基于電力線載波技術(shù)的LED數(shù)字防爆照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1、基于電力線載波技術(shù)的LED數(shù)字防爆照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案一、項(xiàng)目背景目前工業(yè)照明采用的主流燈具為汞燈、日光燈、金鹵燈等常規(guī)光源，存在：防護(hù)、防爆等級(jí)低、維護(hù)工作量極大、光源效率低等缺點(diǎn)，不能實(shí)現(xiàn)以節(jié)能為核心的裝置或全廠照明控制系統(tǒng) 本方案結(jié)合LED照明能耗低、可數(shù)字化控制等技術(shù)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套基于電力線載波通信技術(shù)的燈具遠(yuǎn)程數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過電力線載波通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)燈具的遠(yuǎn)程節(jié)能控制，可建立裝置級(jí)及全廠級(jí)的照明節(jié)能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)照明全廠節(jié)能目標(biāo)。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1、系統(tǒng)功能要求（1）單套燈具實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制，具備通訊功能，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制開關(guān)、0-100%平滑無級(jí)調(diào)光、故障自診斷功能。（2

2、）首先具備裝置級(jí)小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)控制功能：可以準(zhǔn)確控制到每一只燈的開關(guān)、調(diào)光，實(shí)現(xiàn)燈具靈活組合及組合的運(yùn)行模式控制。（3）裝置級(jí)控制系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)組合及擴(kuò)展功能，最終實(shí)現(xiàn)全廠照明系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。 2、系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理本系統(tǒng)主要由2個(gè)部分組成-主機(jī)和從機(jī)。主機(jī)就是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)加一些必備的外圍設(shè)備如：顯示屏，鍵盤和通信模塊，如PL2102；從機(jī)由單片機(jī)和一些外圍設(shè)備組成，如一些A/D采樣單元、地址編碼單元及相應(yīng)的通信模塊等。主機(jī)、安置在照明燈具的控制室內(nèi)，負(fù)責(zé)收集從機(jī)數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，發(fā)送指令；從機(jī)則直接模塊化安裝到每個(gè)照明燈具上，負(fù)責(zé)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和傳輸，執(zhí)行主機(jī)的指令，一臺(tái)主機(jī)可以控制多臺(tái)從機(jī)。 主機(jī)

3、通過電力線載波的串行通信方式對(duì)從機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。一個(gè)通信數(shù)據(jù)包由8字節(jié)數(shù)據(jù)組成，第1、第2字節(jié)是主機(jī)標(biāo)識(shí)，第3字節(jié)是命令，第4、第5字節(jié)是從機(jī)地址，第6至第8字節(jié)為數(shù)據(jù)，主機(jī)采用廣播方式發(fā)送命令數(shù)據(jù)，從機(jī)收到通信包后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析：一是識(shí)別主機(jī)是否是自然的上級(jí)主機(jī)，二是識(shí)別從機(jī)地址是否是自己的地址，只有在全部確認(rèn)無誤后從機(jī)才執(zhí)行命令和相應(yīng)的操作。 從機(jī)直接監(jiān)控照明燈具的狀態(tài)，通過電力線載波接收電路接收來自主機(jī)的指令，并執(zhí)行相應(yīng)的操作，完成對(duì)電流、電壓、溫度的采樣處理，判斷照明燈具是否工作正常，并根據(jù)數(shù)據(jù)分析判斷照明燈具的工作狀態(tài)是否正常，如果工作狀態(tài)異常，就執(zhí)行相應(yīng)的操作，保護(hù)照明燈具，并把數(shù)據(jù)和警

4、告發(fā)送給主機(jī)。 3 硬件電路的設(shè)計(jì)3.1 主要器件的選擇和相關(guān)的性能 電力線載波通訊模塊選用 PL2102，這是專為中國惡劣電力環(huán)境設(shè)計(jì)的電力線載波半雙工異步調(diào)制解調(diào)器，僅由單一的+5V電源供電，有一個(gè)外部的接口電路與電力線耦合，PL2102除具備基本的通信控制功能外，還內(nèi)置了5種常用的功能電路：可數(shù)字頻率校正的實(shí)時(shí)鐘電路，32字節(jié)SRAM，電壓監(jiān)測，看門狗定時(shí)器及復(fù)位電路，它們通過標(biāo)準(zhǔn)的I2C接口與外部的微處理器相連，其中實(shí)時(shí)鐘與32字節(jié)SRAM在主電源掉點(diǎn)的情況下，可由3V備用電池供電繼續(xù)保持工作，PL2102是特別針對(duì)中國電力網(wǎng)惡劣的環(huán)境所研制開發(fā)的低壓電力線載波通信芯片，由于采用了直接

5、序列擴(kuò)頻，數(shù)據(jù)信號(hào)處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術(shù)，并采用大規(guī)模數(shù)字/仿真混合0.35m CMOS工藝制作，所以在抗干擾及抗衰落性能以及國內(nèi)外同類產(chǎn)品性價(jià)比等方面有著出眾的表現(xiàn)。 AT89C52是一個(gè)低電壓、高性能的CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）；采用Atmel公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，芯片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口；同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)

6、讀寫口線。AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程，其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成本，完全可以滿足主機(jī)和從機(jī)系統(tǒng)的各種需要。3.2 電路設(shè)計(jì)電力線載波電路的設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)部分：電力載波信號(hào)接收電路和發(fā)送電路，如圖1所示。載波接收和發(fā)射原理如圖2所示。接收信號(hào)部分：D7主要用于箝位，以防止過大的浪涌電流；C15、C16和L2并聯(lián)諧振工作在f=120KHz，具有對(duì)120KHz信號(hào)的選頻作用，以對(duì)輸入的微小信號(hào)進(jìn)行放大，從而提高接收輸出靈敏度。 發(fā)射信號(hào)部分：發(fā)射回路電容C14、電感L1（18H/200mA）用于調(diào)

7、整發(fā)射電路和波形，減小C14和增大L1將減小發(fā)射電流和改善波形；反之，將增大發(fā)射電流和波形失真情況。由于線圈的帶載能力一定，調(diào)整C14和L1將影響線圈的發(fā)射功率和自身功耗。4個(gè)晶體管逐級(jí)放大，4個(gè)二極管起保護(hù)作用。發(fā)射電壓VHH影響發(fā)射功率的大小，隨著發(fā)射電壓的下降，發(fā)射功率也下降，發(fā)射電壓越高晶體管的自身功耗越大，一般發(fā)射電壓選10-18V。 數(shù)據(jù)處理及控制電路如圖3所示，當(dāng)PL2102收到的載波信號(hào)經(jīng)內(nèi)部電路處理后，它將解調(diào)出數(shù)據(jù)bit信息，并經(jīng)RXD_TXD輸出，同時(shí)HEAD同步輸出低電平，當(dāng)AT89C52的INT0產(chǎn)生中斷并接受bit后，會(huì)根據(jù)預(yù)定格式合成相應(yīng)的指令信息，同時(shí)根據(jù)指令中所規(guī)定的時(shí)間設(shè)置來修改開關(guān)燈時(shí)間及開燈的比例，并執(zhí)行開關(guān)燈的操作等。另外，它還將在開燈后監(jiān)控電流、溫度等參數(shù)，以便在嚴(yán)重