基于單片機(jī)的電力線載波溫濕控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要： 介紹了一種基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫濕度調(diào)控的智能控制系統(tǒng)。根據(jù)電力線載波傳輸和溫濕度調(diào)控的原理，闡述了系統(tǒng)的硬件框圖、模塊結(jié)構(gòu)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)終端、編解碼單元和耦合電路模塊，并給出了系統(tǒng)軟件邏輯及流程框圖、PID溫濕度控制算法。通過(guò)本地或遠(yuǎn)程操作實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的溫箱設(shè)備進(jìn)行溫濕度調(diào)控，是集監(jiān)測(cè)、管理、控制于一體的智能測(cè)控設(shè)備。

　　以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)可準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)交互信息的輸入輸出，信息量大，被廣泛應(yīng)用于工控系統(tǒng)、移動(dòng)電子設(shè)備中。利用電力線網(wǎng)絡(luò)作為高速數(shù)據(jù)的傳輸媒介，能夠創(chuàng)造出很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。電力線載波通訊是利用電網(wǎng)的電力線作為傳輸媒介的有線傳輸模式，作為載波通訊在同一電力變壓器范圍內(nèi)無(wú)需另外架設(shè)線路，成本低，使用方便。雙音多頻DTMF(Dual Tone Multi Frequency)信號(hào)由于具有較強(qiáng)的抗干擾能力和可靠的信號(hào)傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，已逐漸被廣泛使用。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用以單片機(jī)為核心結(jié)合PID算法的智能載波溫濕控制系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)證明系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

　　1 P89V51單片機(jī)簡(jiǎn)介

　　P89V51是PHILIPS生產(chǎn)的高性能、低功耗的8位微控制器。它具有64 KB的Flash，1 KB RAM，雙工UART通道，有很強(qiáng)的外部擴(kuò)展能力。片上集成了存儲(chǔ)、控制單元，能有效地控制系統(tǒng)體積，可以很容易地嵌入設(shè)備內(nèi)部。在需交互控制的設(shè)備中，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)可以單獨(dú)工作，而不跟設(shè)備其他部分發(fā)生交叉影響。其低廉的成本及穩(wěn)定的工作狀態(tài)成為工控、家電、儀器儀表設(shè)計(jì)的首選。

　　2 電力線載波溫度控制系統(tǒng)

　　2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原理

　　電力線載波是一種有線傳輸方式，不需要專(zhuān)門(mén)的傳輸線路，只需借助通常的電力線就可以完成數(shù)據(jù)傳輸。其傳輸信號(hào)由專(zhuān)門(mén)的芯片產(chǎn)生，本系統(tǒng)采用DTMF信號(hào)為載體，即：

　　其中f1、f2為不同信號(hào)的頻率，A1、A2為兩個(gè)頻率信號(hào)的幅值。發(fā)送端通過(guò)調(diào)制耦合至電力線；接收端通過(guò)解調(diào)還原獲得傳輸信號(hào)。電力線上的信號(hào)為電源信號(hào)和載波信號(hào)的疊加。載波信號(hào)的加載和卸載也就是電源信號(hào)和載波信號(hào)的疊加和分離過(guò)程。

　　本系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，系統(tǒng)包括終端模塊、控制模塊、編碼解碼模塊、耦合電路等部分，分別實(shí)現(xiàn)信息的發(fā)送、接收和處理。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　控制單元通過(guò)接收外部鍵盤(pán)信息或傳感器信息產(chǎn)生控制信號(hào)，經(jīng)信息識(shí)別、處理后通過(guò)編解碼芯片MT8888產(chǎn)生發(fā)送端信號(hào)，經(jīng)耦合電路至電力線發(fā)送。在接收端，通過(guò)耦合電路將載波信息卸載，逆向通過(guò)MT8888解碼至控制單元，從而執(zhí)行相應(yīng)的響應(yīng)功能。

　　2.2 系統(tǒng)終端

　　采用Sensirion公司推出的可以同時(shí)測(cè)量溫度和濕度的數(shù)字式傳感器SHT15。內(nèi)部集成溫濕傳感器、A/D轉(zhuǎn)換、放大器、I2C等，不需外圍器件即可直接輸出標(biāo)定的數(shù)字信號(hào)。測(cè)量穩(wěn)定、精度高，濕度精度為±2.0%RH，溫度精度為±0.5℃。將SHT15輸出的數(shù)字量做如下的轉(zhuǎn)換成實(shí)際溫濕度值。