基于單片機的電力線載波溫濕控制系統設計

摘 要： 介紹了一種基于單片機實現遠程溫濕度調控的智能控制系統。根據電力線載波傳輸和溫濕度調控的原理，闡述了系統的硬件框圖、模塊結構，詳細介紹了系統終端、編解碼單元和耦合電路模塊，并給出了系統軟件邏輯及流程框圖、PID溫濕度控制算法。通過本地或遠程操作實現對網絡內的溫箱設備進行溫濕度調控，是集監測、管理、控制于一體的智能測控設備。

　　以單片機為核心的控制系統可準確實現交互信息的輸入輸出，信息量大，被廣泛應用于工控系統、移動電子設備中。利用電力線網絡作為高速數據的傳輸媒介，能夠創造出很高的經濟效益和社會效益。電力線載波通訊是利用電網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無需另外架設線路，成本低，使用方便。雙音多頻DTMF(Dual Tone Multi Frequency)信號由于具有較強的抗干擾能力和可靠的信號傳輸等優點，已逐漸被廣泛使用。本系統設計采用以單片機為核心結合PID算法的智能載波溫濕控制系統，實驗證明系統運行穩定可靠。

　　1 P89V51單片機簡介

　　P89V51是PHILIPS生產的高性能、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，有很強的外部擴展能力。片上集成了存儲、控制單元，能有效地控制系統體積，可以很容易地嵌入設備內部。在需交互控制的設備中，基于單片機的控制系統可以單獨工作，而不跟設備其他部分發生交叉影響。其低廉的成本及穩定的工作狀態成為工控、家電、儀器儀表設計的首選。

　　2 電力線載波溫度控制系統

　　2.1 系統總體設計原理

　　電力線載波是一種有線傳輸方式，不需要專門的傳輸線路，只需借助通常的電力線就可以完成數據傳輸。其傳輸信號由專門的芯片產生，本系統采用DTMF信號為載體，即：

　　其中f1、f2為不同信號的頻率，A1、A2為兩個頻率信號的幅值。發送端通過調制耦合至電力線；接收端通過解調還原獲得傳輸信號。電力線上的信號為電源信號和載波信號的疊加。載波信號的加載和卸載也就是電源信號和載波信號的疊加和分離過程。

　　本系統以單片機為核心，系統包括終端模塊、控制模塊、編碼解碼模塊、耦合電路等部分，分別實現信息的發送、接收和處理。系統框圖如圖1所示。

　　控制單元通過接收外部鍵盤信息或傳感器信息產生控制信號，經信息識別、處理后通過編解碼芯片MT8888產生發送端信號，經耦合電路至電力線發送。在接收端，通過耦合電路將載波信息卸載，逆向通過MT8888解碼至控制單元，從而執行相應的響應功能。

　　2.2 系統終端

　　采用Sensirion公司推出的可以同時測量溫度和濕度的數字式傳感器SHT15。內部集成溫濕傳感器、A/D轉換、放大器、I2C等，不需外圍器件即可直接輸出標定的數字信號。測量穩定、精度高，濕度精度為±2.0%RH，溫度精度為±0.5℃。將SHT15輸出的數字量做如下的轉換成實際溫濕度值。