【正文】 6 接收 , 第 24 頁 而電力線上的干擾信號很不確定且非常復雜 ,所以需要一個帶通濾波器 ,通過 ~ (本系統(tǒng)采用 72kHz 載頻 ),經(jīng)過預放大后再送到ST7536的接收端。電路的框圖如圖 4所示。 其中框圖左端包括來自 ST7536的 ATO和 RAI 及 RX/TX, RX/TX是數(shù)字信號 ,控制收發(fā)轉換。 ATO是 ST7536 的發(fā)送輸出 ,它和電力線接口的發(fā)送輸入相連。模擬發(fā)送輸出由自動等級控制輸入電路來調整。最大輸出電壓的峰 峰值是 。 RAI是 ST7536的接收模擬輸入。它和電力線接口的接收輸出相連 ,最大輸入電壓的均方根值是2V。接收靈敏度的均方根值在信道 1和信道 2(600 baud)上是 2mV。在信道 3和信道 4(1200 baud)上是 3mV。本系統(tǒng)采用后者。 通過控制 ST7536的 RX/TX控制引腳 ,使載波電路處于接收狀態(tài) ,在火線和零線之間加 72KHz、 ,用示波器觀測 ST7536 24引腳的波形 ,正常應為 72KHz、177。 ,頻率偏移調整 C35C37,每增加 1nF,中心頻率下降 。載波接收信號如圖 5所示 。當始載波電路處于發(fā)射狀態(tài)時 ,將 ST7536的第 10引腳 ,即測試引腳接 VCC, 在零線和火線之間連接 ,用示波器觀測零線和火線之間的波形 ,正常應為 72KHz、峰峰值大于等于 7V ,若信號失真調整則調整相關電容。 本通信模塊的設計采用電力線載波和兩總線通信相結合 ,在一個電力線子網(wǎng)中盡可能的減少使用電力線通信 ,使電力線中由于電力載波信號引起的同一頻段的 干擾信號得到很好的改善 ,而使用兩總線通信實現(xiàn)通信模塊和底層間的通信。以實現(xiàn)家用電器及樓宇自控系統(tǒng)的網(wǎng)絡互聯(lián)、互操 ,特別是在樓宇自控領域和多表集抄系統(tǒng)中已經(jīng)得到了實際應用 。 雙 CPU 通信方法與 RS485 通信 雖然 PIC16F87x 系列單片機外圍通信接口豐富，但是，整個系統(tǒng)通信復雜，接口資源仍然很緊張。主從 CPU的可靠通信，是組群控制器可靠工作的關鍵之一。 根據(jù)資源分配，主微控制器 PIC16F877 與從微控制器 PIC16F873 采用 SPI接口，并以主從方式通信。根據(jù)系統(tǒng)端口配置需要， PIC16F873采 用硬件 SPI接口方式， PIC16F877 采用普通 I/O口 RB1～ RB3來模擬硬件 SPI口，即軟件 第 25 頁 SPI接口。 PIC16F877 的 SPI硬件資源分配給 E2PROM 24C64使用。 PIC16F873的 SPI接口工作在從模式下， PIC16F877需要選用一個普通 I/O口（這里是RB4）與 PIC16F873 的 SPI 通信控制端 RA4/SS 相連，控制 SI通信的發(fā)起與結束，如圖 5所示。每次通信都是由 PIC16F877 發(fā)起， PIC16F873響應 。 電能計量模塊為單獨模塊，能夠測量供電線路的電壓、電流、功率 、功率因數(shù)等參數(shù)，并具有標準的 RS485接口。為此， PIC16F873利用硬串口RC6/TX和 RC7/RX，通過 RS485接口變換，與電能計量模塊 JP1相連。這里MAX485芯片作為 485 總線接口轉換芯片，用 RC2作為 RS485總線通信輸入 /輸出使能控制端，控制信號的讀入和送出。 第 26 頁 4． 5 交流接觸器控制與狀態(tài)保持 組群控制器的一項重要任務是通過固體繼電器 SSR和交流接觸器實現(xiàn)照明線路供電控制。固體繼電器為 DC3～ 24V 輸入， AC220V輸出，其輸入由 NPN型三極管 9013驅動。由于系統(tǒng)實際運行過程中 存在各種干擾，若則相關引腳很可能會出現(xiàn)跳變信號或三態(tài)，造成交流接觸器誤動作。因此 “ 鎖定 ” 復位前狀態(tài)，對保證系統(tǒng)可靠性非常重要。這里采用了由 1個 D觸發(fā)器、 1個光耦、3個電阻和 3個 I/O 引腳組成的采樣 /保持電路， D觸發(fā)器復位端 R和置位端S分別接地，數(shù)據(jù)端 D接 CPU的數(shù)據(jù)控制端 RE0，時鐘端 CLK通過光耦 TIP521接 CPU的時鐘產(chǎn)生控制端 RE1和 RE2。保持電路的關鍵在于 RE0、 RE RE2單個引腳誤動作無法產(chǎn)生有效時鐘和控制指令。即使 CPU發(fā)生復位，由 RC0腳讀回固態(tài)繼電器當前工作狀態(tài)，并將 RE0 輸出（ D觸發(fā)器輸入）置成該狀態(tài)，進而保證 SSR不產(chǎn)生誤動作。電阻 R32為上拉電阻，保證 RE2出現(xiàn)三態(tài)時光耦不產(chǎn)生誤導通。電阻 R33起限流作用。實際證明該電路是有效的。 4． 6 時鐘與控制策略 要實現(xiàn)自動定時控制，系統(tǒng)時鐘和系統(tǒng)預 存控制策略是關鍵。組群控制器采用 DS1302 時鐘芯片，為系統(tǒng)提供實時時鐘。 DS1302是一種帶備份電源的、 8腳、具有 I2C串行通信功能的高性能、低功耗時鐘芯片，提供秒、分、時、日、周、月、年日歷功能。 I2C串行總線 SCL和 SDA分別需要一個上拉電阻。主微控制器 PIC16F877采用硬件 I2C接口（ RC3/SCL和 RC4/SDA）與DS1302通信，如圖 6所示。組群控制器可以實現(xiàn)遠程時鐘校準。 第 27 頁 組群控制器將每日控制策略時間表 Table季節(jié)劃分時間表 Table季節(jié)控制策略時間表 Table3和節(jié)假日控制時間表 Table4存儲在 E2PROM 24C64中。 24C64是容量為 8KB、支持兩線的 I2C串行通信、 1000000 次擦寫的 E2PROM。主微控制器 PIC16F877采用 2 個普通 I/O口（ RD1和 RD2）模擬I2C串行總線，即實現(xiàn)軟件 I2C總線接口。組群控制器根據(jù)讀得的日歷信息和時 間信息，對照各種控制策略時間表，發(fā)布開關燈及調光控制指令。 4． 7 軟件實現(xiàn) 組群控制器軟件分為主微處理器軟件和從微處理器軟件。主微控制器一方面負責通過 GSM與照明 管理 計算機 （簡稱上位機）通信，接收、解析和執(zhí)行上位機發(fā)來的各種 命令，并將執(zhí)行結果發(fā)送給上位機； 另一方面，主控制器在沒有 GSM信息的情況下，完成其它一些任務，軟件流程圖如圖 7所示。圖 8給出了從微控制器軟件的簡要流程圖。 第 28 頁 圖 7 主 CPU 軟件流程圖 開 始 初 始 化 讀當前時間 改變控制狀態(tài)的時間？ 接受到 GSM信息？ 需要讀照 度 ？ 讀取照度 需要測 量溫度？ 讀取環(huán)境溫度 需要讀取濕度？ 讀取環(huán)境濕度 是控制命令？ 是查詢命令？ 是下載控制策略？ 是校準時鐘？ 是讀取電網(wǎng)參數(shù)？ 執(zhí)行該命令 執(zhí)行查詢命令 儲存新的控制策略表 更新時鐘時間 從 cpu 讀取相關信息 處理時間事件 Y N N Y Y Y Y N N N N Y Y Y Y Y 第 29 頁 圖 8 從 CPU軟件流程圖 開 始 初 始 化 主 CPU有通信請求 ？ 讀電網(wǎng)參數(shù)？ 讀電源狀態(tài)？ 處理其他事件 處理通信事件 讀取電網(wǎng)參數(shù) 讀電源工作狀態(tài) N N N Y Y 第 30 頁 五 硬件設計 PIC16F873 特點 PIC16F873 單片機 為 28 引腳微處理器 ,除了具有 PIC 系列 單片機 的共同特點外 ,還具有以下特點 : (1) 具有 4KB 的 FLASH 程序存儲器 。 (2) 22 條 I/ O 口線 。 (3) 192 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器 。 (4) 3 個定時器 。 (5) PIC16F873 有 5 路 10 位A/ D 通道 。 (6) PIC16F87 有 128 字節(jié)的 EEPROM?？梢?, PIC16F873 特別適用于步進電機的驅動控制。由于 PIC16F873 具有 128B 的 EEPROM,因此 ,還可以用于設定參數(shù)需要經(jīng)常修改的應用場合。 單片機 及接口電路 PIC16F873 單片機 為核心的原理圖 ,如圖 9 所示?？梢钥闯鲈撛韴D非常簡單 ,所需的外圍器件很少 ,這樣就能大大提高系統(tǒng)的可靠性。 單片機 的 RC 端口(11～ 18 引腳 ) 為鍵盤輸入與顯示端口。對 PIC16F873 ,由于片內沒有可在線讀寫的 EEPROM,電機信息如相數(shù)及勵磁表必須在固化程序的過程中一同固化到芯片的程序存儲區(qū)中。所以 PIC16F873 芯片就不需要鍵盤輸入和顯示模 塊來修改電機參數(shù)。對 PIC16F873 ,由于片內有 EEPROM,所以可以由用戶在線修改和更新所驅動的電機的信息。這使得基于 PIC16F873 的電機驅動器具有更大的靈活性和通用性。鍵盤輸入和顯示模塊是通過外引插頭與 單片機 相連的 ,在信息修改完后 ,可以拔除以減小 驅動器 的尺寸 [1～ 3 ] 。 第 31 頁 圖 9 DS1302 的結構及工作原理 DS1302是美國 DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶 RAM的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償功能，工作電壓寬達 ～ 。采用三線接口與 CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或 RAM數(shù)據(jù)。 DS1302內部有一個 31 ８的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的 RAM寄存器。 DS1302是 DS1202的升級產(chǎn)品，與 DS1202兼容，但增加了主電源／后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。 引腳功能表及內部結構圖 DS1302 的引腳及內部結構如圖 10所示。 第 32 頁 DS1302 的控制字節(jié)說明 DS1302 的控制字如圖 11所示。 控制字節(jié)的最高有效位（位 7）必須是邏輯 1，如果它為 0，則不能把數(shù)據(jù)寫入到 DS1302 中 位 6如果為 0，則表示存取日歷時鐘數(shù)據(jù)，為 1表示存取 RAM數(shù)據(jù) 。位５至位 1指示操作單元的地址 。最低有效位（位 0）如為 0表示要進行寫操作，為 1表示進行讀操作 ，控制字節(jié)總是從最低位開始輸出。 復位 通過把 輸入驅動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。 輸入有兩種功能：首先， 接通控制邏輯，允許地址／命令序列送入移位寄存器；其次， 提供了終止單字節(jié)或多字節(jié) 數(shù)據(jù)的傳送手段。當 為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對 DS1302進行操作。如果在傳送過程中置 為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，并且 I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。 第 33 頁 上電運行時，在 Vcc≥ 之前， 必須保持低電平。只有在 SCLK為低電平時，才能將 RST置為高電平。 數(shù)據(jù)輸入輸出 在控制指令字輸入后的下一個 SCLK時鐘的上升沿時數(shù)據(jù)被寫入 DS1302，數(shù)據(jù)輸入從低位即位 0開始。同樣，在緊 跟 8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出 DS1302的數(shù)據(jù)，讀出數(shù)據(jù)時從低位 0 位至高位 7，數(shù)據(jù)讀寫時序見圖 12。 DS1302 的寄存器 DS1302共有 12個寄存器，其中有 7個寄存器與日歷、時鐘相關，存放的數(shù)據(jù)位為 BCD 碼形式。其日歷、時間寄存器及其控制字見表 2。 此 外 DS1302還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與 RAM相關的寄存器等。時鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內容。 DS1302與 RAM 相關的寄 存器分為兩類，一類是單個 RAM單元，共 31個，每個單元組態(tài)為一個 8位的字節(jié)，其命令控制字為COH~FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的 RAM 第 34 頁 寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的 RAM的 31個字節(jié)，命令控制字為 FEH（寫）、 FFH（讀）。 MAX485 MAX485接口芯片是 Maxim公司的一種 RS－ 485芯片。采用單一電源 +5 V工作，額定電流為 300 μA ，采用半雙工通訊方式。它完成將 TTL電平轉換為 RS－485電平的功能。其引腳結構圖如圖 13所示。從圖中 可以看出 ,MAX485 芯片的結構和引腳都非常簡單 ,內部含有一個驅動器和接收器。 RO和 DI端分別為接收器的輸出和驅動器的輸入端，與單片機連接時只需分別與單片機的 RXD和 TXD相連即可； /RE和 DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當 /RE為邏輯 0時，器件處于接收狀態(tài)；當 DE為邏輯 1時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為 MAX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機的一個管腳控制這兩個引腳即可； A端和 B端分別為接收和發(fā)送的差分信號端 ,當 A引腳的電平