【文章內(nèi)容簡介】 防止干擾鄰 近住宅。而國內(nèi)電力線載波抄表領域主要要求通訊距離，所以針對中國現(xiàn)狀， SSCP300 難以勝任電力線載波抄表領域的要求。 4． PLT22 PLT22是 Echelon公司最新電力載波收發(fā)器，它是針對工業(yè)控制網(wǎng)而設計，采用 BPSK 調(diào)制解調(diào)技術以及多種容錯及糾錯技術，所以目前在我國應用效果最理想。但它是 Lonworks 網(wǎng)絡專用，而且價格太高，難以在民用市場領域大規(guī)模楊洪坤： 基于電力載波技術的溫度控制系統(tǒng)硬件設計 12 推廣。 5． SC1128 SC1128 是 北京智源利和公司采用擴頻技術設計開發(fā)的 載波 芯片 ，是一款較新的主要基于 電力線載波抄表領域 的載波通信芯片，但 擴頻通 信方式傳輸距離較近，只能使用單信道頻段，系統(tǒng)成本高，很難實現(xiàn)雙工數(shù)字通訊。 6． KQ100F KQ100F 是四川科強公司 采用 FSK 過零載波通訊方式，在數(shù)字信號處理技術上有獨創(chuàng)性的高新技術成果應用，許多用戶經(jīng)過對比試驗后都給予很高的評價。 根據(jù)用戶反饋的信息和科強 公司的試驗 ,過零點數(shù)據(jù)通信的成功率最高。在一個 10KV 變壓器臺區(qū)內(nèi) ,任何時候都可以 100％成功通信。只是實際傳輸速率較低，只有 100BPS。 結合本系統(tǒng)的實際要求，需選一款價格便宜、電路簡單、易于單片機控制且能滿足系統(tǒng)的要求的芯片，比較上面幾款芯 片， KQ100F 最為適合，所以本系統(tǒng)選擇此芯片作為核心 ， 設計載波電路。 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 13 第 3 章 硬件設計 從機 硬件設計 在經(jīng)過詳細的分析論證、確定最終方案后。下面就來對整個系統(tǒng)的硬件部分進行設計。 單片機簡介 系統(tǒng)使用 ATMEL 公司的 AT89S52 單片機為主控器件。該單片機 是一個低功耗，高性能 CMOS 8位單片 機， 片內(nèi) 含 8kBytes ISP(Insystem programmable)的可反復擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度 、非易失性存儲技術制造，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結構，芯片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的 AT89S52 可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 圖 31 AT89S52引腳 圖 AT89S52 具有如下特點： 40個引腳， 如圖 31 所示， 8k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲器， 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 32 個外部雙向輸入 /輸出（ I/O）口， 5 個中斷優(yōu)先級 2層中斷嵌套中斷， 3個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器 [3]。 主要功能特性： 兼容 MCS51指令系統(tǒng) 32 個雙向 I/O 口 （ P0～ P3） 3 個 16 位可編程定時 /計數(shù)器 全雙工 UART 串行中斷口線 2 個外部中斷源 楊洪坤： 基于電力載波技術的溫度控制系統(tǒng)硬件設計 14 中斷喚醒省電模式 看門狗（ WDT）電路 8k 可反復擦寫 (1000 次） ISP Flash ROM 工作電壓 時鐘頻率 033MHz 256x8bit 內(nèi)部 RAM 低功耗空閑和省電模式 3 級加密位 軟件設置空閑和省電功能 雙數(shù)據(jù)寄存器指針 此單片機的 P0P3 口的功能類似，本設計中主要應用了它的 P3 口。 P3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P3 輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“ 1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89S52 特殊功能（第二功能）使用，如表 31 所示。在 flash 編程和校驗時， P3 口也接收一些控制信號。本設計主要應用了 P3口的第二功能。 表 31 P3口的第二功能 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 15 引腳號 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） /INTO（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（定時器 0 外部輸出） T1（定時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 單片機的通信技術 單片機的 通信 有兩種，即串行和并行通信。并行 通信是指數(shù)據(jù)庫的各位同時進行傳送（發(fā)送或接收）的通信方式。其優(yōu)點是傳遞速度快，缺點是數(shù)據(jù)有多少位，就需要多少根傳送線。串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位按順序傳送的通信方式，它的突出優(yōu)點是只需要一對傳送線，這樣大大降低了傳送成本，特別適合用于遠距離通信；其缺點是傳送速度較慢。 8051 有一個可編程的雙工串行通信接口，它可作為通用異步接收和發(fā)送器UART，也可作為同步移位寄存器。其幀格式可有 8 位， 10位， 11 位，并能設置各種波特率。 8051 通過引腳 RXD（ ）和引腳 TXD（ 串行數(shù)據(jù)發(fā)送端）與外界進行通信。 8051 的串行數(shù)據(jù)緩沖器 SBUF 在物理上有兩個緩沖器，一個是發(fā)送緩沖寄存器，另一個是接收緩沖寄存器。在邏輯上只有一個，既表示發(fā)送寄存器，又表示接收寄存器，具有同一個單元地址 99H，用同一寄存器名 SBUF。發(fā)送 數(shù)據(jù)時，只需將發(fā)送數(shù)據(jù)輸入 SBUF， CPU 將自動啟動和完成串行數(shù)據(jù)的發(fā)送 ； 接收時， CPU將自動把接收到的數(shù)據(jù)存入 SBUF，用戶只需從 SBUF中讀出接收數(shù)據(jù) [3]。 楊洪坤： 基于電力載波技術的溫度控制系統(tǒng)硬件設計 16 DS18B20 的結構 （ 1） DS18B20的引腳 ，封狀 DS18B20有封裝形式，有 TO92封狀和 8腳的 TSOC封狀，如圖 32（ a） 32（ b) 32 (a) 32 (b) 圖中引腳 說明 ： GND：接地線 DQ ：數(shù)據(jù)輸入 /輸出線 VDD：外接供電電源輸入端 NC ：為空引腳 DS18B20內(nèi)部結構及工作原理 （ 2） 其內(nèi)部結構如圖 33所示 從圖中可知， DS18 B20有 64位光刻 ROM， EEPROM（ TH， TH）的溫度報警器，暫存器、 CRC檢驗 發(fā)生器等組成。圖中 64位序列號是出廠前光刻好的，它可以看作 是 DS18B20的地址序列號，用于分掛同一總線 8個 DS18B20的目的；暫存器的分布表 32。其測溫的工作原理如圖 34所示。 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 17 圖 33 內(nèi)部結構圖 表 32 DS18B20內(nèi)部寄存器分配表 寄存器內(nèi)容 字節(jié)地址 溫度低 8位數(shù)字 0 溫度高 8位數(shù)字 1 高溫限制 TH 2 低溫限制 TL 3 保留 4 保留 5 計數(shù)剩余值 6 每度計數(shù)值 7 CRC效驗碼 8 圖中低溫度系數(shù)晶振的震蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻 率的脈沖信號送給計數(shù)器 1，高溫度系數(shù)的晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2的脈沖輸入。計數(shù)器 1和溫度寄存器分別被預置每度計數(shù)值和在 55℃時所對應的一個基數(shù)值。計數(shù)器 1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當計數(shù)減 1到 0時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1的預置將重新被裝楊洪坤： 基于電力載波技術的溫度控制系統(tǒng)硬件設計 18 入，計數(shù)器 1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)。如此循環(huán)，直到計數(shù)器 2到 0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的值即 為所測的溫度。圖中斜率累加器用于 補償和修正測溫過程中的非線形，其輸出用于修正計 數(shù)器 1的預置值 [1]。 圖 34 測溫 工作原理 （ 3） DS18B20與單片機的接口電路及編程 DS18B20與單片機的接口電路可按不同要求設計，在傳感器端可以外接電源的接口電路如圖 35所示。 圖 35 DS18B20與單片機的接口電路 計數(shù)器 1 低溫度系數(shù)晶振 預置 斜率累加器 比較 =0 預置 溫度寄存器 高溫度系數(shù)晶振 計數(shù)器 2 =0 加 1 停止 89S52 DS18B20 VCC VCC 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 19 ①指令代碼介紹 通常單片機是以 DS18B20ROM命令和 DS18B20功能命令來控制 DS18B20工作的。表 33（ a）是 DS18B20ROM命令集，表 33(b)是 DS18B20功能命令集。 表 33（ a） DS18B20 ROM 命令集 指令 代碼 功能 讀 ROM 33H 讀 DS18B20 ROM 中編碼（即 64位地址） 符合 ROM 55H 發(fā)出此命令后，接著發(fā)出 64 位 ROM 編碼，訪問“一線總線”，上讀編碼相對應的 DS18B20 器件做出響應，為下一步對該DS18B20的讀 /寫做準備 搜索 ROM F0H 用于確定掛接在同一總線上 DS18B20 的個數(shù)和識別 64 位 ROM地址，為操作各期間做準備 跳過 ROM CCH 忽略 64位 ROM地址，直接向 DS18B20發(fā)溫度變換命令，適用于單一 DS18B20工作 告警搜索命令 ECH 執(zhí)行后只有溫度越過設定值上限或下限時才做出響應 表 33（ b） DS18B20 ROM功能命令集 指令 代碼 功能 溫度轉換 44H 啟動 DS18B20進行溫度轉換，轉換時間最長為 500ms，典型為200ms,結果存入內(nèi)部 RAM中 讀暫存器 BEH 讀內(nèi)部 RAM中字節(jié)內(nèi)容 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部 RAM的第 2， 3字節(jié)寫上下限溫度數(shù)據(jù)的命令，緊跟讀命令后是傳送 2個字節(jié)的數(shù)據(jù) 復制暫存器 48H 將 RAM中第 2， 3字節(jié)內(nèi)容復制到 EEPROM中 恢復 EEPROM B8H 將 EEPROM中內(nèi)容恢復到 RAM中第 3字節(jié)中 讀供電方式 B4H 讀 DS18B20的供電方式，寄生供電時 DS18B20發(fā)送“ 0”，外接電源時發(fā)送“ 1” ② 編程 根據(jù) DS18B20的通信協(xié)議， 從機 控制 DS18B20完成溫度轉換必須經(jīng)過三個步驟，每次讀 /寫之前都要對 DS18B20進行復位，復位成功后發(fā)送一條 ROM指令，最后發(fā)送 RAM命令，這樣才能對 DS18B20進行預定的操作。復位要求 CPU將數(shù)楊洪坤： 基于電力載波技術的溫度控制系統(tǒng)硬件設計 20 據(jù)線下拉 500μ s，然后 釋放， DS18B20收到信號后等待 16~60μ s左右后發(fā)出 60~240μ s的低脈沖，主 CPU收到此信號后復位成功，才對 DS18B20進行操作。 DS18B20與單片機的連接圖 圖 36 DS18B20與單片機的連接 繼電 器電路的設計 本次設計中的電爐子的 額定電壓 230V 交流177。 10％， 50/60HZ 下大約 1A 電流， 壓縮機的額定電壓是 220V 交流177。 10％， 50/60HZ 下大約 1A 電流，經(jīng)過分析選型，確定采用 SHS4100（ SHS5VDCSC） 繼電器，因為它的電參數(shù)符合本次設計的要求。 四川理工學院本科畢業(yè)（設計）論文 21 繼電器與 單片機 的連接如下 圖 3－ 7所示 ： 圖 37 繼電器與單片機 當現(xiàn)場的溫度過高時，反饋回來的信號控制 引腳，使之輸出高電平，繼電器開始工作，控制電機，使現(xiàn)場的溫度降低。同理在單片機的引腳 也接一個繼電器，用于控制現(xiàn)場的溫度升高，其工作原理與 一致。在 實物中，因為沒有壓縮機，所以省去了繼電器，而接上了 LED 發(fā)光二極管，用二極管的亮滅來表示電平的高與低。其原理與接繼電器是一致的 [7]。 從機 原理圖 現(xiàn)場的溫度傳感器 DS18B20，它采集現(xiàn)場的溫度數(shù)據(jù)，然后把此溫度數(shù) 據(jù)傳輸給單片機，單片機在把此信號通過耦合芯片（ KQ100F）傳輸?shù)?220V（ AC）上?，F(xiàn)場的壓縮機和電爐是受 現(xiàn)場 繼電器控制的，而繼電器的控制信號來自于控制室 ， 主機 的控制信號控制 從機 中的單片機 、 引腳，使它們輸出高低電平，從而實現(xiàn)電機的開、關而達到控制溫度的上升與下降的目的。 其原理圖如 38 所示。 楊洪坤： 基于電力載波技術的溫度控制系統(tǒng)硬件設計 22 圖 38 從機 原理圖 123456