電力載波多點(diǎn)溫監(jiān)控畢業(yè)設(shè)計(jì)

摘要電力載波通訊是一種能準(zhǔn)確、穩(wěn)定地傳輸數(shù)據(jù)的通訊技術(shù)。本文設(shè)計(jì)了一套基于電力載波的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)，主要工作包括以下幾點(diǎn)：(1)進(jìn)行了電力載波終端硬件設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、溫度采集與處理模塊、電力載波通訊模塊、數(shù)碼管顯示模塊、CP2102通訊模塊等。(2)進(jìn)行了電力載波終端軟件設(shè)計(jì)。通過KeilC51開發(fā)工具對各模塊程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)電力載波通訊、數(shù)碼管顯示、CP2102通訊等功能。(3)在VisualBasic環(huán)境下進(jìn)行了遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)，上位機(jī)也單片機(jī)之間通信主要是通過串口通信。(4)電力載波的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場測試與運(yùn)行。在實(shí)驗(yàn)室對所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場測試。系統(tǒng)終端能準(zhǔn)確采集到遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)境數(shù)據(jù)，并能通過電力載波通訊方式傳送數(shù)據(jù)到主節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)能準(zhǔn)確將數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，上位機(jī)監(jiān)測軟件能實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測。測試表明該系統(tǒng)運(yùn)行較穩(wěn)定，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)境參數(shù)的載波通訊監(jiān)測。關(guān)鍵字：電力載波通訊；遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測；串口通訊AbstractPowerlinecarriercommunicationisanaccurate,stabletransmissionofdatacommunicationtechnology.Thisarticlehasdesignedasetofpowerlinecarrier-basedremotetemperaturemonitoringsystem,themaintasksincludethefollowing:(1)powerlinecarrierterminalhardwaredesign.Thehardwaresystemmainlyconsistsofthesmallestsingle-chipsystem,temperatureacquisitionandprocessingmodule,powerlinecarriercommunicationmodule,LEDdisplaymodule,CP2102communicationsmodule.(2)PowerLineCarrierTerminalSoftware.KeilC51developmenttoolsforeachmoduleprogramdesign,dataacquisitionandprocessing,datapowerlinecarriercommunications,digitaldisplay,CP2102communicationsandotherfunctions.(3)IntheVisualBasicenvironmentremotetemperaturemonitoringsystemPCsoftwaredesign,thePCcommunicationbetweenthemicrocontrollerthroughtheserialportcommunication.(4)powerlinecarrierremotetemperaturemonitoringsystemfieldtestrun.Thesystemdesignedwiththefieldtestinthelaboratory.Systemterminalaccuratecollectionofenvironmentaldatatotheremotetemperaturemonitoringsystem,andthroughthepowerlinecarriercommunicationtotransmitdatatothemasternode,themasternodecanaccuratelyuploadthedatatothehostcomputer,thehostcomputermonitoringsoftwareremotetemperaturemonitoringsystemenvironmentreal-timemonitoring.Thetestsshowthatthesystemisrunningmorestable,thecarriercommunicationsmonitoringremotetemperaturemonitoringsystemofenvironmentalparameters.Keywords：Powerlinecarriercommunication;Remotetemperaturemonitoringsystemmonitoring;Serialcommunication目錄引言 11緒論 32系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 33系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 53.1電力載波終端硬件設(shè)計(jì) 5系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì) 5信號采集與處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6電力載波通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8電力載波模塊KQ130F的特性 113.1.5數(shù)碼管顯示 123.2上位機(jī)電路設(shè)計(jì) 134PCB板設(shè)計(jì) 134.1載波端控制模塊PCB 144.2上位機(jī)端PCB設(shè)計(jì) 145軟件設(shè)計(jì) 155.1電力載波的通訊協(xié)議規(guī)定 175.2遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng) 18溫度采集 185.3上位機(jī)設(shè)計(jì) 195.4VB界面設(shè)計(jì) 216調(diào)試與總結(jié) 246.1調(diào)試 246.2總結(jié) 25謝辭 26參考文獻(xiàn) 27附錄 29引言近幾年隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，國內(nèi)外對網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用到遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行了大量的研究，基于網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場檢測技術(shù)主要是通過互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的實(shí)時(shí)情況。我國現(xiàn)代化智能化的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)的研究相對國外起步較晚，在八十年代才出現(xiàn)了利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn)對環(huán)境氣候進(jìn)行監(jiān)測與控制，較國外晚十年，到了九十年代中期，計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展也帶動了我國遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)的快速進(jìn)步。近年來，遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)在我國發(fā)展也是非常的迅速，尤其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)的溫室大棚，各地都陸續(xù)建立了農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)示范工程，其中單片機(jī)技術(shù)、信息采集處理技術(shù)、無線通訊技術(shù)、自動化科學(xué)等相繼被用于國內(nèi)的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)中。但是與歐美等許多發(fā)達(dá)國家相比，我國的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)還是相對落后，存在設(shè)備簡陋不夠先進(jìn)，技術(shù)落后，管理水平差，成本相對較高等缺點(diǎn)，所以導(dǎo)致遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)難以得到全面廣泛的普及。遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要分為三種。第一種是離散型的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)，離散型遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)是分布式的系統(tǒng)，其包括以下四個組成部分:網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、現(xiàn)場控制、操作員站和工程師站。這四個部分是有由獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、控制、數(shù)據(jù)記錄、監(jiān)測報(bào)警、系統(tǒng)的管理等功能。離散型的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)方便且互不影響，但該系統(tǒng)的成本過高且沒有組態(tài)的能力，不能滿足完全智能化的要求。第二種是基于無線通訊的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)，GPRS遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)主要由上位機(jī)、GPRS、數(shù)據(jù)采集單元及邏輯單元組成。GPRS將無線通訊技列。從數(shù)據(jù)的采樣、控制算法、數(shù)據(jù)處理都由單片機(jī)完成，單片機(jī)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為集中式控制。其優(yōu)點(diǎn)是可全局控制，價(jià)格低廉，控制簡單，但是該系統(tǒng)的布線復(fù)雜需要單獨(dú)安裝線路，可靠性差，安裝成本高，自動化程度低。第三種是現(xiàn)場總線監(jiān)測系統(tǒng)，現(xiàn)場總線是在智能化的測控設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向的、數(shù)字式、多節(jié)點(diǎn)的串行通訊技術(shù)，也被稱為全數(shù)字化、全開放式、分散多點(diǎn)通訊的現(xiàn)場底層監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)的協(xié)議簡單、實(shí)時(shí)性高并且容錯能力強(qiáng)運(yùn)行比較穩(wěn)定等特點(diǎn)，也是目前國內(nèi)外應(yīng)用最多的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)，電力載波監(jiān)測系統(tǒng)屬于現(xiàn)場總線監(jiān)測系統(tǒng)，只是其擁有更獨(dú)特的特點(diǎn)，并且不需要單獨(dú)走線。低壓電力線載波通信技術(shù)是利用現(xiàn)有的電力線作為信號傳輸信道來實(shí)現(xiàn)一對一、一對多或多對多的通信技術(shù)。在本設(shè)計(jì)中主要實(shí)現(xiàn)主從通信，它利用低壓配電線（380/220V用戶線）作為信息傳輸媒介，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號進(jìn)行語音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。電力網(wǎng)作為電能輸送的專用網(wǎng)絡(luò)，是國家基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)之一。其網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)質(zhì)量、機(jī)械強(qiáng)度、安全經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)等都是經(jīng)過反復(fù)論證合理優(yōu)化的。它的覆蓋面之廣、容量之大是任何網(wǎng)絡(luò)都不能相比的。因此，電力網(wǎng)是一種優(yōu)質(zhì)的不可多得的資源。電力線載波技術(shù)在國內(nèi)已經(jīng)發(fā)展和應(yīng)用多年，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)程已經(jīng)相當(dāng)?shù)耐陚浜统墒臁ｋS著電力線載波技術(shù)的不斷發(fā)展，低壓電力線載波技術(shù)也得到了飛速的發(fā)展。由于供電網(wǎng)絡(luò)本身是一種方便、成本低，可靠性高的通訊介質(zhì)，利用載波通訊可使通訊成本降低、信號穩(wěn)定、安裝方便且容易實(shí)現(xiàn)。將電力載波應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中已經(jīng)有人提出，也將是未來遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測通訊系統(tǒng)的最佳選擇。電力載波通訊(PowerLineCommunication)技術(shù)簡稱為PLC技術(shù)，出現(xiàn)于20世紀(jì)20年代初期。它是指利用已有的低壓配電網(wǎng)作為傳輸媒介，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞和信息交換的一種通訊手段。應(yīng)用電力線通訊方式發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送器先將數(shù)據(jù)調(diào)制到一個高頻載波上，再經(jīng)過功率放大后通過耦合電路耦合到電力線上。信號頻帶峰峰值電壓一般不超過10V，因此不會對電力線路造成不良影響。此高頻信號經(jīng)線路傳輸?shù)浇邮辗?，接收機(jī)通過耦合電路將高頻信號分離出來，濾去干擾信號后放大，再經(jīng)解調(diào)電路還原成二進(jìn)制數(shù)字信號完成通訊過程，它的應(yīng)用范圍主要是在一個變壓器范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。目前，該技術(shù)主要應(yīng)用于水、煤氣、電表等的自動抄表系統(tǒng)，同時(shí)該技術(shù)也是局域網(wǎng)接入很有競爭力的一種接入技術(shù)。電力線無論在城市、鄉(xiāng)村，還是偏遠(yuǎn)落后的地區(qū)到處都是，只要用電的地方就會有電力線存在，不用鋪設(shè)額外的通訊線路而直接利用已有的電力線資源進(jìn)行數(shù)據(jù)或話音信號的傳輸，將會大大降低通訊成本，并且電力線通訊有著它自身的一些得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。電力載波通訊技術(shù)的發(fā)展在歷史上經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字的發(fā)展過程。電力線載波通訊技術(shù)出現(xiàn)于本世紀(jì)二十年代初期，是以電力線路為傳輸通道，具有可靠性高、投資少、見效快、與電網(wǎng)建設(shè)同步等得天獨(dú)厚的優(yōu)點(diǎn)。四十年代時(shí)在我國東北，已有日本生產(chǎn)的載波機(jī)在運(yùn)行，作為長距離電力調(diào)度的通訊手段;五、六十年代，我國開始研制自己的ZDD-1型電力線載波機(jī)，但當(dāng)時(shí)未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化，后來經(jīng)過不斷的改進(jìn)，終于形成了具有中國特色的ZDD-5型電力線載波機(jī)，該設(shè)備為四用戶、兩級調(diào)幅、具有自動增益控制電路和音頻轉(zhuǎn)接接口，呼叫方式采用脈沖制式;在我國六十年代到七十年代時(shí)期，該機(jī)所代表的模擬制式電力線載波機(jī)得到了廣泛應(yīng)用，七十年代時(shí)期，我國模擬電力線載波技術(shù)已趨成熟，當(dāng)時(shí)以ZDD-12,ZJ-5,ZBD-3機(jī)型為代表，在技術(shù)指標(biāo)上得到了較大地提高，并成為我國應(yīng)用時(shí)間最長的主流機(jī)型。我們可將在此之前的載波機(jī)稱為第一代載波機(jī);八十年代中期，電力線載波技術(shù)開始了單片機(jī)和集成化的革命，產(chǎn)生了小型化、多功能的載波機(jī)，如S—2載波機(jī)等。在這一階段，主要的技術(shù)進(jìn)步為單片機(jī)自動盤代替了三極管或布線邏輯的自動盤:集成電路的調(diào)制器、壓擴(kuò)器、濾波器和AGC放大器代替了笨重、多故障的模擬電路;CMOS,VMOS高頻大功率管在功放電路中的應(yīng)用等這一階段的載波機(jī)可稱之為第二代載波機(jī);到了九十年代中期，以SNC-5電力線載波機(jī)為代表，在國內(nèi)首次采用了DSP技術(shù)，將載波機(jī)音頻至中頻部分的信號處理，使用DSP器件來完成，實(shí)現(xiàn)了軟件調(diào)制、濾波、限幅和自動增益控制。這類載波機(jī)可稱之為數(shù)字化電力線載波機(jī)，劃為第三代。由此開始電力線載波業(yè)界進(jìn)入了載波機(jī)的數(shù)字化革命階段Ukv線路通訊需求的增長，到了九十年代末，出現(xiàn)了多種載波通訊設(shè)備(這些設(shè)備可采用不同的線路混合方式，如電容耦合、變壓器耦合、低壓耦合、陶瓷電真空耦合及天線耦合等)，近幾年，國內(nèi)涌現(xiàn)出許多從事電力線載波技術(shù)研發(fā)的企業(yè)，如青島東軟、福星曉程、深圳瑞斯康、上海彌亞微等公司。其載波芯片在自動抄表系統(tǒng)、報(bào)警和安全監(jiān)控系統(tǒng)、家居自動化系統(tǒng)等發(fā)面有廣泛的應(yīng)用。電力載波通訊技術(shù)發(fā)展的如此迅速，主要原因是其成本低廉，安裝簡單、易實(shí)現(xiàn)。基于電力載波的數(shù)據(jù)通訊特點(diǎn)，非常適合將電力載波通訊技術(shù)應(yīng)用與遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測中，2009年開始將電力載波通訊技術(shù)應(yīng)用與遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，該系統(tǒng)主要包括通訊單片機(jī)系統(tǒng)電路、環(huán)境采集節(jié)點(diǎn)電路以及傳感器測量電路，系統(tǒng)設(shè)計(jì)不夠完善，采集一次數(shù)據(jù)時(shí)間相對較長，并沒有實(shí)時(shí)顯示和能存儲數(shù)據(jù)的后臺監(jiān)測軟件以及遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)能直接監(jiān)測的實(shí)時(shí)數(shù)碼顯示模塊。1緒論隨著我國科技的不斷發(fā)展，智能遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)不僅為蔬菜、水果、花卉、林木等植物栽培或育苗帶來很大的方便，提升了效率。而且為人們的生活帶來諸多方便，大力發(fā)展現(xiàn)代化智能化遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)對于農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)發(fā)展有非常重要的意義，近年來，電力載波通訊技術(shù)得到飛速的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活等各領(lǐng)域中。電力載波監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器、信號與采集處理、電力載波通訊、微機(jī)控制、嵌入式、電子信息、軟件開發(fā)等技術(shù)，為監(jiān)測領(lǐng)域提供了穩(wěn)定精確地通訊技術(shù)。將電力載波通訊技術(shù)應(yīng)用到遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測中去，可以實(shí)時(shí)地有效地監(jiān)測遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù)，為遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的管理和研究提供便利。通過傳感器采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后由電力載波進(jìn)行通訊，最后由上位機(jī)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)溫度的參數(shù)信號，對于分析和研究遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)情況提供了依據(jù)。電力載波系統(tǒng)無需布線只需要各處都有的電力線即可完成通訊，具有靈活性好、安裝方便等優(yōu)勢，可以成為監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展方向?；陔娏d波的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)，利用了電力網(wǎng)絡(luò)本身的低成本、易于實(shí)現(xiàn)、通訊方便、簡單易于建立等優(yōu)點(diǎn)。將電力載波通訊技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)上以及民眾的生活中，具有更積極的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用意義。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖本設(shè)計(jì)的主要目的是設(shè)計(jì)一套基于電力載波的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控和檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能在采集到溫度后自行進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由發(fā)送模塊將信號發(fā)送到電力線上，接收模塊檢測到電力線上的信號后將信號進(jìn)行處理，最后將處理后的正確信號由串口傳送到上位機(jī)中，由監(jiān)測軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行保存與顯示。從而達(dá)到對水溫的監(jiān)控和檢測。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖2.l所示：電力載波模塊電力載波模塊主控PC機(jī)電力載波模塊電力載波模塊單片機(jī)控制系統(tǒng)溫度采集傳感器18b20加熱器系統(tǒng)單片機(jī)控制系統(tǒng)溫度采集傳感器加熱器系統(tǒng)市電220V數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度圖2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖本設(shè)計(jì)的主要研究內(nèi)容包括電力載波終端硬件設(shè)計(jì)、電力載波上位機(jī)硬件設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)等。(1)電力載波終端硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)終端硬件模塊設(shè)計(jì)需要使用單片機(jī)控制模塊實(shí)現(xiàn)核心控制；信號采集與處理模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集和處理；電力載波通訊模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)主從點(diǎn)的電力載波通訊功能；數(shù)碼顯示模塊實(shí)現(xiàn)對實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)顯示；同時(shí)接收來自上位機(jī)的控制命令，對繼電器進(jìn)行控制，從而達(dá)到控制加熱器，控制水溫目的。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，選擇合適的單片機(jī)以及硬件模塊，并進(jìn)行合理的硬件接口設(shè)計(jì)。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路原理圖，將各模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，使各個模塊按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求正常工作。(2)電力載波上位機(jī)硬件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的程序軟件設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)裝置初始化，主循環(huán)程序，信號定時(shí)的采集與處理，載波發(fā)送和接收進(jìn)程，CP2102通訊模塊實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)通訊功能，采集信號的定時(shí)掃描顯示，通道識別和標(biāo)識符識別與處理等功能。(3)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件主要包括了接收串口上傳的溫度實(shí)時(shí)顯示和保存數(shù)據(jù)、及向下位機(jī)發(fā)布控制命令等功能。3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)按照設(shè)計(jì)內(nèi)容的研究要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案。系統(tǒng)模塊主要包括增強(qiáng)型單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)、信號采集與處理模塊設(shè)計(jì)、數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計(jì)、電力載波通訊模塊設(shè)計(jì)、CP2102通訊模塊設(shè)計(jì)、繼電氣控制模塊設(shè)計(jì)?？紤]到成本、接口與穩(wěn)定性，系統(tǒng)采用AT89S51單片機(jī)做系統(tǒng)的處理器;以及溫度傳感器采用DS18B20數(shù)字傳感器，它具有極高的可靠性和優(yōu)越的長期穩(wěn)定性，DS18B20是一款含有己校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫度數(shù)字傳感器，并擁有專用的溫度傳感技術(shù)和數(shù)字模塊采集技術(shù);數(shù)碼管顯示模塊采用了四位一體共陽極數(shù)碼管，電力載波通訊模塊采用KQ130F芯片，它是一款高效率的功率放大芯片;CP2102通訊模塊采用了CP2102作為串行通訊的收發(fā)控制器，該芯片具有性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。3.1電力載波終端硬件設(shè)計(jì)電力載波終端硬件設(shè)計(jì)包括了系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)和PCB板設(shè)計(jì)與制作兩部分。系統(tǒng)模塊主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)、信號采集與處理模塊設(shè)計(jì)、數(shù)碼管顯示模塊設(shè)計(jì)、電力載波通訊模塊設(shè)計(jì)、穩(wěn)壓電源產(chǎn)生模塊、CP2102通訊模塊設(shè)計(jì)、繼電器控制模塊設(shè)計(jì)。電路板的設(shè)計(jì)主要經(jīng)過對于整機(jī)結(jié)構(gòu)以及成本的考慮在AD繪圖軟件上進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.1.1系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)為了降低開發(fā)的難度，以及提高開發(fā)效率，整個系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)原理，讓各部分功能模塊之間盡量減少耦合度，這樣更有利于后期開發(fā)的移植，為系統(tǒng)的升級和優(yōu)化減輕了工作量。電子載波終端硬件系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：AT89S51單片機(jī)最小系統(tǒng)、信號采集與處理模塊、數(shù)碼管顯示模塊、電力載波通訊模塊、CP2102通訊模塊,控制電路等。硬件系統(tǒng)的工作原理是：載波從節(jié)點(diǎn)裝置的單片機(jī)最小系統(tǒng)經(jīng)信號采集與處理獲得信號數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行均值濾波處理，然后控制顯示模塊顯示數(shù)據(jù)有效值，同時(shí)載波收發(fā)電路將數(shù)據(jù)傳送到裝置主節(jié)點(diǎn)，裝置主節(jié)點(diǎn)通過CP2102通訊上傳到上位機(jī)。51內(nèi)核單片機(jī)最小系統(tǒng)擁有控制功能和數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、可靠性高、易擴(kuò)展、功耗低、體積小、成本低等特點(diǎn)。單片機(jī)是具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、只讀存儲器ROM、隨機(jī)存儲器RAM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等集成到一塊芯片上構(gòu)成微型的具有高效智能的處理數(shù)據(jù)能力的計(jì)算機(jī)。單片機(jī)又稱為“微控制器”。通過對單片機(jī)的性能、控制功能、價(jià)格等進(jìn)行比較，以及對于載波通訊的了解，結(jié)合資源的需求，采用了普通51單片機(jī)。AT89S51是為載波通訊應(yīng)用設(shè)計(jì)的一款低成本SOC芯片，該芯片可以做監(jiān)測系統(tǒng)裝置的CPU，AT89S51單片機(jī)采用純數(shù)字技術(shù)設(shè)計(jì)，AT89S51的最小系統(tǒng)主要包括了：11.0592M晶振；外部RAM，載波通訊芯片RX/TX引腳匹配電路：以及系統(tǒng)運(yùn)行指示燈；系統(tǒng)自動復(fù)位電路。晶振主要用的是直插式無源晶振，加2個30PF起振電容。如圖3.1所示為單片機(jī)和電力載波模塊的連接示意圖。圖3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)圖3.1.2信號采集與處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)信號采集系統(tǒng)主要是溫度采集。遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)各個分站點(diǎn)上傳的數(shù)字信號，可以準(zhǔn)確地判斷遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)工作情況，為遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的溫度控制和檢測提供了可靠依據(jù)。因此，溫度采集系統(tǒng)是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。該系統(tǒng)中溫度的采集均采用了數(shù)字傳感器方式，提高了數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性和可靠性。其中溫度采集部分采用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，單片機(jī)通過單總線方式采集傳感器的數(shù)字信號，然后經(jīng)過算法處理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的可靠顯示。溫度的采集主要是采用DS18B20溫度傳感器，它具有極高的可靠性和優(yōu)越的長期穩(wěn)定性，DS18B20是一款含有己校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫度數(shù)字傳感器，并擁有專用的溫度傳感技術(shù)和數(shù)字模塊采集技術(shù)。溫度傳感器包括一個NTC測溫元件，與單片機(jī)的P1.0進(jìn)行連接進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送方式是單總線結(jié)構(gòu)。傳感器的單線制串行接口使系統(tǒng)的集成變得簡易快捷。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器包括一個高速暫存RAM和一個非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲器，頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)ＴＨ和ＴＬ的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。低5位一直為1，TM是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶要去改動，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分率。DS18B20溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。因此，在實(shí)際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時(shí)間權(quán)衡考慮。高速暫存RAM的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的CRC碼，可用來檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)DS18B20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(jié)。單片機(jī)可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625℃／LSB形式表示。當(dāng)符號位S＝0時(shí)，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng)符號位S＝1時(shí)，表示測得的溫度值為負(fù)值，要先將補(bǔ)碼變成原碼，再計(jì)算十進(jìn)制數(shù)值。DS18B20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與RAM中的TH、TL字節(jié)內(nèi)容作比較。若T＞TH或T＜TL，則將該器件內(nèi)的報(bào)警標(biāo)志位置位，并對主機(jī)發(fā)出的報(bào)警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只DS18B20同時(shí)測量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。在64位ROM的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼（CRC）。主機(jī)ROM的前56位來計(jì)算CRC值，并和存入DS18B20的CRC值作比較，以判斷主機(jī)收到的ROM數(shù)據(jù)是否正確。DS18B20的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入。器件中還有一個計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，DS18B20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1、溫度寄存器中，計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)，溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)器門仍關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值使用該款傳感器檢測信號的處理過程中會調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。從而保證了CPU采集到的溫度信號值的可靠性和精確度。DS18B20的性能特點(diǎn)如下：●獨(dú)特的單線接口僅需要一個端口引腳進(jìn)行通信；●多個DS18B20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)組網(wǎng)功能；●無須外部器件；●可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.0~5.5V；●零待機(jī)功耗；●溫度以9或12位數(shù)字；●用戶可定義報(bào)警設(shè)置；●報(bào)警搜索命令識別并標(biāo)志超過程序限定溫度（溫度報(bào)警條件）的器件；●負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作；3.1.3電力載波通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)電力載波通訊部分是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)，該系統(tǒng)的電力載波通訊系統(tǒng)部分，主要包括了電壓隔離電路、接收電路，和載波發(fā)送電路三部分。其中電壓隔離電路主要實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電220V和弱電的12V的轉(zhuǎn)換，以及裝置外部和裝置內(nèi)部的電氣隔離。接收電路主要實(shí)現(xiàn)信號接收和濾波作用，增加載波通訊的靈敏度，最大可以達(dá)到32dBuV。載波發(fā)送電路部分主要實(shí)現(xiàn)了載波信號的功率放大作用，也起到了信號耦合效果，其中主要用到的電源信號是裝置提供的直流12V電源，調(diào)制方式有很多種，究竟選擇哪一種調(diào)制方式是由載波信道的特性決定的。設(shè)計(jì)采用了一種常用的數(shù)字調(diào)制方式。常見的數(shù)字調(diào)制方式包括頻移鍵控、振幅鍵控、相移鍵控，由于電力線上的信號時(shí)變衰減較大，所以我們不采用振幅鍵控；又因?yàn)橄嘁奇I控涉及到相位檢測，而且電力線上干擾噪聲多樣，這使得相位檢測出現(xiàn)一定的困難。所以，本設(shè)計(jì)采用頻移鍵控?cái)?shù)字調(diào)制方式產(chǎn)生已調(diào)信號。頻移鍵控?cái)?shù)字調(diào)制方式包括二進(jìn)制頻移鍵控、最小頻移鍵控、高斯濾波的最小頻移鍵控。這幾種調(diào)制方式各有其特點(diǎn)，二進(jìn)制頻移鍵控實(shí)現(xiàn)容易、轉(zhuǎn)換速度快、波形好。最小頻移鍵控消除了碼元轉(zhuǎn)換時(shí)刻的相位突變，從根本上解決了包絡(luò)起伏問題，其頻譜滾降得到了顯著改善。高斯濾波的最小頻移鍵控在抗干擾方面有顯著的作用。雖然，最小頻移鍵控和高斯濾波的最小頻移鍵控有很多優(yōu)點(diǎn)，但是，其實(shí)現(xiàn)困難。所以，本設(shè)計(jì)采用二進(jìn)制頻移鍵控的調(diào)制方式。2FSK（二進(jìn)制頻移鍵控）信號的產(chǎn)生通常有兩種方式：頻率選擇法，載波調(diào)頻法。本設(shè)計(jì)采用二進(jìn)制頻移鍵控的調(diào)制方式，通信模塊的硬件實(shí)現(xiàn)由載波耦合電路、載波信號發(fā)送端電路（信號功率放大電路和輸出功率控制電路）、濾波接收單元（接收濾波電路和解調(diào)電路）。圖3.2信號耦合電路在圖3.2信號耦合中，電容C11濾除交流50Hz信號，采用隔離變壓器T2使電力線回路和通信單元安全隔離，并由電容C11和隔離變壓器的次級線圈電感L構(gòu)成高通濾波器的功能。電容C11采用長壽命高性能的安規(guī)電容，因?yàn)榘惨?guī)電容存在壽命問題，隨著使用時(shí)間的推移，容量會變得越來越小，若容量小于10nF將導(dǎo)致耦合電路失效。圖3.3過零檢測電路圖3.3過零檢測電路，圖中:PHASE：火線ZERO：零線ZCHK：過零信號輸出,連接的ZCP_DET(14)引腳需要滿足在220V市電條件下：上升沿零點(diǎn)（芯片引腳檢測到由低轉(zhuǎn)為高電平時(shí)刻）滯后實(shí)際市電的零點(diǎn)400±50us；下降沿零點(diǎn)（芯片引腳檢測到由高轉(zhuǎn)為低電平時(shí)刻）滯后實(shí)際市電的零點(diǎn)450±50us。圖3.4功率控制部分在圖3.4功率控制電路中,所起的作用是當(dāng)15V電源電壓被拉低到6.5V左右的時(shí)候控制其輸出電流，保證15V電源電壓不至于被拉低到太低而致使整個系統(tǒng)無法正常工作，其最突出的是可優(yōu)點(diǎn)以很好的保證低電壓試驗(yàn)?zāi)軌蛲ㄟ^。圖3.5發(fā)送電路在圖3.5發(fā)送電路中，TS5是一顆20V的肖特基穩(wěn)壓管，但在這里沒有用到它的穩(wěn)壓特性，用到而是它的正向?qū)妷旱偷奶攸c(diǎn)，來保護(hù)P溝道的MOS管，考慮到產(chǎn)品的可靠性，推薦這顆穩(wěn)壓二極管選用1N5817或SS12，或具有更低正向?qū)妷旱亩O管。電阻R8/0.22k在這里起到保護(hù)載波芯片的作用，因?yàn)檩d波芯片采用的是MOSFET工藝，不推薦驅(qū)動容性負(fù)載，而這套放大電路的輸入是容性的，所以在這里串聯(lián)一顆0.22k的電阻來保護(hù)載波芯片；US6M2內(nèi)部具有一顆P溝道的MOS管和一顆N溝道的MOS管，P溝道的耐流為1A，N溝道的耐流為1.5A，這就使整個載波電路的耐流為1A，所以供給這個放大電路的電源的功率不能太大，假如電源能提供的功率非常大，當(dāng)外界的阻抗很小時(shí)，就會有很大的電流流過US6M2這顆器件，當(dāng)超過它的額定值時(shí)，有可能會把US6M2燒掉，所以推薦載波通信電路采用變壓器供電。圖3.6接收電路在接收電路中，如圖3.6所示信號接收電路由信號耦合電路、帶通濾波器BPF和模擬前端AFE三部分組成，其主要功能是對來自電力線上的擴(kuò)頻通信信號進(jìn)行有效的接收和模擬解調(diào)。其中，信號接收電路的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提高頻帶內(nèi)的信號接收功率（信號耦合電路設(shè)計(jì)的一部分，需要同發(fā)送部分統(tǒng)一設(shè)計(jì)。），并最大限度地抑制來自電力線上的噪聲干擾，且使無源濾波網(wǎng)絡(luò)的插入損耗最小。接受電路接收濾波電路的電感（1mH和100uH）要遠(yuǎn)離185kHz濾波電路的電感（33uH），一般要求不小于15mm，否則會造成接收性能的下降。解調(diào)電路由內(nèi)部產(chǎn)生的頻率為185kHz的方波信號，通常作為通信系統(tǒng)模擬前端集成電路的本地振蕩信號源。該信號的周期為5.4μs，占空比為1:1，高電平為VCC，是一個標(biāo)準(zhǔn)的頻率為185kHz的方波信號。使用它作為模擬前端集成電路的本地振蕩信號源，使用一個外部帶通濾波器（由電感L10和電容C28組成）來提取185kHz基頻信號，并抑制基頻外的諧波分量。本振信號形成電路如圖3.7所示：圖3.7本振信號形成電路3.1.4電力載波模塊KQ130F的特性KQ130F芯片是一款高效率的功率放大芯片。整個載波系統(tǒng)采用全數(shù)字的SOC技術(shù)，比起傳統(tǒng)的模擬技術(shù)，該方案通訊可靠性更強(qiáng)，KQ-130F是單列9針小體積高性能過零載波數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。是專門為在220V交流上，強(qiáng)干擾，強(qiáng)衰減，遠(yuǎn)距離要求的環(huán)境下，可靠的傳送數(shù)據(jù)而特別設(shè)計(jì)和開發(fā)的性價(jià)比很高的載波模塊。在停電以及沒有電源的環(huán)境下（如管道與大地，一根信號線與大地，兩根信號線，12V交直流電源線等），可靠的傳送數(shù)據(jù)而特別設(shè)計(jì)和開發(fā)的性價(jià)比很高的載波模塊。適用于工業(yè)控制，鐵路，小區(qū)智能化，智能家居，樓宇控制以及需要載波傳送數(shù)據(jù)的其它應(yīng)用領(lǐng)域。KQ-130F的載波速率是100BPS，一、KQ-130系列模塊的性能：1、集成了KQ-330模塊及外圍電路的載波板，毋需其他的耦合元件，直接連接220V的交流電使用。外型尺寸為53×38×17毫米(L×D×H)，單列排針引出見圖3.8所示，1、2腳接220V交流電源無方向（1腳,2腳間距2X0。1英寸），2腳,3腳間距1。1英寸，其余各腳之間間距0。1英寸。2、工作頻率120～135KHZ，接口波特率9600bps。一個起始位，8個數(shù)據(jù)位，一個停止位3、溫度范圍：-25℃～+70℃濕度≤90%4、一幀連續(xù)發(fā)送長度≥253個字節(jié)，字節(jié)長度從1到253由用戶定義，模塊不會發(fā)送多余的數(shù)據(jù)。5、接收靈敏度

≤1mV6、帶外抑制能力

≥60dB7、帶寬

≤10KHZ8、絕緣電阻

500V

≥500MΩ

9、供電電源：DC+5V接收時(shí)：≤12mA發(fā)送時(shí)：≤300mA圖3.9所示為KQ-130芯片正面圖，正面從左至右分別為KQ-130芯片的1～9腳：圖3.8KQ130芯片結(jié)構(gòu)圖1P—AC：220V交流電壓的火線（或零線）；2P—AC：220V交流電壓的零線（或火線）；3P—+5V：+5V發(fā)送電源（260mA），如果單收數(shù)據(jù)可以懸空降低功耗；4P—GND：數(shù)字電路地線；5P—+5V：+5V工作電源11mA；6P—RX：TTL電平，載波數(shù)據(jù)入，接單片機(jī)的TXD；7P—TX：TTL電平，載波數(shù)據(jù)出，接單片機(jī)的RXD；8P—MODE：模式選擇，懸空或接5V為高電平，接地為低電平；9P—NC/RST：復(fù)位腳（低電平有效）；只有在工作時(shí)頻繁切換模式時(shí)使用。毋需此功能，引腳應(yīng)懸空。3.1.5數(shù)碼管顯示液晶顯示和數(shù)碼管顯示是單片機(jī)中比較常用的輸出顯示方式，數(shù)碼管顯示模塊結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價(jià)格低廉，但不能顯示圖形和漢字等信息。由于本系統(tǒng)只需要顯示遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)信號測量的數(shù)值，而且考慮成本因素，所以選用了4位LED數(shù)碼管作為顯示。本裝置使用的是共陽極數(shù)碼管，數(shù)碼管的段選和單片機(jī)的P0口相連，位選是和單片機(jī)的P2.4~P2.7相連。同時(shí)為了達(dá)到控制的位的控制，分別才用了四個PNP型的三極管進(jìn)去驅(qū)動。如圖3.9所以單片機(jī)與數(shù)碼管連接示意圖圖3.9單片機(jī)與數(shù)碼管連接示意圖3.2上位機(jī)電路設(shè)計(jì)上位機(jī)電路圖主要是電源部分和電力載波部分組成，在電源部分中12V主要提供給調(diào)制載波用，5V供給載波模塊內(nèi)部的KQ-130使用。CP2102通訊模塊和電路載波的TX，RX交叉連接，地對地連接，就可以實(shí)現(xiàn)連接了，如圖3.10所示。圖3.10上位機(jī)電路設(shè)計(jì)圖4PCB板設(shè)計(jì)如今原理圖和PCB設(shè)計(jì)工具多種多樣，從最原始的CAD，到后來包括現(xiàn)在很多公司都還運(yùn)用的設(shè)計(jì)工具Protel99到升級版的DXP，以及AD，雖然如今的PCB設(shè)計(jì)工具也原來越多，越來越強(qiáng)大，但是基本上所以的工具其大致的設(shè)計(jì)方法卻還是相同的，也都是通過原理圖圖生成網(wǎng)絡(luò)表，然后把網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入PCB，給印制板上的元器件引腳都賦予了電氣連接特性。通過計(jì)算機(jī)輔助軟件能夠幫助我們更好、更快、更準(zhǔn)確地完成電路設(shè)計(jì)、布線、制板、調(diào)試等操作，使開發(fā)難度大大降低，趨于標(biāo)準(zhǔn)化。本系統(tǒng)采用了AD繪圖軟件作為其主要的原理圖和PCB設(shè)計(jì)工具，該軟件功能強(qiáng)大，也是現(xiàn)在很多主流的大公司主要設(shè)計(jì)工具。AD具有原理圖設(shè)計(jì)，以及功能仿真，PCB設(shè)計(jì)等功能。它適用于各種電路設(shè)計(jì)，因?yàn)樗腜CB設(shè)計(jì)可以自行設(shè)計(jì)各種走線約束，以本系統(tǒng)采用了AD繪圖軟件作為其主要的原理圖和PCB設(shè)計(jì)工具，該軟件功能強(qiáng)大，也是現(xiàn)在很多主流的大公司主要設(shè)計(jì)工具。AD具有原理圖設(shè)計(jì)，以及功能仿真，PCB設(shè)計(jì)等功能。PCB板設(shè)計(jì)一般分三部進(jìn)行：首先設(shè)計(jì)電路原理圖，進(jìn)行電氣連接，分析電路原理看是否可行。其次，根據(jù)設(shè)計(jì)好的原理圖生成網(wǎng)絡(luò)表(NetList)，進(jìn)行元件屬性設(shè)置，確立元件的封裝。最后，設(shè)計(jì)電路板尺寸、各孔徑尺寸，自動或手工生成印制電路板，進(jìn)行布線檢查修改。經(jīng)過對于整機(jī)結(jié)構(gòu)以及成本的考慮，本系統(tǒng)需兩塊裝置電路板，分別是載波端控制模塊和上位機(jī)端的模塊，兩大電路板的設(shè)計(jì)。4.1載波端控制模塊PCB在電力載波端監(jiān)控模塊中，主要包括了以下幾個部分單片機(jī)部分，包括信號采集電路，串口調(diào)試電路，看門狗電路，以及系統(tǒng)外圍匹配電路等。該部分主要完成信號的采集和處理，以及作為通訊和顯示控制的核心等作用。數(shù)碼管顯示部分，4位數(shù)碼管顯示，主要是用于顯示裝置采集的溫度信號量，該部分除了購買的12W電源模塊外，主要包括了載波的發(fā)送和接收電路。該部分主要是給裝置提供兩組5V，一組12V電源外，主要是用于載波信號的發(fā)送和接收。傳感器接口板，該部分主要是用與遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)繼電器和溫度傳感器的安裝。因?yàn)橐獪?zhǔn)確測量遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的溫度。傳感器一定要置于裝置以外與遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)環(huán)境充分接觸。主板PCB正面圖4.1所示。圖4.1電路載波控制端PCB圖4.2上位機(jī)端PCB設(shè)計(jì)在上位機(jī)電路板設(shè)計(jì)模塊中，主要包括了一些外圍的保護(hù)電路，以及一些串口電路和電路載波模塊KQ-130的接口電路,CP2102通訊電路，。這個模塊的電路相對簡單，主要是對電力線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和解析，然后傳給計(jì)算機(jī)，讓計(jì)算機(jī)對采集的溫度進(jìn)行處理。如圖4.2為上位機(jī)的PCB設(shè)計(jì)圖。圖4.2上位機(jī)PCB的設(shè)計(jì)圖5軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的CPU為低壓電力載波專用芯片AT89S51，該芯片采用的是增強(qiáng)型C51內(nèi)核，該5l內(nèi)核的執(zhí)行速度是傳統(tǒng)C5l單片機(jī)內(nèi)核的3倍，且繼承了以往單片機(jī)微處理器設(shè)計(jì)簡單，可靠，成本低廉等特點(diǎn)，該系統(tǒng)的CPU支持在線編程和在線串口調(diào)試功能，這項(xiàng)優(yōu)勢不僅降低了傳統(tǒng)單片機(jī)開發(fā)的難度，也舍去了購買編譯器和仿真器的成本，傳統(tǒng)單片機(jī)在AT89S51面前就顯得如此笨重。系統(tǒng)采用了普通的Keil作為軟件開發(fā)工具，Keil是美國KeilSoftware公司出品的單片機(jī)軟件開發(fā)系統(tǒng)。該軟件支持C語言開發(fā)單片機(jī)程序，比匯編語言在結(jié)構(gòu)、可讀性、可維護(hù)性和易學(xué)性上有明顯優(yōu)勢。軟件提供了豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具。KeilC51工具要用到Windows下的uVision集成開發(fā)環(huán)境，通過該環(huán)境可以完成軟件的編輯、編譯、連接、調(diào)試與仿真等開發(fā)流程。通過該軟件最后的編譯鏈接生成hex或者bin可執(zhí)行文件，然后用利用程序下載工具將可執(zhí)行代碼下載到單片機(jī)執(zhí)行。由于C語言具有簡潔緊湊、靈活方便、可移植性好、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，軟件程序全部采用C語言編寫，通過設(shè)計(jì)軟件流程圖，分析系統(tǒng)功能，在KeilC51開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行程序的編寫，經(jīng)調(diào)試無誤后寫入單片機(jī)系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)信號的采集與處理、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)的載波通訊的發(fā)送和接受等功能。軟件設(shè)計(jì)的好壞直接影響系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)和后期穩(wěn)定性。本系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)現(xiàn)的功能可將系統(tǒng)分為遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)信號采集模塊、數(shù)碼管顯示模塊、載波發(fā)送和接收模塊和CP2102通訊模塊。根據(jù)每個模塊的功能進(jìn)行分期單獨(dú)設(shè)計(jì)，經(jīng)調(diào)試運(yùn)行正常后接入系統(tǒng)中進(jìn)行綜合測試。這樣不僅提高了工作效率，還減少了總體測試的出錯率，不至于其中一個模塊出錯影響了其他模塊的工作。信號采集模塊主要是實(shí)現(xiàn)溫度的采集和處理過程；數(shù)碼管顯示模塊主要是實(shí)現(xiàn)采集溫度的顯示；載波的發(fā)送和接收模塊主要是負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)采集信號的傳輸和處理過程；CP2102通訊模塊用于實(shí)現(xiàn)裝置與上位機(jī)通訊功能。該系統(tǒng)的主程序設(shè)計(jì)主要包括了裝置初始化，進(jìn)入主循環(huán)程序，信號定時(shí)的采集與處理，載波發(fā)送和接收進(jìn)程，CP2102發(fā)送和接收進(jìn)程，采集信號的定時(shí)掃描顯示。系統(tǒng)的初始化主要完成以下的工作：(1)裝置存儲區(qū)初始化；(2)Flash初始化，包括Flash芯片引腳使能、串口初始化；（3）打開CP2102通訊串口，以及波特率和地址的初始化；載波主節(jié)點(diǎn)或者載波從節(jié)點(diǎn)初始化，包括從節(jié)點(diǎn)選擇，載波速率和載波通訊地址的選擇。如圖5.1為下位機(jī)程序流程圖，開始時(shí)候系統(tǒng)初始化，然后溫度傳感器初始化和數(shù)碼管的溫度顯示，然后等待串口中斷，如果上位機(jī)發(fā)送A（B）中斷，下位機(jī)A（B）點(diǎn)響應(yīng)，同時(shí)向上位機(jī)發(fā)送A（B）路溫度或者操作繼電器。圖5.2為上位機(jī)程序流程圖，系統(tǒng)串口初始化，然后發(fā)送A路標(biāo)識（溫度或者繼電器操作指令），然后等待下位機(jī)上傳A路溫度值，接收到溫度值后校驗(yàn)是不是A路上傳的溫度，等待3秒后，對B路進(jìn)行同樣的操作。圖5.1下位機(jī)主程序流程圖串口初始化串口初始化通過檢測發(fā)送A路標(biāo)識等待A路溫度發(fā)送B路標(biāo)識等待B路通過檢測N Y N Y圖5.2上位機(jī)主程序流程圖5.1電力載波的通訊協(xié)議規(guī)定在模塊KQ-130中提供了兩種工作模式，分別是透明工作方式（高電平），還是自定義工作模式（低電平）。MODE高電平（懸空）時(shí)為透明工作模式，低電平（接地）時(shí)為自定義工作模式。在透明工作模式時(shí)：在編程時(shí)毋需對模塊初始化，通訊時(shí)和普通RS-485方式類同。但是，由于電力線上負(fù)載比較多，電器所產(chǎn)生的諧波也就無法避免地耦合到電力線上，在KQ-130電力載波模塊是高靈敏度的載波模塊，在所有載波模塊都處于接收狀態(tài)時(shí)，電力線上就會全部被電器所產(chǎn)生的諧波所覆蓋，這時(shí)，模塊將解調(diào)出噪聲數(shù)據(jù)從TX端輸出。所以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)應(yīng)該引入同步碼以區(qū)分真正的傳送數(shù)據(jù)。在模塊發(fā)送緩存器（253字節(jié)）滿后不再接收新的數(shù)據(jù)。也就是一幀發(fā)送字節(jié)小于253個字節(jié)。用戶的一幀數(shù)據(jù)請連續(xù)不間斷的發(fā)送到模塊，如果停頓時(shí)間超過模塊已發(fā)送完所有的數(shù)據(jù)時(shí)間（緩存器空，最后一個字節(jié)已完全發(fā)送），接收方的模塊可能會插入噪聲數(shù)據(jù)。如向RX端連續(xù)發(fā)送：5A5A5A345678124567在其他接收模塊就可能輸出FEFDEF5A5A5A34567812456785DEEF.加黑的字節(jié)是在所有模塊都沒發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，接收模塊接收到的噪波數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)還是采用9600BPS異步方式，格式為1個起始位，8個數(shù)據(jù)位1個停止位格式，從TX送出，但是大約要每0.09秒左右發(fā)送一次。在自定義工作模式時(shí)也等同。在自定義工作模式時(shí)：用戶按照我公司的定義傳送數(shù)據(jù)，一幀傳送數(shù)據(jù)定義如下：第一個字節(jié)：要傳送一幀的字節(jié)數(shù)0-250（不含第一個字節(jié)）。第二個字節(jié)到第n+1個字節(jié)：用戶需傳送的字節(jié)數(shù)據(jù)。注意：在模塊還沒發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)時(shí)，不會接收下一幀數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)等同。如向RX端發(fā)送：02AE87在其他模塊TX就輸出02AE8702是字節(jié)長度，這表示后面有2個字節(jié)的數(shù)據(jù)。如向RX端發(fā)送：09010203040506070809在其他模塊TX就輸出0901020304050607080909是字節(jié)長度，這表示后面有9個字節(jié)的數(shù)據(jù)。最大的字節(jié)長度可到253.如向RX端發(fā)送：FD0102030405060708090A0B0C0D0E...FD在其他模塊TX就輸出FD0102030405060708090A0B0C0D0E...FD有效的數(shù)據(jù)可以到253個。在本設(shè)計(jì)中，主要采用的通訊方式是自定義模式，即直接把mode腳直接接地。當(dāng)上位機(jī)發(fā)送溫度采集命令時(shí)，下位機(jī)向上位機(jī)發(fā)送5個字節(jié)，第一個字節(jié)是04，即一幀要傳送5個字節(jié)。第二個字節(jié)是是通道標(biāo)示，01標(biāo)示A路通道，02標(biāo)示B路通道。第三，第四，第五位字節(jié)是數(shù)字化后的溫度值。上位機(jī)通過廣播的方式向電力線上發(fā)送控制命令。當(dāng)上位機(jī)要控制A路時(shí)，上位機(jī)就會通過電力載波模塊向電力線發(fā)送識別碼，這時(shí)候AB兩路同時(shí)收到上位機(jī)的識別碼，這時(shí)候AB兩路的單片機(jī)都和自身做比較，如果是和本身識別碼一樣，就接收并進(jìn)行下一步的工作，如果和自身的識別碼不一樣，就不接收不做任何操作。5.2遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)信號采集與處理該系統(tǒng)主要包括遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)溫度信號的采集。遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)信號的采集和初步處理主要是通過數(shù)字溫度傳感器DS18B20模塊完成，而單片機(jī)主要是完成信號的定時(shí)讀取。AT89S51與溫度傳感器之間的通訊采用的是單線雙向的模擬串行接口完成。由于該系統(tǒng)主要是用于遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)溫度采集，所以并不要求對于溫度進(jìn)行高實(shí)時(shí)性采集，所以為了減輕CPU負(fù)擔(dān)，每5秒進(jìn)行一次溫度的采集比較合適。5.2.1溫度采集溫度的采集由數(shù)字傳感器DS18B20完成，CPU通過單總線進(jìn)行傳感器信號的讀取。單總線傳感器具有設(shè)計(jì)簡單，節(jié)約IO口線等優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)用也比較局限性，其傳輸?shù)乃俾瘦^低，通常用于傳感器的信號傳輸。本系統(tǒng)中溫度傳感器的通訊格式采用單總線結(jié)構(gòu)，單總線數(shù)據(jù)格式，溫度轉(zhuǎn)換命令子程序主要是發(fā)溫度轉(zhuǎn)換開始命令，當(dāng)采用12位分辨率時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間約為750ms，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分。單總線一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為16bit，MSB在前LSB在后。數(shù)據(jù)格式是8位的溫度整數(shù)數(shù)據(jù)再加4位的溫度小數(shù)數(shù)據(jù)。用戶MCU發(fā)送一次開始信號后，DS18B20從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號結(jié)束后，DS18B20發(fā)送響應(yīng)信號，送出16bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。從模式下，DS18B20沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號，DS18B20不會主動進(jìn)行溫度采集，接收到開始信號觸發(fā)一次溫度采集，采集數(shù)據(jù)后系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換到低速模式。主機(jī)使用時(shí)間隙(timeslots)來讀寫DSl820的數(shù)據(jù)位和寫命令字的位(1)初始化主機(jī)總線t0時(shí)刻發(fā)送一復(fù)位脈沖(最短為480us的低電平信號)接著在tl時(shí)刻釋放總線并進(jìn)入接收狀態(tài)DSl820在檢測到總線的上升沿之后等待15-60us接著DS1820在t2時(shí)刻發(fā)出存在脈沖(低電平持續(xù)60-240us)（2）寫時(shí)間隙當(dāng)主機(jī)總線to時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)就產(chǎn)生寫時(shí)間隙見圖2253圖2254從t0時(shí)刻開始15us之內(nèi)應(yīng)將所需寫的位送到總線上DSl820在t1后15-60us間對總線采樣若低電平，寫入的位是0；若高電平，寫入的位是1。連續(xù)寫2位間的間隙應(yīng)大于1us。(3)讀時(shí)間隙主機(jī)總線t0時(shí)刻從高拉至低電平時(shí)，總線只須保持低電平l7us之后在t1時(shí)刻將總線拉高產(chǎn)生讀時(shí)間隙讀時(shí)間隙在t1時(shí)刻后t2時(shí)刻前有效tz距t0為15us也就是說tz時(shí)刻前主機(jī)必須完成讀位并在t0后的60us一120us內(nèi)釋放總線。5.3上位機(jī)設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件是在VisualStiudio2010環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)，使用VisualBasic環(huán)境中的FormGraph控件實(shí)現(xiàn)頁面初始化設(shè)計(jì)，MSComm串口控件實(shí)現(xiàn)串口通訊功能，使用CommonDialog控件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保存路徑選擇功能，Timer控件實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘功能等。上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)，包括、數(shù)據(jù)Excel表格保存、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、曲線繪制、實(shí)時(shí)時(shí)間顯示，通道監(jiān)控等部分。具有準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地顯示遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)的溫度數(shù)據(jù)等功能，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示以及曲線圖形繪制等功能。上位機(jī)的設(shè)計(jì)主要是采集各個載波點(diǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理結(jié)束以后發(fā)送命令對電力載波各個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制。載波通訊主要包括兩部份進(jìn)程，一是主節(jié)點(diǎn)載波通訊進(jìn)程，另一部分是從節(jié)點(diǎn)的載波通訊進(jìn)程。在裝置上電初始化成功后，載波主節(jié)點(diǎn)會向整個低壓載波網(wǎng)絡(luò)定時(shí)發(fā)送廣播幀，該幀的作用是找到該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的從節(jié)點(diǎn)，當(dāng)從節(jié)點(diǎn)接收到主節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的廣播幀以后，會向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送響應(yīng)幀，該幀中包含了從節(jié)點(diǎn)的地址等重要信息。特別注意的是主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)的波特率必須設(shè)置一致才能組網(wǎng)成功。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中有新的從節(jié)點(diǎn)加入或者去除時(shí)，主節(jié)點(diǎn)會自動完成從節(jié)點(diǎn)的添加和刪除，而且當(dāng)主節(jié)點(diǎn)監(jiān)測到網(wǎng)絡(luò)中如果有一半以上的從節(jié)點(diǎn)都丟失后，主節(jié)點(diǎn)會自動重組網(wǎng)。模塊接口波特率9600bps，用戶與模塊通訊請采用9600BPS異步方式，格式為1個起始位，8個數(shù)據(jù)位1個停止位格式。本模塊通過MODE腳控制模塊使用透明工作方式（高電平），還是自定義工作模式（低電平）。MODE高電平（懸空）時(shí)為透明工作模式，低電平（接地）時(shí)為自定義工作模式。在透明工作模式時(shí)：在編程時(shí)毋需對模塊初始化，通訊時(shí)和普通RS-485方式類同。但是，由于電力線上負(fù)載比較多，電器所產(chǎn)生的諧波也就無法避免地耦合到電力線上，本模塊是高靈敏度的載波模塊，在所有載波模塊都處于接收狀態(tài)時(shí)，電力線上就會全部被電器所產(chǎn)生的諧波所覆蓋，這時(shí)，模塊將解調(diào)出噪聲數(shù)據(jù)從TX端輸出。所以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)應(yīng)該引入同步碼以區(qū)分真正的傳送數(shù)據(jù)。注意：在模塊發(fā)送緩存器（253字節(jié)）滿后不再接收新的數(shù)據(jù)。也就是一幀發(fā)送字節(jié)小于253個字節(jié)。用戶的一幀數(shù)據(jù)請連續(xù)不間斷的發(fā)送到模塊，如果停頓時(shí)間超過模塊已發(fā)送完所有的數(shù)據(jù)時(shí)間（緩存器空，最后一個字節(jié)已完全發(fā)送），接收方的模塊可能會插入噪聲數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)還是采用9600BPS異步方式，格式為1個起始位，8個數(shù)據(jù)位1個停止位格式，從TX送出，但是大約要每0.09秒左右發(fā)送一次。在自定義工作模式時(shí)也等同。在自定義工作模式時(shí)：一幀傳送數(shù)據(jù)定義如下：第一個字節(jié)：要傳送一幀的字節(jié)數(shù)0-250（不含第一個字節(jié)）第二個字節(jié)到第n+1個字節(jié)：用戶需傳送的字節(jié)數(shù)據(jù)在模塊還沒發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)時(shí)，不會接收下一幀數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)等同。KQ-130F是專門針對交流220V/110V,50HZ/60HZ強(qiáng)干擾設(shè)計(jì)的基于交流零點(diǎn)傳送方案的載波模塊,在市電上面具有傳送效果好，傳送距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。必須在有交流電源的情況下才能傳送數(shù)據(jù)，載波速率是50HZ/100BPS，60HZ/120BPS我們通過優(yōu)化9個BIT可以傳送1個字節(jié)。在載波解調(diào)后做了數(shù)字濾波，提高其載波數(shù)據(jù)的抗干擾能力，速率越低效果越好。圖5.3是通過電力載波模塊通信時(shí)MODE=0低電平時(shí)：發(fā)送080102030405067889這些數(shù)據(jù)的效果圖，圖5.4是接收端接收的數(shù)據(jù)。圖5.3串口調(diào)試發(fā)送調(diào)試圖5.4串口調(diào)試接收調(diào)試5.4VB界面設(shè)計(jì)如下圖5.5為vb上位機(jī)的界面設(shè)計(jì)，改界面主要包括以下幾個部分組成，分別是串口控制部分，溫度顯示部分，溫度設(shè)置部分，溫度報(bào)警顯示部分，AB路溫度曲線圖以及溫度數(shù)據(jù)的導(dǎo)出部分。上位機(jī)運(yùn)行時(shí)，先是對串口進(jìn)行配置部分，端口的選擇，設(shè)定固定的波特率9600bps，這個波特率是電力載波模塊所固定的波特率，只有這樣才能通信。其次，就是設(shè)定AB兩路的報(bào)警溫度，然后就可以按“開始”按鈕。稍等五秒后，A路的溫度開始采集，然后是B通道溫度采集。圖5.5vb上位機(jī)界面設(shè)計(jì)圖圖5.6為上位機(jī)的運(yùn)行時(shí)的界面圖，從圖中可以看出，當(dāng)AB兩路采集溫度時(shí)，在界面上分別顯示AB通道的當(dāng)前的溫度值，同時(shí)在曲線顯示界面，可以清楚的顯示AB路溫度實(shí)時(shí)的溫度曲線的情況，這樣可以更方便的觀察水溫的變化。在上位機(jī)程序中，為了使曲線盡可能的平滑，降低電路噪聲干擾，在溫度采集初始化結(jié)束以后，對采集的溫度值進(jìn)行了處理，如果采集的溫度突然間；跳躍6度以上時(shí)，作為一個廢值來處理，上位機(jī)就重新發(fā)送指令給下位機(jī)，重新采集溫度，然后對采集的溫度值進(jìn)行處理。圖5.6上位機(jī)運(yùn)行效果圖當(dāng)溫度超過所設(shè)置的溫度值，上位機(jī)開始報(bào)警，“紅燈”亮起，同時(shí)發(fā)出警鳴聲，提示溫度值超標(biāo)。這時(shí)通過兩個溫度值的比較，上位機(jī)發(fā)送繼電器控制命令，控制繼電器斷開停止加熱。為了體現(xiàn)更加好的人機(jī)交互的功能，提供兩種控制繼電器的方式，第一種是手動的控制繼電器，這樣可以達(dá)到控制加熱器的目的；第二種方法是當(dāng)采集到的溫度超過設(shè)定的溫度的范圍時(shí)，上位機(jī)自動發(fā)送控制命令關(guān)閉繼電器，停止對加熱器進(jìn)行加熱。為了更加達(dá)到檢測的目的，可以實(shí)時(shí)的對數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出，同時(shí)也可以選擇定時(shí)的對數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出。如圖5.7為采集到溫度超設(shè)定值的運(yùn)行界面。圖5.7上位機(jī)采集溫度報(bào)警圖6調(diào)試與總結(jié)6.1調(diào)試經(jīng)過測試，系統(tǒng)能正確穩(wěn)定的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了通過電力載波將正確穩(wěn)定的信號傳輸?shù)奖O(jiān)測軟件的功能，通過上位機(jī)能實(shí)現(xiàn)對水溫環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測。但是鑒于時(shí)間和條件有限，本文還有一些問題需要改進(jìn)，需要進(jìn)一步深入研究使系統(tǒng)更加的完替。(1)經(jīng)過測試采集節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)之間電力線長度為50m時(shí)，節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集與通訊均正常，該系統(tǒng)適用于一般情況下水溫環(huán)境的數(shù)據(jù)采集。如果想要實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的通訊距離，可以多增加節(jié)點(diǎn)的方式進(jìn)行，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了兩個溫度節(jié)點(diǎn)監(jiān)控。而從節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)也由于電力線上的脈沖噪聲干擾、等幅震蕩波干擾以及實(shí)際環(huán)境中負(fù)載引起的突發(fā)性干擾噪聲等原因使傳輸距離有限，由于時(shí)間和條件限制，來不及深入的分析這些問題。(2)在下一步的研究工作中要進(jìn)一步研究控制系統(tǒng)，研究人員可以通過觀測到水溫的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，通過分析各個數(shù)據(jù)和水溫植物需要的最佳溫室環(huán)境，由上位機(jī)串口發(fā)送溫室環(huán)境控制信號對水溫實(shí)現(xiàn)控制功能，控制水溫的環(huán)境狀況使水達(dá)到一個理想的溫度。6.2總結(jié)本系統(tǒng)針對水溫環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)要求，開發(fā)了一套用傳感器采集數(shù)據(jù)、AT89S51作為中央處理器、數(shù)碼顯示數(shù)據(jù)數(shù)值、電力載波通訊系統(tǒng)和上位機(jī)串口接收數(shù)據(jù)與監(jiān)測的系統(tǒng)裝置。該研究集電子信息、微計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、電力載波通訊、傳感器采集數(shù)據(jù)、VB軟件設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)了基于電力載波的水溫監(jiān)測和控制系統(tǒng)。本監(jiān)測和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容與結(jié)論如下。(1)完成了電力載波終端硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、溫度采集與處理模塊、電力載波通訊模塊、數(shù)碼管顯示模塊、CP2102通訊模塊等。單片機(jī)最小系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心控制與處理模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與控制等功能;溫度采集與處理模塊包括溫度、繼電器部分，其實(shí)現(xiàn)了采集水溫溫度并將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理等功能；載波收發(fā)電路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收功能;數(shù)碼管顯示模塊實(shí)現(xiàn)了將數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示;CP2102通訊模與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)串口通訊功能。(2)完成了電力載波終端軟件設(shè)計(jì)。通過KeilC51開發(fā)工具對各模塊程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)電力載波通訊、數(shù)碼管顯示通訊等功能。(3)完成了水溫監(jiān)測系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)。在VisualBasic環(huán)境下進(jìn)行了水溫監(jiān)測系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)，包括串口通訊、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、曲線繪制、實(shí)時(shí)溫度顯示等部分。具有準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地顯示水的溫度，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)