jù)采集電路分為兩部分：溫濕度采集和光照強(qiáng)度采集。溫濕度采集使用SHT10傳感器，其采用專利的CMOSens174。 技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。傳感器包括一個(gè)電容性聚合體測(cè)濕敏感元件、一個(gè)用能隙材料制成的測(cè)溫元件，并在同一芯片上，與14 位的A/D 轉(zhuǎn)換器以及串行接口電路實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接，本設(shè)計(jì)中使用IIC通信方式實(shí)現(xiàn)芯片與單片機(jī)的數(shù)據(jù)交換。光照強(qiáng)度采集使用BPW34硅光電池，其采集到的微信號(hào)經(jīng)放大器TLV2372放大四倍后輸出，由微控制器PIC688的內(nèi)部12位A/D采集，其中放大器的輸出端接微控制器的PGD端。圖 光照強(qiáng)度采集電路感知模塊的硬件結(jié)構(gòu)采用底板和頂板的分體式設(shè)計(jì)思想。底板模塊由BWP08電力載波調(diào)制解調(diào)電路、開(kāi)關(guān)電源電路組成。其中開(kāi)關(guān)電源為底板的BWP08電力載波調(diào)制解調(diào)電路和頂板的外圍電路供電，在底板上設(shè)有上下兩個(gè)雙排接口，頂板可鑲在底板上，雙方通過(guò)兩根串口線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。頂板模塊由PIC16F688單片機(jī)處理電路、環(huán)境數(shù)據(jù)采集電路、地址編碼器構(gòu)成。地址編碼器可手動(dòng)設(shè)置產(chǎn)生不同感知模塊的本機(jī)地址，用于通信和區(qū)分其他模塊。其中PIC16F688單片機(jī)處理電路完成數(shù)據(jù)的解釋、處理與發(fā)送。此種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)為本系統(tǒng)提供了通用的底板，各模塊只需鑲嵌在底板就可正常工作，易于統(tǒng)一控制。不同的模塊在其內(nèi)部EEPROM燒寫(xiě)上與本模塊特有的特征，如本機(jī)地址等，在底板上電后便可獲得該模塊的獨(dú)有的特征信息，由此區(qū)分其他模塊。另外該結(jié)構(gòu)的實(shí)物（感知模塊）和常用充電器一般大小，元件布局緊湊，安裝比較方便。因此該結(jié)構(gòu)具很強(qiáng)的通用性，是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)。以綠線為界，左半部分為底板，右半部分為頂板，如圖 ：圖 分體式PCB結(jié)構(gòu)圖 執(zhí)行模塊的設(shè)計(jì) 執(zhí)行模塊的設(shè)計(jì)主要是可控硅控制電路的設(shè)計(jì)，下面主要介紹可控硅控制電路，其用到的主要器件是控制芯片WS100T光耦P6光耦MOC302和可控硅BT136。 可控硅控制電路，電阻RRRR1光耦P620組成交流同步信號(hào)采集電路，為控制芯片WS100T提供交流同步信號(hào)。電阻RRR光耦MOC302以及可控硅BTA16組成功率輸出電路，控制用電器的通斷，其中MOC3022的隔離、抗干擾作用非常重要。由于控制芯片WS100T與微控制器通過(guò)SPI方式進(jìn)行通信，利用軟件控制比較簡(jiǎn)單，相對(duì)于繼電器控制，其有導(dǎo)通角可調(diào)、吸合無(wú)噪聲、抗干擾能力強(qiáng)、導(dǎo)通后功率和發(fā)熱量比較低等特點(diǎn)。因此，在設(shè)計(jì)執(zhí)行模塊時(shí)選用可控硅來(lái)控制電器，可使用電器的控制更加穩(wěn)定、可靠、安全。WS100T10是一塊用于工頻50Hz/60Hz 交流控制系統(tǒng)的專用集成電路，采用 CMOS 工藝制造。與外部交流脈沖同步的全數(shù)控精密雙通道雙向控硅移相觸發(fā)電路。每個(gè)通道單獨(dú)控制，并提供多種控制方式以滿足用戶不同的應(yīng)用要求。特點(diǎn)為：低壓CMOS工藝制造、工作電壓（VDD＝5V）、 移相角度0180 、用戶控制方式可選擇。發(fā)送 0XXXXXXX 是控制第 7 腳，1XXXXXXX 是控制第 6 腳，XXXXXXX=0 輸出恒低電平（關(guān)閉）XXXXXXX=1 全功率輸出，從1到80（50Hz）功率從最大到關(guān)閉，60Hz從 1 到 100 是全功率到關(guān)閉。管腳說(shuō)明：管腳編號(hào)管腳名稱輸入/輸出功能描述1VDD————電源+5V端2DATAIN根據(jù)型號(hào)有不同的定義3CLKIN（同上）4STBIN（同上）5AC_CP_ININ交流同步脈沖輸入6CH2_OUTOUT通道2觸發(fā)脈沖輸出7CH1_OUTOUT通道1觸發(fā)脈沖輸出8VSS————電源地 管腳說(shuō)明 電路硬件的封裝在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于使用的原件比較多，而且有很多的IC器件，為了減小最終的模塊體積，電路中所有的芯片大多都使用的是貼片的元件，利用貼片元件體積小的貼點(diǎn)來(lái)減小模塊的體積，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。而在變壓器之前的一部分元件，由于電壓較高，電流過(guò)大的緣故，所以還是使用普通封裝。以下是系統(tǒng)中所用到的貼片元件的封裝形式：阻值（歐）封裝阻值（歐）封裝2K080522K08051K080522K1206620080547k080510K0805680k08056800805680k1206680120651008051000805510120622K08053300805 電阻的元件封裝形式名稱電容值名稱電容值303無(wú)極性電容6800PF104極性電容1100uF1051uF極性電容21021000PF無(wú)極性電容20PF1021000PF無(wú)極性電容100PF103極性電容3470uF 電容的元件封裝形式名稱封裝TVSIP6KE20CA1206IN4148SOD1235．1V穩(wěn)壓二極管1206 二極管的原件封裝形式 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明 軟件分為協(xié)調(diào)器、感知模塊、執(zhí)行模塊三部分。協(xié)調(diào)器部分在前面已解釋，這里不再贅述。感知程序：程序初始化后通過(guò)讀PORTA口和PORTC口獲得本機(jī)地址，然后等待串行中斷，接收數(shù)據(jù)，然后根據(jù)主控芯片的解釋和處理，發(fā)送溫濕度光照數(shù)據(jù)。此外內(nèi)部設(shè)置了驅(qū)動(dòng)事件，如高溫高濕度由感知模塊自動(dòng)發(fā)送采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的循環(huán)監(jiān)控。 執(zhí)行模塊程序：先對(duì)程序進(jìn)行初始化，然后依次校驗(yàn)地址碼，校驗(yàn)完后依次校驗(yàn)命令字，校驗(yàn)合適后便依次轉(zhuǎn)入相對(duì)應(yīng)的程序，將編碼通過(guò)PORTC3口送入WS100T10芯片，繼而控制可控硅。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概要 協(xié)調(diào)器模塊 。 協(xié)調(diào)器主流程圖協(xié)調(diào)器模塊的程序較為復(fù)雜，由于是對(duì)感知模塊的數(shù)據(jù)采集即對(duì)執(zhí)行模塊的控制，在時(shí)間上要求比較嚴(yán)格，則需使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，協(xié)調(diào)器上使用UC/OSII操作系統(tǒng)，本系統(tǒng)公開(kāi)源代碼、有很強(qiáng)的可移植性、可固化可剪裁、屬于占先式內(nèi)核，可以管理64個(gè)任務(wù)（系統(tǒng)保留8個(gè)），具有很好的穩(wěn)定性和可靠性。在主程序開(kāi)始后，系統(tǒng)進(jìn)行了一些列的初始化，由主任務(wù)創(chuàng)建了時(shí)間顯示任務(wù)、數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)、溫濕度光照處理三個(gè)任務(wù)，讓整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入正常的工作環(huán)境中。因?yàn)閿?shù)據(jù)在電力線上傳送，因此與電力線相聯(lián)系的所有模塊都會(huì)發(fā)送不同的信息，協(xié)調(diào)器將收到不同的信息，為了保證不會(huì)因此形成信息接收的混亂，就必須為它們確定身份，也就是分別編上地址，對(duì)各個(gè)信息進(jìn)行檢索，最后做出相應(yīng)的命令執(zhí)行。控制命令發(fā)送相關(guān)程序如下： OS_Pcmd=OS_Cmd_Tbl。 *(OS_Pcmd+2)=mac。//本機(jī)地址的設(shè)置 *(OS_Pcmd+3) = 0xf0。 *(OS_Pcmd+5) = 0x28。 Uart_Select(1)。 OS_Pcmd=OS_Cmd_Tbl。 for( i=0。i6。i++)//控制命令的循環(huán)發(fā)送 { OSPrintf(%x \n,*OS_Pcmd)。 Uart_SendByte(*OS_Pcmd)。//發(fā)送數(shù)據(jù) Delay(20)。 OS_Pcmd++。 } OS_Pcmd=OS_Cmd_Tbl。 Uart_Select(0)。//選擇通道0 溫濕度光照數(shù)據(jù)處理相關(guān)程序如下：if( ((*OS_Pdata) == 0x0) amp。amp。 (*(OS_Pdata+1) == 0xd8) amp。amp。 (*(OS_Pdata+2) == 0x0) ) //是否收到感知模塊一的數(shù)據(jù){ humi = ( *(OS_Pdata+3) 8 ) + *(OS_Pdata+4)。 temp = ( *(OS_Pdata+5) 8 ) + *(OS_Pdata+6)。 light = *(OS_Pdata+7)。 //光照數(shù)據(jù)的獲取 temp = temp* 。 //溫度的計(jì)算 humi = (te