電力線載波通信系統中的單片機程序設計
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摘要： 簡述電力線載波系統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，研究方向為系統仿真與嵌入式系統。
引言
近距離的單片機通信采用總線方式即可實現，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作為傳輸媒介，實現數據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絡終端等特點。低壓配電網PLC技術根據數據傳輸速率可以分為低速和高速兩種，低速PLC的數據傳輸速率小于1Mbit/s，目前技術比較成熟，而且已經有相應標準對其載波頻進行了規定，中國電力線載波通信頻帶規定為3-500KHz。窄帶電力線載波技術由于數據傳輸速率較低，目前用于工業控制、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點，是一種較為常用的通信方式。因此以電力線為傳輸介質，使用雙音頻通信方式實現單片機遠距離通信是很有價值的。雙音頻收發電路的設計和應用、通信傳輸協議的制定以及單片機的軟件設計是本系統設計的關鍵。本文著重介紹單片機的軟件設計。本文引用地址：http://www.104case.com/article/85411.htm
系統結構
系統的基本結構如圖1所示，本系統采用巡回檢測的方式實現多路檢測報警，并通過USB接口連接到PC機，用VB報警界面集中監控顯示。首先，可以根據防盜區的需求有規律地設置多路報警檢測點(本系統可設置多達256個)，即前端檢測電路。其次，由中心控制系統的單片機有順序地向前端發送檢測信號，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發回自己的代碼并附上有無報警信息，如果有報警，中心控制系統就通過USB接口將數據傳送給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，接著就繼續檢測下一個檢測點，否則就直接轉去檢測下一個檢測點。但當中心控制系統向前端發送檢測信號時，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，以達到對防盜區域內的有效監控。
圖1 系統結構
本系統用軟件設置發送與接收是分時的，可以避免控制信號和檢測信號相互干擾，影響系統工作的正確性，又可減少硬件開銷，順利實現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，使本系統更完善可靠。
本系統的功能指標為：
·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，感應持續時間為10s。
·PC監視界面能給出無報警、報警、故障三種狀態的指標，并能以文本的格式存儲報警信息。
通信傳輸協議
為實現電力線載波通信的順利進行，特制定如下傳輸協議：中心單片機控制信息的數據格式為：“＃+目標地址+*”，前端單片機返回檢測信息的數據格式為：“本機地址+＃或本機地址+*”。由于本系統采用巡回檢測的方式，所以中心發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據，中心接收前端返回的檢測信息時，也要與發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
前端檢測系統的程序流程圖如圖2所示。本機地址設為*000#，分別存放到內存單元30H、31H、32H、33H、34H。單片機AT89C2051從P3口讀入五組8421代碼。經過密碼校驗，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送報警信號“000#”，否則就發送“000*”。如果密碼不正確，前端就等待中心發送下一個檢測信號的命令。每發送一個代碼，都要調用一次延時子程序，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 前端檢測系統的程序流程圖
中心單片機軟件
中心控制系統的程序流程圖如圖3所示。由主程序、檢測命令發送子程序、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，如果在這段時間內沒接收到前端的返回信息，中心就認定該前端出現故障，如果接收到信息，中心單片機先對前三位代碼與內存單元中的目標地址進行一一校對，一致的話則繼續判斷下一位，最后判斷地4位的報警狀態，并通過USB接口發送數據給PC幾的應用程序進行處理。接著中心繼續發送檢測下一個前端的命令。在程序中設置了大循環和小循環，目的是小循環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發送數據時，只要調用中斷數據發送子程序，執行三條語句就可以了。
圖3 中心控制系統的程序流程圖
結語
本系統設計的電路，性能穩定、工作可靠、運轉正常，能成功實現了單片機的雙向通信。基于雙音頻信號傳輸的電力線載波通信系統為單片機遠距離通信提供了一種方法。
參考文獻：
1. 孫海翠、張金波，低壓電力線載波通信技術研究與應用，電測與儀表,2006,第八期,54
2. 齊淑清，電力線通信技術與應用，北京高等教育出版社,2005,66
3. 陳永甫，紅外探測與控制電路，人民郵電出版社，2004,178
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