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PL2101在路灯控制系统中的应用

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:新型直序扩频半双工异步调制解调顺PL2101具有功能多、抗干扰能力强等特点。利用它通过电力线载波应用系统可实现路灯的集约化及自动化管理和控制。文中介绍了用PL2101对路灯进行集约化自动控制设计的基本原理及软硬件实现方法,同时给出了其设计原理图和主、从控站的程序流程图。
  关键词:电力线载波路灯控制PL2101芯片通信协议
  
  1引言
  
  为实现校园路灯控制的自动化,笔者应用PL2101芯片开发了基于电力线载波的路灯控制系统。该系统采用电力载波通信方式,它将所有的路灯连接到计算机上,并通过计算机监视所控区域内的路灯工作状态,可随时设定开关时间、路灯开启比例或单独革一个路灯的开与关。任一路路灯的工作电流和温度均可随时查询,路灯损坏时可实时报警,并可显示具体地理位置,以便于快速维修;当夜晚(或光线较暗)来临且处在交通高峰时,路灯全部开启,交通高峰期后,进入按比例开启,如午夜之后70%;在凌晨之前时段,路灯开启比例可以降到40%等,这样既兼顾了照明需要,又减少了电力浪费。
  
  2系统工作原理
  
  该系统由三个层次组成,分为总控站、主控站及从控站。总控站由PC机组成,可与主控站通过光缆或无线电连接,以实现对各个主控站的管理,并设定开关灯时间及执行开灯比例指令,同时对主控站返回的信息进行汇总,对有故障的路灯通过图文显示出来,以便准确确定其所在的位置。
  
  主控站内部结构如图1所示。主控站通过光缆或无线方式来接收总控机的指令,并通过电力线载波的串行通信方式来对从控站进行监控。一个通信数据包由8字节数据组成,第一、二字节是主控标识,第三字节是命令,第四、五字节是从站地址,第六至第八字节为数据。从理论上讲,一个主控站最多可控制6万个从站。主控站采用广播方式发送命令数据,从机站收到通信包后进行数据分析,分析的内容:一是识别主机是否是自己的上级主控站,二是识别从机地址是否是自己的地址,只有在全部确认无误后,主控站才执行命令和相应的操作。
  
  从控站的内部逻辑结构如图2所示,每个从控站可控制三组路灯,它通过电力载波接收电路来接收主控站的指令,并执行相应的操作,完成对工作电流的采样及处理,判断路灯是否工作正常,以便采取合理的保护措施;同时,它可以对现场工作温度进行采样处理,以便在温度超出正常工作范围时采取保护措施,同时将相关信息返送回主控站中。
  
  3硬件设计
  
  3.1主要元件的选择与性能
  
  PL2101是一个新型的直序扩频半双异步调制解调器,载频为120kHz,带宽为15kHz,传输速率为500bps,接收灵敏度高达30μV,另外,PL2101还具有上电复位、电压监测电路、看门狗定时器及可编程实时时钟等附属功能电路。该电路抗干扰能力强,灵敏度高,且与TTL电平兼容。此外,PL2101与MCS51系列单片机的接口非常简单,因而完全能够满足系统要求。
  
  AT89C2051和89C55WD系列单片机是具有Flash存储器且指令与MCS51完全兼容的、高性价比的微处理器。其中89C2051带有2kBFlash存储器,可用于从控站。89C55WD则具有20kBFlash存储器,可用于主控站。
  
  TLC0832是一款8bit二通道三总线的A/D转换器,其特点是体积小巧、占用单片机资源少,且性能优良。
  
  3.2电路设计
  
  该设计中的接收放大电路如图3所示。其中D7用于箝位,以防止过大的浪涌电流;C5、L1及Q1组成输入信号选频放大电路,以对输入的微小信号进行放大,从而提高接收灵敏度。
  
  发射放大电路如图4所示。这种发射放大电路非常简单,主要由4个三极管组成,四个二极管起保护作用。从控机数据处理及控制电路原理如图5所示。当PL

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