電力線載波通信系統(tǒng)中的單片機程序設計

作者：宋真君遼寧省交通高等?？茖W校(沈陽110122) ，尹常永沈陽工程學院自動控制系(沈陽110136) 時間：2008-07-08 來源：電子產(chǎn)品世界

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摘要： 簡述電力線載波系統(tǒng)中的單片機程序設計。
關鍵詞： DTMF；電力線載波；USB；單片機遠距離通信

2008年5月20日收到本文修改稿。宋真君：副教授，研究方向為系統(tǒng)仿真與嵌入式系統(tǒng)。

引言

　　近距離的單片機通信采用總線方式即可實現(xiàn)，遠距離的單片機通信不能采用這種方式，尋找一種即可遠距離傳輸，又保證安全可靠的通信方式很重要。電力線載波通信技術(PLC),是指利用已有的配電網(wǎng)作為傳輸媒介，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換的一種技術。它能夠充分利用最為普及的電力線網(wǎng)絡資源，具有覆蓋范圍廣、建設速度快、投資少、用電器可以直接作為網(wǎng)絡終端等特點。低壓配電網(wǎng)PLC技術根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸速率可以分為低速和高速兩種，低速PLC的數(shù)據(jù)傳輸速率小于1Mbit/s，目前技術比較成熟，而且已經(jīng)有相應標準對其載波頻進行了規(guī)定，中國電力線載波通信頻帶規(guī)定為3-500KHz。窄帶電力線載波技術由于數(shù)據(jù)傳輸速率較低，目前用于工業(yè)控制、配電自動化、樓宇自動化等。雙音頻(DTMF)技術以其較強的抗干擾能力和較低的誤碼率低等優(yōu)點，是一種較為常用的通信方式。因此以電力線為傳輸介質(zhì)，使用雙音頻通信方式實現(xiàn)單片機遠距離通信是很有價值的。雙音頻收發(fā)電路的設計和應用、通信傳輸協(xié)議的制定以及單片機的軟件設計是本系統(tǒng)設計的關鍵。本文著重介紹單片機的軟件設計。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/85411.htm

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，本系統(tǒng)采用巡回檢測的方式實現(xiàn)多路檢測報警，并通過USB接口連接到PC機，用VB報警界面集中監(jiān)控顯示。首先，可以根據(jù)防盜區(qū)的需求有規(guī)律地設置多路報警檢測點(本系統(tǒng)可設置多達256個)，即前端檢測電路。其次，由中心控制系統(tǒng)的單片機有順序地向前端發(fā)送檢測信號，當某個前端被檢測到時，會通過前端單片機向中心控制系統(tǒng)發(fā)回自己的代碼并附上有無報警信息，如果有報警，中心控制系統(tǒng)就通過USB接口將數(shù)據(jù)傳送給PC機，VB界面上會顯示相應報警點，并把報警時間和報警點編號記錄下來，接著就繼續(xù)檢測下一個檢測點，否則就直接轉(zhuǎn)去檢測下一個檢測點。但當中心控制系統(tǒng)向前端發(fā)送檢測信號時，如果等待某一段時間后前端無應答時，就報出錯信息。如此周而復始，以達到對防盜區(qū)域內(nèi)的有效監(jiān)控。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　本系統(tǒng)用軟件設置發(fā)送與接收是分時的，可以避免控制信號和檢測信號相互干擾，影響系統(tǒng)工作的正確性，又可減少硬件開銷，順利實現(xiàn)雙音頻信號的雙向傳輸。還利用全速USB設備接口連接到PC機，既插即用，使用方便。用PC機的VB界面進行報警，直觀明了，還可利用PC機的存儲記憶功能，使本系統(tǒng)更完善可靠。

　　本系統(tǒng)的功能指標為：
　　·256個點巡回檢測。
　　·用220V低壓電力線傳輸信息。
　　·巡回檢測一次所有的前端的時間不超過1分鐘。
　　·前端檢測部分熱釋電人體紅外傳感器電路的感應距離在10米，感應持續(xù)時間為10s。
　　·PC監(jiān)視界面能給出無報警、報警、故障三種狀態(tài)的指標，并能以文本的格式存儲報警信息。

通信傳輸協(xié)議

　　為實現(xiàn)電力線載波通信的順利進行，特制定如下傳輸協(xié)議：中心單片機控制信息的數(shù)據(jù)格式為：“＃+目標地址+*”，前端單片機返回檢測信息的數(shù)據(jù)格式為：“本機地址+?；虮緳C地址+*”。由于本系統(tǒng)采用巡回檢測的方式，所以中心發(fā)送命令時要附上目標地址，前端接受信息時要與本機地址進行核對，以備前端判別是否要回送數(shù)據(jù)，中心接收前端返回的檢測信息時，也要與發(fā)送出去的目標地址進行核對，以備中心判別是否其正在等待的信息。

單片機軟件設計

　　前端單片機軟件
　　前端檢測系統(tǒng)的程序流程圖如圖2所示。本機地址設為*000#，分別存放到內(nèi)存單元30H、31H、32H、33H、34H。單片機AT89C2051從P3口讀入五組8421代碼。經(jīng)過密碼校驗，如果密碼正確，則檢測P3.7口是否為低電平，如果是低電平就向中心發(fā)送報警信號“000#”，否則就發(fā)送“000*”。如果密碼不正確，前端就等待中心發(fā)送下一個檢測信號的命令。每發(fā)送一個代碼，都要調(diào)用一次延時子程序，這是為了有足夠的時間進行編碼和有足夠的時間進行譯碼，實驗測得25ms的延時是比較可靠的。

圖2 前端檢測系統(tǒng)的程序流程圖

　　中心單片機軟件
　　中心控制系統(tǒng)的程序流程圖如圖3所示。由主程序、檢測命令發(fā)送子程序、密碼校對子程序、25ms延時子程序、USB中斷處理子程序組成。中心單片機發(fā)出五位檢測命令代碼后，啟動100ms的TO中斷，如果在這段時間內(nèi)沒接收到前端的返回信息，中心就認定該前端出現(xiàn)故障，如果接收到信息，中心單片機先對前三位代碼與內(nèi)存單元中的目標地址進行一一校對，一致的話則繼續(xù)判斷下一位，最后判斷地4位的報警狀態(tài)，并通過USB接口發(fā)送數(shù)據(jù)給PC幾的應用程序進行處理。接著中心繼續(xù)發(fā)送檢測下一個前端的命令。在程序中設置了大循環(huán)和小循環(huán)，目的是小循環(huán)完成以后裝入下一個檢測前端設定值，以保證有異常輸入時，系統(tǒng)延遲一定的時間后自動恢復正常工作，當中心控制需要通過USB接口向PC發(fā)送數(shù)據(jù)時，只要調(diào)用中斷數(shù)據(jù)發(fā)送子程序，執(zhí)行三條語句就可以了。

圖3 中心控制系統(tǒng)的程序流程圖