基于電力線載波通信的路燈監(jiān)控系統(tǒng)(共31頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 緒論城市道路照明是城市建設(shè)的一個重要組成部分，對美化城市、加強社會治安、保障夜間交通及城市的文明建設(shè)起重要的作用，同時也為城市的人民生活和經(jīng)濟活動提供了重要保障1。隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)、電力線載波數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和測控技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計自動化程度高、運行可靠、高效節(jié)能和使用維護方便的路燈系統(tǒng)，是路燈控制與管理現(xiàn)代化的必然要求2。據(jù)1999年全國道路照明專業(yè)委員會第九屆年會上得到的不完全統(tǒng)計數(shù)字，目前國內(nèi)所有城市道路照明燈的總數(shù)約300萬只，工礦企業(yè)、車站、機場、碼頭、高速公路等非市政照明燈的總數(shù)約100萬只，總數(shù)400多萬只，并且每年遞增10%以上。如果及時將電

2、力線載波技術(shù)應(yīng)用到路燈監(jiān)控系統(tǒng)中，僅從節(jié)約電費、降低燈泡損耗和人工開支三項來計算，五年時間可為國家節(jié)約近100億元人民幣。為了提高道路照明系統(tǒng)的質(zhì)量，及時發(fā)現(xiàn)路燈的損壞情況，方便市民生活，人們希望能夠利用已有的路燈供電系統(tǒng)傳輸監(jiān)測路燈的信號，以便實現(xiàn)對路燈的及時維修 3，而電力線載波通信技術(shù)就是利用已有的電力線路傳送數(shù)據(jù)的，無需重新裝設(shè)通信線路，也不占用無線通信頻道資源，經(jīng)濟便利，前景十分廣闊4。我國的城市照明路燈多為鈉燈，此燈在啟動時需在陽極與陰極間加2000V以上的高壓脈沖，使內(nèi)部氣體電離。啟動后，燈具有負阻效應(yīng)，需用1個大電感限流。 路燈損壞有三種可能：燈絲燒斷啟動電路（高壓脈沖發(fā)生）故

3、障限流電感燒斷當(dāng)上述情況之一發(fā)生，燈即不能點燃。顯而易見，上述故障均需更換硬件，而不能通過遙控修復(fù)。本檢測系統(tǒng)僅檢測燈的點燃與否，也不檢測導(dǎo)致燈不能點燃的原因。因為檢測的電路復(fù)雜，更重要的是沒有實用價值。城市的照明路燈，由各市的路燈管理所負責(zé)管理，管理的任務(wù)主要是：保證路燈的正常運行，維修更換損壞的設(shè)備。按季節(jié)調(diào)整路燈的開閉時間，以節(jié)約用電。路燈皆采用分區(qū)域分街道控制，人工監(jiān)控。目前還不能做到單燈控制，實際也沒有這種必要。本監(jiān)控系統(tǒng)主要是燈的好壞檢測，控制信號則為開、關(guān)燈的時間，作為故障檢測的時間判據(jù)。本課題研究的目的就是應(yīng)用電力線擴頻載波(Spread Spectrum Carrier)技術(shù)

4、實現(xiàn)單個路燈的監(jiān)控。電力線載波通信技術(shù)(本文所研究的電力線載波通信是指低壓電力線通信)應(yīng)用在路燈監(jiān)控系統(tǒng)中，可以對單個路燈故障進行及時檢測。本課題主要工作如下：為了提高電力線載波模塊的通信能力，研究了低壓電力線傳輸特性和擴頻通信技術(shù)；完成了實用的電力線載波通信接收模塊的硬件設(shè)計；完成了實用的路燈故障發(fā)射模塊的硬件設(shè)計；編寫程序?qū)崿F(xiàn)對路燈監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要求。電力線通信技術(shù)如果能夠成功地應(yīng)用在路燈監(jiān)控系統(tǒng)，那么它必將帶動其他電力線通信技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用，如在樓宇自動化領(lǐng)域、家庭安防系統(tǒng)、自動抄表領(lǐng)域、網(wǎng)絡(luò)家電領(lǐng)域、爬壁機器人領(lǐng)域等，前景十分廣闊5。擴頻通信是一種新型的通信技術(shù)，是通信領(lǐng)域中的一個

5、重要發(fā)展方向。由于它具有抗干擾能力強、截獲率低、碼分多址、信號隱蔽、保密和易于組網(wǎng)等一系列獨特的優(yōu)點，一經(jīng)出現(xiàn)便引起世界各國的極大關(guān)注6。傳統(tǒng)的模擬無線通信一般采用調(diào)頻(FM)和調(diào)幅(AM)兩種方式，不能適應(yīng)高速數(shù)據(jù)通信的要求。進入80年代后，數(shù)字無線數(shù)據(jù)通信方式成為主流，其調(diào)制方式有振幅鍵控(ASK)。頻移鍵控(FSK)和相移鍵控(PSK)，其優(yōu)勢是便于采用先進的數(shù)字信號處理技術(shù)，如均衡技術(shù)、編碼技術(shù)等，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸?shù)目煽啃?。但是這些系統(tǒng)存在不少缺陷:由于無線通信信道的開放性，通信環(huán)境不可避免地存在各種各樣的突發(fā)干擾，使得信號傳輸?shù)目煽啃越档?。這是常規(guī)的無線數(shù)字通信難以解決的，

6、這些因素促成了擴頻通信技術(shù)的出現(xiàn)。所謂擴頻通信，是指用來傳輸信息的信號帶寬遠遠大于信息本身帶寬的一種通信方式。設(shè)代表系統(tǒng)占有帶寬(信號帶寬)，代表原始信號帶寬(信息帶寬)，則通常認為：專心-專注-專業(yè)擴頻通信系統(tǒng)具有如下兩大特點8：系統(tǒng)占有的頻帶寬度遠遠大于要傳輸?shù)脑夹盘枎?，且系統(tǒng)占有帶寬與原始信號帶寬無關(guān)；解調(diào)過程是由接收信號和一個與發(fā)端擴頻碼同步的信號進行相關(guān)處理來完成的。值得注意的是，有許多調(diào)制技術(shù)所用的傳輸帶寬大于傳輸信息所需要的最小帶寬，但它們并不屬于擴頻通信。例如寬帶調(diào)頻、低速率編碼調(diào)制等。擴頻通信是一種新型的通信體制，是通信領(lǐng)域中的一個重要發(fā)展方向，與傳統(tǒng)的通信方式相比它具有

7、如下特點： 抗干擾能力強。擴頻系統(tǒng)的抗干擾能力是大多數(shù)通信方式無法比擬的。擴頻通信系統(tǒng)擴展的頻譜越寬，處理增益越高，抗干擾性越強。簡單地說，如果信號頻帶展寬10倍，在干擾總功率不變的條件下，其干擾強度只有原來的1/10。 信號功率譜密度低，有利于信號隱蔽。發(fā)射信號經(jīng)擴頻處理后，幾乎均勻地分散在很寬的頻帶，功率譜密度很低，近似于噪聲特性。這有利于減少對其它通信系統(tǒng)的干擾，同時降低了被“竊聽”和被“截獲”的機會。其有選擇地址的能力。由于采用編碼信號形式，對一個或一組接收機分配一規(guī)定的碼組作為地址，而對其它的接收機分配不同的碼組。這樣，用不同的編碼序列去調(diào)制發(fā)射機，就能實現(xiàn)選擇地址的目的?？顾ヂ淠芰?/p>

8、強，信息傳輸性可靠高。擴頻信號占據(jù)的頻帶很寬，當(dāng)由于某種原因引起衰落時，只會使一小部分頻譜衰落，而不會使整個信號產(chǎn)生嚴(yán)重畸變。故具有抗頻率選擇性衰落的能力。利用電網(wǎng)通信可以節(jié)約大量人力物力，這是傳統(tǒng)的電力線通信不可替代的原因，但因輸電線路惡劣的信道特性，造成傳輸信號誤碼率高和可靠性低等問題，這使電力線載波技術(shù)的應(yīng)用受到極大的限制。擴頻載波通信技術(shù)以其優(yōu)越的抗干擾性能，有效克服各種惡劣的信道特性，大大提高通信可靠性，擴頻技術(shù)使電力載波通信成為可能9 10。本設(shè)計采用的電力線擴頻載波技術(shù)（Power Line Spread Spectrum Carrier Communication Techno

9、logy 簡稱PL SSC），是擴頻通信最簡單的一種。其掃頻范圍為100400KHz，掃頻方式從200400KHz，然后再從100200KHz，起始和結(jié)束都是200KHz。這樣設(shè)計的原因有兩個：一是最大程度限制擴頻信號產(chǎn)生的諧波，簡化對濾波器的要求；二是使每個數(shù)據(jù)位擴頻以后的信號波形平滑變換。Chirp信號幅度隨頻率的顯著變化是由于電力線阻抗隨頻率變化的結(jié)果。理論上，處理增益一般可達到14.8dB，如圖1。電力線擴頻載波技術(shù)信號的線性掃描帶寬比發(fā)送信號帶寬要大得多，因此可獲得較高的處理增益，這樣利用Chirp信號傳送數(shù)據(jù)具有較強的抗千擾能力11 12。這種Chirp波形還具有很強的自相關(guān)性，這

10、種模糊邏輯的相關(guān)性決定了所有連接在網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備可以同時識別從網(wǎng)上任意設(shè)備發(fā)出的這種獨特波形，并不需要在發(fā)送和接收設(shè)備間進行同步。由于Chirp較短且具有自同步性，因此可以避免直序擴頻和跳頻通信同步時間慢的缺陷，使多個節(jié)點在同一信道上采用CSMA/CD技術(shù)進行通信得以實現(xiàn)。圖1.1 線性調(diào)頻波SSC信號傳輸技術(shù)所固有的可靠性及其基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)鏈路功能，在網(wǎng)絡(luò)和通訊性能方面，較其它的電力線通訊方式有關(guān)鍵性的改進。在較長的符號時間，載波掃描重復(fù)多個單位符號時間13。路燈監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量不大，也不要求高速傳輸，用一般的調(diào)頻技術(shù)，也能達到技術(shù)要求。本系統(tǒng)采用擴頻通信技術(shù)，旨在積累擴頻通信用于低壓電力線路的經(jīng)

11、驗。第二章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.1 發(fā)送模塊設(shè)計發(fā)送系統(tǒng)由耦合電路、帶通濾波器（FIL）、自動增益前級放大器(AMP電路)、功率放大器(DAMP功放電路)、電力線載波模塊、單片機、時鐘電路等組成。單片機路燈故障檢測SC1128前級放大器功率放大器帶通濾波器耦合電路電力線圖2.1 發(fā)送模塊總體設(shè)計圖路燈故障檢測到路燈損壞的信息，向單片機申請中斷服務(wù)，單片機查閱燈開閉的時間，如在開燈的時間內(nèi)，則啟動發(fā)送程序，將故障發(fā)送至監(jiān)控中心。信息包括燈的編號（地址）及故障發(fā)生的時間。具體工作原理：單片機將路燈故障信號發(fā)送到SC1128進行調(diào)制，然后將調(diào)制后的信號再送至功率放大器進行功率放大，接著將放大后的信號經(jīng)耦合電

12、路發(fā)送到電力線上進行傳輸。另外，此發(fā)送模塊也對監(jiān)控中心發(fā)來的信息進行相應(yīng)的處理。2.2 接收模塊設(shè)計接收系統(tǒng)電路由電源電路、耦合電路、濾波器(FIL電路)、前級放大器、功率放大器(DAMP功放電路)、電力線載波模塊、單片機組成。電源電路主要承擔(dān)為系統(tǒng)提供+12V與+5V電壓。它主要由工頻變壓器，濾波二極管電橋、濾波電容、三端穩(wěn)壓器7805等組成。耦合電路是指擴頻信號與220V交流電力線的連接電路。主要由保護電容、中頻變壓器(6: 10)、浪涌保護二極管、起限幅作用的二極管等組成。濾波器電路是由電容與電感組成的帶通濾波電路。信號耦合電路輸入，濾掉雜波，再把信號輸入到前級放大電路。前級放大器是將接

13、收的信號進行不失真放大，再輸入SC1128內(nèi)進行信息解調(diào)。功率放大器電路是將SC1128輸出的已調(diào)信號掃頻正弦波放大，保證有足夠的通信距離。功率放大器由12V直流供電。圖2.2 接收模塊設(shè)計圖2.3 耦合電路 圖2.3 耦合電路圖（發(fā)送和接收部分）如上圖2.3所示，發(fā)送部分耦合電路中C1、C2為保護電容。接收部分耦合電路是載波信號的輸出和輸入通路，并起隔離220V/50Hz的工頻的作用。該電路在設(shè)計時需考慮220V線路側(cè)的阻抗特性， T1為信號耦合變壓器，220V線路側(cè)阻抗一般取330。然后確定線圈初次級的匝數(shù)比或阻抗比。最后設(shè)計功率放大器的輸出匹配電阻。信號耦合變壓器T1為選用磁通量為200

14、0高斯的圓環(huán)狀(外半徑為7-8mm) 的中高頻磁芯。輸入通道接一個浪涌保護二極管TVS1，經(jīng)電阻隔離后接二極管箱位電路輸出給前級濾波電路。2.4 濾波器(FIL電路)如圖2.4所示，該濾波器為帶通濾波器。圖中IN輸入的是耦合電路的輸出信號，OUT是把信號輸出到自動增益前級放大電路。FIL電路不僅要將帶外雜波濾除，還要保證前后級之間的阻抗匹配，以達到順利傳遞信號的目的。由于主晶振的工作頻率不同，載頻也不同；調(diào)制周波數(shù)和數(shù)據(jù)傳輸速率不同，帶寬也不同。因此，濾波器的參數(shù)在主晶振頻率不同時也將有所變化的。以下電路設(shè)計值適應(yīng)1Kbps數(shù)據(jù)速率、四周波調(diào)制、250KHz載頻，帶寬為100KHz(20030

15、0KHz)。 圖2.4 FIL電路圖2.5 前級放大器 圖2.5 前級放大器圖圖中插座1腳接的是濾波器輸出的信號，即與濾波器插座的5腳相連接，3接地，4腳接電源，5腳是將信號放大后接入SC1128片內(nèi)運算放大器，即與SC1128的13腳相連接。本級放大的目的是將濾波后的信號不失真的放大75倍以上，以達到本級增益37.5dB以上的要求。特別注意的是小信號的不失真。因為此級主要是完成小信號的放大，并注意電路本身的噪聲干擾不能過大。經(jīng)該級放大后可接入SC1128片內(nèi)運算放大器繼續(xù)將信號放大。如圖2.5所示。2.6 功率放大器(PAMP功放電路)如下圖2.6所示，圖中插座1腳接電源，2腳是將功率放大器

16、放大的脈沖輸入到耦合電路中，3腳是接地，4腳是接收經(jīng)過SC1128處理后的脈沖，即接SC1128的24腳。此級功率放大是將SC1128第24腳的高壓開漏輸出轉(zhuǎn)換成功率輸出。此腳輸出時應(yīng)接一個不小于1K的上拉電阻，其灌入電流不要超過4mA，并有不低于3V峰峰值的信號電壓輸出。功率放大器本身工作在開關(guān)狀態(tài)。由于正常地發(fā)射時間很短，所以在選擇三極管參數(shù)時應(yīng)該注意其功率參數(shù)(測試時應(yīng)注意工作時間不能太長，以避免損壞功率放大器的輸出三極管，整板測試時可以串一個電阻，不過此時輸出波形和功率將受影響)。圖2.6 功率放大器圖2.7 SC1128與AT89C2051連接SC1128第28腳為電路工作主時鐘的二

17、分之一的晶振輸出(其峰峰值約為4V)，近似正弦波；32腳電壓監(jiān)測端；33腳看門狗輸入端，正常工作時應(yīng)該在768mS內(nèi)產(chǎn)生一次高低電位變化；34腳看門狗輸出端，與33腳配合，正常時輸出低電平，否則輸出三分之一占空比的復(fù)位脈沖；35腳與32腳配合，當(dāng)電源信號低于監(jiān)測值時，輸出低電平，當(dāng)高于監(jiān)測值，則輸出高電平；36腳收發(fā)控制端，0為接收，1為發(fā)射；37腳在發(fā)射和接受同步后產(chǎn)生同步脈沖信號，頻率隨工作主時鐘和周波的變化而變化；38腳為輸出發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)；39腳為設(shè)置數(shù)據(jù)及狀態(tài)的輸入輸出端；40腳為同步設(shè)置時鐘輸入端；41腳為片選輸入端。連接圖如圖2.7所示。 圖2.7 SC1128與單片機連接圖2

18、.8 SC1128的I/O口擴展目前在電力載波通信系統(tǒng)中，多以單片機為中控芯片。但由于單片機的I/O管腳數(shù)目有限，所連接的I/O設(shè)備有限。為了盡可能的少占系統(tǒng)的資源，為SC1128芯片設(shè)計了一種可以與其它的通信方式相同的設(shè)備共享同一組總線的連接方法。當(dāng)單片機在對SC1128芯片內(nèi)部RAM進行讀寫訪問時采用的是一種模擬I2C總線的訪問方式。即它也是通過CS(第41腳)、SETCLK(第40腳)和LINE(第39腳)三條線來完成對其內(nèi)部RAM的讀寫訪問，其中CS作為片選信號使用，其作用等同于I2C總線中的WP信號，SETCLK是串行通信時鐘信號，其作用等同于SCL，LINE是串行通信的數(shù)據(jù)線其作用

19、等同于SDA。由于SC1128讀寫的特殊性，就給了我們一個即可以方便的使用它，又可以最少的占用系統(tǒng)資源的最佳方法。通過以上的介紹大家不難發(fā)現(xiàn)，SC1128雖然在讀寫操作過程和規(guī)則方面與標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線有著不同，但其所使用的總線的數(shù)目和功能是基本相同的，這就意味著我們可以通過一簇總線，分別讓單片機與多個使用I2C總線通信的設(shè)備與SC1128芯片共同使用同一簇總線（片選，時鐘，串行數(shù)據(jù)），在不同時間內(nèi)輪流通信。在這組總線中時鐘及數(shù)據(jù)總線是可以共享的。但是要給每一個設(shè)備以單獨的片選信號，即每一個設(shè)備有一個獨立的片選信號，這樣在訪問不同的設(shè)備時先讓對應(yīng)設(shè)備的片選信號有效，這時一定要保證其它共享設(shè)備的片

20、選信號線無效，以免出現(xiàn)沖突。之后在共享的時鐘線上給出對應(yīng)的設(shè)備通信時所需的時鐘信號，然后再從數(shù)據(jù)線上進行地址及數(shù)據(jù)的讀寫過程了。采用這種方法就可以充分利用單片機有限的I/O管腳數(shù)目來連接盡可能多的外部設(shè)備。連接示意圖2.8如下： 圖2.8 SC1128的I/O擴展圖本例中是采用2051單片機與SC1128芯片和24C02存儲芯片，24C02是一個采用I2C總線的動態(tài)存儲芯片。其中2051與SC1128之間通過CS（SC1128的片選信號P1.1），SETCLK（SC1128的讀寫時鐘信號P1.2），LINE（SC1128的串行通信數(shù)據(jù)線P1.3）。2051與24C02的通信是通過WP（24C0

21、2的片選信號P3.7），SCL（24C02的讀寫時鐘信號P1.2），SDA（24C02的串行通信數(shù)據(jù)線P1.3）。其中SETCLK與SCL共享P1.2管腳，LINE與SDA共享P1.3。兩者的片選信號CS（P1.1）和WP（P1.2）是各自獨立，2051不能同時訪問SC1128和24C02，只能輪流訪問，在訪問SC1128時先讓CS（P1.1）有效，此時要保證WP無效，之后再在SETCLK（P1.2）上給出SC1128所需的時鐘信號，然后再從LINE（P1.3）中讀寫數(shù)據(jù)。訪問24C02時先讓W(xué)P（P3.7）有效，此時要保證CS無效，之后再通過SCL（P1.2）給出24C02的時鐘信號，最后通

22、過SDA（P1.3）讀寫數(shù)據(jù)。第三章 芯片及元器件介紹3.1 AT89C51本系統(tǒng)發(fā)射部分主電路采用的單片微機是AT89C51，AT89C51單片機與Intel80C51單片機在引腳排列、工作特性、硬件組成、指令系統(tǒng)等方面完全兼容。其主要工作特性是：內(nèi)含4KB的Flash存儲器，擦寫次數(shù)1000次；內(nèi)含128B的RAM；具有32根可編程的I/O線；具有2個16位可編程定時/計數(shù)器；具有6個中斷源、5個中斷矢量、2兩級優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；具有一個全雙工的可編程串行通信接口；具有一個數(shù)據(jù)指針DPTR；兩種低功耗工作模式，既空閑模式和掉電模式；具有可編程的3級程序鎖定位；AT89C51的工作電源電壓為

23、5（1±0.2）V且典型值為5V；AT89C51最高工作頻率為24MHz。芯片介紹：它有40條引腳，包括32條I/O接口引腳、4條控制引腳、2條電源引腳、2條時鐘引腳。3.1.1 引腳說明P0.0P0.7：P0口，第一功能作為通用I/O接口，第二功能是作為存儲器及I/O擴展時的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口。P1.0P1.7：P1口，為用戶準(zhǔn)備的準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。P2.0P2.7：P2口，第一功能作為通用I/O接口，第二功能是作為存儲器及I/O擴展時傳送高8位地址。P3.0P3.7：P3口，準(zhǔn)雙向I/O口。第一功能作為通用I/O接口，第二功能作為為單片機的控制信號。XTAL1（19

24、腳）：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生線路的輸入端。XTAL2（18腳）：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。3.1.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.1 AT89C51內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.2 AT89C2051接收電路采用的單片機是AT89C2051，AT89C2051是一個低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含2k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀Flash程序存儲器和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大，AT89C2051單片機可用于許多高性價比的應(yīng)用場合。AT89C

25、2051是一個功能強大的單片機，但它只有20個引腳，15個雙向輸入/輸出（I/O）端口，其中P1是一個完整的8位雙向I/O口，兩個外中斷口，兩個16位可編程定時計數(shù)器，兩個全雙向串行通信口，一個模擬比較放大器。 同時AT89C2051的時鐘頻率可以為零，即具備可用軟件設(shè)置的睡眠省電功能，系統(tǒng)的喚醒方式有RAM、定時/計數(shù)器、串行口和外中斷口，系統(tǒng)喚醒后即進入繼續(xù)工作狀態(tài)。省電模式中，片內(nèi)RAM將被凍結(jié)，時鐘停止振蕩，所有功能停止工作，直至系統(tǒng)被硬件復(fù)位方可繼續(xù)運行。3.2.1 AT89C2051的功能特性兼容MCS-51指令系統(tǒng) 15個雙向I/O口 兩個16位可編程定時/計數(shù)器 時鐘頻率0-2

26、4MHz兩個外部中斷源 可直接驅(qū)動LED 低功耗睡眠功能 可編程UARL通道 2k可反復(fù)擦寫(>1000次）Flash ROM 6個中斷源 2.7-6.0V的寬工作電壓范圍 128x8bit內(nèi)部RAM 兩個串行中斷 兩級加密位 內(nèi)置一個模擬比較放大器 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能3.2.2 引腳說明AT89C2051的引腳圖如圖： 圖3.2 AT89C2051引腳圖AT89C2051共有20條引腳，詳見上圖，從圖中可見，2051繼承了8031最重要引腳：VCC（20腳）：電源電壓。GND（10腳）：電源地線。RST(1腳)：復(fù)位輸入。在引腳RST保持兩個機器周期的高電平（振蕩器正常工作），單片

27、機便可復(fù)位，所有I/O口引腳都輸出高電平。 XTAL1(5腳)：片內(nèi)振蕩器反相放大器和片內(nèi)時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2(4腳)：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。 P1口：8位雙向I/O口，即P1.0P1.7。P1.2P1.7內(nèi)含上拉電阻，P1.0和P1.1需要外接上拉電阻。P1.0和P1.1又是片內(nèi)模擬比較器的同相輸入(AIN0)和反相輸入(AIN1)。P1口用做輸出時，輸出緩沖器可驅(qū)動20mA的灌電流負載，直接驅(qū)動LED顯示器。P1口用做輸入口時，應(yīng)先對端口寫1。外部的輸入信號將P1.2P1.7拉為低電平時，通過片內(nèi)上拉電阻向外輸出電流。 P3口：7位，具有內(nèi)部上拉電阻的準(zhǔn)雙向I/O口，即P

28、3.0P3.5和P3.7。P3.6在片內(nèi)與模擬比較器的輸出端相連，不可當(dāng)作通用I/O那樣訪問。P3口的輸出緩沖器可提供20mA的灌電流負載，其用做輸入時，應(yīng)先對端口寫1，當(dāng)外部輸入信號將其拉為低電平時，通過片內(nèi)上拉電阻向外輸出電流。此外P3口還具有第二功能。并且保留了全部的P3的第二功能， P3.0、P3.1的串行通訊功能，P3.2、P3.3的中斷輸入功能， P3.4、P3.5的定時器輸入功能。P3.7的外部RAM讀選通功能。3.3 SC1128本次設(shè)計電力線載波模塊采用的是北京智源利和微電子技術(shù)有限公司設(shè)計開發(fā)的電力線載波調(diào)制芯片SC1128。SC1128芯片是面向電力線載波通信市場而開發(fā)研

29、制的專用擴頻調(diào)制解調(diào)器電路。由于采用了直接序列擴頻、數(shù)字信號處理、直接數(shù)字頻率合成等新技術(shù)，因此該電路應(yīng)用在電力線通信方面具有較強的抗干擾及抗衰減性能。SC1128芯片內(nèi)部集成了擴頻解擴、調(diào)制解調(diào)、D/A和A/D轉(zhuǎn)換、內(nèi)置電子表、輸出驅(qū)動、輸入信號放大、看門狗、工作電壓檢測以及與單片機(MCU)串口通信等功能。該芯片在小型多功能應(yīng)用系統(tǒng)中可以起到降低系統(tǒng)成本并提高系統(tǒng)功能的作用。3.3.1 功能特點直接序列擴頻技術(shù)，抗干擾能力強。 發(fā)射信號分為兩種形式輸出：一種是經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器后正弦緩沖器輸出，諧波成份少；另一種以高壓開漏緩沖器輸出，應(yīng)用成本低。輸入信號放大器，對輸入信號進行前置放大。內(nèi)置看門

30、狗電路，監(jiān)視系統(tǒng)程序的工作狀態(tài)。內(nèi)置電壓監(jiān)測器，監(jiān)視電源電壓的變化，并及時向系統(tǒng)發(fā)出報警信號。內(nèi)置電子表電路（24小時制），滿足對不同時間段記費率的要求（支持掉電工作）。內(nèi)置串行半雙工同步傳輸通信接口，方便與MCU之間的控制命令和數(shù)據(jù)交換。63位擴頻碼，數(shù)據(jù)速率典型值為5.75Kbps。捕獲門限值從2006290由軟件設(shè)定。內(nèi)置64 X 8 SRAM存儲器（支持掉電工作），為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)暫存。提供QFP-44線封裝形式（LQFP-44PIN）。單+5伏電壓工作。3.3.2 引腳說明 圖3.3 SC1128芯片引腳圖SC1128芯片引腳圖如圖3.3所示，其管腳說明如表3.1：表3.1 SC112

31、8管腳說明序 號符 號簡 單 說 明1CP32內(nèi)置電子表晶體振蕩器輸入端（32768HZ）。25NC無連接。在使用中要保持浮空狀態(tài)。6GND數(shù)據(jù)地。79NC無連接。在使用中要保持浮空狀態(tài)。10GNDA模擬地。11CAP模擬濾波電容。12V+一級放大器輸入V+端。13V-一級放大器輸入V-端。14VOUT一級放大器VOUT輸出端。15Vi1二級放大器輸入端。16VO1二級放大器輸出端。17Vi2三級放大器輸入端。18VO2三級放大器輸出端。19VCMPIN過零比較輸入端。20FIROUT濾波輸出。21VDDA模擬電源。22GNDP發(fā)射輸出驅(qū)動器地。23SINOUT發(fā)射輸出（正弦）。24SEND發(fā)

32、射輸出（數(shù)字）。高壓開漏輸出。25VDDP發(fā)射輸出驅(qū)動器電源。26FIRIN濾波輸入。27CP6M1/4工作主時鐘輸出。28CP12M1/2工作主時鐘輸出。29VDD數(shù)字電源。30CPOUT電路工作主時鐘晶體振蕩器輸出端。31CP電路工作主時鐘晶體振蕩器輸入端。32POWIN電源監(jiān)測輸入端。33SPLDOG看門狗輸入端。當(dāng)大于768mS此端無高低變化輸入，則DOGOUT端輸出1/3占空比的復(fù)位脈沖（256mS高， 768mS低）。出1/3占空比的復(fù)位脈沖（256mS高， 768mS低）。34DOGOUT看門狗輸出端，與SPLDOG端輸入配合，正常時，輸出為低電平。否則，輸出1/3占空比的復(fù)位脈

33、沖。35POWALM電源報警輸出端。當(dāng)電源監(jiān)測輸入端監(jiān)測到的電源信號低于監(jiān)測值時，輸出為低電平。當(dāng)電源監(jiān)測輸入端監(jiān)測到的電源信號高于監(jiān)測值時，輸出為高電平。36SR發(fā)射接收控制端。0為接收，1為發(fā)射。37SYN發(fā)射接收同步端。發(fā)射或接收同步后產(chǎn)生同步脈沖。38TX發(fā)射接收數(shù)據(jù)端（雙向端口）。39LINE設(shè)置數(shù)據(jù)及狀態(tài)的輸入輸出端（雙向端口）。40SETCLK同步設(shè)置時鐘輸入端（MCU對本電路設(shè)置）。41CS設(shè)置片選輸入端（MCU對本電路設(shè)置）。42NC無連接。在使用中要保持浮空狀態(tài)。43VDDT內(nèi)置電子表電源輸入端。44CP32OUT內(nèi)置電子表晶體振蕩器輸出端（32768HZ）。3.4 DS1

34、302本次設(shè)計中使用DS1302來就計時和記錄。DS1302時鐘芯片是DALLAS公司的一種基于SPI總線的高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V5.5V。采用三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個字節(jié)的時鐘信號或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個31×8的用于臨時性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。同時它還是一種具有細電流充電能力的電路，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通32.768kHz晶振。DS1302可以用于數(shù)據(jù)記錄，特別是對某些具有特殊意義的數(shù)據(jù)點

35、的記錄，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)與出現(xiàn)該數(shù)據(jù)的時間同時記錄。3.4.1 引腳及原理說明DS1302的引腳排列見下圖： 圖3.4 DS1302引腳圖其中Vcc1為后備電源，Vcc2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc10.2V時，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動置高電平來啟動所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RS

36、T提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會終止此次數(shù)據(jù)傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時，在Vcc2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串行數(shù)據(jù)輸入輸出端(雙向)，SCLK始終是輸入端。3.5 74LS16474LS164是一個高速8位串行輸入，并行輸出的移位寄存器。串行數(shù)據(jù)在CLK時鐘信號由高到低負跳變時通過一個兩輸入與門（輸入引腳為A和B）輸入。數(shù)據(jù)串行輸入時，首先輸入D7，然后一次輸入，最后輸入的是D0位。A端與B端相與產(chǎn)

37、生的數(shù)位在CLK時鐘信號由高到低負跳變時送入寄存器內(nèi)部，數(shù)據(jù)的D7D0位在CLK時鐘信號由低到高正跳變時，在該移位寄存器中向前移動一位。8個CLK時鐘信號產(chǎn)生后，輸出數(shù)據(jù)通過QAQH輸出端并行輸出。信號CLR為低電平時,數(shù)據(jù)輸出端QAQH全為低電平。3.5.1 引腳功能及結(jié)構(gòu) 圖3.5 74LS164的引腳圖CLK 時鐘輸入端 CLR 同步清除輸入端（低電平有效）A , B 串行數(shù)據(jù)輸入端QAQH 輸出端第四章 路燈監(jiān)控軟件設(shè)計4.1 路燈監(jiān)控軟件總體設(shè)計路燈監(jiān)控應(yīng)該包括發(fā)送和接收兩部分。發(fā)送部分應(yīng)該包括按鍵響應(yīng)、時鐘響應(yīng)、數(shù)碼管顯示、單片機初始化、SC1128初始化以及載波發(fā)射；接收部分應(yīng)該

38、包括單片機初始化、SC1128初始化、載波接收以及路燈響應(yīng)。發(fā)射主程序流程圖如圖4.1所示，接收主程序流程圖如圖4.2所示。 開 始系 統(tǒng) 初 始 化SC1128初始化燈好否？查 詢 檢 測調(diào)用DS1302讀時間子程序開時間設(shè)置SC1128為發(fā)送狀態(tài)發(fā)送數(shù)據(jù)YNNY 圖4.1 發(fā)送模塊主程序流程圖 圖4.2 收模塊主程序流程圖4.2 DS1302與單片機的接口程序設(shè)計本設(shè)計中的計時是由DS1302來完成的，主要是讀DS1302中的時間并調(diào)用顯示程序把讀到的數(shù)據(jù)通過數(shù)碼管顯示出來，并且判斷是否有鍵按下。當(dāng)有與P2.3端連接的鍵按下時，便進入讀取時間程序。流程圖如下： 圖4.3 DS1302與單片

39、機程序流程圖對應(yīng)程序如下：#include"Intrins.h"sbit DS_CLK = P20;sbit DS_IO = P21;sbit DS_RST = P22;void DS_Shift_In(unsigned char bIn)unsigned char i;for( i=0;i<8;i+ )DS_CLK = 0; if( bIn&0x01 ) DS_IO = 1;else DS_IO = 0;bIn = bIn>>1;DS_CLK = 1; _nop_(); _nop_(); unsigned char DS_Shift_Out(vo

40、id)unsigned char i, bData;DS_IO=1; for( i=0;i<8;i+ )DS_CLK = 1; _nop_(); _nop_();DS_CLK = 0;_nop_(); _nop_();bData = bData>>1; if( DS_IO ) bData = bData|0x80 ; return (bData);unsigned char DS_Read( unsigned char cr )unsigned char dd=0;DS_RST = 0; _nop_(); DS_CLK = 0; _nop_();DS_RST = 1; DS_

41、Shift_In( cr ); dd = DS_Shift_Out(); DS_RST=0; DS_CLK=1; return ( dd );void DS_Write(unsigned char ord,unsigned char dd)DS_RST = 0;_nop_();DS_CLK = 0;_nop_();DS_RST = 1; DS_Shift_In( ord ); DS_Shift_In( dd ); DS_RST = 0;DS_CLK = 1;void DS_SetClock(unsigned char dt3)DS_Write(0x8E,0); DS_Write(0x80,0x

42、80); DS_Write(0x84,dt2); DS_Write(0x82,dt1); DS_Write(0x80,dt0&0x7F); DS_Write(0x8E,0x80); void DS_ReadClock(unsigned char dt3)dt2=DS_Read(0x85)&0x3F; dt1=DS_Read(0x83)&0x7F; dt0=DS_Read(0x81)&0x7F; 4.3 74LS164擴展I/0口及靜態(tài)顯示顯示模塊設(shè)計重點是由顯示代碼取得相應(yīng)的段碼，顯示段碼數(shù)據(jù)的串行發(fā)送，其程序如下：顯示模塊對應(yīng)程序：DISPLAY： LCALL

43、 HEX2BCDDISPLAYl： SETB DISPCON MOV A， HOURH ADD A， #30H MOVC A， A+PC MOV SBUF， ADLl： JNB TI， DLl CLR TI MOV A， HOURL ADD A， #24H MOVC A， A+PCANL A， #0FEH MOV SBUF， ADL2： JNB TI， DL2 CLR TI MOV A， MINUH ADD A， #16H MOVC A， A+PC MOV SBUF， ADL3： JNB TI， DL3 CLR TI MOV A， MINUL ADD A， #0AH MOVC A， A+PC

44、MOV SBUF， ADL4： JNB TI， DL4 CLR TI CLR DISPCON RET4.4 SC1128初始化程序設(shè)計SC1128的初始化工作就是對工作狀態(tài)寄存器進行設(shè)置。它是用來控制接收和發(fā)送的通信速率，及接收時的門限值，在設(shè)置時要注意對SC1128讀寫時序的配合。流程圖如下： 圖4.4 SC1128初始化流程圖初始化程序如下：INI_1128:MOV R3,#03H LOOP3: MOV A,#3DHLCALL WRITE_CHANGE_ADDRCLR SETCLKCLR CSLCALL WRITE_ONE_BYTEMOV A,#55HLCALL WRITE_ONE_BYTEMOV A,#3DHLCALL READ_CHANGE_ADDRMO