采用PL2101芯片和電力載波技術實現路燈控制系統的設計

1 、引言

為實現校園路燈控制的自動化，應用PL2101芯片開發(fā)了基于電力線載波的路燈控制系統。該系統采用電力載波通信方式，它將所有的路燈連接到計算機上，并通過計算機監(jiān)視所控區(qū)域內的路燈工作狀態(tài)，可隨時設定開關時間、路燈開啟比例或單獨革一個路燈的開與關。任一路路燈的工作電流和溫度均可隨時查詢，路燈損壞時可實時報警，并可顯示具體地理位置，以便于快速維修；當夜晚（或光線較暗）來臨且處在交通高峰時，路燈全部開啟，交通高峰期后，進入按比例開啟，如午夜之后70%；在凌晨之前時段，路燈開啟比例可以降到40%等，這樣既兼顧了照明需要，又減少了電力浪費。

2、統工作原理

該系統由三個層次組成，分為總控站、主控站及從控站?？偪卣居蒔C機組成，可與主控站通過光纜或無線電連接，以實現對各個主控站的管理，并設定開關燈時間及執(zhí)行開燈比例指令，同時對主控站返回的信息進行匯總，對有故障的路燈通過圖文顯示出來，以便準確確定其所在的位置。

主控站內部結構如圖1所示。主控站通過光纜或無線方式來接收總控機的指令，并通過電力線載波的串行通信方式來對從控站進行監(jiān)控。一個通信數據包由8字節(jié)數據組成，第一、二字節(jié)是主控標識，第三字節(jié)是命令，第四、五字節(jié)是從站地址，第六至第八字節(jié)為數據。從理論上講，一個主控站最多可控制6萬個從站。主控站采用廣播方式發(fā)送命令數據，從機站收到通信包后進行數據分析，分析的內容：一是識別主機是否是自己的上級主控站，二是識別從機地址是否是自己的地址，只有在全部確認無誤后，主控站才執(zhí)行命令和相應的操作。

從控站的內部邏輯結構如圖2所示，每個從控站可控制三組路燈，它通過電力載波接收電路來接收主控站的指令，并執(zhí)行相應的操作，完成對工作電流的采樣及處理，判斷路燈是否工作正常，以便采取合理的保護措施；同時，它可以對現場工作溫度進行采樣處理，以便在溫度超出正常工作范圍時采取保護措施，同時將相關信息返送回主控站中。

3 、硬件設計

3.1 主要元件的選擇與性能

PL2101是一個新型的直序擴頻半雙異步調制解調器，載頻為120kHz，帶寬為15kHz，傳輸速率為500bps，接收靈敏度高達30μV，另外，PL2101還具有上電復位、電壓監(jiān)測電路、看門狗定時器及可編程實時時鐘等附屬功能電路。該電路抗干擾能力強，靈敏度高，且與TTL電平兼容。此外，PL2101與MCS51系列單片機的接口非常簡單，因而完全能夠滿足系統要求。

AT89C2051和89C55WD系列單片機是具有Flash存儲器且指令與MCS51完全兼容的、高性價比的微處理器。其中89C2051帶有2kB Flash存儲器，可用于從控站。89C55WD則具有20kB Flash存儲器，可用于主控站。

TLC0832是一款8bit二通道三總線的A/D轉換器，其特點是體積小巧、占用單片機資源少，且性能優(yōu)良。

3.2 電路設計

該設計中的接收放大電路如圖3所示。其中D7用于箝位，以防止過大的浪涌電流；C5、L1及Q1組成輸入信號選頻放大電路，以對輸入的微小信號進行放大，從而提高接收靈敏度。

發(fā)射放大電路如圖4所示。這種發(fā)射放大電路非常簡單，主要由4個三極管組成，四個二極管起保護作用。從控機數據處理及控制電路原理如圖5所示。當PL2101收到的載頻信號經內部電路處理后，它將解調出數據bit信息，并經RXD輸出，同時HEAD同步輸出低電平。當AT89C2051的INT1產生斷并接收bit后，會根據預定格式合成相應的指令信息；同時根據指令中所規(guī)定的時間設置來修改開關燈時間及開燈的比例，并執(zhí)行開關燈的操作等。另外，它還將在開燈后監(jiān)控電流、溫度等參數，以便在嚴重超標時執(zhí)行保護措施，同時及時給主控機發(fā)送故障原因信息。

主控機信息處理電路如圖6所示。它的調制與解調電路與從控機一致，在圖中增加了中文液晶顯示和一個12鍵鍵盤，可用于現場進行電路參數設置。與總控機之間的通信采用行通信協議，并通過中斷由SBUF進行收發(fā)，員時經SN75176轉換成RS-485電平。其物理結構可以是光纖或無線數據傳輸設備。

總控機的作用是在PC機上用VB開發(fā)整個城市路燈控制系統的線咱圖，它可在某一路燈發(fā)生故障時，準確及時地顯示出故障發(fā)生的具體位置和可能的故障原因。

3.3 軟件設計

該系統軟件要用C51語言編寫，并采用全部模塊化編程。從控機中的單片機程序模塊包括對PL2101的接收以及電流和溫度采樣、路燈控制等，其主程序流程如圖7所示。主控機中的程序模塊主要包括對總控機通信數據的接收、鍵盤的掃描、顯示以及對從控機發(fā)送數據等，其主程序流程如圖8所示。圖9為其中斷程序。

4、 結束語

該城市路燈控制系統開發(fā)完成后，目前已被應用在860只路燈的小型應用控制系統中。實際使用證明：該系統性能穩(wěn)定良好。

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